Министерствообразования и науки РеспубликиКазахстан
Павлодарскийгосударственный университет
им. С. Торайгырова
К.Ш.Арынгазин, А.И.Изтаев,Б.О.Джанкуразов
Научно-практическиеосновы технологического проектированиязерновых элеваторов
с элементами САПР
монография
Павлодар
Кереку
2010
УДК664.724:658.512.011.56
ББК 36.821-05
А 89
Рекомендовано к изданиюУченым советом АТУ
и Республиканскимучебно-методическим объединением при АТУМОН РК
Рецензенты:
А.В.Витавская - доктор технических наук,профессор, заведующая проблемнойлабораторией по созданию продуктов новогопоколения;
Н.О.Онгарбаева - доктор технических наук,профессор кафедры «Технологияхлебопродуктов» АТУ.
К.Ш.Арынгазин, А.И.Изтаев,Б.О.Джанкуразов
А89 Научно-практические основытехнологического проектирования зерновыхэлеваторов с элементами САПР: монография,Павлодар: Кереку, 2010. – 172 с.
Данная монографияявляется результатомнаучно-исследовательской работы,посвященной совершенствованию методовтехнологического проектирования зерновыхэлеваторов с использованием элементовсистем автоматизированногопроектирования (САПР).
Предназначена длястудентов, магистрантов, докторантов ипреподавателей технологических вузов,научных работников, а также дляпроектировщиков и специалистов системыхлебопродуктов.
УДК 664.724:658.512.011.56
ББК 36.821-05
ISBN
©К.Ш.Арынгазин и др., 2010
© ПГУ им. С. Торайгырова, 2010
ПРЕДИСЛОВИЕ
Предлагаемая вниманиючитателей книга является первыммонографическим трудом, в которомпредложена методика технологическогопроектирования предприятий похранениюи обработке зерна, в частности, зерновыхэлеваторов с использованием элементовсистем автоматизированногопроектирования (САПР).
Предложена структураметодического, программногоинформационного, технического иорганизационного обеспечения САПРпредприятий по хранению и обработке зерна(ПХОЗ), ориентированная на современныесредства вычислительной техники.
Рассмотреныструктурная модель технологии автоматизированногопроектирования предприятий по хранению и обработке зерна,методики определения уровня автоматизациипроектных работ в проектной организациисистемы хлебопродуктов, расчетачисленности персонала, энергоемкостиэлеватора с использованием современныхинформационных систем и технологиявыполнения рабочих чертежей элеватора сиспользованием компьютернойграфики.
Монография написана сучетом многолетнего опыта проектированияпредприятий по хранению и переработкезерна на кафедре «Хранение зерна икомбикормов» Московскогогосударственного университета пищевыхпроизводств, в ЦНИИ-промзернопроект (г.Москва), ГосНИИсредазпромзернопроект (г.Алматы), на кафедрах «Технологияхлебопродуктов» Алматинскоготехнологического университета и«Технология продовольственных продуктов изащита окружающей среды» Павлодарскогогосударственного университета им. С.Торайгырова.
Разработанная авторамиметодика технологического проектированиязерновых элеваторов с элементами САПР итехнология автоматизированногопроектирования предприятий по хранению иобработке зерна позволит сократить срокипроектирования, оптимизироватьтехнологический процесс элеватора,обеспечивающий существенное сокращениеэксплуатационных затрат и повышениекачества хранения зерна.
Работа над книгойраспределилась между авторамиследующим образом: главы 1, 2 написаны К.Ш.Арынгазиным при участии А.И. Изтаева и Б.О.Джанкуразова, предисловие, введение, главы3, 4, 5 и 6 написаны К.Ш.Арынгазиным.
ВВЕДЕНИЕ
Борьба с потерями зернаявляется одним из основных направленийобеспечения продовольственнойбезопасности страны.
В монографии вопросамборьбы с потерями зерна отводится одно изцентральных мест, рассматривая повышениеэффективности функционированияпроизводственной системы (ПС) зерновыхэлеваторов, обеспечивающей прием,послеуборочную обработку, хранение иотгрузку товарного зерна потребителям наоснове обоснования нормативныхтехнологических параметров исовершенствования методовтехнологического проектированиязерновых элеваторов с использованиемсовременных информационных систем, каксоставной части решения проблемы.
Ведущая роль в развитиинауки и техники элеваторно-складскогохозяйства принадлежит профессору Д. В.Шумскому. Он первым в 1927г. теоретическиобосновал и разработал метод расчетапроизводственных процессов вэлеваторно-складском хозяйстве метод, получившийприменение в практике под названием«оперативный расчет элеваторов».
Основные идеиоперативного расчета элеватора Д.В.Шумский опубликовал в 1932г., которые былиразвиты в работах ученых МГУПП, ВНИИЗ,ОТИПП, ЦНИИПЗП,ГосНИИсредазпром-зернопроект, АТУ, ПГУим.С.Торайгырова.
Исследования, связанныес совершенствованием методовтехнологического проектированияэлеваторов велись в 70-90 годы сиспользованием вычислительных средствтого времени и за последние двадесятилетия, если не считать работ авторов,новыми результатами не пополнялись[1-4].
Научные иэкспериментальные исследования в этомнаправлении были продолжены вПавлодарском государственномуниверситете им. С.Торайгырова иАлматинском технологическом университетев рамках инициативно-поисковой темы «Научно-практические основытехнологического проектирования зерновыхэлеваторов с использованием современныхинформационных систем» ибюджетной программы 042 «Прикладные научныеисследования в области АПК» по теме 06.01.01.02«Разработка ресурсосберегающихтехнологий и оборудования длязерноперерабатывающих и пищевыхпредприятий» под научным руководствомд.т.н. профессора, академика НАН РК ИзтаеваА.И., д.т.н. профессора академика НАЕН РКДжанкуразова Б.О., к.т.н., профессораАрынгазина К.Ш.
Обобщение накопленногоопыта, развитие средств вычислительнойтехники способствовали созданию новойметодики технологического проектированиязерновых элеваторов на основе разработкикомпонентов методического, программного,информационного, технического иорганизационного обеспечения САПР-ПХОЗ,ориентированной на современныеперсональные компьютеры.
1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ИЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Роль зерновыхэлеваторов в обеспечениипродовольственной безопасности страны
Производство зерна вКазахстане является стратегическойотраслью. В мировом производстве зернапшеница занимает около 30% и дает почти 20%всех пищевых калорий для населения земногошара. Пшеница является основным продуктомв 53 странах мира, в том числе и в РеспубликеКазахстан. Зерновые культуры в земледелиипо размерам посевных площадей и валовомусбору превосходят все остальныесельскохозяйственные культуры.
Данные показывают, чтоКазахстан может не только полностьюудовлетворять собственные потребности взерне, но в дальнейшем и конкурировать намировом рынке (таблица 1) [5-9].
Таблица 1 - Экспортпродукции, в млн. долларов США
| За период | Зерновые хлеба | Продукциямукомольно-крупяного производства |
| 2003 | 564,6 | 59,7 |
| 2004 | 440,4 | 98,6 |
| 2005 | 240,8 | 147,5 |
| 2006 | 166,4 | 66,2 |
ПреимуществоКазахстана в области зерновогопроизводства складывается из объемовпахотных земель, запасов водных ресурсов;природно-климатических условий,позволяющих выращиватьвысококачественное и экологически чистоезерно; относительно низкой, по сравнению скрупнейшими странами-экспортерами,стоимости ресурсов (энергии, земли, рабочейсилы); территориальной близости Казахстанак важным и растущим рынкам сбыта, таким какстраны Центральной Азии, Среднего иБлижнего Востока, Южной Европы, СевернойАфрики.
Эти факторы дляКазахстана носят стратегический характер,и, учитывая предоставленные природойвозможности, в случае успешного развитияэкономики, в перспективе, можно будетставить зерно в один ряд с такимиэкспортными товарами, как нефть, газ,металл и электроэнергия. При этом надоучитывать, что зерно является ежегодновозобновляемым ресурсом.
Возможностьдлительного хранения итранспортабельности зерна определяют еговедущую роль в создании стратегическихзапасов продовольствия и ведущая роль всоздании и хранении таких запасовотводится элеваторам, которыеосуществляют две функции: технологическую– преобразование разрозненныхпотоков зернового сырья, поступающего отпроизводителей, в товарные, относительновыровненные по качеству, партии иэкономическую – продвижение товара на внутреннем ивнешнем рынках.
Научно-обоснованныйпрогноз и техническая политика развитиязаготовительных элеваторов строится наанализе основных показателей производстваи использования зерна в целом пореспублике и регионам.
Эффективностьпроизводства зерна связана с объемамивложенных средств и в тоже время она взначительной степени зависит от погодныхусловий и стихийных бедствий.
В таблице 2 приведеныусредненные показатели по периодам лет,характеризующих колебания исследуемыхпоказателей по годам.
Таблица 2- Основныепоказатели производства зерна вКазахстане
| Годы | Посевная площадь, млн. га | Урожайность, ц/га (в среднем) | Валовойсбор, млн. т |
| 2000 | 12,44 | 9,4 | 11,57 |
| 2001 | 13,18 | 12,2 | 15,89 |
| 2002 | 14,00 | 11,5 | 15,96 |
| 2003 | 13,86 | 10,8 | 14,78 |
| 2004 | 14,26 | 8,8 | 12,37 |
| 2005 | 14,83 | 10,0 | 13,78 |
| 2006 | 14,81 | 10,0 | 16,51 |
| 2007 | 15,41 | 11,7 | 20,14 |
| 2008 | 15,16 | 14,7 | 17,03 |
Из таблицы 2 виднонасколько динамично по годам меняютсяпоказатели производства зерна в целом пореспублике и насколько существенны ихколебания. Еще большие колебанияпоказателей, характеризующих производствозерна, можно наблюдать на уровне отдельныхрегионов республики.
Большая протяженностьтерритории Казахстана, разнообразиеприродно-климатических условий,неравномерность распределенияпроизводства и потребления зернапорождают проблему размещения посевныхплощадей в стране и регулированиеструктуры посевов под определенныекультуры.
Четыре зерновыекультуры (пшеница, ячмень, овес и рожь)занимают свыше 90% посевных площадей, аоставшаяся часть пашни делится междукрупяными (просо, гречиха и рис) культурами.Посевная площадь под пшеницей в течениепоследних лет колеблется незначительно– от 10,11 до 12,89млн. га, посевная площадь под рожьувеличилось в полтора раза, под ячменьувеличилась незначительно (1%), под овесснизилась на 11,3 %, а посевные площади подпросо снизились почти вдвое.
Доля пашни, отведеннаяпод пшеницу, за последние 8 лет увеличиласьс 81,2 до 83,6%. За этот период валовой сборпшеницы увеличился на 74%.
Основная частьпроизводства зерна сконцентрирована всеверном Казахстане (Акмолинская,Кустанайская, Северно-Казахстанскаяобласти), где получают три четвертивалового сбора зерна и зернобобовыхкультур.
Общепринято, чтоуровень абсолютного и душевогопроизводства зерна, размер переходящихзапасов, характеризуют не толькоэффективность агропромышленногопроизводства, но и уровень жизни населения,экономическое могущество государства иего продовольственную безопасность.
За весь обследованныйпериод (1970-2008 гг.) в 1978 г. в республике былопроизведено зерна 946 кг на душу населения, в2001 и 2002 годах соответственно 1072 и 1076 кг, в 2007г. – более 1300кг на душу населения.
Показательсреднедушевого производства зерна(кг/чел.), в отличие от предыдущих, имеетнорму. Согласно мировым нормативампроизводство 1 т зерна на человека в годпокрывает все потребности страны:населения в продовольствии,животноводства в кормах, промышленности всырье и сельского хозяйства в семенах. Приэтом уровне производства переходящие истраховые запасы обеспечивают еёпродовольственную безопасность.
1.2 Влияниеколичественно-качественных параметровпоступающего зерна на технологию егохранения
На хлебоприемныепредприятия Северного Казахстана ежегоднопоступает зерно с различной влажностью изасоренностью. Содержание влаги и сорнойпримеси оказывает большое влияние натехнологию после уборочной обработки ихранения зерна [10-19].
Сочетание величинвлажности и температуры поступающегозерна решающим образом определяет нетолько технологию послеуборочнойобработки зерна, но и интенсивностьфизико-химических и физиологическихпроцессов в зерновой массе и её стойкостьпри хранении.
Анализ данных опоступлении зерна на хлебоприёмныепредприятия и элеваторы показывает нанеоднородность поступающих партий повлажности, температуре изасорённости.
Зерно сухое и среднейсухости, это пшеница с влажностью от 12 до15,5%, которое не требует сушки. Важнейшимфактором, характеризующим зерновую массу,является влажность поступающего наобработку зерна. Повышение расчетнойвлажности зерна лишь на 1 % (с 20 до 21 %)обуславливает необходимость увеличениясушильной мощности около 10 % по данным А. В.Гудилина, В.Б.Фейденгольда [20].
Наиболее важным спозиции организации послеуборочнойобработки зерна и последующего храненияявляется поток влажного зерна, от которогозависят общие проблемы хранениязерна
Многолетние наблюденияпоказывают, что максимальное число партийприходится на долю влажного зерна,связанных с естественно-климатическимиусловиями возделывания зерновых вКазахстане.
Для эффективнойорганизации послеуборочной обработки,сушки и надёжного хранения зернанеобходимо знать с какой частотой иоптимальной массой влажное зернопоступает с фермерских хозяйств.
Наиболее интенсивноепоступление зерна в основных районах еговозделывания происходит с 1 по 25 сентября, ав непогоду поступление зерна продолжаетсядо 30 сентября.
Как правило,хлебоприёмные предприятия и элеваторы(филиал ТОО «Астаналык сервис», ТОО«Иволга-Холдинг», ОАО «Колос», ОАО«Мамлютский мукомольный комбинат»)работают в условиях значительныхперегрузок приёмных линий урожая, в связиодновременным поступлением партий зерна,требующих неотложной обработки.
Начало пробногообмолота зерна в фермерских и крестьянскиххозяйствах начинается с 15 августа, а первыепартии нового урожая на хлебоприемныеэлеваторы и предприятия начинаютпоступать с 25 августа.
Априори практикизаготовок показывает, что прием, очистка,сушка и обработка зерна в потоке связана созначительными перегрузкамитехнологических линий. Перегрузки могутбыть следствием многих факторов.
Поставка из-подкомбайнов зерна, которое имеет высокийуровень влажности и засоренности, приводитк значительному снижениюпроизводительности транспортногооборудования, зерносушилок изерноочистительных машин предприятия(влажность 30 % и более, сорность до 15 %, а вСеверном Казахстане – до 40 %). В дни ненастной погоды весьпоток урожая идет неочищенным на элеватор,так как при высокой влажности зерновоймассы механизированные тока необеспечивают эффективную подработкузерна. Это обусловлено тем, что самотеки,ввиду не достаточности углов наклона, необеспечивают гравитационный транспорт,соответственно нет возможности просушитьзерноотходы, что, и приводит к сдаченеочищенного зерна.
В связи с выпадениемосадков в течение дня на предприятииприходится менять план размещения зерна сучётом наличия технологических линий иучастков (таблица 3).
Таблица 3 – Направления машинна разгрузочные устройства
| № | Разгрузочные устройства | Содержаниевлаги и сора (в %) | Режимхранения |
| 1 | Элеватор | влажность -до 15,5 (пшеница) | в сухомсостоянии |
| 2 | Элеватор | влажность -19,0-22,0 (пшеница), сорность - более 2,0 | временноехранение |
| 3 | Элеватор | влажность -до 15,5 (пшеница) | в сухомсостоянии |
| 4 | Элеватор | влажность -15,5-19,0 (пшеница) | хранение сактивным вентилированием |
| 5 | СОБ-1 | влажность -более 22,0 (пшеница), сорность - более12,0 | присушильные хранилища |
| 6 | СОБ-2 | влажность -15,5-22,0 (пшеница) | присушильные хранилища |
| 7 | СОБ-3 | влажность -до 15,5 (ячмень) | в сухомсостоянии |
| 8 | Механизированнаявышка | влажность -более 15,5 (семена) | хранение сактивным вентилированием |
Из данных таблицы видно,что технологу предприятия требуетсяпринимать ответственные решения попослеуборочной обработке зерна в условияхдефицита времени, ограниченныхвозможностей раздельной обработки зерна сцелью формирования однородныхпартий.
От того, с какимипоказателями качества поступает наэлеватор свежеубранное зерно, зависитдальнейшая схема послеуборочнойобработки. Если свежеубранное зерносоответствует влажности сухому илисредней сухости зерну, то оно, всоответствии с «Правилами организации иведения технологического процесса наэлеваторах и хлебоприёмных предприятиях»,вполне может быть размещено в силосах.Однако если учесть, что эти партии зернаимеют различную температуру (градиенттемпературы в течение суток можетсоставлять до 14 и более градусов, а иногда ис переходом через ноль градусов), товероятность активизациифизико-химических, физиологическихпроцессов на границах раздела размещаемыхпартий зерна очень высока. Как правило,ежегодно до 80 и более % зерна на элеваторыпоступает в сыром и влажном состоянии.Значительная часть этих партий зернаразмещается в силосах, элеваторах иприсушильных складах напольного храненияс последующей сушкой на зерносушилках.«Правилами организации и ведениятехнологического процесса на элеваторах ихлебоприёмных предприятиях» разрешаетсянакопление такого зерна массой 6000-10000 тонн.Оперативное хранение зерна с такойвлажностью при отсутствии информации озакономерностях формирования насыпивнутри хранилища при загрузке и выгрузке, атакже при поточном режиме, неизбежноприведёт к самосогреванию и значительнымпотерям зерна. Для прогнозированиятепло-влажностного режима зерновой массы вхранилищах при размещении зерна в силосахважно знать качество, частоту имаксимальную массу поступающегозерна.
Максимальная партиявлажного зерна, наиболее частопоступающего на элеватор ТОО«Иволга-Холдинг», составляет 210 тонн.
Следовательно,направление трех партий влажного зерна водну оперативную присушильную емкостьобеспечивает полную загрузку силосавместимостью 540 тонн.
Для больших партий(свыше 1000 тонн) частота минимальная. Длявлажного зерна среднее значение 648 тонн,среднее квадратичное отклонение –320,6 тонн,коэффициент вариации – 49,5 %. В то же время,при подготовке больших партий зерна, 1000тонн и более возникает вероятностьдогрузки освободившейся части силосазерном из той же партии влажного зерна.Последствия таких технологических решенийпроявляются не сразу, а как правило, толькопосле завершения уборочной страды.
Закономерностьизменения суточного поступления зерна свлажностью от 14,5 до 17 % описываетсяэкспоненциальным законом. По даннымпроверки получена экспоненциальнаязависимость:
| у = с +ае-Ьх, (а = 36,65; b =0,0062; с = 1,82) | (1) |
Тогда уравнение имеетвид: у = 1,82 + 36,65е-0,0062х. Этот поток зерна с влажностьюсвыше 17 %.
За период наблюдениянаибольшая частота поступления сырогозерна составляет 210 тонн, наименьшая – 1600 тонн.
Для сырого зернасреднее значение потока составило 400,8 т.,среднеквадратичное значение потока – 192,6 тонн,коэффициент вариации – 48,0%.
Математическаяобработка закономерности изменениясуточного поступления сырого зернапроводится аналогично, как для влажногозерна и описывается уравнением:
| у = с +ае-Ьх, (а = 33,5; b =0,0035; с = 0,0648) | (2) |
На сегодня в сельскомхозяйстве имеются механизированныезерноочистительные изерноочистительно-сушильные площадки,которые дают возможность уменьшитьпоступление на хлебоприемные предприятиясорного зерна [16, 20-25].
Различие в засоренностизерна предопределяет разную степеньвлияния сорной примеси на стойкостьзерновых масс. Очистка поступающих партийот сорных примесей является важнейшейоперацией послеуборочной обработкисвежеубранного зерна [18, 19, 26-29].
Поступление чистогозерна описывается экспоненциальнымуравнением
| у = с +ае-Ьх, (а = 23,58; b =0,0032; с = -0,417) | (3) |
Окончательно уравнениепримет вид: у = -0,417 + 23,58е-0,0032х.
Поток пшеницы среднейчистоты, содержащей сорную примесь от 1 до3%, формируемый до обработки нахлебоприемном предприятии, способствуетэффективной очистке зерна отпримесей.
Анализ поступленийзерна пшеницы средней чистоты на ТОО«Иволга-Холдинг» показывает значительноеколебание. За период наблюдений с 1999 по 2002гг. среднее значение потока зерна среднейчистоты составило 495 тонн,среднеквадратическое отклонение – 234 тонны икоэффициент вариации –47,2%.Экспоненциальное уравнение, описывающеезависимость изменения суточногопоступления потока зерна средней чистоты(аналогично рассмотренному выше случаю длячистого зерна), имеет вид
у = с + ае-Ьх, (а = 13,64; b = 0,00088; с =-2,955) (4)
или у = -2,955 + 13,64е-0,00088х
Партии зерна пшеницы,содержащие сорную примесь свыше 3%, требуютсвоевременного проведения очистки зернана хлебоприемных предприятиях.
Кроме дикорастущих исорных семян, в нее (сорную примесь)включают зерно других культур, которые неиспользуются как зерно основной культуры.Сорное зерно обладает высокой сорбционнойспособностью, быстро поглощает влагу извоздуха, и накапливает ее в большихколичествах, чем основное зерно [19,26,27,30,31].Поступления потока сорного зернапоказывают, что партии зерна весом от 210-415тонн имеют наибольшую частоту поступления.Следовательно, при вместимости силосногохранилища 540 тонн в нем размещаются от 2-3партий, соответственно образуются двух-или трехслойная насыпь зерна. В силосахсборной конструкции количество слоевнасыпи могут составлять от 5 до 10 и более.Установление особенностей развитиятермодинамических процессов при такомраскладе больших масс зерна по высотесилоса имеет важное научное и прикладноезначение. В практике хранения зернаколичество партий, размещающихся слоями,может достигать 50 и более.
Среднее значение потокасорного зерна – 542,6 тонн, среднеквадратическоеотклонение –222,4 тонн, коэффициент вариации – 40,98 ~40,1 % для потокасорного зерна (свыше 3 %) выявленазакономерность его суточного поступления,которая также описываетсяэкспоненциальным уравнением [32]:
у = с + ае-Ьх, (а - 28,525; b = 0,0016; с =-1,35) (5)
или у = -1,35 + 28,525е -0,0016х
Прием зерна савтомобильного транспорта на элеваторнойлинии осуществляется с помощьюуниверсальных автомобилеразгрузчиков. Вкаждом приемном устройстве имеются одинили два приемных транспортера, которыеобеспечивают прием (2-4) разнородных партийзерна.
Очистка является однойиз важных операций обработки зерна впотоке. На основе данных о характеристикахпоступающего зерна по сорной и зерновойпримеси обязательно проведение операцийочистки. Поэтому принимаемое зернополностью направляется на очистку.Характеристики входных данныхпоступающего на прием зерна определяютэффективность работы зерноочистительныхмашин. Для установления требуемой мощностизерноочистительных машин, кроме объемовсорного и средней чистоты зерна необходимотакже определить кратность очистки зерна.Ограничительными кондициямипредусмотрено, что содержание сорнойпримеси в зерне должно быть не более 2 % изерновой не более 5 %, а базисными – сорной примеси неболее 1 % и зерновой – не более 2 %. При однократномпропуске зерна через сепаратор, фактическиудаляется всего лишь 43 % первоначальногосодержания сорной и 25 % зерновой примесидля зерна с влажностью до 17 %.
Результаты определениякратности очистки зерна назерноочистительных машинах поэкономическим регионам Казахстанапоказывают, что доведение до базиснойкондиции по сорной примеси требуют неменее двукратной очистки поступающегозерна. По экономическим районам наибольшаякратность очистки зерна приходится наюжный, восточный и западный Казахстан. Этопредопределяет необходимость выделенияоперативных емкостей для формированияпартий зерна с последующей его очисткой дотребуемых кондиций после основногопериода уборки урожая. Практикапромышленного хранения показываетзначительные расхождения пропускнойспособности приёмных устройств сразличных видов транспорта иэксплуатационными производительностямизерноочистительных машин хлебоприёмныхэлеваторов, а также между последними иосновными нориями, конвейерами(надсилосные, подсилосные). В связи с этимзерноочистительные машины, как при внешнихоперациях, так и при внутреннихперемещениях зерна резко снижаютпроизводительность технологическихопераций, и это приводит к накоплению ивременному хранению в оперативныхемкостях (до месяца и более) сорного ивлажного зерна и количественным икачественным потерям.
Анализ исследованийзерна, поступающего на элеваторыКазахстана, установил колебания среднихзначений по сорной и зерновой примеси [23,33].
Сушка зерна являетсялимитирующим пропускной способностипоточных линий хлебоприемных элеваторов врайонах возделывания зерна. Климатическиеусловия региона, года заготовок определяютсоотношение зерна сухого и средней сухостиили влажного и сырого. В связи с этимпоступающие зерно по влажности бываетоднородным и смешанным. Однородный потокпо влажности делится на зерно чистое, сухоеи средней сухости, а также влажное и сырое.Смешанный поток представляет собойчередующийся ряд зерна сухого ивлажно-сырого состояния. Однако в течениесуток температура каждого из этих потоковзерна не может быть однородной, т.к. впериод заготовок суточные колебаниятемпературы достигают разности в 10-14 раз инередко с переходом через 0°С.
Активноевентилирование проводится с цельюосвежения воздуха межзерновыхпространств, охлаждения зерновой массы приобнаружении очагов самосогревания,перевода зерна на зимние режимы хранения, атакже с целью снижения его влажности. Этатехнологическая операция проводится безперемещения в силосах и складах при помощиустановок для активного вентилирования.Накопление зерна на эту технологическуюоперацию происходит крайне неравномерно.Наблюдается некоторое увеличениепоступления зерна с влажностью 16,0-18,0 % вовторой половине периода заготовок. В целомза заготовительные периоды наблюдаетсяповышенное поступление зерна, требующегоактивного вентилирования.
На основе изучениятемпов суточного накопления зерна потехнологическим операциям поточных линийхлебоприемного элеватора выявлен объемопераций по послеуборочной обработкезерна.
Поточные линии должныбыть гибкими и взаимозаменяемыми, чтопозволит при необходимости решатьвозникающие производственные задачи. Приотсутствии возможностей очистки или сушкизерна в потоке, процесс обработкиорганизовывается по стадиям: сначалавыполняется выгрузка, очистка искладирование с последующим активнымвентилированием, затем очистка и сушказерна.
Исследования и анализэтих данных дают нам возможностьправильного использованиятехнологического и транспортногооборудования с учетом имеющихся масс и ихрежимов работы, а также прогнозироватьзакономерности формирования структуры итепловлажностного режима зерновой насыпив оперативных бункерах и силосныххранилищах.
Для выявленияпроцентного соотношения объема влажногои
сырого зерна по областямКазахстана использовались данные запериод более 35 лет заготовок [23,33,34].
Периоды заготовокхарактеризуются наибольшимипоступлениями влажного зерна, при этом посеверным областям Казахстана – 85,8 %, в центральныхрайонах – 69,5 %,из них 34,2 % с влажностью вышеограничительных кондиций, в восточном– 39,9 %, поостальным областям – несколько меньше [33].
За последние годырезультаты изучения изменениязасоренности поступающего зернапоказывают, что наблюдается тенденция всторону увеличения [20,25,33,34].
При этом наибольшееколичество сорного зерна приходится насеверные и центральные регионы Казахстана(от 34 до 43 %), наименьшие - западные ивосточные регионы (23,6-22,8 %). По сорнойпримеси в объёме заготовок зерна лидируютюжные регионы Казахстана [26,33].
Наряду с качественнымсостоянием зерновой массы, обусловленнойеё влажностью, температурой, наличиемсорной и зерновой примеси, важное значениеимеет и заражённость вредителями хлебныхзапасов. Огромной и разнообразнойпредставлена фауна амбарныхвредителей.
Многие виды вредителей,наносящие ущерб сельскохозяйственнымпродуктам во время хранения, широкораспространены по земному шару, напримерразные виды мучных хрущаков. Другие, такие,как клещи, более характерны для районов сумеренным климатом.
Фауна вредителей зерна,муки, крупы и других зерновых продуктовнасчитывает несколько десятков видовнасекомых и клещей.
Условия обитания дляпредставителей группы вредителей хлебныхзапасов существенно отличаются от условийжизни насекомых и клещей, повреждающихсельскохозяйственные растения. Отличиязаключаются в том, что зерновая масса,являясь основной средой обитания, хранитсяв закрытых помещениях. Благодаря низкойтеплопроводности и влагопроводности взерновой массе не наблюдается резкихколебаний температуры и влажности. Обычнов зерновых продуктах перед закладкой нахранение снижают содержание влаги. Зерно– сыпучийпродукт. Являясь средой обитания, оно в тоже время представляет отличную пищу длянасекомых. В местах хранениясельскохозяйственной продукции, какправило, слабое освещение. В результатежизни в таких условиях насекомые и клещи,относящиеся к различным систематическимединицам, выработали ряд общих признаков,которые позволяют объединить их в однугруппу вредителей хлебных запасов[35-38].
Большинствопредставителей этой группыхарактеризуется отсутствием диапаузы– состояниемотносительного покоя, во время которогорезко замедлены процессы обмена веществ.Это состояние обычно для насекомых иклещей, живущих в поле, оно помогает импереносить суровые условия зимы.
Благодаря отсутствиюдиапаузы насекомые и клещи, обитающие вхранилищах, при благоприятных условияхмогут размножаться и вредить круглыйгод.
Большинствопредставителей рассматриваемой группывредителей отличается коротким периодомонтогенетического развития от яйца доимаго, что позволяет им давать несколькопоколений в год.
Взрослые самки и самцымногих видов вредителей живут более года ихарактеризуются высокой плодовитостью.Одна самка некоторых видов насекомыхспособна за свою жизнь отложить болеетысячи яиц.
Высокая плодовитость ибыстрое развитие обеспечивают приоптимальных условиях жизникатастрофически быстрое нарастаниечисленности популяции насекомых иклещей.
Большинство насекомыхнетребовательно к влажности средыобитания, а некоторые виды мучных хрущаковмогут размножаться в муке с влажностьюоколо 1 %.
Однако большинствовредителей, особенно из класса насекомых,не может нормально существовать притемпературе среды ниже 15°С.
Вредители хлебныхзапасов приспособились к жизни в условияхсыпучей массы зерна. Большинству из нихсвойственно явление танатозы, т.е.замирания. При механическом раздражениивредители поджимают ноги и усики ипритворяются мертвыми. Это спасаетнасекомых и клещей от механическихповреждений во время пересыпания зерна.Как правило, все насекомые, обитающие вмежзерновом пространстве, имеют твердыйхитиновый покров. Мягкие личинкидолгоносиков, точильщиков, некоторыхбабочек развиваются внутри зерна и темсамым спасаются от травм.
Среди групп вредителейхлебных запасов встречаются виды, которыемогут успешно жить как в поле, так и вхранилище (например, некоторые видымукоедов и бабочек). Есть виды, которые,начав свое развитие в поле, заканчивают егов хранилище (гороховая зерновка). Отдельныевиды в период созревания зерновых культурзаражают их в поле, но в остальное времяобитают в местах хранения продуктов(рисовый долгоносик, зерновой точильщик,зерновая моль). И, наконец, фауна вредителейзапасов представлена видами, которыенавсегда связали свое существование схранящейся продукцией. Типичнымпредставителем такого вида являетсяамбарный долгоносик, который в процессерегрессивной эволюции потерял вторую парукрыльев и не способен летать.
Большинству вредителейхлебных запасов присущ отрицательныйфототаксис. Насекомые и клещи этой группыбоятся яркого света и прячутся в зерновойнасыпи, щелях хранилищ и в другихместах.
Потенциально вредителихлебных запасов могут повреждатьразличные виды продуктов, но возможностьих заселения и распространения в даннойстране или в данном районе обычноопределяют климатические факторы.
Потери, вызываемыенасекомыми и клещами, проявляются вснижении урожая и ухудшении качествапродуктов при хранении. Эти потери неодинаковы для различных продуктов и разныхстран. Общую оценку ущерба, наносимогонасекомыми по всему миру, дать трудно.Организация объединённых наций повопросам продовольствия и сельскогохозяйства (ФАО) считает, что ежегодновредители уничтожают более 5 % мировогосбора зерновых, бобовых и масличныхкультур.
Однако, несмотря наналичие значительного количества работ [39],направленных на установление ущербананосимого вредителями зерну,недостаточно исследованы вопросы,связанные с направленной мобильноймиграцией вредителей в застойной зоне илиучастках зерновой насыпи с повышеннойфизиологической активностью [40-42].
Наряду с перечисленнымифакторами, влияющими на устойчивость зернапри хранении, важную роль играет имикрофлора зерновой насыпи.
Использованиесовременных прогрессивныхагротехнических приёмов возделываниязерна колосовых на основе интенсивныхтехнологий, с применением селективныхгербицидов и обеспечение надлежащихусловий размещения зерна на токах являетсяосновой обеспечения сохранности зерна безпотерь и повышения его качества.
Таким образом,исследования количественно-качественныххарактеристик поступающего зерна и работытехнологических линий (прием, очистка,сушка, активное вентилирование, внутренниеперемещения и формирование партий)показывают, что тепловлажностный режим вхранилищах определяется ритмами икачественными характеристикамипоступающего зерна.
Неблагоприятныефакторы (повышенная относительнаявлажность воздуха более 80 %, туманы, дождь,мокрый снег, изморозь, град) оказываютвлияние на продолжительность периодазаготовок и качество поступающего зерна нахлебоприёмные элеваторы.
Эффективно управлятьтехнологическими процессамипослеуборочной обработки, операциямивнутренних перемещений зерна можно исходяиз уточненных количественно-качественныххарактеристик и ритма поступления зерна,от которых так же зависят параметрытехнологического проектирования зерновыхэлеваторов.
1.3 Технологическиемероприятия, обеспечивающие повышениекачества технологических свойств зерна иего стойкость при хранении
Внутренние перемещениязерна, осуществляются с целью формированияпартий, повышения качестватехнологических свойств зерна и егостойкости при хранении [43,44]. Нахлебоприемных элеваторах внутренниеперемещения зерна решают следующиезадачи:
- очистка зерна назерноочистительных машинах, сушка с цельюдоведения его до требуемых кондиций взависимости от назначения (для отпуска напроизводство, закладки на длительноехранение, экспорт и т.п.);
- обеззараживаниеотдельных партий зерна;
- охлаждение зерна сцелью понижения температуры передзакладкой на длительное хранение;
- формирование зерна впроизводственных элеваторах приподготовке помольных партий;
- определение массыхранящегося зерна приинвентаризации;
- освобождение частисилосов для приёмки новых партийзерна;
- транспортированиезерна для его инвентаризации илиотгрузки.
Объемы внутреннихперемещений зерна, как технологическоемероприятие, обеспечивающее стойкостьзерновой массы при храненииустанавливается на основепроизводственной необходимости.Транспортно-технологические операции,связанные с внутренними перемещениямизерна, должны работать в режиме,обеспечивающем щадящее воздействие назерно.
В соответствии с«Нормами технологического проектированияхлебозаготовительных предприятий иэлеваторов» к внутренним операциямотносятся:
а) подача зерна вемкости (надсепараторные, надсушильные,специализированные отпускные емкости,оборудованные для дезинсекции зерна и напроизводство);
б) транспортированиезерна из емкостей подсепараторных(очищенное зерно), подсушильных(просушенное зерно), зерна, подвергшегосядезинсекции;
в) проветривание зерна,подсортировка;
г) внутреннееперемещение из силоса в силос;
Анализ «Правилорганизации и ведения технологическогопроцесса на элеваторах и хлебоприемныхпредприятиях» [45] и в частности раздела № 4.«Обработка зерна на хлебоприемныхэлеваторах» показал следующее:
Организация работытехнологических линий (п. 4.7.) черезнакопительные емкости с цельюформирования партий по типам, сортам и др.,вследствие неравномерности поступлениязерна приводит к вынужденному увеличениюсроков оперативного хранения послойноразмещаемых партий необработанного зерна.Количество влажного и сырого зерна,размещаемой в накопительных емкостяхограничивается массой не более трех -пятисуточной производительностизерносушилок (п. 4.7.3.), что составляет 6000 -10000тонн. В тоже время, при плановых остановкахсушилок, связанных с переходам на сушкудругих культур, на ежедекадный текущийремонт, профилактику или устранениетехнологических отказов оборудования, налюбом этапе внутреннего перемещения можетвозникнуть необходимость приостановкипроцессов, которые связаны с догрузкойсилоса новой партией зерна, частичнымопорожнением силосов или его эксплуатациив проточном режиме. Данный пункт нераскрывает влияния выгрузки, догрузки, атакже эксплуатации его в проточном режимена изменения термодинамических процессов,связанных с послойным размещением,разрыхлением структуры движущегосяпотока.
Соблюдение положенийп.п. 4.9., 4.11.3., 4.15.,4.18., 4.24., 4.28., 4.51.,4.60. пообработке зерна на предприятиях сопряженозначительным объемом внутреннихперемещений с участием оперативныхемкостей и силосных хранилищ, в результатекоторых формируемые послойные структурызерновой насыпи в них претерпеваютизменения, приводящие к влажностным итемпературным градиентам междуними.
В тоже время следуетотметить, что:
- при любом перемещениизерна возрастает содержаниетравмированных и битых зерен (от долей доцелых процентов) в зависимости от составатехнологического оборудования маршрута,исходного качества зерна;
- хлебоприемныеэлеваторы в районах возделывания зерна впериод заготовок могут просушить в потокене более 70 % от принимаемого урожая, аостальные 30% зерна повышенной влажностиежегодно требует дополнительных затратвремени и средств на внутренниеперемещения с целью обеспечения егосохранности;
- на каждойтехнологической линии установленнаямощность электродвигателей колеблется впределах от 200 до 350 кВт.
Таким образом,закономерность формирования структурынасыпи и термодинамические процессы вхранилищах при внутренних перемещенияхзерна позволяет не только прогнозироватьнаправленность физико-химических ифизиолого-биохимических процессов, но иоптимизировать объемы этих операций содновременным обеспечением сохранностизерновых масс, при одновременном снижениииздержек предприятия.
1.4 Развитиетехнического и технологического уровнязернохранилищ
В Казахстане быласоздана достаточно мощная техническаябаза для приёмки, послеуборочной обработкии хранения зерна. Помимо зерносушилок былипостроены мощные элеваторы,механизированные склады, на базе которыхсмонтированы линии, оснащённыесоответствующим оборудованием. Бывшаясистема заготовок имеет современноезерносушильное и очистительное хозяйство,не плохие элеваторы, удельный вес которыхсоставляет более 40 %. Хлебоприёмныепредприятия и элеваторы располагаюттехнической базой для быстрой разгрузки,послеуборочной обработки и длительногохранения зерна. Однако в настоящее времянаблюдается снижение действующихэлеваторных емкостей, а также ухудшениетехнической оснащённости, технологическойдисциплины по известным причинам[46-48].
Этот перекос в развитиитехнической базы первого уровня сейчасостро ощущается непосредственнопроизводителями зерна. Проблемаобеспечения сохранности зерна в бывшихсовхозах, колхозах и крестьянскиххозяйствах настолько сложна, что решить еёв сложившихся условиях без значительныхпотерь выращенного зерна во многих случаяхпрактически невозможно.
Анализ показывает, что вближайшие годы необходимо будет укреплятьтехническую базу для послеуборочнойобработки, хранения и переработки зерна напервом уровне. Это позволит производителямзерна подработать его до нужных кондиций иреализовать в удобное время и поприемлемой цене. Создание технической базыпервого уровня, является важнойгосударственной задачей, так как этоизбавит хозяйства от потерь большогоколичества зерна, поэтому решение этойпроблемы должно находиться подпристальным вниманием Правительствареспублики. В стратегии Президента страныочень чётко определяется, что «государствосамо должно стать гарантом свободнойэкономики. Его задача - установить рыночныеправила, а затем обеспечить их соблюдение,действуя справедливо и беспристрастно».Поэтому в законе «Об основахгосударственного регулирования в АПКРеспублики Казахстан» можно было бырассмотреть вопрос об огосударствлениинекоторой части элеваторной сети, вкоторой можно было бы разместитьгосударственные резервы, страховые фонды,большие и мобильные партии зерна длямежгосударственной торговли, а такжесоздать льготные условия дляпослеуборочной обработки и хранения зернадля фермерских, крестьянских хозяйств,пока будет решаться проблема техническойбазы первого уровня [46].
Элеваторы, как известно,лучшие сооружения для хранения зерна.Примерно до 60-х г. элеваторы в нашей странесооружали из монолитного железобетона. Онипрочны и долговечны, не допускаютпроникновения влаги к хранящемуся зерну[49].
Однако, начиная с 1958 г.по требованию строителей такие элеваторыначали повсеместно заменять сборнымиконструкциями. Первый в стране сборныйсилосный корпус элеватора был построен вгороде Купино Новосибирской области в 1958 г.В дальнейшем конструкции сборных силосовсовершенствовали, однако это касалосьглавным образом защиты стыков сборныхэлементов от проникновения через них влагивнутрь силоса. Значительных изменений вконструкции силосов не внесли.
Современные элеваторы– сложныеинженерные сооружения большого объема имассы, высотой 50-60 м и более. При загрузке ивыгрузке зерна в силосах возникают большиегоризонтальные и вертикальные напряжения,которых нет в других сооружениях.Естественно, что пульсирующиединамические нагрузки на стенки силосовэлеваторов возникают как в сборных, так и вмонолитных силосах. Но если в элеваторах измонолитного они не вызывают нарушенийцелостности стен, то в сборных силосах швымежду отдельными блоками расходятся, врезультате чего образуются щели,нарушающие герметичность силосов исоздающие условия для проникновения в нихатмосферной влаги.
Динамические нагрузкиот зерновой массы вызывают не толькогоризонтальные и вертикальные напряжения,вполне вероятно они не проходят бесследнодля структуры зерновой насыпи, ведущие кслёживанию и возникновению застойных зонвнутри хранилища. С позиции технолога похранению зерна важно знать участки ичастоту возникновения выше названныхизменений. Знание названных особенностейформирования структуры в трёхмерномпространстве хранилища позволяетзаблаговременно проводить с большимэффектом внутренние перемещения зерна сцелью устранения неблагоприятныхпроцессов, происходящих в хранящемсязерне.
В процессе работыэлеватора, даже в течение одного периодазаготовок, силосы, как правило, многократнозагружают, разгружают и нередкоэксплуатация хранилища идёт в проточномрежиме. С позиции эффективного хранениязерна эксплуатация хранилищ в проточномрежиме нежелательна, т.к. приводит кобразованию застойных зон зерновой насыпив периферийных слоях силоса.
Основные задачихлебоприемных предприятий республики-бесперебойно принимать зерно, семенамасличных культур, сортовые семена;улучшить качество продуктов сушкой иочисткой, вентилированием, охлаждением,промораживанием, обеззараживаниемзараженного амбарными вредителями зерна имаслосемян; полностью обеспечить ихколичественную и качественнуюсохранность; непрерывно снабжатьпромышленность сырьем, население мукой икрупой, а фермерские хозяйства - семенами,комбикормами и фуражом, также отгружать наэкспорт и обеспечить длительное хранениехлебных ресурсов государственногорезерва.
Технический уровеньзаготовок, хранения и переработки зернавключает формирование схемтехнологического процесса, расчета ивыбора основного оборудования,расстановки его с учетом требованийтехнологии, конструирования, трассировки ивыбора магистрального хода инженерныхсетей, определения сметной стоимости,описания геометрии объекта, графическоговывода технической документации [50].
Становление и развитиеэлеваторной промышленности Казахстанаосуществлялось от первых емкостейамбарного типа при мельницах в городахКустанае, Кокчетаве, Петропавловске иСемипалатинске до новыхобъемно-планировочных и проектных решенийэлеваторов периода освоения целинных изалежных земель. В это время в республикеспроектированы и построены элеватор Л-2x100на десяти хлебоприемных пунктах. Причем,они проектировались трехрядными подвукрылой схеме и пятирядными по однойстороне от рабочей башни. При эксплуатациитаких элеваторов были выявлены узкиетехнологические места. Поэтому нориипроизводительностью 100 тонн/час былизаменены на 175 тонн/час, ковшовые весы– наавтоматические ДН-1000, зерносушилки 8тонн/час на Целинную 50 (Ц-50 тонн/час).
Наибольшеераспространение в Казахстане получилизаготовительные элеваторы Л-Зх100, 1-3x175,Л-4х175, построенные на девяти хлебоприемныхпунктах. Их отличительная особенность– этооперативные силосы для кратковременногохранения небольших партий зерна иувеличение основных ёмкостей до 50-100 тысячтонн. В последующие года особое вниманиебыло уделено созданию при хлебоприемныхпунктах поточных технологических линий,составляющих основной процесс подготовкизерна. Так появился ЛВ-Зх175, имеющийхарактерное для себя сочетаниеэлеваторной емкости с зерноскладами,применение активного вентилирования впяти оперативных бункерах рабочей башни ив силосном корпусе, высокую автоматизациютехнологического процесса, прием, очисткуи сушку в потоке.
Всемерный ростзаготовок зерна и необходимостьдлительного хранения зерновых запасовобусловили применение элеватора ЛВ - 4x175.Последний в технологическом процессепредусматривает разделение поступающегона элеватор потока зерна на несколькопараллельных линий, для каждой из которыхпредназначены свои транспортерныеконвейеры и технологическое оборудование,позволяющие перемещать, взвешивать,очищать от примесей и просушивать зерна походу, без задержки. Емкость элеваторазависит от сочетания рабочей башни сопределенным количеством силосныхкорпусов. Элеваторы такого типа былипостроены на одиннадцати хлебоприемныхпунктах.
Для серединысемидесятых годов характернопроектирование и строительство элеваторовемкостью 100-150 тысяч тонн и более. Это сталовозможным из-за объемно-планировочных иконструктивных решений элеваторныхсооружений. Так появились элеваторыЛС-4х175-62 и ЛCB-4x175-71.
Для расширенияАтбасарского хлебоприемного пунктаЦелиноградской области был разработаниндивидуальный силосный корпус СКС-Зх144емкостью 27 тысяч тонн. Такой корпус нашелширокое применение, как при реконструкциидействующих предприятий, так и вновьстроящихся. На базе CKC-3x144 был разработаниндивидуальный проект элеватора совстроенной в силосы рабочей башней дляАктюбинска и ШемонаихиВосточно-Казахстанской области. Такое жерешение применено при реконструкцииэлеваторов на станции Кара-ТугайАктюбинской области и Азат Кокчетавскойобласти. Эти проектные новшества нашлиширокое применение в стране.Технологические схемы упомянутыхэлеваторов разработаны с применениемвысокопроизводительноготехнологического, транспортного изерносушилъного оборудования.
Впервые был разработанГосНИИсредазпромзернопроект проектспециализированного элеватора дляриса-зерна, строительство которогоосуществлено на станции ДжалагашКзыл-ординской области [51]. Известно, чторис-зерно при транспортировке итехнологической сушке очень подверженрастрескиванию, приводящему к увеличениювыхода дробленой крупы и снижению ее цены.Поэтому при технологической обработкериса-зерна применяется минимальноеколичество перебросов, скороститранспортировки снижены до 1,8 - 2,2 м/с, углынаклонов бункеров и самотеков равны 45°,самотечные трубопроводы лузгизапроектированы из стальных цельнотянутыхтруб со стенками толщиной 4,5-6,0 мм. На прямыхучастках у самотеков длиной более 5 мпредусматривается установка гасителейскорости зерна, производительностьтехнологического оборудования несколькозанижена и приведена в соответствие схарактеристиками риса-зерна, примененоактивное вентилирование всех силосов,надсепараторных емкостей рабочего здания,и накопительных емкостей, сушка риса-зернана зерносушилках осуществляется в триэтапа с промежуточной отлежкой в течение11-12 часов.
Практика эксплуатациисборных силосов показала, что на этихэлеваторах практически исключаетсявозможность применять требуемуютехнологию обработки зерна:обеззараживание, активное вентилированиеи охлаждение. Значительно усложняетсямеханическая зачистка и обеззараживаниесилосов, не загруженных зерном. Кроме того,сборные силосы в связи с их объединением спомощью перепускных окон в группы (по 4-6)создают повышенную взрывоопасностьэлеваторов.
В нашей стране средипредприятий отрасли хлебопродуктов напервом месте по пожаровзрывоопасностинаходится комбикормовая промышленность,за ней следуют элеваторная и мукомольнаяпромышленность.
Главными причинамивзрывов на предприятиях по хранению ипереработке зерна являются:
- несовершенство инеисправности оборудования, нарушениеправил его эксплуатации (33 %);
- самовозгорание сырья иготовой продукции в силосах и бункерах врезультате нарушения действующих нормхранения продуктов (более 20 %);
- проведение огневыхработ с нарушением правил пожарнойбезопасности (21 %).
Многолетний опытэксплуатации сборных силосных корпусовтипа СКС-Зх144 показывает значительнуюсложность хранения зерна в них.Практически невозможно обеспечитьгерметичность хранилища, т.к. для сборкисилосного корпуса даже сравнительнонебольшой (до 11тыс. т) емкости потребуется более 2000сборных элементов, около 20 км швов, около 10тыс. шпилек, 20 тыс. гаек, 20 тыс. шайб, свыше 10тыс. различных отверстий в железобетонныхизделиях.
Сложность усугубляетсяеще и тем, что в заводских условияхнекоторые, а иногда значительныеколичества железобетонных элементовизготавливают, не соблюдая габаритныеразмеры, с низким качеством поверхности,неправильным армированием. Нарушение хотябы одного из многочисленных требований,которые необходимо выполнять пристроительстве сборных силосов, приводит кнарушению их герметичности и,следовательно, нормальных условийхранения зерна.
1.5 Методы и перспективыразвития технологического проектированияэлеваторов
1.5.1 Анализ и выявлениенедостатков традиционных методовпроектирования и методов, ориентированныхна использование ЕС ЭВМ
Развитие методовпроектирования элеваторов с началастроительства первых зернохранилищторгово-промышленного назначения (конец XIXвека) и по настоящее время происходитэволюционным путем: от обоснованияустановки отдельной машины, пары машин,затем перешли к расчётам оборудованияпоточных линий, и наконец,транспортно-технологических комплексов исистем [32]. Следует отметить, что в началепути российские инженеры широко применялиопыт проектирования и строительстваэлеваторов, накопленный в европейскихстранах (преимущественно Германии), США иКанаде [52-55]. Однако, в дальнейшем, отчасти сростом квалификации своих кадров, а еще вбольшей степени из-за того, чтонаправление, по которому развиваласьсистема производства и послеуборочнойобработки зерна в СССР, стало резкоотличаться от других стран, наукапроектирования элеваторов в стране все вбольшей степени развиваласьобособленно.
При этом, на путивосстановления и развития хозяйстварешались сложные теоретические ипроизводственные проблемы по преодолениюобъективно возникающих трудностей,которые, чаще всего, являются следствиемтого положения, что коренные проблемыэкономики, сельского хозяйства не решалисьмногие годы, а если и решались, тоадминистративными методами и некомплексно. Так, зерновое производство бездостаточно развитой базы семеноводствапорождает неоправданное разнообразие инизкое качество зерна. Необеспеченностьхозяйств комбайнами приводит кнеобходимости вести уборку зерна в любуюпогоду круглосуточно и получать сырое изасоренное зерно. Зерно, не прошедшеедолжной предварительной подработки вхозяйствах, создает значительныетрудности с обеспечением его сохранностина элеваторах [56]. Реализация низкого покачеству, а порой и испорченного зерна– тожепроблема, требующая достаточно глубокихнаучных знаний. Директивные указания– обеспечитьзаготовку зерна в сжатые сроки, приводили кобразованию перед элеваторами огромныхочередей автомобилей, значительноусложняли процесс формирования партийзерна с учетом его технологическихдостоинств [45,57-67].
Вместо того, чтобы,кардинально решать задачи по обеспечению иоптимальному распределению материальныхресурсов между производителями зерна иэлеваторами, государство затрачивалозначительные средства на исследования вобласти хранения и послеуборочнойобработки зерна.
За эти годы странойнакоплен большой научный потенциалсравнительно высокого уровня, которыйнеобходимо переосмыслить и,воспользовавшись опытом зарубежных стран,использовать для осуществления кореннойперестройки структуры и функционированиязернового хозяйства в стране, на основевзаимовыгодных экономическихотношений.
Успешноереформирование системы послеуборочнойобработки зерна в стране возможно толькона основе научно-обоснованных методик инормативов, обеспечивающих оптимальныерешения при проектировании, техническомоснащении и эксплуатации элеваторов.
Научные и практическиеосновы современного технологическогопроектирования элеваторов базируются нафундаментальных положениях науки охранении зерна и технологиях егопослеуборочной обработки, определяющийвклад в которую внесли казахстанские изарубежные ученые: Атаназевич В.И., БекбаевА.Б., Вобликов Е.М., Воронцов О.С., Геддес В.Ф.,Гинзбург А.С., Голенков В.Ф., Голик М.Г.,Гордиенко М.В., Гудилин А.В., Егоров Г.А.,Елизаров В.П., Жидко В.И., Зелинский Г.С.,Казаков Е.Д., Карпов Б.А., Карпов В.И., КлеевИ.А., Комышник Л.Д., Краусп В.Р., КреймерманГ.И., Кретович В.Л., Кулаковский А.Б.,Курбатов Д.И., Лебединский В.Г., Малин Н.И.,Мельник Б.Е., Налеев О.Н., Новицкий О.А., ОкслиТ.А., Остапчук Н.В., Платонов П.Н., Птицын С.Д.,Пунков С.П, Резчиков В.А., Румянцев Г.М.,Скориков Б.А., Сорочинский В.Ф., ТрисвятскийЛ.А., Фасман В.Б., Фейденгольд В.Б.,Цециновский В.М., Шумский Д.В., Шумский О.Д,Юкиш А.Е. и многие другие.
В 1970 годах внедрялись вНИИ и в проектных институтах министерствазаготовок СССР программы межотраслевогоназначения для решения некоторых задачстроительной, сантехнической,электротехнической и сметной частейпроекта предприятий по хранению ипереработке зерна. Поэтому первоочереднойзадачей создаваемой САПР в 1977-1990 гг. былаавтоматизация проектированиятехнологической части проекта элеваторов.Работы велись с 1977-1990 гг. лабораториейоптимального проектированииГосНИИсредазпромзернопроект. В связи сразработками и промышленной эксплуатациейСАПР - ГПЗП в проектных институтахМинистерства заготовок СССР МТИПП, какголовной институт среди технологическихвузов пищевого направления, в 1985 годуразработал типовую программу дисциплины«Проектирование предприятий с основамиСАПР» (авторы Мельников Е.М.,Карпов В.И.) специальности 1001 – «Хранение итехнология переработки зерна». В изданномв 1996 году учебнике «Проектирование элеваторов ихлебоприемных предприятий с основамиСАПР» (авторы Пунков С.П., Ким Л.В.,Фейденгольд В.Б) поверхностно рассмотреныэлементы САПР-ПХОЗ.
Впервые в СНГ болееполно было освещено применение компонентов САПР впроектировании зерновых элеваторов вучебнике Арынгазина К.Ш., Изтаева А.И.«Проектирование зерновых элеваторов сэлементами САПР», Павлодар, 2006.
Через проектматериализуются передовыенаучно-технические идеи, от качества исроков проектных работ зависит ускорениенаучно-технического прогресса.
Повышение качествапроектирования и технико-экономическогообоснования принимаемых решенийдостигается за счет тех преимуществ,которые дает применение системногоподхода и вычислительной техники, а именно,учет большого числа факторов в процессепринятия решений, получение множествавозможных вариантов, объективные методы ихоценки.
1.5.2 Структурнаямодель технологии автоматизированногопроектирования предприятий по хранению ипереработке зерна, ориентированная накомплекс ТС на базе ЕС ЭВМ
Приведенная на рисунке36 [68, с.112] структура формирования проектапредприятий по хранению и переработкезерна характеризует связи междупроектными подразделениями, возникающие врежиме неавтоматизированногопроектирования.
Данные связисохраняются, в основном, и припроектировании с использованием средствСАПР, так как процесс принятия исогласования проектных решений остается взначительной степени тем же. Однаковозникновение в составе института рядапринципиально новых подразделений,выделяемых в службу САПР, требуетпересмотра традиционной технологиипроектирования и создания новыхтехнологических связей. Таким образом, дваспособа выполнения проектных работувязываются в единую технологиюавтоматизированного проектирования[68-70].
Структурная модельтехнологии автоматизированногопроектирования, характеризующая основныесвязи, возникающие между подразделениями ислужбами института в режиме создания иэксплуатации средств САПР,ориентированная на комплекс ТС на базе ЕСЭВМ, предполагает такой наборподразделений, который полностьюобеспечивало создание, использование иразвитие САПР в проектнойорганизации.
Подразделения службыСАПР выполняли следующие функции.
Подразделениетехнологов информационно- вычислительныхпроцессов:
- получает документыустановленной формы от подразделенийтехнологов проектных процессов иосуществляет контроль их соответствияустановленных требованиям;
- регулируетсоответствующие задания и передаёт их навыполнение в подразделения подготовкиданных на машинных носителях и операторовтехнических средств;
- получает результатыобработки заданий на техническихустройствах и проводит контроль ихподготовки;
- передаёт готовыерезультаты в подразделение технологовпроектных процессов.
Подразделениетехнологов проектных процессов (должнобыть укомплектовано специалистами -проектировщиками по соответствующимпроектным дисциплинам):
- просматривает бланкизаданий, подготовленных специалистамисоответствующих проектных отделов, и ещёпроверяет соблюдение установленных правилих заполнения;
- подготавливаетзадания по особо сложным работам;
- передаёт задания вподразделение технологов информационно-вычислительного процесса;
- получает результатывыполнения заданий, контролирует их, ипередаёт в проектные отделы;
- выполняет проектныеработы в режиме теледоступа кданным;
- участвуют совместно сподразделением сопровождения баз данных иподразделениями соответствующихпроектных отделов в создании исопровождении баз данных к программнымкомпонентам;
- участвуют совместно сподразделениями проектных отделов ввыборе, апробации, освоении, внедрении ииспользовании новых компонентовСАПР.
Подразделение поподготовке данных на машинных носителяхобеспечивает перенос данных с бланков набумажные (перфоленты или перфокарты) илимагнитные (магнитные ленты) носители исверку распечаток данных, полученных наЭВМ, с оригиналом.
Подразделениедиспетчеризацииинформационно-вычислительного процессавыполняло работы по формированию заданийдля ЭВМ на текущую смену в пакетном илимногопрограммном режиме, распределяянеобходимые для этого ресурсы ЭВМ.Выполняемое формирование статистическихданных за
отчетный период (неделю,месяц, квартал, и т.д.) позволяет оценитьправильность использования ресурсов ЭВМна ключевых направлениях иоткорректировать управляющие воздействиена вычислительный процесс и технологиюавтоматизированногопроектирования.
Подразделениесистемного обеспечения выполняло работы,связанные с генерацией и эксплуатациейоперационных систем, системной поддержкойэксплуатирующихся программныхкомпонентов САПР, разработкой и поддержкойсистемного обеспечения вычислительногопроцесса (средства пакетной обработки,мультидоступа, теледоступа к данным и т.п.).Данное подразделение выполняло такжеработы по освоению и обеспечениюработоспособности общесистемного иобщематематического обеспечения ЭВМ(системы управления базами данных, пакетовприкладных программ общего назначения ит.д.). Участие системных программистов вработах по разработке архитектуры итехнологии эксплуатации разрабатываемыхпрограммных компонентов САПР обеспечиваетвысокий уровень этих работ. Специалистыданного подразделения выполняли такжефункции дежурного системного программистапо смене.
Подразделениесопровождения баз данных выполняли работупо ведению баз данных на магнитныхносителях, осуществляя их первичноенакопление, либо корректировку по заданиямпроектных отделов. Информация поступает вподразделение на соответствующих бланкахи после её переноса на перфоносителизаносится в базу данных с использованиемсоответствующей СУБД и других средстворганизации и доступа к данным.
Подразделения поразработке программных компонентов САПРрешали вопросы, связанные с созданием иразвитием ранее разработанных программныхкомпонентов САПР, в соответствии с планамибюджетных работ, НИР и т.п.
Подразделениеоператоров ЭВМ обеспечивали прохождениезаданий в пакетном или многопрограммномрежиме.
Подразделениетехнического обслуживания ЭВМобеспечивали профилактические и текущиеремонты ЭВМ, а также дежурстваспециалистов-электроников по сменам.Работа данного подразделенияосуществлялась при взаимодействии соспециализированной региональнойорганизацией по техническому обслуживаниюЭВМ.
Из вышеизложенногоможно сделать вывод, что на современномэтапе развития САПР подразделенияподготовки данных на машинных носителях,операторов технических средств,диспетчеров вычислительного процесса,технологов информационно-вычислительногопроцесса не нужны в структуре проектнойорганизации.
1.5.3 Научно-техническиероли проектирования с элементами САПР всовершенствовании технологии хранениязерна
Применение ЭВМ впроектировании началось при выполнениитрудоемких расчетов. Это позволило решатькачественно новые расчетные задачи исократить время их решения в десятки исотни раз. Наиболее характерны в этомотношении прочностные расчетыстроительных конструкций. В межотраслевомфонде алгоритмов и программ при ЦНИИПРОЕКТГосстроя СССР имелись сотни программ дляЭВМ, позволяющих выполнять расчеты поконструкциям зданий и сооружений,отоплении, вентиляции, водоснабжению иканализации, инженерным изысканиям и др.Повторяемость использования этих программколеблется от нескольких сотен до тысячраз.
Значительное числопрограмм по специальным разделам, таким,как жилищное и гражданское строительство,транспортное строительство и др., имеетсятакже в фондах программ головныхинститутов и ведомств.
Благодаряиспользованию накопленных программтрудоемкость расчетов стала относительномалой и во многих случаях не превышаетнескольких процентов от общих затрат трудана проектировании.
Возникла необходимостьиспользовать ЭВМ на других видах проектныхработ, в частности для конструированияэлементов зданий и сооружений, инженерногооборудования и т.п., размещений икомпоновки зданий и сооружений, дляподсчета объемов потребных материалов,составления спецификаций, моделированияпроизводственных процессов, вычисленияобъемов работ, составления смет,выполнения чертежных работ.
Программы для ЭВМ сталисредством труда, инструментом, содержащиммашинный интеллект, отражающийколлективный интеллект разрабатывающих ихспециалистов.
С развитием программоказалось целесообразным создавать общийдля отдельных программ информационныеполя на машинных носителях, так называемыебазы данных. Появились специальныепрограммы для трансляции заданий напроектирование с языков, удобных дляпроектировщика, а также программы,управляющие работой программ, реализующихсобственно проектные операции.
В совокупности этопривело к возникновению качественно новойформы программного обеспечения в видепакетов прикладных программ (ППП).
Расширение областиприменения и совершенствованияпрограммного обеспечения привело кнеобходимости создавать новый режимпроектирования с помощью ЭВМ на основетехнологических карт, определяющихпоследовательность участия проектантов,специалистов по подготовке данных,операторов ЭВМ. Этот режим реализуется нат.н. технологической линии проектирования(ТЛП).
Технологические линииохватывают более комплексные частипроектных процессов, чем отдельныепрограммы для ЭВМ. В ТЛП используются, какправило, несколько десятков программ,взаимоувязанных друг с другом.
Технологическая линияпроектирования по существу естьсовокупность подразделений проектнойорганизации, выполняющих определенныевиды работ с передачей значительной долиих на ЭВМ [71].
Были созданы около двухдесятков ТЛП для объектов промышленного,гражданского, транспортного,водохозяйственного,сельскохозяйственного и других видовстроительства.
В свою очередь,использование технологических линийпроектирования в различных формахпозволяет перейти к комплекснойавтоматизации проектирования в масштабахпроектного института (САПР проектногоинститута), включая автоматизациюпроцессов управления проектнымиработами.
Таким образом,сформировались основные компоненты системавтоматизированного проектирования[72-74].
Совершенствованиепроектно-сметного дела в системе заготовокв начале 70-х годов связано с использованиемпрограммных средств вычислительнойтехники того времени для решения отдельныхзадач строительной, сантехнической,электротехнической, сметной частей,разработанных проектными инаучно-исследовательскими организациямиГосстроя СССР и других ведомств иминистерств.
В мае 1973 г. ГосстроемСССР совместно с НТО стройиндустрии былапроведена Всесоюзная научная конференция«Автоматизация проектирования каккомплексная проблема совершенствованияпроектного дела». Основным организаторомбыл ЦНИПИАСС (позднее - ЦНИИПРОЕКТ)Госстроя СССР - головнойнаучно-исследовательский центр,осуществляющий межведом-ственнуюкоординацию и методологическоеруководство по автоматизациипроектирования в области строительства[75-79].
Результаты работы ирешения конференции оказали плодотворноевлияние по совершенствованиюпроектирования в последующие годы[80-84].
В марте 1977 года вГосНИИсредазпромзернопроекте в научнойчасти создается лаборатория оптимальногопроектирования, заведующимкоторой назначается Арынгазин К.Ш.
Основной задачейлаборатории являлась реализация ПрограммыГКНТ СССР по проблеме 0.80.15, котораяпредусматривала создание и внедрение в1977-1981 годы системы автоматизированногопроектирования объектов строительстваотрасли на уровне проектных институтов(САПР-ГПЗП) [3], в первую очередь, разработкуподсистемы «Технологическая часть».
Выполнение этойПрограммы представляет собой новый этапавтоматизации проектирования, развивающейнакопленный опыт в этой области. Опытпоказал, что использование компонентовСАПР существенно повышает качествопроектов, сокращает сроки проектирования итрудозатраты.
В результате создания иэксплуатации компонентов САПР-ГПЗП (ПХОЗ)появились отраслевые программные средства[4,85-87]:
- формированиетехнологических схем элеватора, мельницы,комбикормового завода;
- пространственнаякомпоновка оборудования на предприятияхпо хранению и переработке зерна;
- расчет и анализбаланса продуктов зерна на мельнице;
- конструирование ивычерчивание пневмоустановокмельниц;
- расчет сырья и готовойпродукции на комбизаводах;
- расчет емкостей дляхранения сырья и готовой продукции и др.,ориентированные на ЕС-ЭВМ.
Таким образом, у всехпостроенных типовых элеваторов основноетехнологическое и транспортноеоборудование остается почти неизменным.Количество и производительностьоборудования у каждого элеваторарассчитаны на определенный суточный объемработы.
Уменьшениезерноочистительной мощности в последнихтиповых проектах объясняется улучшениемкачественного состояния зерна (позасоренности), поступающего нахлебоприемные предприятия. Во всехэлеваторах предусмотрены контрольныесепараторы и триеры.
Зерносушильнаямощность в типовых проектах элеваторовразвивалось по линии наращивания, так какбольшинство проектируемых элеваторов неучитывало особенностей условий восточныхрайонов, куда относилась КазахскаяССР.
Ряд положений нормтехнологического проектирования не имеетдостаточных обоснований, отсутствуетединая методика определения рядапоказателей, которые поэтому не могут бытьточно определены. Это относится к приемной,зерноочистительной, зерносушильной идругой мощности в зависимости от состоянияи качества зерна, структуры поточных линий,которые являются основой расчета объемаопераций при приеме и обработке, и выборанеобходимого технологического итранспортного оборудования.
Исследования,связанные с совершенствованием методовтехнологического проектирования зерновыхэлеваторов велись в 70-90 годы сиспользованием вычислительных средствтого времени и за последние двадесятилетия, если не считать работ авторовновыми результатами не пополнялись.
Необходимостьразрешения многочисленных вопросов,связанных с проектированием,строительством и эксплуатациейэлеваторов, осуществляющих прием,обработку и сохранностьпродовольственного зерна, позволяетсчитать актуальной задачу разработки ивнедрения научно-практических основтехнологического проектирования зерновыхэлеваторов с использованием современныхинформационных систем в практикупроектирования и в учебный процесс.
2КОЛИЧЕСТВЕННО-КАЧЕСТВЕННЫЕХАРАКТЕРИС-ТИКИ ПОСТУПАЮЩЕГО ЗЕРНА КАКНАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГОПРОЕКТИРОВАНИЯ ЗЕРНОВЫХ ЭЛЕВАТОРОВ
2.1 Факторы, влияющие наструктуру производственного процессаэлеватора и технологический маршрут
Объектами системызаготовок являются предприятия похранению и переработке зерна и другихсельскохозяйственных культур. Основной инаиболее перспективной формой подобныхпредприятий является элеватор [88].
Элеватор предназначендля приема зерна с автомобильного,железнодорожного и водного транспорта,взвешивания, очистки и сушки зерна,хранения его в силосах, а также отгрузки натот или иной вид транспорта, либо сразу наперерабатывающие предприятия.
Структурапроизводственного процесса элеваторапредставлена на рисунке1[88,с.8].
Проведенныеисследования позволили выявить следующиефакторы, влияющие на структуруэлеватора:
1) функциональноеназначение элеватора;
2) специализация повидам культур;
3) количествообрабатываемого продукта;
4) временныехарактеристики технологическогопроцесса;
5) организациятехнологического процесса;
6) область допустимыхинженерных решений элеватора;
7) экономическиепоказатели.
Систематизацияфакторов, влияющих на структуру элеваторадана на рисунке 2 [88,с. 9].
Основной формойпроизводственного процесса на элеватореявляется технологический маршрут. Факторы,влияющие на структуру технологическогомаршрута:
1) временные параметрыпроизводственного процесса;
2) условия производствапродукции;
3) параметры,характеризующие организациюпроизводственного процесса;
4)организационно-технологические параметрыпроизводственных подразделений;
5) технологическиепараметры обрабатываемого продукта;
6) область допустимыхтехнологических решений помаршруту.
Систематизацияфакторов, влияющих на структурутехнологического маршрута, дана на рисунке 3 [88, с.10].
Технологическиймаршрут является одной из форм поточногопроизводства.
Для повышенияэффективности послеуборочной обработки ихранения зерна необходимо повыситькачество товарных партий, болеерационально использовать оборудование,зернохранилища. Достижение этой целисвязано с совершенствованием технологиипоточной обработки зерна, методовтехнологического проектирования,технического оснащения хранилищами иоборудованием.
2.2 Исследованиятехнологических параметровпроектирования процесса приемки,обработки, хранения и отпуска зерна
Работа элеватора поприему или отпуску зерна на автомобильныйили железнодорожный транспорт зависит отработы транспорта. Поэтомуприемно-отпускные устройства элеваторарассчитывают на наибольший объем работы всутки.
Автомобильныйтранспорт отличается высокойманевренностью, способностью работать втечение всего года почти в любыхклиматических условиях. Автомобильныеперевозки особенно экономичны внутрирайонов на расстоянии до 100...150 км.Автомобили доставляют на элеваторыпрактически все заготавливаемое зерно ивывозят для местного потребления готовуюпродукцию, а также семена,фураж и отходы [89].
Приемка зерна савтомобильного транспорта являетсяосновной технологической операцией,определяющей весь производственныйпроцесс. За короткий промежуток (периодзаготовок) поступает разное по качествузерно, из которого формируют объемы икачество тех партий, с которыми элеваторработает последующий год. Формированиепартий зерна на элеваторе наиболееответственная технологическая операция.
Трудность процессаприемки зерна, поступающего автомобильнымтранспортом, связана с неопределенностьюагроклиматических условий формирования иуборки урожая в хозяйствах.
Сложно прогнозироватьобщий объем закупок зерна, его поступлениепо суткам и часам. Еще сложнеепрогнозировать качество и состояниепоступающей зерновой массы.
Подвоз зернаосуществляется различным автотранспортомпо грузоподъемности, габаритам,возможности разгрузки зерна через заднийили боковой борт. Поэтому предприятиявынуждены для отбора проб зерна, разгрузкии взвешивания автомобилей оснащатьсяуниверсальными средствами.
Необходимостьраздельной приемки разнокачественныхпартий зерна в соответствии с товарнойклассификацией, с учётом их состояния повлажности, засоренности, другим признакамв значительной степени затрудняет вопросыпроектирования, технического оснащения иэксплуатации технологических линийприёмки зерна с автомобильного транспортана элеваторах.
Для решения этихвопросов необходимо совершенствоватьсхему проектирования элеваторов,управления технологическими процессамиформирования партий зерна для ихдальнейшей обработки, хранения и отпускапо целевому назначению.
