ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ СУШКИ ЗЕРНА В ЗЕРНОСУШИЛКАХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО

Таблица 7 – Режимы сушки зерна продовольственного назначения в барабанных зерносушилках (в числителе – существующих, в знаменателе – предлагаемых)

Исход. влаж–ность зерна	Число пропусков зерна через сушилку, М	Допустимая температура нагрева зерна,	Температура агента сушки,	Экспо–зиция сушки,	Время промежут. отлежки с перемеш.,	Возмож–ность перемеш.	Возмож– ность повыш. скорости агента сушки
18
20
26
							–
30
							–
							–

Сводные режимные параметры (таблицы 5, 6, 7) представляют собой осредненные оптимальные значение параметров процесса сушки в шахтных и барабанных зерносушилках при работе с семенным и продовольственным зерном. Их корректировка с учетом конкретных значений исходных параметров, характеризующих зерновой материал, поступающий на сушку и конструкционные особенности зерносушилок данного типа проводится на основе представленных математических моделей процесса сушки зерна.

Представлена номограмма (рисунок 19) выбора оптимального режима сушки при позонном управлении, доказана целесообразность их применение при позонном способе сушки.

Рисунок 19 – Номограмма выбора режимов сушки зерна в шахтной зерносушилке при позонном управлении

При проверке в производственных условиях в КЗС–20Б просушили 60 т зерна фуражного назначения при традиционном предлагаемом режимах. В результате получили: ПКЗС–20Б=150 руб/т. При сушке семенного зерна в КЗС–10Б: ПКЗС–10Б=150 руб/т.

Экономический эффект от внедрения позонного метода сушки в шахтной сушилке СЗШ–16А: ПСЗШ–16А= 180 руб/пл. т. В объемах производства зерна хозяйств и организаций, одобривших и принявших к использованию предлагаемые рекомендации и разработки, он составляет 6 млн. руб. в год, а в масштабах Восточной Сибири – более 110 млн. руб. в год..

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Проведенный анализ состояния исследуемой проблемы позволил установить, что одним из эффективных способов улучшения технологического процесса сушки зерна, повышения качества, уменьшения числа пропусков и затрат является применение позонного способа с дифференцированным заданием режимов, обеспечивающее поддержание стационарного процесса независимо от внешних возмущающих воздействий. Технологический процесс сушки в зерносушилках с.-х. назначения является многомерной многосвязной системой, которая может быть формализована функциональной моделью с входными (возмущающими и управляющими) и выходными параметрами.
2. Разработанная общая многоуровневая модель процесса сушки позволила получать имитационные модели типовых слоев зернового материала, отличающихся кодом дифференциального оператора, числом уравнений, порядком значений модельных коэффициентов. Полученные на основе разработанной методики, системы дифференциальных уравнений включают только основные измеряемые переменные состояния, режимные параметры и идентифицируемые модельные коэффициенты и характеризуются свойствами грубости, гибкости, общности и простоты. Проведенный численный эксперимент на основе обобщенных моделей зерносушилок всех типов позволил выявить направления их реконструкции и модернизации, и определить рациональные параметры и режимы сушки зерна.

3. Теоретические и экспериментально-эксплуатационные исследования, полученные оценки структуры и модели «вход–выходных» характеристик (представленных в виде линеаризованных дифференцированных уравнений с переменными коэффициентами, являющимися функциями от решений модели стационарного режима сушки зерна) позволили разработать алгоритмы и программы определения передаточных функций, частотных характеристик, переходных процессов. Сопоставление расчетных характеристик с экспериментальными показывает, что рассогласование не превышает 5…8%. Наиболее сильными связями в этой системе, имеющими наибольшие значения коэффициентов (0,70...0,80), являются два основных канала - «температура агента сушки на входе в сушильную зону» - «температура зерна на выходе из зоны сушки» и «экспозиция сушки в данной зоне» - «влажность зерна на выходе из этой зоны сушки». Полученные числовые значения оценочных показателей доказывают, что предлагаемые дифференцированные режимы позонных зерносушилок интенсифицируют процесс сушки.

4. Обоснованные технологические процессы позонной сушки зерна в различных механизированных устройствах, реализующие эффективные режимы сушки с интенсификацией и взаимным согласованием внутреннего и внешнего влагообмена и сбалансированностью взаимодействия зерновых слоев и потоков сушильного агента, позволили разработать конструкции позонных зерносушилок шахтного, камерного, бункерного и барабанного типов отличающиеся значительно большей равномерностью распределения агента сушки и возможностью регулирования его расхода и температуры, - в отличие существующих бункерных и шахтных, в которых напор агента сушки в верхней части сушильной камеры уменьшается в 2...3 раза (причем в бункерных, кроме того, резко уменьшается и по ширине, уменьшаясь в верхней наружной части в 6-7 раз). Третью группу установочно-корректирующих параметров управления по зонам (модулям) сушильных камер предлагаемых конструкций зерносушилок составляют экспозиции сушимого материала в этих зонах. Это позволяет сократить число пропусков, и в большинстве случаев ограничиваться однократным, что значительно сокращает затраты и повышает качество сушки.

5. На основании проведенных лабораторных исследований установлены зависимости теплофизических параметров зерновых культур от влажности и температуры, которые после их преобразования с использованием критериев подобия Re и Nu приняты в качестве начальных приближений модельных коэффициентов. Разработанные алгоритмы идентификации, объединенные в многоступенчатую систему, позволяют проводить: настройки модели и ее алгоритмизацию с решением оптимизационных задач в режиме реального времени; предвычисления оценочных характеристик; прогнозирование выходных параметров; контроль переменных состояния и управление процессами сушки зерна в режиме реального времени.

Разработанная модель мониторинга процессов сушки зерна позволила обосновать систему позонного контроля параметров состояния. Методика контроля качества технологического процесса позволила установить предельные значения дисперсии входной влаж­ности зерна (в зависимости от ), при которых выходной процесс не выходит за границы агротехнических требований. При этом вероятность сохранения допуска (относительная длительность нормального функционирования технологического процесса) возрастает с 0,45...0,60 (в существующих) до 0,70...0,80 (в реконструированных) и 0,75...0,85 (в предлагаемых) зерносушилках.

6. Установлено, что для интенсификации процесса сушки зерна по производительности необходимо осу­ществлять дифференцированный подвод сушильного агента по высоте сушильной камеры, разделенной в отношениях 1:(1–2):1 и использо­вать (во всех случаях, когда это позволяют качественные характеристики сушимого материала и обусловлено схемой технологических процессов) убывающий метод построения режимов по температуре сушильного агента, или возрастающе-убывающий (в противном случае). При построении дифференцированных режимов сушки, определении предельно допустимых значений температуры нагрева зерна (Qдоп) необходимо учитывать не только влажность Woi, но и температуру Qoi, а также экспозицию сушки в данной зоне и режим сушки в преды­дущей зоне (i–1), что позволяет обеспечивать необходимую сбалансированность процессов по параметрам времени, скоростей, температуры и влагосъема, которые определяются по разработанным регрессионным моделям позонной сушки зерна, задающим величины основных параметров состояния на выходе каждой из трех зон сушки.

7. Технико-экономический анализ предлагаемых методов построения эффективных режимов интенсифицированного процесса сушки зерна показал, что они позволяют повысить технологическую эффективность работы зерносушилок всех типов; показатели удельного расхода топлива снижаются на 10…14%, удельных затрат теплоты на удаление условной влаги – на 12…15%. Экономический эффект от предлагаемых режимов сушки зер­на составляет 150–180 руб. на 1 пл. т обработанного материала, а в масштабах Восточной Сибири – более 110 млн. руб. в год.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1. Манасян С.К. Численное моделирование стационарных режимов барабанной сушилки как объекта управления / Колесов Л.В., Коренькова Г.А., Раженков Е.Т., Манасян С.К. // Автоматические системы оптимального управ­ления технологическими процессами: Труды ТПИ. – Тула, 1982. – C. 61–65.

2. Манасян, С.К. К построению общей математической модели процесса сушки зерна. [Текст] / С.К. Манасян //Сб. науч. трудов ВНИИ Сорго. – Зерноград, 1983 – C.166–172.

3. Манасян С.К. Численное моделирование стационарных режимов шахтной сушилки как объекта управления / Колесов Л.В., Коренькова Г.А., Манасян С.К. // Автоматические системы оптимального управ­ления технологическими процессами: Труды ТПИ. – Тула, 1983. – C. 55–61.

4. Манасян С.К. Динамические характеристики процесса сушки зерна /Н.М. Андрианов, С.К. Манасян //Сб. науч. трудов ГНИИМЭСХ. – Тбилиси, 1984 – C. 66–73.

5. Манасян, С.К. Построение математической модели процесса суш­ки зерна и методы ее настройки [Текст] / С.К. Манасян // Автоматизация технологических процессов послеуборочной обработки зерна: Труды ЛСХИ. – Л.–Пушкин, 1985. – C.13–26.

6. Манасян С.К. Обоснование имитационной мо­дели поступления зерна на послеуборочную обработку. [Текст] / Дагмирзаев У.А., Манасян С.К. // Труды НИПТИ­МЭСХ Нечерноземной зоны РФ, вып. 44. – Л.–Пушкин, 1985. – C. 98–104.

7. Манасян С.К. Прогнозирование характеристик процессов послеуборочной обработки зернового материала. [Текст] / Колесов Л.В., Манасян С.К. // Пробле­мы автоматизации с.–х. производства. – Минск: БИМСХ, 1985. – C. 16–17.

8. Манасян С.К. Идентификация модели процессов сушки зернового материала. [Текст] / Колесов Л.В., Манасян С.К. // Пробле­мы автоматизации с.–х. производства. – Минск: БИМСХ, 1985. – C. 18–19.

9. Манасян С.К. Моделирование процессов очистки и послеуборочной обработки зерна [Текст] / Л.В. Колесов, С.К. Манасян // Автоматизация технологических процессов послеуборочной обработки зерна: Труды ЛСХИ. – Л.–Пушкин, 1985. – C. 3–13.

10. Манасян, С.К. Математическое моделирование процесса сушки зерна в плотном под­вижном слое. [Текст] / С.К. Манасян, Л.В. Колесов, Г.А. Коренькова, В.А. Железников // Труды ВНИПТИМЭСХ. – Зерноград, 1986.– C.166–172.

11. Манасян, С.К. Совершенствование процесса сушки зерна в зерносушилках с.–х. назначения [Текст]: Дисс. … канд. техн. наук / С.К. Манасян. – Л.–Пушкин, 1986 – 211 с.

12. Манасян С.К. Высокопроизводительное использование агрегатов и совершенствование послеуборочной обработки зерна [Текст] / С.К. Манасян, А.В. Мержеевский. – Красноярск: КСХИ, 1986 – 65 с.

13. Манасян С.К. Обоснование автоматической системы управления процессом сушки в шахтных зерносушилках [Текст] / Л.В. Колесов, Н.М. Андрианов, С.К. Манасян, Е.Ф. Гришин, В.В. Иванов // Состояние и перспективы развития электротехнических изделий с.–х. назначения: Материалы I Всесоюзной науч.–техн. конф. (ВДНХ СССР). – М., 1986. – C.19–21.

14. Манасян С.К. Моделирование уборочно–транспортного комплекса и послеуборочной обработки зерна как взаимосвязанных звеньев в сложной агропромышленной системе [Текст] / В.А. Золотухин, С.К. Манасян, А.В. Мержеевский // Вестник с.–х. науки, 1989, № 1. – C. 19–23.

15. Манасян С.К. Математическое моделирование процесса сушки зерна в сушильных установках [Текст] / Л.В. Колесов, С.К. Манасян, В.И. Орлов // Автоматический контроль и сигнализация в сельскохозяйственных машинах. – М.: НПО «ВИСХОМ», 1989, C.101–118.

16. Манасян С.К. Моделирование и идентификация процессов сушки зерна [Текст] / Колесов Л.В., Манасян С.К., Гущинский А.Г. // М.: ВИСХОМ, 1990, С.23-26.

17. Манасян С.К. Амплитудно–фазовые частотные характеристики процесса сушки зерна [Текст] / Колесов Л.В., Манасян С.К., Андрианов Н.М., Гущинский Г.А. // М.: ВИСХОМ, 1990, С.26-29.

18. Манасян, С.К. Генерация случайного вектора с заданной системой стохастических связей для имитационного моделирования сложных систем [Текст] / Манасян С.К.//Тбилиси: Сб. науч. тр. УНПО «Информатика», 1990. – C. 21–23.

19. Манасян, С.К. К вопросу моделирования и идентификации одного класса сложных динамических систем [Текст] / Манасян С.К.// Тезисы докл. межреспубл. науч.–техн. конф. «Новые информационные технологии». – Тбилиси: УНПО «Информатика», 1990. – C. 13–14.

20. Манасян, С.К. Использование внешних многоуровневых моделей динамики внутренних процессов сложных систем [Текст] / Манасян С.К.//Тбилиси: УНПО «Информатика», 1990. – C. 23–26.

21. Манасян, С.К. Модель оптимизации процесса сушки зерна [Текст] / Манасян С.К., Сычугов Н.П. // Труды НИИСХ Северо–Востока им. В.М. Рудницкого. – Киров, 1992. – C.46–51.

22. Манасян, С.К. Моделирование и системная идентификация структуры нег- энтропийных эмпирически целостных объектов [Текст] / С.К. Манасян // Гомеостаз и окружающая среда: Материалы международной научной конференции – Красноярск: КГУ, 1997. – C. 18–22.

23. Манасян С.К. Аналитико-имитационное моделирование тепломассообмена в системе «почва-растение-атмосфера» в условиях ведения агроэкологического мониторинга //Технологии неистощит. землепользования.- Красноярск. – с. 101.

24. Манасян С.К. Системный анализ и основы математического моделирования экосистем. Часть 1. Математические модели и динамические характеристики линейных многомерных систем. – Красноярск, 1997. – 24 с.

25. Цугленок, Н.В. Некоторые аспекты с.–х. производства и современные тенденции его механизации [Текст] / Н.В. Цугленок, А.А. Васильев, Н.И. Селиванов, С.К. Манасян // Ресур. сберег. технолог. мех. с.х.: приложение к «Вестнику КрасГАУ» – Красноярск, 2003. – C. 3–7.

26. Манасян, С.К. Позонное управление процессом сушки в шахтной зерносушилке [Текст] / Манасян С.К., Глездов Д.В., Усольцев В.М., Тимофеев А.В. // Ресур. сберег. технолог. мех. с.х.: приложение к «Вестнику КрасГАУ» – Красноярск, 2003. – C.129–131.

27. Цугленок, Н.В. Проблемные вопросы сушки и послеуборочной обработки зерна [Текст] / Цугленок Н.В., Манасян С.К. // Ресур. сберег. технолог. мех. с.х.: приложение к «Вестнику КрасГАУ» – Красноярск, 2003, №1. – C.122–125.

28. Манасян, С.К. Математическое моделирование процесса сушки зерна [Текст] / Манасян С.К., Глездов Д.В., Усольцев В.М. // Ресур. сберег. технолог. мех. с.х.: приложение к «Вестнику КрасГАУ» – Красноярск, – 2003, №1. – C.125–129.

29. Манасян, С.К. Моделирование управления процессом сушки и синтез системы управления параметрами многозонной шахтной зерносушилки. [Текст] / Манасян С.К., Глездов Д.В. // Ресур. сберег. технолог. мех. с.х.: приложение к «Вестнику КрасГАУ» – Красноярск, 2003. – C.131–135.

30. Манасян, С.К. Матричная модель состояния сложной технической системы [Текст] / Манасян С.К. // Ресурсосберег. технолог. мех. с.х.: приложение к «Вестнику КрасГАУ» – Красноярск, 2003. – C.135–140.

31. Манасян, С.К. Нелинейность: проблемы, модели, решения (на примере процесса сушки зерна) [Текст] / Манасян С.К. // Вестник КрасГАУ №2, Краснояр. гос. аграр. ун–т. – Красноярск, 2004. – C. 54–58.

32. Манасян, С.К. Построение динамических многомерных моделей с.–х. машин и агрегатов, их линеаризация. [Текст] / С.К.Манасян, А.С.Вишняков, О.В.Лисунов, М.В.Богиня, В.Ф.Федоров // Ресур. сберег. технолог. мех. с.х.: приложение к «Вестнику КрасГАУ» – Красноярск, 2003. – C. 118–122.

33. Манасян, С.К. Методика оценки и контроля качества технологического качества с.–х. агрегатов на основе вход–выходной модели [Текст] / С.К.Манасян, А.А.Вишняков, О.В.Лисунов и др. // Аграрная наука на рубеже веков: Тезисы докл. Всеросийской научн.–практ. конф.– Красноярск, 2003. – C. 60–62.