Problemy Inżynierii Rolniczej i Leśnej. IV Konferencja

Transkrypt

Szkoła Główna
Gospodarstwa Wiejskiego
w Warszawie
IERII PROD
YN
CJI
UK
DZIAŁ IN
WY
Ż
WYDZIAŁ INŻYNIERII PRODUKCJI
IV KONFERENCJA MIĘDZYNARODOWA
XVIII KONFERENCJA NAUKOWA
STUDENTÓW
PROBLEMY INŻYNIERII
ROLNICZEJ I LEŚNEJ
Warszawa, 3 czerwca 2009
Szkoła Główna
Gospodarstwa Wiejskiego
w Warszawie
WYDZIAŁ INŻYNIERII PRODUKCJI
IV KONFERENCJA MIĘDZYNARODOWA
XVIII KONFERENCJA NAUKOWA
STUDENTÓW
PROBLEMY INŻYNIERII
ROLNICZEJ I LEŚNEJ
Warszawa, 3 czerwca 2009
Dzień Wydziału Inżynierii Produkcji 2009
XVIII Krajowa Konferencja Naukowa Studentów
IV Konferencja Międzynarodowa
„Problemy Inżynierii Rolniczej i Leśnej”
PATRONAT HONOROWY
Minister Rolnictwa i Rozwoju Wsi
Marek Sawicki
JM Rektor
Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie
Prof. dr hab. Alojzy Szymański
PATRONAT MEDIALNY
Komitet Organizacyjny:
Dr inż. Szymon Głowacki
Inż. Edyta Orzechowska
Opracowanie:
Dr inż. Szymon Głowacki
Inż. Edyta Orzechowska
Materiały wydane na prawach rękopisu.
Spis treści
inż. Leszek Adamus, prof. dr hab. inż. Aleksander Lisowsk
WŁAŚCIWOŚCI WYTRZYMAŁOŚCIOWE ŚLAZOWCA PENSYLWAŃSKIEGO .. 7
Joanna Antosiewicz, Piotr Borowski
ZNACZENIE OCENY PRACOWNIKÓW W ROZWOJU ZASOBÓW LUDZKICH
PRZEDSIĘBIORSTWA........................................................................................... 13
Miroslav Belán, Marek Kasina, Miroslav Janák
PROPERTIES OF HIGH SPEED STEELS PARTS PREPARED VIA POWDER
METALLURGY FOR AGRO-FOREST ENGINEERING ........................................ 22
Stanislav Buch, Zuzana Palková
NÁVRH A REALIZÁCIA 3D SCANNERA .............................................................. 28
Inż. Igor Cieśla, dr inż. Szymon Głowacki
ANALIZA PAKIETU KLIMATYCZNEGO 3X20 WDRAŻANEGO W POLSCE ..... 36
Vladimír Cviklovič
MICROPROCESSOR BATTERY MONITOR ......................................................... 42
inż. Joanna Chodkowska; dr inż. Arkadiusz Gendek
OCENA PRAWIDŁOWOŚCI ŚCINKI DRZEW PRZEZ OPERATORÓW
WYKONUJĄCYCH PRACE NA TERENIE NADLEŚNICTWA CHOJNÓW NA
PODSTAWIE PARAMETRÓW PNIAKA ................................................................ 46
inż. Magdalena Dąbrowska, prof. dr hab. inż. Aleksander Lisowski
BADANIE ROZKŁADU DŁUGOŚCI CZĄSTEK ROŚLIN
ENERGETYCZNYCH PRZEZNACZONYCH NA BRYKIETY ................................ 55
Aleksandra Derlicka, prof.dr hab. Edmund Kamiński
ROZPYLENIE I UGNIATANIE GLEBY PODCZAS ZABIEGÓW
AGROTECHNICZNYCH ......................................................................................... 61
Катерина В. Ефименко
ТЕХНИКА НА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ
РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ .................................................................................. 69
Veronika Fečová, Adriána Tarasovičová, Zuzana Šomšáková
EFFICIENTLY MANUFACTURING OF HOLES FEATURES FOR
AGRICULTURAL MACHINES ............................................................................... 81
,
E.Urkan dr. H.Guler
THE NEW TECHNIQUES IN REDUCING PESTICIDE DRIFT .............................. 88
Mehmet Evrenosoğlu Harun Yalçın
A STUDY ON THE OPERATIONAL CHARACTERISTICS OF HARVESTING
MECHANIZATION SYSTEMS OF CORN FOR SILAGE ....................................... 99
Ersin Karacabey
THE SELECTION OF ELEMENTS COMPOSING FOSSIL FUEL AND
GEOTHERMAL HEATING SYSTEMS IN GREENHOUSES AND COMPARISON
OF THESE SYSTEMS IN POINT OF COSTS ...................................................... 108
4
Кормщиков А.И., Ахмаров Ф.И.
ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ ИЗ
ДРЕВЕСНОЙ ЗЕЛЕНИ ....................................................................................... 123
Anna Kulhankova, Vlastimil Altmann
PRODUCTION OF BIOLOGICAL MUNICIPAL WASTE FROM CONSUMER
SECTOR ............................................................................................................... 128
Katarzyna Luboińska, dr inż. Dariusz Czekalski
PLANOWANIE ENERGETYCZNE NA PRZYKŁADZIE MIASTA-GMINY
KISIELICE ............................................................................................................. 136
Málek Michael, Šařec Ondřej
PROJECT OF SUITABLE IMPLEMENTS AND TECHNOLOGIES FOR
TRACTORS OF OVER 250 KW OF ENGINE POWER ....................................... 146
inż. Karolina Małożewska, dr inż. Adam Maciak
WPŁYW NAPIĘCIA WSTĘPNEGO PIŁY ŁAŃCUCHOWEJ NA EFEKTY
SKRAWANIA ........................................................................................................ 152
Michajło Olijnyk
BADANIE MOŻLIWOŚCI TECHNOLOGICZNE UZYSKANIA WARSTWĘ
TWARDEGO STOPU METODĄ ISKRY ELEKTRYCZNEJ NA POWIERZCHNI
FUNKCJONALNE NARZĘDZIA SZLIFIEREK Z UZYSKANIEM WKAZNIKÓW
TECHNOLOGICZNYCH. ...................................................................................... 162
Овечкина И.А., Мартинсон Е.А.
БЕЗОТХОДНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ ДИКОРАСТУЩЕГО
РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ С ПОЛУЧЕНИЕМ ШИРОКОГО СПЕКТРА
БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ПРЕПАРАТОВ ................................................ 168
Luboš Passian, Miroslav Přikryl
MECHANICAL DURABILITY – WAY FOR JUDGING PELLET STABILITY ...... 173
Bogusław Pieczykolan
PROJEKT BUDOWY INSTALACJI KOLEKTORÓW SŁONECZNYCH W DOMU
JEDNORODZINNYM ............................................................................................ 179
Jacek Sałamaj, Adam Koniuszy
UKŁAD KOGENERACJI ENERGII Z WYKORZYSTANIEM BIOPALIW
DO ZASILANIA SILNIKA AD3.152UR ................................................................. 186
Łucja Szadujkis, dr inż. Jarosław Chlebowski
BADANIA PARAMETRÓW PRACY PULSATORA ............................................. 196
inż. Beata Szereszewiec, inż. Elżbieta Szereszewiec, dr inż. Jacek Brzózko
OCENA PRZEBIEGU PROCESU TECHNOLOGICZNEGO POZYSKIWANIA
DREWNA Z OBSZARU POKLĘSKOWEGO ....................................................... 206
Agnieszka Szpura, prof. Edmund Kamiński
AGREGATY DO SIEWU BEZPOŚREDNIEGO ZBÓŻ ........................................ 218
Ondrej Takáč - Pavol Bystriansky
VODNÁ ENERGIA AKO ZDROJ ELEKTRICKEJ ENERGIE .............................. 227
5
Jakub Turtoń, Adam Koniuszy
MOŻLIWOŚĆ ZASTOSOWANIA ESTRÓW OLEJU RZEPAKOWEGO RME W
UKŁADZIE SMAROWANIA SILNIKA AD3.152UR……………………………..…235
inż. Izabela Witek, dr.inż. Szymon Głowacki
BADANIE PROCESU SUSZENIA RÓŻY ENERGETYCZNEJ W KONWEKCJI
SWOBODNEJ ....................................................................................................... 245
inż. Andrzej Wojewoda, prof. dr hab. inż. Aleksander Lisowski
PARAMETRY BIOMETRYCZNE ROŚLIN KUKURYDZY ODMIANY INAGUA.. 255
Сергій Жуль, Михайло Кожушко, Петро Бальковський
ІНЖЕНЕРНЕ ОБҐРУНТУВАННЯ ВИРОБНИЧО-ПЕРЕРОБНОГО КОМПЛЕКСУ
В ГОСПОДАРСТВІ .............................................................................................. 262
6
inż. Leszek Adamus, prof. dr hab. inż. Aleksander Lisowski
Katedra Maszyn Rolniczych i Leśnych
SGGW w Warszawie
WŁAŚCIWOŚCI WYTRZYMAŁOŚCIOWE ŚLAZOWCA
PENSYLWAŃSKIEGO
Wstęp
W ostatnich latach zarówno w Polsce, jak i na świecie nastąpił znaczny wzrost zainteresowania alternatywnymi źródłami energii. Z zastosowania tego rodzaju energii wynikają korzyści dla lokalnych społeczności,
zwiększa się poziom bezpieczeństwa energetycznego, stwarza się szansę
powstania nowych miejsc pracy oraz poprawiają się warunki ekologiczne,
wynikające z ograniczenia emisji dwutlenku węgla, które są ważne i bezcenne w długofalowej strategii rozwoju społeczeństwa (Janowicz 2007).
Nakłady na odnawialne źródła energii, w tym również na biomasę rolniczą
uważane są za długoterminowe inwestycje o najniższym stopniu ryzyka.
Jednym z alternatywnych źródeł energii do bezpośredniego spalania w postaci zrębków, peletów czy brykietów jest biomasa ze ślazowca pensylwańskiego.
Ścinanie i zginanie roślin podczas ich zbioru oraz przy dalszej obróbce ponowne cięcie i rozdrabnianie, a także zagęszczenie materiału roślinnego poprzez ściskanie wymaga zużycia energii (Woliński i Wolińska
2007), ale brak jest pełnych informacji o właściwościach mechanicznych
roślin energetycznych.
Celem pracy jest zbadanie sił potrzebnych do deformacji łodyg ślazowca pensylwańskiego podczas ich zginania, ściskania i ścinania. Badania wykonano w Katedrze Maszyn Rolniczych i Leśnych SGGW w Warszawie.
Materiał i metodyka badań
Do badań wykorzystano po 25 łodyg o trzech zakresach wilgotności 8,16,
20,40 i 25,90%. Wilgotność materiału roślinnego wyznaczono metodą suszarkowo-wagową. Dla każdej łodygi wykonano pomiary biometryczne. Z
łodygi wycięto trzy 20 centymetrowe odcinki, których środki znajdowały się
na wysokościach około 10, 60 oraz 110 cm. Części pędów zważono na
wadze elektronicznej z dokładnością 0,01 g, a pomiary liniowe wykonano
przymiarem wstęgowym z dokładnością 1 mm (długość) i suwmiarką cyfrową z dokładnością 0,01 mm (średnica łodygi).
Badania prowadzono na maszynie wytrzymałościowej typu TRIAtest.
Maszyna charakteryzuje się zakresem pomiarowym zawierającym się w
przedziale od 10 N do 10 kN. Błąd pomiaru wynosi ±1% w zakresie od 1 od
100% zakresu pomiarowego stosowanej głowicy. Zakres pomiarowy drogi
wynosi od 0 do 1000 mm, przy skoku co 0,02 mm. Ustawiana cyfrowo
płynna regulacja prędkości ruchu głowicy zawiera się w przedziale od 10 do
7
100 mm·min-1. Dokładność pomiaru prędkości ruchu głowicy wynosi ±5%.
Maszyna jest sterowana programem komputerowym Matest. Umożliwia on
ustawienie siły wstępnej, długości początkowej, wybór wartości prędkości
ruchu głowicy podczas badania, kryteria zakończenia próby, przesunięcie
punktu zerowego, kryteria drogi dla wydłużenia wzdłużnego oraz podanie
wymiarów próby i wartości pośrednie. Za pośrednictwem tego programu
wyniki badania i krzywe pomiarowe mogą być zapisywane na dysku twardym komputera bądź bezpośrednio drukowane na dołączonej drukarce.
Do pomiarów wykorzystano różne rodzaje uchwytów, dostosowane
do rodzaju obciążenia (rys. 1). Do pomiaru zginania zastosowano dwie
podpory rozstawione w odstępie 60 mm oraz metalowy trzpień, za pomocą
którego wywierano nacisk na próbkę z prędkością 10 mm·min-1. Przy pomiarze ściskania zastosowano stempel o prostokątnej podstawie o wymiarach 25x50 mm. Próbka była ściskana prędkością 10 mm·min-1. Do pomiaru cięcia zastosowano stalowy nóż o szerokości 60 mm i kącie ostrza 30o.
Próbki mocowano w regulowanym uchwycie. Pomiary ścinania wykonano z
prędkością 5 mm·min-1. Przed każdym pomiarem na maszynie wytrzymałościowej mierzono średnicę łodygi, której wartość wpisywano do programu
sterującego.
Rysunek 1. Sposób wykonania pomiarów zginania, ściskania i ścinania łodyg ślazowca pensylwańskiego
Wyniki badan i dyskusja
Z wyników pomiarów biometrycznych pędów roślin ślazowca pensylwańskiego wynika, że średnia masa pędu wynosiła 113,94 g, w tym masa łodygi 93,92 g, co stanowiło 82% całkowitej masy. Pędy miały średnią długość
2413,7 mm i charakteryzowały się dość dużą smukłością, gdyż średnica łodygi przy podstawie wynosiła 17,95 mm, a na wysokości 2000 mm –
4,47 mm.
Zginanie
Przebiegi zmian siły zginającej dla trzech stref wysokości łodygi i dla trzech
wilgotności materiału roślinnego przedstawiono na wykresach zginania w
funkcji deformacji łodygi (rys. 2-4). Mimo wystąpienia pewnych rozbieżności, wynikających z losowości właściwości mechanicznych łodyg, można
8
zaobserwować określone tendencje zmian w przebiegach siły zginającej od
odkształcenia dla różnych warunków badań. Największe, maksymalne siły
wystąpiły podczas zginania dolnej części łodyg, niezależnie od wilgotności.
600
500
Siła, N
400
300
200
10 cm
60 cm
110 cm
100
0
0
2
4
6
8
10
Odkształcenie, mm
Rysunek 2. Wykres zginania łodygi na różnych wysokościach dla wilgotności
8,16%
600
500
Siła, N
400
300
200
10 cm
60 cm
110 cm
100
0
0
2
4
6
Odkształcenie, mm
8
10
20,40%
600
500
Siła, N
400
300
200
10 cm
60 cm
110 cm
100
0
0
2
4
6
8
10
Odkształcenie, mm
25,90%
Im mniejsza była wilgotność, tym siła potrzebna do zgięcia łodyg była większa. Dynamika zmian wytrzymałości łodyg na zginanie była w większym
9
stopniu zależna od wilgotności niż od strefy wysokości łodygi, która była
zbieżna z jej średnicą. Największe różnice w odporności na zginanie łodyg
w zależności od ich strefy wysokości zaobserwowano przy wilgotności najmniejszej 8,165 (rys. 2) i największej 25,90% (rys. 4).
Sciskanie
Wpływ wilgotności i stref wysokości łodyg na przebieg charakterystyk wytrzymałościowych przy ściskaniu był podobny jak przy zginaniu, ale różnice
w przebiegach sił ściskających w funkcji deformacji były mniejsze (rys. 5-7).
600
500
Siła, N
400
300
200
10 cm
60 cm
110 cm
100
0
0
0,5
1
1,5
2
Odształcenie, mm
2,5
3
Rysunek 5. Wykres ściskania łodygi na różnych wysokościach dla wilgotności
8,16%
600
500
Siła, N
400
300
200
10 cm
60 cm
110 cm
100
0
0
0,5
1
1,5
2
Odkształcenie, mm
2,5
3
20.40%
600
500
Siła, N
400
300
200
10 cm
60 cm
110 cm
100
0
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
Odkształcenie, mm
25,90%
10
Ścinanie
Największe siły ścinania wystąpiły podczas cięcia łodyg o najmniejszej wilgotności oraz dla najniższej strefy wysokości od podłoża – 10 cm (rys. 8).
Znacznie mniejszych sił wymagało przecięcie łodyg o wilgotności 20,40%
(rys. 9) i nieco mniejszych przy największej 25,90% (rys. 10).
1600
1400
Siła, N
1200
1000
800
600
10 cm
60 cm
110 cm
400
200
0
0
5
10
15
Odkształcenie, mm
Rysunek 8. Wykres ścinania łodygi na różnych wysokościach dla wilgotności
8,16%
1600
1400
Siła, N
1200
1000
800
600
10 cm
60 cm
110 cm
400
200
0
0
5
10
Okształcenie, mm
15
20,40%
1600
1400
Siła, N
1200
1000
800
600
10 cm
60 cm
110 cm
400
200
0
0
5
10
Odkształcenie, mm
15
25,90%
11
Charakterystyki wytrzymałościowe nie są jednoznaczne, co świadczy o
braku jednorodności budowy łodygi i wskazuje na potrzebę dokładniejszego śledzenia wyników prób wytrzymałościowych oraz odrzucania skrajnych
wyników badań. Przebiegi zmian siły ścinającej od odkształcenia dla wilgotności 8,16 i 20,4% są podobne, ale wartości bezwzględnie są niemal 3krotnie większe dla łodyg o mniejszej wilgotności. Strefa dolna łodyg charakteryzowała się wyraźnie większymi wartościami sił ścinania, a pozostałe
dwie – środkowa i górna – miały podobne przebieg, o zbliżonej dynamice
zmian siły w funkcji odkształcenia.
Wnioski
1. Wytrzymałość łodyg na zginanie, ściskanie i cięcie zmniejszała się
wraz z wysokością rośliny.
2. W strefie ścinania roślin, na wysokości około 10 cm od podłoża, łodygi miały najmniejszą podatność na zginanie, stawiają największe
opory przy przecinaniu i ściskaniu, gdyż są najbardziej zdrewniałe.
3. Siły potrzebne do zginania, ściskania oraz ścinania łodyg rosną
wraz ze spadkiem wilgotności rośliny, gdyż wraz ze zmniejszaniem
się wilgotności zwiększa się udział tkanki włóknistej i zdrewniałej,
które stawiają większy opór niż tkanka miękiszowa.
4. Z wyników badań można sformułować zalecenie iż najkorzystniejszym terminem do obróbki materiału roślinnego jest okres bezpośrednio po zbiorze roślin ślazowca pensylwańskiego, kiedy mają
one największą wilgotność. Produkowanie peletów lub brykietów
może się odbywać dopiero po wstępnym wysuszeniu materiału roślinnego. Konieczne są jednak dodatkowe badania, z uwzględnieniem zapotrzebowania energetycznego na poszczególne operacje.
Bibliografia
1. JANOWICZ L., 2007: Biomasa rolnicza na cele energetyczne. Agromechanika, 5: 50-52.
2. WOLIŃSKI J., WOLIŃSKA J., 2007: Ocena właściwości mechanicznych łodyg gryki odmian Hruszowska, Luba i Panda. Inżynieria Rolnicza, 7: 243-247.
12
Joanna Antosiewicz, Piotr Borowski
Katedra Organizacji i Inżynierii Produkcji
Wydział Inżynierii Produkcji
Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego
ZNACZENIE OCENY PRACOWNIKÓW W ROZWOJU ZASOBÓW
LUDZKICH PRZEDSIĘBIORSTWA
Streszczenie
Ocena pracy zajmuje główne miejsce w procesie zarządzania zasobami
ludzkimi - odgrywa dużą rolę w procesach odnoszących się do kierowania
ludźmi, a także przy tworzeniu warunków umożliwiających osiągnięcie wysokiego poziomu satysfakcji zawodowej pracownika1. Ułatwia też zdobycie
wielu cennych informacji, które można wykorzystać w zarządzaniu personelem oraz służy menedżerom jako pomoc przy wyznaczaniu i kontrolowaniu realizacji celów.
Przełożeni oceniają swoich pracowników, aby móc sprawnie zarządzać
organizacją. Prawidłowa ocena pracownika jest trudna do przeprowadzenia. Jednak odpowiednio zaplanowany i starannie przygotowany system
oceniania, może przynieść firmie i zatrudnionym w niej pracownikom wiele
korzyści. Wykorzystuje się go w wielu fazach procesu kadrowego w przedsiębiorstwie.2
Słowa kluczowe: zarządzanie personelem, ocena pracowników
Wprowadzenie
Ze zjawiskiem oceniania możemy się spotkać każdego dnia. Jest to proces bardzo powszechny, z którym człowiek styka się od najmłodszych lat 3.
Opinie wydawane przez otoczenie wpływają na człowieka, kształtując jego
wartości, zachowania w konkretnym środowisku oraz system wartości.
Ocenianie wykorzystuje się również w zarządzaniu zasobami ludzkimi. W
większości nowoczesnych firm do tego celu służą specjalnie zaprojektowane systemy oceny pracowników. Za jeden z najistotniejszych instrumentów
polityki personalnej uważa się system okresowych ocen pracowniczych.
Kwalifikacje pracowników to już nie tylko wykształcenie i staż pracy, ale
1
Z. Janowska , Zarządzanie Zasobami Ludzkimi, Polskie Wyd. Ekonomiczne,
Warszawa 2002, s. 116.
2
J. Dzieńdziora, Ocenianie pracowników. Ujęcie teoretyczne i praktyczne, Oficyna
wydawnicza Humanitas, Sosnowiec 2008, s.36-37.
3
E. Długosz – Truszkowska, Ocenianie pracowników [w:] Zarządzanie
pracownikami, pod red. L. Zbiegień-Maciąg, AGH Uczelniane wydawnictwo
Naukowo-Dydaktyczne, Kraków 2002, s.83.
13
także jednocześnie kilkanaście różnych kompetencji wymaganych przez
pracodawców, którymi należy właściwie zarządzać. System ocen okresowych jest procesem, który pozwala na rzetelną analizę efektów pracy, potrzeb i potencjału rozwojowego pracowników niezbędną do właściwego
planowania i prowadzenia działań związanych z zarządzaniem kapitałem
ludzkim4. Do podstawowych składników tego uporządkowanego i przemyślanego zbioru należą:
- cele oceniania,
- zasady oceniania,
- kryteria oceniania,
- podmioty oceniania,
- przedmiot oceniania,
- metody i techniki oceniania,
- częstotliwość oceniania,
- procedury oceniania.
Aby przyjęte założenia systemu przynosiły oczekiwane rezultaty i skutecznie realizowały jego cele, podczas konstruowania systemowej procedury
należy pamiętać o zasadach skutecznego oceniania, mianowicie:
 precyzyjne określenia przedmiotu ocen,
 jasność kryteriów oceniania,
 obiektywizacja procesu oceniania,
 efektywność metody.
Ocena pracowników w zarządzaniu zasobami ludzkimi
Ocena pracowników nie może być oceną osób ani też oceną moralną.
Oceniane jest zachowanie, działania i ich skuteczność lub metody, formy
zachowania czy wykonywania pewnych działań, nie formułuje się oceny dotyczącej człowieka. Oceny prowadzane regularnie, mające wszechstronny
charakter najczęściej obarczone są mniejszym subiektywizmem i ukazują
wizerunek pracownika ukształtowany przez dłuższy okres5. Z tego też powodu są stosowane do realizowania bieżącej polityki kadrowej, najczęściej
jako uzasadnienie przy podejmowaniu decyzji dotyczących awansów,
zwolnień, przesunięć, kar dyscyplinarnych i różnego rodzaju nagród. Wyniki
regularnej oceny są także punktem wyjścia przy planowaniu wynagrodzenia, zatrudnienia, karier i ścieżek rozwoju oraz umożliwiają prawidłowe wykorzystanie kwalifikacji i umiejętności pracowników 6
4
T. Rostkowski, Ł. Sienkiewicz, Ocena okresowa pracowników [w:] Instrumenty
zarządzania zasobem ludzkim w organizacji, pod red. M. Juchnowicz, Dom
Wydawniczy Elipsa, Warszawa 2001, s.110.
5
Z. Ścibiorek, Zarządzanie Zasobami ludzkimi w praktyce, Agencja Reklamowo –
Usługowa „PAT”, Warszawa 2001, s.39.
6
J. Penc, Nowoczesne kierowanie ludźmi. Wywieranie wpływu i współdziałanie w
organizacji, wyd. Difin, Warszawa 2007, s. 184-185.
14
Ocenianie ludzi może pełnić różne funkcje. W literaturze przedmiotu najczęściej wymienia się funkcję:



Informacyjną – pracownik dostaje informacje na jakie aspekty swojej
pracy powinien zwrócić większą uwagę, jakie są jego słabe strony a
jakie posiada uzdolnienia, jak jest postrzegany przez współpracowników ( w tym także przełożonego). Ponadto może się dowiedzieć czy
zostanie nagrodzony, czy ukarany. Funkcja ta jest ważna również dla
przełożonego, gdyż pozwala na uzyskanie informacji o ilości i jakości
posiadanego przez pracownika potencjału oraz na określenie czy nastąpił postęp czy regres w stosunku do stanu poprzedniego.7
Motywacyjną – motywacja jako mechanizm psychologiczny stanowi
wewnętrzny potencjał człowieka, od którego zależy możliwość i kierunek jego aktywności prowadzący do osiągnięcia określonego celu.8
Jest także „niezbędnym warunkiem efektywnej i harmonijnej pracy ludzi oraz zespołów.”9 Ocena uwzględnia trud włożony przez pracownika w uzyskanie pozytywnych efektów pracy i zachęca do dalszego
podejmowania wysiłku i osiągania wysokich ocen. Jest to szczególnie widoczne gdy ocena jest powiązana z gratyfikacją materialną
(podwyżka, premia) lub pozamaterialną (szkolenie, planowanie kariery).
Decyzyjną – ułatwia podjęcie decyzji dotyczących wynagrodzeń,
premii, szkoleń. Pomaga przy planowaniu awansów, ale także przy
ewentualnej degradacji.
Metody oceny pracowników
Metoda przeprowadzania ocen pracowników udziela informacji w jaki
sposób dokonuje się oceny i jest pojmowana jako uporządkowany sposób
postępowania, który jest zgodny z przyjętymi przez firmę celami, zasadami
i kryteriami ocen.10 Od jej odpowiedniego wyboru może zależeć nastawienie psychologiczne pracowników do procesu oceniania, a także możliwość
obiektywnej oceny11
W literaturze opisanych jest wiele metod oceniania. Różnią się one między sobą pod względem oferowanych rezultatów, mechanizmu dokonywa-
7
H. Czubasiewicz, Okresowe ocenianie pracowników. Konfiguracja i projektowanie
systemu, Wydawnictwo Uniwersytetu Gdańskiego, Gdańsk 2005, s.117-118.
8
L. Kozioł, Motywowanie w pracy, wyd. naukowe PWN, Warszawa 2002, s.26.
9
Ewelina Krok, Zarządzanie Zespołami, wyd. Helion, Gliwice 2008, s.24.
10
A. Ludwiczyński, Ocenianie pracowników [w:]Zarządzanie zasobami ludzkimi,
pod red. H. Króla, A. Ludwiczyńskiego, wyd. naukowe PWN, Warszawa 2007,
s.289.
11
J. Budka, System ocen pracowniczych [w:] Motywowanie w przedsiębiorstwie,
pod red. Z. Jasińskiego, Agencja Wydawnicza Placet, Warszawa 1998, s. 104.
15
nia ocen, możliwości wyeliminowania problemów, które się mogą ewentualnie pojawić. Różna jest też łatwość ich stosowania oraz zainteresowanie
ze strony osób projektujących systemy ocen a także tych, którzy je stosują.
Metody relatywne
Metody relatywne charakteryzują się tym, że poszczególni pracownicy
są porównywani między sobą. Najczęściej w zarządzaniu zasobami ludzkimi, spośród relatywnych metod, do procedury oceniania wykorzystuje się
tworzenie rankingów, metodę porównywania parami, czy też rozkład normalny. Dokonywanie oceny tymi metodami stosuje się najczęściej w organizacjach opierających się na modelu sita , którego założeniem jest motywacyjna rola rywalizacji i konkurencji.
a. Ranking
Ranking sporządzany jest przez bezpośrednich przełożonych po dokonaniu oceny pracowników. Metoda polega na uszeregowaniu pracowników
od najlepszego do najgorszego. Nie dopuszcza się w niej miejsc (ocen)
remisowych.12
Listy rankingowe powstają w oparciu o ustalone wcześniej kryterium
(powinno być mierzalne), którym może być na przykład wydajność pracy,
jakość pracy czy niezawodność pracownika. W praktyce przełożeni podczas oceny stosują kilka kryteriów. Na koniec oceny cząstkowe łączone są
w całość tworząc finałowy ranking.13
Niektórzy uważają, że tą metodę powinno stosować się do mało licznych
zespołów pracowniczych, które dodatkowo mają zbliżoną liczebność. Jest
to motywowane tym, że przy tworzeniu zestawień grupowych powstałby
problem w przypadku, gdy porównywałoby się pracownika, który zajął na
przykład pozycję szóstą w dziale dziesięcioosobowy z tym, który zajął tą
samą lokatę w zespole pięćdziesięcioosobowym.14
Najłatwiejszym sposobem tworzenia rankingów jest wybranie spośród
wszystkich ocenianych osób tej najlepszej, zasługującej na pierwsze miejsce i najgorszej, która zajmie pozycję ostatnią. Następnie z pozostałej grupy znowu wybiera się tych, którzy zasługują na lokatę najwyższą i najniższą (otrzymuje się miejsce drugie i przedostatnie). W ten sposób powinno
się postępować się do końca.
b. Metoda rozkładu normalnego
12
S. P. Robbins, Zachowania w organizacji, Polskie Wyd. Ekonomiczne,
13
M. Sidor-Rządkowska, Kształtowanie nowoczesnych systemów ocen
pracowników, wyd. Oficyna Ekonomiczna, Kraków 2006, s. 83.
14
pracowników, op. cit., s. 83.
16
Metoda rozkładu normalnego jest nazywaną również metodą wymuszonego rozkładu. Związana jest ona z prawem statystyki mówiącym o tym, że
rozkład cechy w populacji jest stały (charakteryzuje się rozkładem normalnym).
Oceniający przyporządkowuje każdego pracownika do przedziału, w którym się mieści ze względu na ocenianą cechę (kryterium). Efektem tego
jest otrzymanie klasyfikacji, w której spośród całej populacji po 10% stanowią osoby ocenione najwyżej i najniżej, po 20% zajmują zarówno pracownicy oceniani powyżej średniej jak i poniżej niej, natomiast pozostałe 40%
to ci, którzy otrzymali ocenę średnią.
Metody absolutne
Metody absolutne mają największe zastosowanie w organizacjach, które
traktują swoich pracowników jako kapitał, w który warto i należy inwestować (model kapitału ludzkiego polityki personalnej). W odróżnieniu do metod relatywnych, metody absolutne nie polegają na ocenianiu osób między
sobą, a sprowadzają się do porównywania wyników uzyskanych przez pracowników z ustalonymi standardami, które mogą być związane na przykład
z terminowością wykonania określonych zadań, jakością pracy, czasem
pracy.
Do najbardziej powszechnych metod absolutnych należą: ilościowe
standardy pracy, punktowe skale ocen, skale ważone, ocena opisowa, metoda zdarzeń krytycznych, skale kwalifikacyjne, testy, skale behawioralne.
a. Punktowa skala ocen
Punktowe skale ocen są bardzo rozpowszechnione w przedsiębiorstwach15. Pozwalają one na wartościowanie stopnia natężenia danego kryterium (istotnej cechy, jaką może być: kreatywność, zdolności poznawcze,
punktualność, obowiązkowość) u ocenianego pracownika.
Przełożony ocenia podwładnego poprzez przypisanie do każdego kryterium pewnej ilości punktów, które charakteryzują sposób pracy pracownika.
Metodą ta jest łatwa i nie zabiera dużo czasu16. Tematem do dyskusji jest
jedynie liczba stopni, które powinna posiadać skala ocen. W tej kwestii
zdania są podzielone. Jedni uważają, że skala powinna być nieparzysta.
Argumentem przemawiającym za tym rozwiązaniem jest możliwość wystawienia oceny środkowej w przypadku, gdy przełożony ma do czynienia z
przeciętnym pracownikiem. Najczęściej stosuje się skale pięciopunktowe,
choć pojawiają się też takie, które mają 7 lub 9 stopni.
15
T. Wach, Motywowanie i ocenianie pracowników, Oficyna Wydawnicza
Warszawskiej Szkoły Zarządzania, Warszawa 1997, s. 63.
16
pracowniczych, op. cit., s.91.
17
b. Skale ważone
Metoda ta jest podobna do punktowej skali ocen. Różnica polega jedynie na tym, że każde kryterium stosowane w ocenie ma przypisaną tzw.
wagę, w zależności od tego, jakie znaczenie ma dana cecha dla całościowej oceny pracownika.17
Osoby zajmujące się kontrolą systemów ocen doradzają, aby przy korzystaniu z tej metody przełożony nie znał wag, które zostały przypisane
poszczególnym kryteriom.18
Skale ważone dzięki temu, że uwzględniają ważność poszczególnych
kryteriów mają większą liczbę zwolenników niż zwykłe skale punktowe. Ponad to metoda jest łatwa i prosta w stosowaniu. Umożliwia również porównywanie wyników osiągniętych przez poszczególnych ocenianych. 19
c. Ocena opisowa
Ocena opisowa swoją formą wykazuje podobieństwo do ankiety, która
zawiera pytania otwarte. Aby metoda ta była skuteczna, wymaga się, żeby
przełożony pisemnie w sposób wyczerpujący i zgodny z prawdą odpowiedział na zawarte w arkuszu zagadnienia.
Pytania mogą się odnosić do różnych zagadnień powiązanych z pracownikiem i jego pracą. W dużej mierze obejmują jednak tematy dotyczące
efektów pracy jakie osiąga oceniana osoba.20 Należy pamiętać aby opis był
jasno sformułowany, tylko wtedy przyniesie korzyści i możliwość wyciągnięcia wniosków. Do przykładowych pytań stosowanych w formularzach
opisowych należą: jakie są mocne i słabe strony ocenianego pracownika,
jakie są przyczyny niedoskonałych wyników pracy, czy posiadane przez
pracownika kwalifikacje nie stanowią bariery w osiąganiu wysokich efektów
pracy21, jak istotne jest zjawisko pogorszenia wyników pracy dla całokształtu oceny pracownika, które z cech negatywnych pracownikach są niepożądane na stanowisku, na którym jest obsadzony.22
Taka metoda oceny wymaga od przełożonego pewnego zaangażowania. Zmusza bowiem do dokładnego rozważania zapisywanych słów. Wystawiona ocena musi z czegoś wynikać i w razie konieczności trzeba ją
17
R. Walkowiak, Zarządzanie Zasobami Ludzkimi: kompetencje, nowe trendy,
efektywność, Wyd. "Dom organizatora", Toruń 2007, s.64.
18
pracowniczych, op. cit., s.93.
19
pracowniczych, op. cit., s.93
20
A. Pocztowski, op. cit., s. 234.
21
M. Juchnowicz, E.Smyk, Ocena pracy i pracowników [w:] Zasoby ludzkie w
firmie: organizacja, kierowanie, ekonomika, pod red. A. Sajkiewicz, Poltext,
22
E. Długosz – Truszkowska, Ocenianie pracowników [w:] Zarządzanie
Naukowo-Dydaktyczne, Kraków 2002, s. 91.
18
umieć obronić faktami. Ważne zatem jest aby pracodawca posiadał pewną
wprawę i umiejętność w sporządzaniu sumiennych opisów, które będą
wiernie odzwierciedlać rzeczywistość. Nie można też dopuścić do sytuacji,
w której wyniki oceny były odbiciem zdolności epickich autora (oceniającego).23
Metody i techniki kompleksowe
O metodach kompleksowych możemy mówić w przypadku, gdy stosowane w firmach systemy oceniania są dobrze rozwinięte i wykorzystują
więcej niż jedną metodę oceny pracownika. W grupie najbardziej rozpowszechnionych znalazły się arkusze ocen, portfolio personalne, Zarządzanie przez Cele, Metoda 360°, a także Assessment Centre.
Okresowa i kompleksowa ocena pracowników przeprowadzana jest w celu
określenia :
 Potencjału zawodowego pracowników,
 Planowania długofalowych działań rozwojowych,
 Ustalenia polityki doboru kadr,
 Przygotowania planów doskonalenia i przygotowania zawodowego
Wszystkie te działania mają zapewnić optymalizację realizowania celów
firmy.
a. Portfolio personalne
Metoda portfolio personalne odnosi się do bostońskiej metody (macierz
BCG), która umożliwia ocenę przedsiębiorstwa pod kątem jego rozwoju
oraz pozycji strategicznej na rynku. W przypadku oceniania podwładnych
mówi się o grupowaniu pracowników w ramach czterech grup ze względu
na dwa istotne w zarządzaniu zasobami ludzkimi kryteria:
 efekty (rezultaty) pracy jakie osiągają oceniani
 możliwości rozwojowe, które określa się mianem potencjału rozwojowego.
Taka klasyfikacja pracowników umożliwia ich ocenianie w odniesieniu do
przeszłości (pod kątem dotychczasowego zachowania i zaangażowania), a
także do przyszłości, czyli ewentualnych możliwości rozwoju. 24
b. Model 360º
Metoda ta została opracowana i wprowadzona przez amerykanów. W
Europie rozpowszechniły ją filie amerykańskich przedsiębiorstw, dokonując
przed wprowadzeniem na grunt europejski adaptacji kulturowych. 25
23
S. P. Robbins, op. cit., s. 413.
J.Penc, Kreatywne kierowanie, op. cit., s. 137.
25
J. Brilman , Nowoczesne koncepcje i metody zarządzania, Polskie Wyd.
Ekonomiczne, Warszawa 2002.
24
19
Ocena metodą 360 stopni stosowana jest najczęściej do oceniania
członków zarządu (35%) i kadry kierowniczej wyższego i niższego szczebla
(37%).26
W odróżnieniu od tradycyjnych systemów ocen, w których osobą uprawnioną do przeprowadzania oceny pracownika był jego przełożony, model
360 stopni daje ocenianemu możliwość uzyskania informacji zwrotnej o posiadanych kompetencjach od wielu osób. Dzięki temu staje się oceną wieloźródłową. Wiadomości zbierane są wśród bezpośrednich przełożonych,
przełożonych wyższego szczebla, kierowników zespołów zadaniowych,
podwładnych, klientów wewnętrznych i zewnętrznych. W procesie oceniania oprócz wymienionych osób, uczestniczy też oceniany pracownik, który
dokonuje samooceny.
Gromadząc informacje od wielu osób, można otrzymać najbardziej
obiektywne opinie na temat danego pracownika, posiadanych przez niego
kompetencji oraz zachowań determinujących efektywność , którą wykazuje
się na stanowisku pracy.
Najbardziej rozpowszechnionymi sposobami zbierania informacji są wywiady indywidualne oraz specjalnie przygotowane kwestionariusze. Większa część kwestionariuszy posiada nadal formę papierową, jednak coraz
bardziej powszechne staje się stosowanie formularzy w wersji elektronicznej. Dzięki temu cały proces staje się łatwy i szybki. Wszystkie oceny mogą
być bez problemu zestawiane w systemie, a następnie porównywane.
c. MBO
MBO (Management by Objectives), popularnie nazywane zarządzaniem
przez cele, to jedna z najczęściej współcześnie stosowanych strategii w
biznesie.27 Charakteryzuje się regularnym podejściem do planowania i nadzorowania. Wykorzystywana jest również jako jedna z bardziej nowoczesnych i nowatorskich metod oceniania. W zarządzaniu przez cele ocenianie
pełni funkcję diagnozowania, korygowania i inspirowania pracowników28.
Podstawowe działania związane z zastosowaniem MBO polegają na
wspólnym określeniu i negocjowaniu celów, ustaleniu należytych efektów
końcowych, a także na wspólnej ocenie uzyskanych wyników.
Wnioski
Kapitał ludzki odzwierciedla czynnik ludzki w organizacji: to połączenie inteligencji, umiejętności i fachowości, stanowiący o odrębnym charakterze organizacji. Element ludzki w przedsiębiorstwie to taki, który jest w
stanie się uczyć, zmieniać, wprowadzać innowacje, działać kreatywnie i
26
R. Lepsinger, A.D. Lucia, 360 stopni. System ocen pracowniczych, Wyd. Helion,
Gliwice 2007.
27
Bieniok H, Metody motywowania [w:] Metody sprawnego zarządzania, pod red.
H. Bienioka, Agencja Wydawnicza Placet, Warszawa 2001.
28
Porębska J, Oceny pracownicze, Gazeta Prawna 175/2004 z dnia 07.09.2004.
20
który odpowiednio zmotywowany zapewni długotrwałe istnienie organizacji.
W przedsiębiorstwie należy dostrzec znaczenie pracowników, którzy stanowią ważne aktywa i przyczyniają się odniesienia sukcesu każdej firmy.
Ocena pracowników służy zwiększania wartości kapitału ludzkiego w organizacji.
BIBLIOGRAFIA
Bieniok H, Metody motywowania [w:] Metody sprawnego zarządzania, pod
red. H. Bienioka, Agencja Wydawnicza Placet, Warszawa 2001.
Brilman J, Nowoczesne koncepcje i metody zarządzania, Polskie Wyd.
Ekonomiczne, Warszawa 2002.
Długosz – Truszkowska E, Ocenianie pracowników [w:] Zarządzanie
Naukowo-Dydaktyczne, Kraków 2002.
Dzieńdziora J, Ocenianie pracowników. Ujęcie teoretyczne i praktyczne,
Oficyna wydawnicza Humanitas, Sosnowiec 2008.
Janowska Z., Zarządzanie Zasobami Ludzkimi, Polskie Wyd. Ekonomiczne,
Warszawa 2002.
Lepsinger R, Lucia A.D., 360 stopni. System ocen pracowniczych, Wyd.
Helion, Gliwice 2007.
Porębska J, Oceny pracownicze, Gazeta Prawna 175/2004 z dnia
07.09.2004.
Rostkowski T, Sienkiewicz Ł, Ocena okresowa pracowników [w:]
Instrumenty zarządzania zasobem ludzkim w organizacji, pod red. M.
Juchnowicz, Dom Wydawniczy Elipsa, Warszawa 2001.
21
Miroslav Belán, Marek Kasina, Miroslav Janák
Faculty of Manufacturing Technologies
of Technical University of Košice with seat in Prešov
PROPERTIES OF HIGH SPEED STEELS PARTS PREPARED VIA
POWDER METALLURGY FOR AGRO-FOREST ENGINEERING
Abstract
Progressive powder metallurgy (P/M) technologies allow us to produce
tools and parts under economically advantageous conditions, because of
the extraordinary production-technological features specific to this branch.
An important place among P/M materials is occupied by High Speed Steels
(HSS PM). Industrial properties of them can be improved by suitable modification of chemical composition and optimum thermal treatment. The targeted production of HSS results very good properties for hard condition
use.
Keywords: cutting plate, short-run durability test, long-run durability test,
INTRODUCTION
Current situation in area of parts and machines production for all industries is characterized by demand for minimal production costs and high
quality. Machines in forestry have to work in harder conditions. That is the
reason for application of new manufacturing technologies. Among progressive methods belong also powder metallurgy, that was used for creation of
tested plates. Since production of parts of forestry machines will be executed using the ways of powder metallurgy, it is possible to achieve better
surface roughness, smaller tolerance zone that results inbetter function,
longer life time and higher reliability. For increasing of productivity and production quality it is necessary to choose the right technology and MTWF
system (machine, tool, workpiece, fixture). This paper deals with evaluation
of durability of cutting tools made of steels for high-speed cutting using the
method of powder metallurgy (PM), that can be directly applied to machining of components of forestry machines and mechanisms. It includes
crankshafts, pins and pistons.
SPECIFICATION OF EXPERIMENT CONDITIONS
Short-run durability tests
Basis of this test lies in turning of disc face from the hole created in the
middle of the disc to its perimeter, what means that cutting speed is gradually increased, until it reaches its maximal value vc on certain perimeter dimension, where it leads to total loss of cutting ability of tool material. These
values serve for statistical processing of constants and exponents of Taylor
22
equation in implicit form. Constant depth of cut and feed per turn are kept
sustentative. Fig.1 brings schematic view on the principle of the test.
r
Fig. 1 Principle of short-run test of durability using face turning
Base for this test presents measuring of perimeter dimension Dn, where
it came to complete destruction of tool point. Values of this perimeter dimension were taken after using of different cutting plates and different
spindle speeds.
CUTTING CONDITIONS
Workpieces dimensions and needs of measuring conditioned by experiment results were taken in consideration for choosing the cutting conditions. There was constant feed set with value of 0,2 mm/turn and depth of
cut ap with value of 1 mm. Variable value of cutting parameters was presented by spindle speed. Each plate was tested using spindle speeds 180,
224, 280 and 355 min-1.
MACHINED MATERIAL AND TESTED CUTTING MATERIALS
As workpiece material was used steel C 60 E4 according to ISO 638 / 1
– 87, C 45 according to DIN 17200 – 84, that answers to STN 41 2050 and
steel 12 050.1.
Tested materials were cutting plates created by method of powder metallurgy from following two kinds of materials:
RADECO
PM + Nb (5 pieces)
VA30 with covering TS (5 pieces)
Long-run durability tests
Durability tests of cutting tools were realized on flange CNC lathe
LEADWELL series T-5 with control system Fanuc. Cutting plates were fixed
in tool holder with following parameters: κr=75º, εr=90 º, λs=0 º, α=8 º ,
γ=25 º. For turning there was used liquid cooling medium. It was water-
23
diluted concentrate Emulkat Uni 101P suitable for preparation of biologically stable polysynthetic wide-range emulsion for chip machining. Cooling
was assured by flowing of cutting liquid into the cutting area with value of 5
to 6 litres per 30 seconds. Wear on main back surface was measured using
the measuring magnifier MITUTOYO with scale in tenths of millimeter.
Magnifier was lighting for more reliable deduction. Machined material was
steel 12 050.1 - carbon steel with carbon content up to 0,5%, after normalization annealing, according to DIN C 45, certificated. Cutting time was taken with stopwatch
Tab. 1 Labeling of tested cutting materials
Cutting tool labeling Cutting material Covering
Pieces
A
S390
AlTiN mulit 5
B
S390
TS
3
E
Radeco TM RO ----4
H
VA 30
TS
5
On these materials were realized long-run durability tests. Wear on
main back surface VBB was evaluated. Critical wear value for materials
from steel for high-speed cutting was appointed to value of VBB= 0,6 mm
according to STN ISO 3685: Durability tests of turning tools with one cutting
edge. Tolerances concerning the geometry of cutting tools are given in appropriate standard. Investigated parameter was durability in dependence on
change of cutting speed. Parameters of depth of cut - ap and feed per turn –
f were constant during testing.
Cutting tool durability in dependence on cutting parameters:
T
CT
v  h X T  s YT
(1.0)
m
, where CT is constant expressing the durability value T of cutting tool
with v=1,
m, xT, yT are exponents expressing line vectors of functional dependencies
in logarithmic coordinate system T= f(v), T= f(h), T= f(s).
v- cutting speed
h resp. ap- depth of cut
s resp. f- feed
24
EVALUATION
Results of short-run tests
Fig. 2 Graphical interpretation of results of short-run tests with accordance
of achieved perimeter dimension (mm) on spindle speed (min-1).
On the base of the results it can be said, that cutting plates made of
steel for high-speed cutting using the method of powder metallurgy (in this
case PM + Nb, VA30-TS) keep their shape and dimensions until the state
of complete destruction of the point, what was defined as wear criterion.
Despite this fact, cutting plates made of steel for high-speed cutting using
powder metallurgy, for example RADECO correspond approximately to the
third of durability, that is achieved with complete destruction. It can be seen
on graphical interpretation of results, that cutting plates from PM + Nb without covering led to best results from the view of durability. Plates with covering had better measured wear values than values measured for
RADECO, but still these values were lower considering the values measured for plates without covering.
This experiment demonstrated, that probably there was no good basic
material prepared for plates VA30-TS or wrong covering was chosen, or
covering was created in unsuitable way. This is the reason for this type of
material needs to be analyzed more detail from the material point of view in
order to identify the reasons of its unsuitable properties.
25
Long-run durability tests
log.T
Durability of cutting blades A and H
2
1,8
1,6
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
Durability of
cutting blades A
Durability of
cutting blades H
1,5
1,55
1,6
1,65
log.vc
1,7
Logaritmický
(Durability of
cutting blades A)
Logaritmický
(Durability of
cutting blades H)
Fig. 3 Durability evaluation for cutting plates A, H
Testing results for materials labeled with letters A and H according to,
were subject of testing for adequate description of regress function. Values
were tested according to the value of following two criteria: F  s r2 / s a2  F0,05( f1 , f 2 ) , F  s R2 / s r2  F0,05( f1 , f 2 ) . According to criterion F  s r2 / s a2  F0,05( f1 , f 2 ) adequacy of regress function T=CTv*v-m was
fulfilled for selective collection of values with 3 values for both cutting materials. According to tested criterion F  s R2 / s r2  F0,05( f1 , f 2 ) the adequacy
of regress function C[ISO]= v*T1/m was not fulfilled for both cutting materials.
Disposal grades were determined for probability of 95%. For material A the
line vector was computed to m=-4,56. For material H line vector was computed to m=-2,57. Results of durability tests for cutting plates labeled as B
and E could not be statistically processed because of defective geometry.
Reason was wide diffusion of measured values.
CONCLUSION
Despite of large amount of cutting materials existing in current days, the
development of new cutting materials did not stopped. With contemporary
methods of production and after using of modern coverings, it is possible to
significantly increase mechanical properties of cutting materials, what is finally reflected on product quality while keeping requested price level.
Results obtained in described experiments strongly point to significantly
better cutting properties of tested materials on the base of steel for highspeed cutting created using the methods of powder metalurgy, in comparison with similar materials obtained using the methods of fusible metallurgy.
26
Tested materials are according to experiences much more advantageous for operations of low-speed shape machining (for example threads
cutting, thrusting, lacing, etc.), in comparison to other types of cutting materials from following reasons:
 Purchase cost comparable with HSS steels produced using typical methods
 Very good ratio of purchase cost and tool life time in comparison
with other cutting material
 Significantly better grinding capability using accessible grinding
methods.
 Ability to bear much higher dynamical load of cutting spike
HSS PM is thus becoming very attractive cutting material for production
of tools, that are expected to work in are of low cutting speeds with strict
requirements to dimensional and shape tolerances. Modern products designated for work in forestry are characterized by increasing of complexity,
precision and safe operation. With always harder market demands it is still
important to preserve the price on level accepted by customers.
Results described in this paper allow decreasing of variable costs in
manufacturing of shape elements of devices designated for forestry. That
leads to decreasing of total product price while keeping its problem-free
operation
REFERENCES
[1] Bekés, J., Andonov, I.: Analýza a syntéza strojárskych objektov
a procesov. 1. vyd. Bratislava : ALFA, 1986. 376 s. ISBN 63-080-86
[2] Buda, J., Bekés, J. : Teoretické základy obrábania kovov. 1. vyd. Bratislava : SVTL, 1967. 700 s. ISBN 63-046-67
[3] Grgáč, P.: Nové nástrojové materiály s intermediárnymi fázami solidifikačného pôvodu. In: Zborník vedeckých prác MTF STU v Bratislave,
1993. Bratislava : STU, s. 26 – 28 . ISBN 80-227-0657-4
[4] Jakubezyvá, D. et al. : Progresívne technológie pri výrobe vysokokvalitných rezných materiálov: In
Metal 97: Zborník príspevkov
z Medzinárodného metalurgického sympózia, Ostrava 13 – 15 mája 1997.
[s.n.], s. 221 – 223.
[5] Řasa, J. et al. : Vypočetní metódy v konstrukci řezných nástroj. Bratislava: ALFA, 1986. 464 s. ISBN 04-246-8
27
Stanislav Buch, Zuzana Palková
NÁVRH A REALIZÁCIA 3D SCANNERA
Abstract
The methods of scanning shape surface of solid figure aren’t used
so much as can be - scale of their potentiality application is very wide. Exploitation of opportunities is miscellaneous as well as branches where this
technology can be used. Cause patent, first of all complicated and precious
device, but also complicated attendant.
The aim of my work is design simple and financially bearable scanner device. I choose the method in which I used line laser ray, which generating plane of light. Intersection of this plane and the object is a curve,
witch shape and coordinates can be acquired by using some bases parameters. These parameters are stabile and variable. I use plain goniometric
functions to calculate shape coordinates. To construct a device suffice usual camera or web camera, laser and spin base. This solving is very simple.
Primary part of scanning process is software, which detect plane
generated by laser on a pictures and then calculate coordinates of virtual
model. I develop this software using Integrated Visual Environment Borland
Delphi. Obtained visual model can be saved to standard formats supported
by actual applications intended for virtual modeling. Used mathematical
model and recognition software reaches accuracy approximate 1,5%, but in
advisable scanning conditions acquire much better accuracy. This technology enables utilization in many branches as agricultural, research, service
or industry.
Key words: 3D, scanner, virtual, model
Úvod
V súčasnosti sa techniky, ktoré sú schopné snímať tvar priestorovo
zložitých povrchov prakticky vôbec nevyužívajú. Tieto technológie by pritom
mohli v mnohých odvetviach výrazne znížiť finančné náklady, zjednodušiť
výrobný proces, odbremeniť pracovníkov od monotónnej práce resp.
zrýchliť proces výskumu a vývoja. Hlavným dôvodom, prečo sa tieto
technológie neuplatňujú, je ich vysoká cena. Medzi ďalšie dôvody patria
vysoké nároky na obsluhu a zdĺhavý proces prípravy pri použití prenosných
zariadení.
Metódy snímania sú založené predovšetkým na laserových
technológiách. Medzi ďalšie metódy patrí fotogrametria, snímanie
28
mechanickou sondou, snímanie štruktúrovaným svetlom, meranie doby letu
signálu zo zdroja do snímača a pod.
Cieľom práce bolo vytvorenie jednoduchého a funkčného programu,
schopného demonštrovať funkčnosť zariadenia a zachytiť tvar povrchu
jednoduchých telies. Výsledný návrh by mal byt nenáročný na obsluhu,
nadobúdacie náklady a mal by mať schopnosť prispôsobenia rôznym
podmienkam a skenovaným povrchom. To je dôležité pre následné
možnosti využitia v praxi v rozmanitých podmienkach.
Metodika práce
Spôsob snímania
Pre jednoduchosť snímania som sa rozhodol využívať iba jeden
fotoaparát a presne definovanú svetelnú rovinu vytvorenú laserovým
lúčom. Pri tomto spôsobe snímania je zariadenie pevne rozmiestnené
okolo predmetu, ktorý sa otáča na podstavci. Tým, že predmetom otáčame,
získame virtuálny model v rozsahu 360°. Pri výpočte je možné využiť buď
vektorovú algebru alebo trianguláciu medzi zdrojom svetla fotoaparátom a
predmetom. S použitím vektorovej algebry by bolo potrebné zisťovať
prienik priamky a roviny. Pri triangulácii môžeme využiť známe rozmery
a pomocou nich určiť, kde svetelná rovina dopadá na povrch modelu. Pri
správnom použití triangulácie nám postačuje vedieť iba 3 parametre
rozmiestnenia kamery a svetelnej roviny (obr. 1.). Sú to tieto parametre:
- uhol u medzi rovinou a fotoaparátom
- vzdialenosť v fotoaparátu od stredu otáčania podstavca, na
ktorom je predmet
- výška h fotoaparátu nad rovinou podstavca, na ktorom je
predmet rotuje
Výhodou tohto snímania je fakt, že tým ako sa predmet otáča
jednotlivé snímky na seba nadväzujú. Program nemusí používať zložité
algoritmy, ktorými by zisťoval, ktoré zo získaných bodov prepojiť a tým
vytvoriť povrch modelu. V tomto prípade stačí spojiť body z dvoch po sebe
idúcich snímok.
29
Obr. 1. Snímanie pomocou svetelnej roviny
Riešenie úlohy
Skenovacie zariadenie
Navrhnuté skenovacie zariadenie plní tri úlohy. Prvou je vytváranie
svetelnej roviny kolmej na základňu podstavca. Rovinu môže tvoriť laserový
lúč, ktorý je rozptýlený v jednom smere. Pri použití spolu s fotoaparátom je
však nevýhodou možnosť nesprávnej interpretácie niektorých bodov. To
môže nastať v prípade, že na snímke je časť predmetu červenej farby
a program túto časť nesprávne interpretuje ako svetelnú rovinu. Aby sme
sa tomu vyhli, môžeme použiť silný laser a krátku expozičnú dobu
fotoaparátu, alebo zatemniť skenovací priestor. Najvhodnejšie umiestnenie
svetelnej roviny je na niektorej súradnicovej osi, tak aby pretínala ďalšiu
súradnicovú os. Na obr. 1 je zdroj svetla umiestnený na osi X a pretína
kolmú os Z. Toto usporiadanie umožňuje zjednodušenie výpočtov a
jednoduchú montáž zariadenia.
Druhou úlohou, ktorú musí zariadenie spĺňať, je otáčanie predmetu.
To môže byť manuálne či pomocou krokového motora. Podstavec však
musí byť veľmi pevný aby nedochádzalo k posunu osi otáčania a nesmie
sa ani pohybovať s veľkým zrýchlením aby predmet na jeho povrch
nezmenil pozíciu.
Poslednou úlohou zariadenia je zabezpečiť pevný bod pre
fotoaparát. To môže zabezpečiť aj bežný statív, avšak aj tu treba dať pozor
aby sa jeho pozícia nezmenila počas skenovania. Spôsobilo by to
skreslenie údajov a nepresnosť výsledného modelu.
Jednotlivé časti zariadenia nemusia byť pevne spojené. V takom
prípade je však potrebné zmerať všetky potrebné parametre - ako je výška
a vzdialenosť fotoaparátu od podstavca predmetu a uhol, ktorý zviera smer
pohľadu fotoaparátu a svetelná rovina. Preto sú tieto parametre v programe
ľahko nastaviteľné.
30
Priebeh skenovania
Po zostavení zariadenia a zmeraní všetkých potrebných parametrov
je nutné preskúmať zvolený predmet, aby mohol byť vhodne umiestnený na
podstavec. Pokiaľ je možné, umiestnenie by malo byť také, aby žiaden
výčnelok nezakrýval inú časť povrchu v dráhe svetelnej roviny. Po
umiestnení predmetu na podstavec a spustení laseru začne samotné
skenovanie.
Priebeh skenovania je veľmi jednoduchý. Pomocou fotoaparátu
vytvoríme snímku. Následne podstavec pootočíme o určitý, nami zvolený
uhol, ktorý musí byť pri každej snímke rovnaký. Po otočení podstavca
s predmetom vytvoríme ďalšiu snímku. Takto postupujeme až kým
nezoskenujeme celý požadovaný povrch alebo celý predmet v rozsahu
360°. Nasnímané obrázky následne presunieme do počítača na ďalšie
spracovanie.
Zostavenie matematického modelu
Pre zjednodušenie výpočtov bola ako základná os z vybraná os
okolo ktorej sa bude otáčať skenovaný predmet. Bod O je umiestnený na
povrchu podstavca na rotačnej osi. Osi x a y tvoria rovinu, ktorá je totožná
s rovinou podstavca predmetu.
Ďalej osi x a z tvoria rovinu totožnú so svetelnou rovinou. Táto
súradnicová sústava je znázornená na obr. 2.
Obr. 2. Trojrozmerná karteziánska pravouhlá súradnicová sústava.
Na obrázku sú tiež zakreslené hlavné objekty skenovacieho
zariadenia. Bod D predstavuje bod na povrchu skenovaného modelu,
ktorého súradnice chceme zistiť. Bod C je priemet bodu D do roviny
rovnobežnej s rovinou podstavca a prechádzajúcou stredom objektívu
fotoaparátu. Úsečka yy predstavuje vzdialenosť bodu C od objektívu
31
fotoaparátu, ktorý predstavuje bod A. Bod B predstavuje miesto, na ktoré je
nasmerovaný stred objektívu fotoaparátu. Tento bod sa nachádza v strede
nasnímaných fotografií. Ďalej sú tu znázornené parametre skenovacieho
zariadenia. Úsečka v predstavuje vzdialenosť objektívu od osi otáčania
podstavca, čiže od osi z. Vzdialenosť OB udáva výšku h objektívu nad
rovinou podstavca a uhol βx je uhol medzi fotoaparátom a svetelnou
rovinou.
Úsečka xx nám udáva vzdialenosť hľadaného bodu od osi
z v smere osi x. Úsečka zz udáva vertikálnu výšku bodu voči výške
objektívu fotoaparátu. Uhly αx a αz sú uhly, ktoré udávajú odklon bodu D,
ktorého súradnice zisťujeme, od bodu B, kam smeruje objektív fotoaparátu.
Tieto uhly vypočítame zo snímky.
Odvodenie uhlov zo snímok
Zo zhotovených snímok dokážeme získať iba pozíciu hľadaného
bodu na snímke. Daný údaj získame v pixeloch, je to údaj, z ktorého
priamo nevieme určiť reálne rozmery. Preto je potrebné previesť údaje do
jednotiek SI. V našom prípade je najlepšie použiť vedľajšiu jednotku SI pre
rovinný uhol a tou je uhlový stupeň.
Pre prepočet pixelov na uhlové stupne je potrebné poznať vzájomné
prepojenie údajov. To je najjednoduchšie, ak si predstavíme snímok ako
časť povrchu gule so stredom v objektíve fotoaparátu. Potom môžeme
povedať že vzťah medzi rozmerom v pixeloch a rozmerom v uhlových
stupňoch je priamoúmerný. Odvodenie vzorca je preto veľmi jednoduché,
postačuje využiť trojčlenku. Nato je však potrebné poznať vzájomný pomer
medzi údajmi. Tento údaj získame vytvorením kontrolného obrázku.
Na tomto obrázku musia byť dva body, ktoré spolu s objektívom
uzatvárajú konkrétny uhol. Tento uhol som si zvolil na 10°. Kontrolný
obrázok som vytvoril odfotografovaním pravítka umiestneného vo
vzdialenosti 1 m od objektívu a kolmého na smer pohľadu. V takejto
vzdialenosti predstavuje 17,6 mm na pravítku uhol 10°. Potom už len
zostáva spočítať počet pixelov na pravítku na snímke od bodu 0 po bod
kde je na pravítku vzdialenosť 17,6 mm.
Odvodenie horizontálnej vzdialenosti bodu od osi otáčania
Pre zjednodušenie odvodenia horizontálnej vzdialenosti je potrebné
zjednodušiť obr. 20. na jednoduchší rovinný útvar (obr. 3.). V podstate je to
priemet potrebných objektov do roviny tvorenej osami x a y.
Keďže už poznáme parametre v, βx a αx, je najvhodnejšie odvodiť
výsledný vzorec prostredníctvom sínusovej vety.
x  180  x  x
32
xx
v

sin(x) sin(x)
xx 
v.sin(x)
sin(x)
xx 
v.sin(x)
sin(180  x  x)
(1)
Obr. 3. Znázornenie rozmiestnenia objektov pri výpočte vodorovnej
vzdialenosti.
Odvodenie vertikálnej vzdialenosti bodu od bodu C
Aj v tomto prípade je potrebné zjednodušiť obr. 20. Tento krát si
zvolíme rovinu tvoriacu body A, C a D. Dostáli sme pravouhlý trojuholník
(obr. 4.).
Obr. 4. Rovina ACD
Nepoznáme však žiaden rozmer, iba uhly. Môžeme však využiť obr.
22. a pomocou sínusovej vety vypočítať dĺžku úsečky yy.
yy
xx

sin( x) sin(x)
33
yy  xx.
sin( x)
sin(x)
(2)
Keď už poznáme uhly aj jeden rozmer, môžeme opäť pomocou
sínusovej vety odvodiť vzorec pre výpočet úsečky zz.
zz
yy

sin(z ) sin(z )
zz  yy.
sin(z )
sin(z )
zz  yy.
sin(z )
sin(90  z )
zz  xx.
sin( x) sin(z )
.
sin(x) sin(90  z )
(3)
Výsledky práce
Overenie vytvoreného programu a matematického modelu som
vykonal pomocou simulácie skenovania skúšobnej vzorky, ktorou bol valec
s jednofarebným hladkým povrchom. Túto simuláciu som vykonal v
programe 3D Studio MAX.
Štatistická analýza
Pri tejto analýze som sa zameral predovšetkým na polomer
skúšobnej vzorky, pretože tá je rozhodujúca pre overenie správnosti
zostaveného matematického modelu. Preto som zo súboru wrl, v ktorom
som uložil virtuálny model získal súradnice vypočítane vzhľadom na os x
a os y. Veľkosť štatistického súboru je k=320, skutočný priemer vzorky
10mm a vzdialenost fotoaparátu od stredu otáčania bola 71mm. Vypočítal
som aritmetický priemer r  9,852692mm , absolútnu priemernú chybu
320  0,147308mm ,
priemernú
relatívnu
a smerodajnú odchýlku   0,03488mm .
chybu
 r  1,47308%
Relatívna chyba merania 1,47 % je z veľkej časti zaťažená
systematickou chybou, pretože všetky odchýlky od skutočnej hodnoty boli
kladné. Táto systematická chyba bola spôsobená z viacerých príčin.
Hlavná príčina je zrejme šírka premietanej svetelnej roviny, ktorá osvetľuje
predmet
34
Záver
Overením správnosti zhotoveného matematického modelu bola
potvrdená správnosť navrhnutej metódy. Táto metóda získavania
priestorových súradníc môže mať veľmi široké uplatnenie, ako aj široké
možnosti modifikácie metódy a tým jej prispôsobenie požadovaným
podmienkam v širokej oblasti poľnohospodárstva, priemyselnej výroby či
servisu.
Otestovaná metóda využívala otáčanie skenovaného objektu, pri
ktorom bola dosiahnutá presnosť porovnateľná s ostatnými používanými
metódami. Jej výhodou je však možnosť jej rozšírenia a miesto rotačného
skenovania môže byť pohyb lineárny a môžeme tak skenovať veľké plochy
resp. niektoré parametre výrobkov. Široké využitie umožňuje aj možnosť
upravenia rozpoznávacieho programu na rozličné pracovné podmienky.
Metóda preto nemusí slúžiť iba priamo na snímanie povrchu, ale umožnila
by napríklad automatické rozpoznávanie predmetov či ďalšie aplikácie, pre
ktoré je potrebne iba vytvoriť vhodný rozpoznávací algoritmus.
Pomocou takto upravenej metódy by sme mohli snímať povrch poľa
a tým zabezpečiť dokonalú stabilitu poľnohospodárskych strojov, ako aj ich
správnu orientáciu v pracovnom procese aj napriek prekonávaniu rôznych
terénnych prekážok. Ďalší spôsob využitia môže byť pri zbere rôznych
plodín, na orientáciu zberových strojov podľa predchádzajúcich prejazdov,
presnú navigáciu nad jednotlivými radmi zasiatej plodiny, pri triedení plodín
a podobne. Skener umiestnený nad pásovým dopravníkom by bol schopný
triediť a čistiť transportované materiály. V spojení s globálnym pozičným
systémom ako je americké GPS alebo práve budovaný európsky pozičný
systém Galileo by sme mohli podrobne snímať rozsiahle územia a tým by
sme vytvorili podrobnú trojrozmernú mapu pre rôzne využitie a to nielen
v poľnohospodárstve, ale aj v mnohých ďalších odvetviach.
V poľnohospodárstve by sa po vhodnom prispôsobení mohla
metóda využiť aj v oblasti živočíšnej výroby. Mohla by umožniť automatické
triedenie zvierat podľa veľkosti, vyraďovanie poškodených vajec pri chove
hydiny, triedenie zberaných vajec podľa veľkosti a iné. Táto metóda by sa
dala využiť aj v oblasti automatizovaných robotických dojacích zariadení.
A to najmä pri identifikácii vemena a nasadzovaní samotného dojacieho
zariadenia. Na tento účel by postačilo pomerne jednoduché upravenie
rozpoznávacieho algoritmu.
V priemyselnej výrobe by bolo možné využiť túto technológiu na
kontrolu presnosti rozmerov výrobkov, ich triedenie ale aj na rozpoznávanie
defektných výrobkov v procese odlievania.
Autor:
Stanislav Buch
Katedra elektrotechniky, automatizácie a informatiky, Technická fakulta SPU v Nitre, Tr. A.
Hlinku 2, 949 76 Nitra, SR
35
Inż. Igor Cieśla, dr inż. Szymon Głowacki
Katedra Podstaw Inżynierii
ANALIZA PAKIETU KLIMATYCZNEGO 3X20 WDRAŻANEGO
W POLSCE
Wstęp
Od drugiej połowy XX w. na świecie trwa dyskusja, której tematem
jest antropogeniczne pochodzenie efektu cieplarnianego wywołanego emisją CO2. Jedną z głównych przyczyn tego zjawiska, to korzystanie
z tradycyjnych metod pozyskiwania energii. Jest to temat, który dotyczy
wszystkich ludzi.
Polska gospodarka energetyczna jest mało efektywna oraz mało
ekologiczna. Sektor energetyczny w Polsce opiera się przede wszystkim na
konwencjonalnych źródłach energii. Ponad 50% wytwarzanej energii w
Polsce pochodzi z najbardziej zanieczyszczającego środowisko źródła, jakim jest węgiel kamienny. Polska posiada duże złoża tego surowca, dlatego to właśnie on jest głównym źródłem energii.
Alternatywą dla konwencjonalnych źródeł energii są źródła odnawialne (energia wód, energia geotermalna, energia słoneczna, energia wiatru, biogaz i biomasa). Są one ekologicznie czyste. Oznacza to, że bilans
CO2 przy spalaniu biomasy (drewna, słomy) jest równy zero, gdyż powstająca ilość CO2 przy spalaniu jest równa ilości pochłoniętej przez rośliny
podczas wzrostu.
Pierwszym znaczącym dokumentem określającym normy emisji CO2
do atmosfery był Protokół z Kioto. Jego kontynuacją w Europie jest Pakiet
Emisyjny 3x20 wprowadzony w grudniu 2008 roku. Dokumenty te określają
cele poszczególnych krajów w walce z emisją CO2. Pakiet Emisyjny stwarza szanse rozwoju i modernizacji całej polskiej gospodarki przez rozwój
sieci energetycznej oraz częściowe usamodzielnienie energetyczne. Pakiet
niesie za sobą duże możliwości, jak również zagrożenia. Problem ten nie
jest wystarczająco wyeksponowany, dlatego to zagadnienie jest opisane
szerzej w niniejszej pracy.
Emisja CO2
Najistotniejszym gazem cieplarnianym jest dwutlenek węgla dlatego
to właśnie on będzie opisany w niniejszym artykule. Dwutlenek węgla (CO2,
nazwa systematyczna: ditlenek węgla lub tlenek węgla (IV)) – to nieorganiczny związek chemiczny, tlenek węgla na IV stopniu utlenienia. Jest to
bezbarwny, bezwonny i niepalny gaz, dobrze rozpuszczalny w wodzie i
cięższy od powietrza. Dwutlenek węgla jest produktem spalania i oddycha-
36
nia. Jest wykorzystywany przez rośliny w procesie fotosyntezy. Tworzy się
przy utlenianiu i fermentacji substancji organicznych. Występuje w kopalniach, cukrowniach, gorzelniach, wytwórniach win, silosach zbożowych. W
małych stężeniach nie jest trujący, w większych stężeniach dwutlenek węgla jest szkodliwy dla zdrowia a nawet zabójczy.29
Efekt cieplarniany (szklarniowy), w ogromnym skrócie, jest to podwyższenie temperatury na Ziemi. Zjawisko to zachodzi w atmosferze. W
niej właśnie znajdują się gazy, które utrudniają wymianę ciepła pomiędzy
powierzchnią Ziemią a Kosmosem.
Efekt ten może być:
 naturalny - dzieje się bez udziału człowieka i jest on korzystny do
kształtowania warunków życia na Ziemi;
 sztuczny - pochodzenia antropogenicznego czyli wytworzony przez
człowieka.
Dzięki naturalnemu efektowi cieplarnianemu średnia temperatura na
naszej planecie wynosi 14-15 oC. Gdyby zjawisko to nie występowało,
przeciętna temperatura na Ziemi wynosiłaby w przybliżeniu -19 oC. Najważniejszym gazem absorbującym promieniowanie słoneczne jest para
wodna, razem z chmurami odpowiada za 66% - 85% powstawania naturalnego efektu szklarniowego.
Dwutlenek węgla odpowiada za 9% – 26% efektu, podczas gdy
ozon (O3) jest odpowiedzialny za 7%, a inne gazy cieplarniane (metan,
tlenki azotu i freony) są odpowiedzialne za 8%. Łącznie gazy te nazywa się
gazami cieplarnianymi (GHG). Efekt cieplarniany spowodowany jedynie
przez CO2 nazywamy efektem Callendara.
W ostatnim stuleciu nastąpił wzrost ilości gazów szklarniowych w
atmosferze, co doprowadziło do nieustającego wzrostu temperatury. Gazy
cieplarniane zaczęły działać jak dach od szklarni- dalej przepuszczają promienie słoneczne do powierzchni Ziemi, jednak ograniczają oddawanie
ciepła przez naszą planetę. Nadmierna emisja dwutlenku węgla do atmosfery powoduje zaburzenia równowagi termicznej (stan, gdy energia oddawana jest równa energii pobieranej).
Aby zilustrować zjawisko efektu cieplarnianego posłużę się modelem szklarni (rys. 1).
29
http://pl.wikipedia.org/wiki/Dwutlenek_w%C4%99gla
37
Rysunek 1. Model szklarni tłumaczący zjawisko efektu cieplarnianego.
Źródło: http://www.klimatdlaziemi.pl/index.php?id=106&lng=pl
Wynikiem wzrostu temperatury w atmosferze ziemskiej są m.in.
topnienie lodowca, wzrost temperatury oceanów. Przyczyną tych zjawisk
jest różnica pomiędzy promieniami słonecznymi dostarczanymi na powierzchnię Ziemi, a ciepłem oddanym przez naszą planetę.
Światowymi dokumentami, mającymi na celu ochronę środowiska
naturalnego, są m.in. Protokół z Kioto i Pakiet Emisyjny 3x20. Zasięg
pierwszego obejmuje prawie cały świat, natomiast ten drugi ma zastosowanie jedynie w krajach Unii Europejskiej.
Protokół z Kioto:
Protokół z Kioto do Ramowej konwencji Narodów Zjednoczonych w
sprawie zmian klimatu został sporządzony w dniu 11 grudnia 1997 roku.
Protokół zwany również Konwencją zakłada między innymi:
 redukcję emisji gazów cieplarnianych;
 poprawę efektywności energetycznej;
 wspieranie zrównoważonej gospodarki rolnej w celu ochrony klimatu;
 badania, wspieranie, rozwój oraz zwiększenie wykorzystywania nowych i odnawialnych źródeł energii;
 zachęcanie do wprowadzenia w odpowiednich sektorach reform
mających na celu wspieranie polityki i środków ograniczających lub
redukujących emisję gazów cieplarnianych;
 współpracę między państwami ratyfikującymi protokół w sprawie
zwiększenia efektywności polityki ekologicznej;
 ograniczanie emisji metanu z wysypisk odpadów, procesów produkcji, transportu i dystrybucji energii;
38
utworzenie najpóźniej do 2007 r. krajowego systemu inwentaryzacji antropogenicznej emisji gazów cieplarnianych, za wyjątkiem gazów kontrolowanych przez Protokół Montrealski.
Pakiet klimatyczny „3x20”:
Europejską kontynuacją Konwencji jest Pakiet Klimatyczny 3x20 został on zatwierdzony 12 grudnia 2008 przez Parlament Europejski. Najważniejszymi założeniami tego pakietu do 2020 roku są:
- ograniczenie emisji gazów cieplarnianych o 20%;
- zwiększenie udziału źródeł odnawialnych w bilansie energetycznym o
20%;
- podniesienie efektywności energetycznej o 20%.30
W skład pakietu energetyczno-klimatycznego wchodzi sześć projektów:






Przegląd Europejskiego Systemu Handlu Emisjami – ETS;
Wypełnienie zobowiązań w zakresie redukcji emisji;
Instalacji przechwytywania i składowania dwutlenku węgla(CCS);
Udział energii ze źródeł odnawialnych;
Ustalenie norm emisji CO2 przez samochody;
Specyfikacja paliw.
Dzięki negocjacjom na szczycie w Brukseli które odbyły się
12 grudnia 2008 roku udało się wynegocjować ostateczną wersję dokumentu. Nie obyło się jednak bez zmian i ustępstw. Najważniejszymi zmianami są:
 gałęzie przemysłu, które charakteryzują się dużą energochłonnością, takie jak cementownie czy zakłady chemiczne od 2013 do
2020 roku będą musiały płacić jedynie 70% za wyemitowane CO2
nie tak jak wcześniej zakładano 100%;
 elektrownie w roku 2013 zasilane węglem będą musiały zapłacić jedynie za 30% praw do emisji (w stosunku do ich średnich rocznych
emisji w latach 2005-2007). Ten okres przejściowy będzie trwał 7
lat, w pierwotnej wersji dokumentu już od 2013 elektrownie miały
zapłacić za 100% praw;
 Uzgodniono również iż w 2018 roku nastąpi ocena ograniczeń
szkodliwych emisji. Jeżeli okaże się, że nie uda się spełnić planu, to
jego cele zostaną zrealizowane w późniejszym czasie.
30
Rada Europejska Nota 17215, Energia i zmiany klimatyczne - elementy końcowego
kompromisu, Sekretariat Generalny Rady do Delegacji, 12 grudnia 2008, Załącznik IV, pkt
39
Komisja Europejska stworzyła raport w którym przedstawiła konsekwencje dla państw członkowskich po wprowadzeniu pakietu. Kontrargumentem jest „Raport 2030”, przygotowany i sponsorowany przez Polski
Komitet Energii Elektrycznej – PKEE oraz wykonany przez firmę Badania
Systemowe „EnergSys”. Wykazano w nim, że wdrożenie Pakietu 3x20 może spowodować następujące konsekwencje:
 nastąpi zwiększenie kosztów produkcji energii o ok. 8-12 mld zł
rocznie w związku z dopasowaniem struktur technologicznych i paliwowych;
 nakłady inwestycyjne na rozwój energetyki w Polsce zwiększą się o
58 mld zł;
 ceny energii elektrycznej wzrosną tylko wśród wytwórców o ok.
60%;
 efektem tych zmian w roku 2020 będzie spowolnienie wzrostu gospodarczego, wynikiem czego nastąpi utrata ok. 7,5% PKB (co
stanowi ok. 150 mld zł);
 zwiększenie cen energii przyczyni się do wzrost udziału wydatków
na energię w budżetach domowych z 11% w 2005 do ok. 14,114,4% w latach 2020-2030(w przypadku emerytów i rencistów może
wynieść nawet ok. 18%).
Kolejna analiza przeprowadzona tym razem prof. Jana Popczyka, która
uwzględniająca jednocześnie bezpieczeństwo żywnościowe Polski oraz
ochronę bioróżnorodności, wykazuje że posiadamy duże zaplecze w produkcji energii odnawialnej. Polski potencjał do produkcji energii z odnawialnych źródeł jest bardzo wysoki w porównaniu do innych państw członkowskich. Dla porównania niemiecki potencjał jest 6 razy mniejszy niż założony
cel Pakietu w pierwotnej wersji. Polska ma dużo większe możliwości produkcyjne niż wymagane zobowiązania. W takim wypadku Polska mogłaby
odsprzedawać nadwyżki innym państwom po korzystnych cenach. Pieniądze pozyskiwane w ten sposób mogłaby przeznaczyć na modernizację i
rozwój energetyki.31
Podsumowanie
Ostateczne postanowienia porozumienia dotyczącego Pakietu Emisyjnego znacząco osłabiły jego „wartość ekologiczną” tzn. obecnie założone
cele dalece odbiegają od pierwotnych. Wymagania dotyczące ograniczeń
emisji szkodliwych związków zostały zredukowane dotkliwie. Co gorsza nie
przestrzeganie porozumienia nie pociąga za sobą żadnych konsekwencji.
Czy głównym bodźcem do stworzenia Pakietu Klimatycznego były modne
działania „proekologiczne” i populistyczne a nie ochroną klimatu. Kolejną
bardzo istotną sprawą jest fakt iż wiele znanych ekspertów oraz naukow-
Popczyk J., W polskim interesie jest, aby Pakiet 3x20 został wdrożony, Czysta Energia
2008, nr 10, s. 8-11
31
40
ców, między innymi prof. Miłka, twierdzi iż efekt cieplarniany nie jest spowodowany głównie przez emisję gazów szklarniowych. Najważniejszym
czynnikiem powodującym ocieplanie klimatu jest para wodna i to właśnie jej
nadmiernej emisji powinniśmy poświęcić więcej uwagi. Jest to problem powszechnie pomijany, mimo licznych publikacji potwierdzających zagrożenia
płynące ze wzrostu pary wodnej w atmosferze.
Porozumienie to mimo licznych wad, uważam że jest bardzo dobrym a
zarazem znaczącym krokiem w poprawie stanu klimatu(„przynajmniej na
terytorium Europy”). Oprócz względów ekologicznych niewątpliwe Pakiet
ten daje szanse na rozwój polskiej gospodarki energetycznej. Pozwala na
większe usamodzielnienie się Polski od surowców zagranicznych jak również daje szanse na poprawę całej infrastruktury energetycznej.
Spis literatury:
1. Bielecki J., Europa przyjęła pakiet klimatyczny, Dziennik 2008
2. Kiehl J.T., Trenberth K., Earth’s Annual Global Mean Energy Budget, Bulletin of the American Meteorological Society nr 2., 1997, s.
197–208
3. Miłek M., Efekt cieplarniany –CO2?, Biuletyn Urzędu Regulacji
Energetyki 2008, nr 4, s. 74-79
4. Pearson P., Palmer M., Koncentracja atmosferycznego dwutlenku
węgla w ciągu ostatnich 60 milionów lat, Nature 2000, s. 695–699.
5. Popczyk J., W polskim interesie jest, aby Pakiet 3x20 został wdrożony, Czysta Energia 2008, nr 10, s. 8-11
6. Rada Europejska Nota 17215, Energia i zmiany klimatyczne - elementy końcowego kompromisu, Sekretariat Generalny Rady do Delegacji, 12 grudnia 2008, Załącznik IV, pkt
41
Vladimír Cviklovič
MICROPROCESSOR BATTERY MONITOR
Abstract
Today are used batteries without memory effect, which may be discharged only to specific value of voltage, otherwise will be battery destructed. For battery protection may be used device for checking of battery state
working on analog principle with using of comparators or the problem may
be solved with assistance of microprocessor. Both variants has own advantages and disadvantages. This paper describes solution of problematic
of battery state monitoring by means of the single-chip microprocessor.
Key words: battery monitoring, microprocessor, AD converter, current
measurement
Úvod
Na napájanie prenosných zariadení je nutné uvažovať s batériami alebo
akumulátormi. V prípade väčších odberov je výhodnejšie použitie akumulátorov a to hlavne z cenového i ekologického hľadiska. Na trhu je
množstvo typov akumulátorov ako napríklad olovené, NiCd, NiMH, Li-Ion
alebo Li-Pol. Použitie jednotlivých akumulátorov treba zvážiť podľa
prevádzkových podmienok.
V našom prípade je napájaným zariadením mobilný robot, ktorý obsahuje
niekoľko mikroprocesorových modulov a dva BLDC motory. Pre pomerne
vysoký odber pri súčasnej požiadavke malého rozmeru a nízkej hmotnosti
akumulátora sme sa rozhodli v našej jednotke použiť akumulátor Li-Pol,
ktorý spĺňal všetky naše požiadavky.
Materiál a metódy
Li-Pol akumulátory sa vyznačujú nízkou hmotnosťou, vysokou kapacitou a
veľkým prúdom, ktorý sú schopné dodať do záťaže. Sú však veľmi citlivé
na podbitie. Pokles napätia pod kritickú hodnotu 3V na článok im neprospieva, obyčajne v takomto prípade stratia veľkú časť svojej kapacity spolu
so schopnosťou dodať maximálny prúd do záťaže a to nenávratne. Podobne aj výstupný prúd je limitovaný podľa kapacity akumulátora. Z dôvodu
správneho používania Li-Pol akumulátora sme navrhli, realizovali a v praxi
odladili modul BAT1.1, ktorého úlohou je chrániť akumulátor pred
nadmerným odberom a pobitím.
42
Požiadavky na modul boli nasledovné:




Schopnosť merať napätie akumulátora a odoberaný prúd.
Odber vo vypnutom stave menší ako 10 nA.
Komunikácia podľa štandardu SPI 4-wire.
Spoľahlivosť.
Bloková schéma modulu BAT1.1 je uvedená na obrázku č. 1. Srdcom
celého zapojenia je jednočipový mikroprocesor 8051F530A od firmy Silicon
Laboratories. Ide o obvod „automotive“ s rozsahom pracovných teplôt od 40 do +125 °C. Okrem vysokorýchlostného mikrokontroléra je priamo na
čipe integrovaný aj 12 bitový AD prevodník s multiplexorom, zdroj referenčného napätia, kalibrovaný oscilátor 24,5 MHz a iné periférie.
Výstupný
port
Deliče
napätia
3,3 V
Obvody
modulu
VOUT
8051F530A
Analógový multiplexor
12-bit AD
prevodník
SPI
slave
Oscilátor
24,5 MHz
24,5 MHz
Delič
frekvencie
12,25 MHz
Systémové
hodiny
Obr. 1.
Vysokorýchlostné jadro
kontroléra
8051F530A
Bloková schéma modulu BAT 1.1
43
Záťaž
SPI rozhranie
VBAT
VR2
Spínač
S2
Stabilizátor
napätia
VR1
VBAT
VBAT
VBAT
Li-Pol
článok
Spínač
S1
V našom prípade používame trojčlánkový akumulátor Li-Pol, ktorého
napätie nemôže klesnúť pod kritickú hodnotu 9 V (na každý článok 3 V).
Napätie nabitého akumulátora je 12,6 V. Maximálny prúd dodávaný do
záťaže je 35 A. Na základe týchto informácií boli optimalizované deliče
napätia a monitor prúdového zaťaženia.
Po pripojení akumulátora čip urobí 10 vzoriek napätia. Na ich základe rozhodne či záťaž pripojí alebo nie. V prípade, že je napätia vyššie ako 9,07
V bude záťaž pripojená automaticky pomocou elektronického spínača S2.
Ďalej je automaticky monitorovaný prúd a napätie na výstupe. Ak je napätie
akumulátora nižšie ako 9,07 V, obvod záťaž nepripojí a automaticky odpojí
aj svoje napájanie pomocou elektronického spínača S1. Prúd je monitorovaný ako úbytok napätia na rezistore s odporom 50 mΩ. Pri odoberanom
prúde 10 A je úbytok napätia na rezistore 0,5 V čo je v našom prípade zanedbateľné. V prípade meraného prúdu ide o kompromis medzi úbytkom
napätia na meracom rezistore a rozlišovacou schopnosťou.
Výsledky a diskusia
Rozsah pracovného napätia je od 4 do 30 V. Kritické napätie je nastaviteľné softvérovo v plnom rozsahu v 12 bitovom rozlíšení. V obvode je
k dispozícii voliteľný zdroj referenčného napätia 1,5 V, 2,2 V a 3,3 V čo zabezpečuje výbornú rozlišovaciu schopnosť prevodníka v uvedenom rozsahu napätia akumulátora bez potreby akejkoľvek zmeny atenuátorov. Napätia sú merané s rozlíšením 3,42 mV, prúd dodávaný do záťaže
s rozlíšením 67 mA. Doba nábehu celého zariadenia je menšia ako 5 ms.
V prípade reakcie na podpätie alebo prekročenie maximálneho odoberaného prúdu je doba odpojenia záťaže menšia ako 50 ms. Spotreba modulu vo vypnutom režime nepresahuje 5 nA, čo je zanedbateľný prúd.
Z tohto dôvodu nie je nutný žiaden mechanický spínač. V pracovnom režime je spotreba modulu v rozsahu 10 až 18 mA. Prúd je rozdelený medzi
jednočipový mikroprocesor (približne 5 mA), AD prevodník (4 mA), zdroj referenčného napätia a napäťové stabilizátory.
Všetky informácie ohľadom napätí a prúdov sú k dispozícii v 16 bitovom
formáte prostredníctvom komunikačného štandardu SPI. Podobne je prostredníctvom komunikácie sprístupnené pripojenie a odpojenie nielen
záťaže, ale aj celého modulu. Modul pracuje v móde „slave“ 4-vodičového
zapojenia. Napäťová úroveň je TTL 3,3 V, maximálne 5V. Komunikačná
rýchlosť zbernice je v danom prevedení do 5 MHz.
44
Záver
Modul je určený na monitorovanie stavu všetkých typov akumulátorov, pri
ktorých je nutné odpojiť záťaž pri poklese napätia pod povolenú hodnotu.
Podobne chráni spotrebič pred poškodením spôsobeným vysokým napájacím napätím. Pôvodne je BAT1.1 navrhnutý a realizovaný na ochranu
Li-Pol akumulátorov pred podbitím a nadmerným zaťažením, hodí sa však
aj na iné typy článkov, napríklad ako monitorovacia jednotka a podobne.
Použitá literatúra
1. SILICON LABORATORIES: 8kB ISP Flash MCU Family, 2008. [online],
Dostupné na internete <www.silabs.com>, (citované 04-03-2009),
(Katalógové listy IO 8051F530A).
2. CENEK, Miroslav. 2003: Akumulátory od princípu k praxi. FCC Public,
2003, 248 s., ISBN 80-86534-03-0.
Autor:
Ing. Vladimír Cviklovič,
Katedra elektrotechniky, automatizácie a informatiky, Technická fakulta SPU v Nitre, Tr. A.
Hlinku 2, 949 76 Nitra, SR
tel.: +421-37-64 15 783, email: [email protected]
45
inż. Joanna Chodkowska; dr inż. Arkadiusz Gendek
SGGW w Warszawie
OCENA PRAWIDŁOWOŚCI ŚCINKI DRZEW PRZEZ OPERATORÓW
WYKONUJĄCYCH PRACE NA TERENIE NADLEŚNICTWA CHOJNÓW
NA PODSTAWIE PARAMETRÓW PNIAKA
Wstęp
Mimo wprowadzania do polskich lasów coraz większej ilości maszyn
wielooperacyjnych do pozyskiwania drewna, pilarka spalinowa nadal pozostaje podstawowym wyposażeniem Zakładów Usług Leśnych. Niestety praca pilarką spalinową nie należy do najbezpieczniejszych. Operator narażony jest nie tylko na emisję szkodliwych czynników takich jak hałas, drgania
czy spaliny, ale także zagrażają mu czynniki związane z wykonywaniem
poszczególnych operacji przy ścince, okrzesywaniu i przerzynce drewna.
W tym przypadku będą to zjawiska związane z nieprzestrzeganiem zasad
bezpieczeństwa i niewłaściwym wykonywaniem poszczególnych czynności
np. przy ścince drzew.
Każdego roku w leśnictwie notowanych jest wiele groźnych wypadków. Średnią liczbę wypadków w latach 2000-2007 przedstawiono na rysunku 1 [1]. Można tu zaobserwować, że w sektorze państwowym liczba ta
z roku na rok maleje, natomiast w sektorze prywatnym rośnie. Ma to związek m.in. z przeniesieniem ciężaru prac wykonywanych przez Lasy Państwowe na Zakłady Usług Leśnych.
Należy również zwrócić uwagę na to, iż w przypadku prywatnych
przedsiębiorstw leśnych, część tego typu zdarzeń nie jest odnotowywana.
Można, zatem przypuszczać, iż liczba wypadków w sektorze prywatnym
jest większa.
Rysunek 1: Liczba wypadków w latach 2000-2007 w sektorze publicznym i
prywatnym.
46
Do najczęstszych przyczyn wypadków zaliczane są: niewłaściwy
stan czynnika materialnego, niewłaściwa organizacja pracy i stanowiska
pracy, brak lub niewłaściwe posługiwanie się czynnikiem materialnym, nieużywanie sprzętu ochronnego, niewłaściwe samowolne zachowanie się
pracownika, niewłaściwy stan psychofizyczny pracownika [1].
Chcąc zmniejszyć ryzyko wystąpienia wypadku w procesie ścinki,
bardzo ważne jest, aby osoba wykonująca tą pracę znała podstawowe zasady prawidłowej i bezpiecznej ścinki drzew. W tym celu, żeby zostać
drwalem i zawodowo pracować pilarką należy ukończyć „kurs pilarza”, na
którym kursant poznaje dokładnie wszystkie zasady prawidłowej ścinki
drzew, tak, aby zapewnić sobie podczas pracy maksimum bezpieczeństwa.
Zdobywa również wiedzę jak prawidłowo posługiwać się pilarką spalinową i
jak pracować, aby ograniczyć straty drewna.
Cel i zakres
Celem badań było przeprowadzenie analizy i oceny znajomości zasad prawidłowej i bezpiecznej ścinki drzew oraz wskazanie najczęściej popełnianych błędów, które mogą prowadzić do niebezpiecznych wypadków.
Oceny tej dokonano na podstawie parametrów pniaka pozostałego po ściętym drzewie.
Zakres badań obejmował:
 pomiary podstawowych parametrów pniaka takich jak: wysokość
pniaka, średnicę, wysokość progu bezpieczeństwa, szerokość zawiasy, kąty pochylenia płaszczyzny rzazu podcinającego i obalającego równolegle i poprzecznie do kierunku obalania drzewa.
 Określenie wartości prawidłowych i nieprawidłowych
 Wskazanie najczęściej popełnianych błędów
Metodyka
Pomiarów dokonano na 4 powierzchniach zrębowych w Nadleśnictwie Chojnów. Na każdej powierzchni zmierzono 50 pniaków. W tabeli 1
przedstawiono charakterystykę powierzchni leśnych, na których prowadzone były prace zrębowe.
Nr powierzchni
Rodzaj
siedliska
Drzewostan
główny
Wiek
410c
LMśw
So
130lat
IIIB
139b
LMśw
9So 1Db
130lat
IIIB
138 a
LMśw
So
130lat
IIIB
138 b
LMśw
10So
130lat
IIIB
Tabela 1: Charakterystyka powierzchni leśnych.
47
Rodzaj
rębni
Do pomiarów użyto miarki taśmowej o dokładności +/- 1mm, listwy oraz
poziomicy elektronicznej o dokładności +/-0,01°. Wyniki pomiarów zapisywano w przygotowanym formularzu badawczym.
Podczas pomiarów określane były następujące parametry:
 Wysokość maksymalna i minimalna pniaka – dokładność pomiaru
+/- 0,5cm. Pomiar wykonywany był w odległości 50 cm od krawędzi
pniaka w kierunku poprzecznym do kierunku obalania drzewa (rysunek 2). Dla zniwelowania nierówności terenu, pomiar wykonywano w dwóch kierunkach i wyznaczano wartość średnią.
Rysunek 2: Pomiar wysokości pniaka.
 Średnica pniaka poprzecznie (Sw) i wzdłużnie (Sp) w stosunku do
kierunku obalania – dokładność pomiaru +/- 0,5cm (rysunek 3)
 Głębokość rzazu podcinającego, mierzona w połowie średnicy pniaka (Rzp) – dokładność pomiaru +/- 0,5cm (rysunek 3)
 Głębokość razu ścinającego, mierzona w połowie średnicy pniaka
(Rzś) – dokładność pomiaru +/- 0,5cm (rysunek 3)
 Szerokość zawiasy (Z) – dokładność pomiaru +/- 0,2cm (rysunek 3)
48
Rysunek 3: Sposób pomiaru parametrów pniaka. Sw - średnica mierzona wzdłuż
kierunku obalania; Sp - średnica mierzona poprzecznie do kierunku obalania; Rzp głębokość rzazu podcinającego; Z- szerokość zawiasy; Rzś - głębokość rzazu ścinającego.
 Wysokość progu bezpieczeństwa – dokładność pomiaru +/- 0,2 cm
(rysunek 4)
Rysunek 4: Pomiar wysokości progu bezpieczeństwa.
 Kąt pochylania płaszczyzny rzazu podcinającego i obalającego,
mierzony, poprzecznie do kierunku obalania – dokładność pomiaru +/0,1 (rysunek 5)
49
Rysunek 5: Pomiar kąta pochylenia płaszczyzny rzazu podcinającego poprzecznie
do kierunku obalania drzewa.
 Kąt pochylania płaszczyzny rzazu podcinającego i obalającego,
mierzony wzdłuż kierunku obalania – dokładność pomiaru +/- 0,1
(rysunek 6)
Rysunek 6: Pomiar kąta pochylenia płaszczyzny rzazu ścinającego wzdłuż kierunku obalania drzewa.
Gdy kąt nachylenia płaszczyzny cięcia pochylony był do dołu kąt
zapisywany był, ze znakiem „-”, natomiast, gdy nachylenie cięcia skierowane było do góry wartość kąta zapisywana była, ze znakiem „+”.
Aby porównać parametry pniaków do wartości prawidłowych, zmierzone wartości takie jak: wysokość pniaka, średnica, wysokość progu bezpieczeństwa oraz szerokość zawiasy, zostały uśrednione.
Prawidłowe wartości parametrów są odniesione do średnicy drzewa w
miejscu cięcia i mają określone wartości. Pilarz dokonując ścinki i odnosząc
się do tych wartości zwiększa swoje bezpieczeństwo podczas pracy. Zgodnie z zasadami BHP prawidłowe wartości parametrów pniaka przy ścince
drzew powinny być następujące (rysunek 7):
 Wysokość pniaka nie powinna przekraczać ¼ średnicy
50




Głębokość rzazu podcinającego nie powinna przekraczać 1/4- 1/3
średnicy
Próg bezpieczeństwa powinien mieć wysokość odpowiadającą 1/10
średnicy
Zawiasa powinna mieć szerokość odpowiadającą 1/10 średnicy
Kąty pochylenie płaszczyzn cięć powinny mieć wartość 0°
Rysunek 7: Parametry pniaka przy ścince [2].
W związku z tym, że wszystkie czynności przy ścince drzewa wykonywane są przez człowieka bez używania jakichkolwiek przyrządów pomiarowych przyjęte zostało, że istnieje możliwość popełnienia przez niego błędu w następujących granicach:
- wysokość pniaka, głębokość rzazu podcinającego i obalającego +/- 5% od
wartości prawidłowej
- wysokość progu bezpieczeństwa i szerokość zawiasy +/- 2,5% od wartości prawidłowej
- kąty nachylenia płaszczyzn pniaka +/- 2,5% od poziomu
Wartości te zostały ustalone na podstawie analizy statystycznej danych,
wykonanej przy wykorzystaniu programu Statistica 8 PL.
Ze względu na to, że większość parametrów pniaka opiera się na
średnicy w miejscu cięcia, dokonano pomiaru średnicy poprzecznie i podłużnie w stosunku do kierunku obalania drzewa, a następnie obliczona
została wartość średnia. Wyniki pomiarów odnoszone były do średniej wartości średnicy pniaka w miejscu cięcia.
51
Wyniki
Porównując uzyskane wyniki dotyczące wysokości pniaka okazuje
się, iż 191 pośród 205 zmierzonych pniaków ma nieprawidłową wysokość,
z czego 58% jest za wysokich, natomiast 35% za niskich. Tylko 7% pniaków spełnia kryteria prawidłowej ścinki. Zestawienie wyników przedstawiono na rysunku 8.
Pilarz dokonujący ścinki musi pamiętać o tym, iż głębokość rzazu
podcinającego nie powinna przekraczać 1/3-1/4 średnicy pniaka. Okazuje
się, iż tylko 38 pniaków, co stanowi 19% wszystkich spełnia warunki prawidłowej ścinki (rysunek 8). 72% pniaków miało zbyt głęboko wykonywany
rzaz podcinający, a 9% zbyt płytko.
Prawidłowo wykonany próg bezpieczeństwa powinien mieć wysokość odpowiadającą 1/10 średnicy pniaka w miejscu cięcia. Przyjmując 5%
granicę błędu aż 98% pniaków ma niewłaściwą wysokość progu bezpieczeństwa, z czego 65% pniaków ma za niski próg, natomiast 33% za wysoki, tylko 2% stanowią pniaki o prawidłowej wysokości progu bezpieczeństwa (rysunek 8).
Szerokość zawiasy powinna odpowiadać 1/10 średnicy pniaka. W
wielu przypadkach zawiasa została wykonana w formie klina. Wykonywano
wtedy pomiar w najszerszym i najwęższym punkcie zawiasy, a następnie
określano wartość średnią. Przyjmując granicę błędu 5% (+/- 2,5%) tylko
5% pniaków miało prawidłową szerokość zawiasy. Wśród wszystkich zmierzonych pniaków 72% pniaków miało zbyt szeroką zawiasę, natomiast 23%
za wąską. W wielu przypadkach można było zauważyć przecięcie zawiasy
(rysunek 8).
Rysunek 8. Udział procentowy poszczególnych wartości.
52
Dokonując zestawiania wartości zmierzonych kątów pochylania
płaszczyzn rzazów podcinających, mierzonych poprzecznie do kierunku
obalania, z wartościami prawidłowymi, 63% zmierzonych pniaków miało
wartość prawidłową mieszczącą się w granicach błędu. Pozostałe 37%
pniaków miało kąty pochylania płaszczyzn znacznie przekraczające wyznaczone granice, z czego 22% pochylona na „-” a 15% pochylona na „+”
(rysunek 9)
W przypadku kąta pochylania płaszczyzny rzazu ścinającego, mierzonego poprzecznie do kierunku obalania, 68% pniaków mieści się w założonych granicach błędu, 14% pniaków miało pochylanie kąta w kierunku
„-„ a 18% w kierunku „+”.
W przypadku kątów pochylania płaszczyzn cięcia mierzonych
wzdłuż kierunku obalania, 52% stanowią pniaki, dla których kąt nachylenia
płaszczyzny rzazu podcinającego był prawidłowy, 26% pniaków miało kąt
pochylenia w kierunku „-„, a 22% w kierunku „+”. Natomiast w przypadku
pochylania płaszczyzny rzazu ścinającego tylko 45% pniaków miało wartości mieszczące się w granicach błędu, 46% było pochylonych w kierunku „-„
a 9% w kierunku „+” (rysunek 9).
Rysunek 9. Procentowy udział poszczególnych wartośći parametrów pniaka. Kpp kąt pochylania płaszczyzny rzazu podcinającego mierzony poprzecznie do
kierunku obalania; Kśp - kąt pochylania płaszczyzny rzazu ścinającego mierzony
poprzecznie do kierunku obalania; Kpw - kąt pochylania płaszczyzny rzazu
podcinającego mierzony wzdłuż do kierunku obalania; Kśw - kąt pochylania
płaszczyzny rzazu ścinającego mierzony wzdłuż do kierunku obalania
53
Wnioski
Biorąc pod uwagę zestawianie uzyskanych wyników badań z wartościami prawidłowymi można stwierdzić, iż pilarze mimo ukończonych kursów uprawniających ich do wykonywania zawodu drwala, nie przestrzegają
zasad bezpiecznej ścinki, narażając tym samym swoje zdrowie podczas
pracy. Zdecydowana większość zmierzonych pniaków znacznie odbiega
swoimi parametrami od parametrów określonych, jako prawidłowe. Niestosowanie się do zasad prawidłowej ścinki prowadzi nie tylko do wielu niebezpiecznych sytuacji, a czasem do śmiertelnych wypadków. Często prowadzi to również do uszkodzeń drzew pozostawianych na powierzchniach
oraz strat drewna w części odziomkowej.
Niestosowania się przez operatorów do zasad bezpiecznej ścinki
drzew można upatrywać przede wszystkim w lekceważeniu zagrożeń wynikających z rutyny przy tego typu pracach oraz w pośpiesznym wykonywaniu prac dla osiągnięcia wyższych wydajności. Dodatkowymi przyczynami
mogą być stres, nadmierny wysiłek, zbyt mało przerw na odpoczynek.
Ważne jest zatem, aby zawód drwala wykonywały osoby, które
ukończyły kurs pilarza, znają zasady prawidłowej i bezpiecznej ścinki oraz
stosują się do nich podczas każdego dnia pracy w lesie.
Odnotowanie wielu nieprawidłowości może być przyczynkiem do
organizowania okresowych szkoleń przypominających z zakresu techniki
ścinki drzew i BHP przy pozyskiwaniu drewna.
Literatura
1. Główny Urząd Statystyczny: Informacje i opracowania statystyczne, Leśnictwo 2008
2. Wiesik J. red. 2002: Pilarki przenośne budowa i eksploatacja. Warszawa
3. Laurow Zbigniew 1999: Pozyskiwanie drewna. Warszawa
4. Węgieł Andrzej. Ocena poprawności techniki ścinki drzew w lasach prywatnych na podstawie analizy pniaków. Przegląd Leśniczy, kwiecień
2007
5. Instrukcja Bezpieczeństwa i Higieny Pracy przy wykonywaniu podstawowych prac z zakresu gospodarki leśnej. DGLP. Warszawa 1997.
54
inż. Magdalena Dąbrowska, prof. dr hab. inż. Aleksander Lisowski
SGGW w Warszawie
BADANIE ROZKŁADU DŁUGOŚCI CZĄSTEK ROŚLIN
ENERGETYCZNYCH PRZEZNACZONYCH NA BRYKIETY
Wstęp
Poszukiwanie alternatywnych rozwiązań dla surowców kopalnych jest poważnym wyzwaniem dla wielu specjalistów z różnych sektorów gospodarczych i dziedzin nauki. Zastąpienie źródeł pozyskiwania energii, uznawanych dotychczas za tradycyjne, źródłami odnawialnymi może okazać się
nieocenione. Jednym z takich źródeł jest biomasa z roślin energetycznych,
z której po odpowiedniej obróbce można wytwarzać brykiety przeznaczone
do spalania.
W celu pozyskania bazowego surowca z roślin energetycznych można zastosować sieczkarnię polową, w której podczas zbioru materiał roślinny jest rozdrabniany na sieczkę. Struktura pociętego materiału roślinnego w
zespole tnącym sieczkarni, zarówno bębnowym, jak i toporowym nie jest
jednak przydatna do przygotowania brykietów. W zależności od wymiarów
brykietów konieczne jest dalsze rozdrobnienie takiej mieszaniny, np. w rozdrabniaczu bijakowym z zastosowaniem sit o wymiarach oczek zapewniających właściwą strukturę mieszaniny. Ponieważ istotnym kryterium oceny
pracy urządzeń rozdrabniających jest struktura uzyskiwanej długości cząstek, a więc wartość średniej cząstek i równomierność rozdrobnienia materiału roślinnego, w Katedrze Maszyn Rolniczych i Leśnych SGGW przeprowadzono badania, wykorzystując w tym celu separator sitowy. Ponieważ
każdy gatunek rośliny ma odmienną budowę, która może wpływać na rozdrabnianie materiału, dlatego też stosując jednakowe warunki rozdrabniania i separacji można przez porównanie ocenić charakterystyki rozkładów
długości cząstek rozdrobnionego materiału roślin energetycznych oraz
wnioskować o ich podatności na rozdrabnianie. Badania przeprowadzone
na rozdrobnionym materiale z wierzby, ślazowca pensylwańskiego i topinambura wykazały różnice w charakterystykach rozkładów długości cząstek
i prędkości krytycznych między gatunkami roślin energetycznych wynikające z różnic ich właściwości fizycznych (Dąbrowska, Lisowski 2008, Lisowski
i in. 2008). Spośród mieszanin zmielonych roślin w rozdrabniaczu bijakowym rozkład długości cząstek wierzby charakteryzował się największą
55
średnią geometryczną i był najbardziej wyrównany, a mieszanina topinambura była najkrótsza, ale najbardziej nierównomierna.
Badania te rozszerzono o kolejne rośliny energetyczne: spartinę preriową, różę wielokwiatową bezkolcową, rdest sachaliński oraz miskant olbrzymi, a ich celem było określenie charakterystyk rozkładu materiału roślinnego rozdrobnionego w rozdrabniaczu bijakowym.
Rośliny energetyczne były zebrane przyczepianą sieczkarnią polową
współpracującą z ciągnikiem Ursus 1234 o mocy silnika 85 kW. Zespół rozdrabniający sieczkarni był wyposażony w 10 noży i proste łopatki rzutnika z
ostrą krawędzią natarcia oraz płytkę denną o powierzchni gładkiej. Prędkość obrotowa tarczy tnącej wynosiła 1000 obr.·min-1. Nastawione parametry robocze zespołu umożliwiały uzyskanie częstotliwości cięcia 167 Hz
oraz teoretycznej długości cząstek rozdrobnionego materiału roślinnego
8,8 mm. Zebrany materiał wysuszono w warunkach naturalnych do wilgotności w zakresie 5,6-7,3% i dodatkowo zmielono w rozdrabniaczu bijakowym, stanowiącym wyposażenie brykieciarki hydraulicznej APT 40.
Do oceny rozkładu długości cząstek zmielonego materiału zastosowano separator sitowy (rys. 1), spełniający wymagania normy ANSI/ASAE
S424.1 (Lisowski i in. 2008).
Rysunek 1. Widok ogólny separatora sitowego i efekt separacji mieszaniny
spartiny preriowej
56
Materiał do separacji w ilości 10 litrów wsypywano do kosza zasypowego w celu równomiernego rozłożenia całej frakcji na powierzchni górnego sita. Sprawdzano docisk listew blokujących i w razie potrzeby dokręcano nakrętki. Następnie przesiewano materiał w czasie 120 sekund, po
czym kolejno, zaczynając od góry, wyjmowano sita znajdujące się na listwach prowadzących i ważono poszczególne frakcje. Badania powtórzono
trzykrotnie dla każdej rośliny energetycznej.
Udział masy frakcji, której masę ważono z dokładnością 0,01 g obliczono z zależności:
umf 
mi
6
m
n 1
100
i
gdzie:
umf – udział masowy frakcji na i-tym sicie, %,
mi – masa frakcji na i-tym sicie, g.
Uzyskane dane wykorzystano do obliczenia średniej geometrycznej
długości cząstek sieczki xgm i odchylenia standardowego sgm:
xgm  log 1
Σ(mi log xsi )
Σmi
sgm  log
1
Σmi (log xsi  log xgm ) 2
Σmi
gdzie: mi – masa sieczki na i-tym sicie, g,
xsi – średnia długość cząstek na i-tym sicie w mm, którą wyznaczono z wzoru xsi 
xi xi1
gdzie: xi – przekątna otworu i-tego sita (i=2-5), m,
x(i-1) – przekątna otworu sita znajdującego się powyżej i-tego sita, mm.
Długość cząstek znajdujących się na dnie przyjęto jako połowę przekątnej
otworu na sicie piątym (bezpośrednio znajdującym się nad dnem).
57
Wyniki badań i dyskusja
Przykładowy wynik rozkładu rozdrobnionej spartiny preriowej przedstawiono na rys. 1, natomiast średnią geometryczną długość cząstek spartiny preriowej, róży bezkolcowej, rdestu sachalińskiego oraz miskanta olbrzymiego
dla kolejnych sit przedstawiono w tab. 1.
Tabela 1. Charakterystyka sit i wyniki badań rozkładu długości cząstek dla
badanych roślin energetycznych
Nr
sita
Wymiar otworu kwadratowego, mm
Przekątna
otworu kwadratowego,
mm
Współczynnik prześwitu
sita, %
Średnia teoretyczna długość
cząstek na sicie,
mm
1
19
26,9
45,6
*
2
12,7
18,0
33,8
22
3
6,3
8,98
33,7
12,7
4
3,96
5,61
39,4
7,1
5
1,17
1,65
41,5
3,04
dno
-
-
-
0,82
‫٭‬- średni wynik uzyskiwany podczas ręcznych pomiarów cząstek na sicie
Na podstawie otrzymanych wyników z separacji mieszaniny rozdrobnionych roślin energetycznych na separatorze sitowym wykonano wykresy rozkładów masowych frakcji sieczki (rys. 2).
Udział masy frakcji na sitach był nierównomierny. Po przesianiu
spartiny preriowej, na dwóch pierwszych sitach znalazła się śladowa ilość
materiału, natomiast na kolejnych sitach udział masy zwiększał się bardzo
znacząco (rys. 2a). Dla tej rośliny odnotowano największy udział frakcji
drobnej (45,88%), która pozostała na dnie, a rozkład udziału masy na sitach miał charakterystykę progresywną.
58
Dla pozostałych roślin rozkłady długości sieczki były odmienne niż
dla spartiny preriowej i miały zbliżone do siebie charakterystyki – z maksymalnym udziałem frakcji o wymiarze 1,65 mm (rys. 2b, c, d). Udział tej frakcji wynosił około 50%, ale udział frakcji najdrobniejszej był również duży i
wynosił około 30%. Oznacza to, że rozkłady długości sieczki były rozkładami silnie asymetryczne prawostronnie, o dużej koncentracji wokół średniej wartości długości sieczki.
b) 60
60
49,94
Udział masy sieczki, %
a)
45,88
50
39,53
40
30
20
10
10,37
0,14
0,06
4,02
50
40
30,39
30
15,37
20
10
0,29
0
26,90
18,00
8,98
5,61
1,65
0,82
26,90
Przekątna oczka sita, mm
c) 60
3,77
50
40
29,99
30
20
14,64
10
0,00
0,00
0,25
26,90
18,00
8,98
18,00
8,98
5,61
1,65
0,82
d) 60
55,12
0,24
0
47,45
50
40
28,82
30
20,50
20
10
0,00
0,10
3,13
26,90
18,00
8,98
0
0
5,61
1,65
0,82
5,61
1,65
0,82
Rysunek 2. Rozkład udziału masy frakcji na poszczególnych sitach: a)
spartina preriowa, b) róża wielokwiatowa bezkolcowa, c) rdest sachaliński,
d) miskant olbrzymi
Średnia geometryczna długość cząstek dla spartiny preriowej wynosiła 1,94 mm, a dla róży bezkolcowej, rdestu sachalińskiego i miskanta olbrzymiego była większa i wynosiła odpowiednio 2,49, 2,33 i 2,60 mm, zaś
odchylenie standardowe średniej wynosiło odpowiednio 2,39, 2,31, 2,11 i
2,29 mm. Duże wartości odchyleń standardowych, równoważne wartości
średniej długości cząstek, wskazują na znaczną niejednorodność mieszanin. Uwzględniając wartości średnie długości cząstek można stwierdzić, że
największa względna nierównomierność sieczki wystąpiła dla spartiny preriowej.
59
Ponieważ rozdrobnienie materiału roślinnego odbywało się na rozdrabniaczu pracującym przy tych samych parametrach techniczny, a wilgotność materiału podczas separacji była zbliżona (5,5-7,0%, tylko nieznacznie mniejsza niż podczas rozdrabniania), przeto o charakterystyce
rozkładu długości sieczki decydujący wpływ miał gatunek rośliny. Na podatność materiału roślinnego na rozdrabnianie mogą mieć wpływ sztywność roślin i ich budowa, upakowanie, twardość, zwięzłość, współczynnik
tarcia zewnętrznego i wewnętrznego. Uzyskanie odpowiedzi na te przypuszczenia wymaga jednak przeprowadzenia dalszych badań w tym zakresie.
Wnioski
1. Rozkłady długości cząstek były rozkładami asymetryczne prawostronnie, o silnej koncentracji wokół średniej wartości długości
sieczki, ale mieszanina spartiny preriowej zawierała najwięcej cząstek najdrobniejszych, a rozkłady długości cząstek róży wielokwiatowej bezkolcowej, rdestu sachalińskiego i miskanta olbrzymiego
były podobne.
2. Spośród rozdrobnionych roślin energetycznych mieszanina spartiny
preriowej miała najkrótsze cząstki, a miskanta olbrzymiego - najdłuższe.
3. Mieszaniny rozdrobnionych roślin energetycznych charakteryzowały
się dużymi odchyleniami standardowymi, równoważnymi wartości
średniej długości cząstek.
Bibliografia
1. ASAE S424.1. 1993: Method of determining and expressing participle
size of chopped forage materials by screening.
2. DĄBROWSKA M., LISOWSKI A. 2008: Badanie rozkładu długości
cząstek roślin energetycznych przeznaczonych na brykiety. XVII Konf.
Nauk. Studentów pt. „Problemy inżynierii rolniczej i leśnej”, III Konf.
Między., Wyd. SGGW, s. 40-47.
3. LISOWSKI A., SAR Ł., ŚWIĄTEK K., KOSTYRA K. 2008; Separator
sitowy do analizy rozkładu długości sieczki. Technika Rolnicza,
Ogrodnicza, Leśna, 2: 17-19.
60
Aleksandra Derlicka, prof.dr hab. Edmund Kamiński
SGGW w Warszawie
ROZPYLENIE I UGNIATANIE GLEBY PODCZAS ZABIEGÓW
AGROTECHNICZNYCH
Summary
Operationg machine-tractor sets are well known to produce, in the majority
of cases, a negative ompact on soil ecosystem through compaction and
destructing effect of their running systems.Currently taken measures to improve the design of these sets to decrease the above ompact to an acceptable level have yielded no sensible results as yet, hence continuous
ecosystem degradation.
When a plough with changeable operating width is used the peak potential
productivity without wheel slippage restriction (15 %) is achieved at a speed
of Vp=8,2 km /h, and with wheel slippage restriction (9 %) - at a speed of
Vp=8,6 km/h. In this case the productivity drops by 2,5 %, the specific fuel
consumption increases by 2,4 %.
Key words: tillage of soil, agricultural engineering,
Wstęp
W Polsce dominują gospodarstwa rolne małych areałów wykorzystujące do
produkcji rolniczej ciągniki małych mocy oraz narzędzia i maszyny małych
wydajności, które wykorzystywane we właściwy sposób nie stwarzają zagrożenia nadmiernym ugniataniem gleby i podglebia [Buliński, Marczuk
2007]. Natomiast wchodzące na rynek nowe ciągniki i maszyny rolnicze
charakteryzują się coraz większymi masami i mocami silników. Do eksploatacji wchodzą coraz większe, wydajniejsze agregaty maszynowe składające się z ciągników dużych mocy i maszyn ciężkich o dużych szerokościach
roboczych. Trend ten wpływa na nasilenie się zjawisk ugniatania gleby i
podglebia oraz rozpylenia gleby wynikającego z poślizgów kół, ugniatania
gleby i oddziaływania aktywnych organów roboczych narzędzi uprawowych. Nadmierne ugniatanie gleby obserwuje się w takich zabiegach, jak
nawożenie organiczne (obornik, gnojowica), zbiór buraków cukrowych,
zbiór ziemniaków. Zjawiskom ugniatania i rozpylenia gleby poświęcono
wiele prac badawczych [Kamiński, Orda 2004, Buliński 2006, Viselga, Kamiński 2006, orda i inni 2005]. Badania prowadzono i są kontynuowane w
wielu krajach Europy i Świata [Wajnrub 1996, Skrebelis 1997]. Zainteresowanie problemem wynika również ze znacznych ograniczeń plonu roślin
uprawnych spowodowanych ugniataniem gleby dochodzącym do 40%
[Szeptycki 1994).
61
Geneza, cel i zakres pracy
W oparciu o dokonany przegląd literatury stwierdzić można, że z zakresu
omawianej tematyki, cały szereg problemów badawczych zostało rozwiązanych, do nich należą: ustalenie dopuszczalnych poślizgów kół napędowych ciągników i maszyn rolniczych, ustalenie dopuszczalnych nacisków
powierzchniowych i osiowych, zależnych od typu gleby i jej wilgotności, dla
ciągników i maszyn rolniczych. Aktualnie prowadzone są badania nad: formowaniem składu granulo metrycznego gleby podczas zabiegów uprawowych, ograniczeniem poślizgów kół napędowych z wykorzystaniem zasad
rolnictwa precyzyjnego i nawigacji satelitarnej, ograniczeniem nacisków na
glebę powierzchniowych i osiowych, szczególnie dla maszyn wyposażonych w zbiorniki dużych ładowności oraz ciągników dużych mocy. Badania
w tym zakresie są nadal aktualne z punktu widzenia agrotechnicznego i
ekologicznego.
Celem pracy było sporządzenie charakterystyki stosowanych środków
technicznych umożliwiających tworzenie składu granulo metrycznego gleby, najbardziej korzystnego z punktu widzenia wzrostu roślin, erozji wodnej
i wietrznej gleby, omówienie sposobów kontroli poślizgów kół napędowych
ciągników i maszyn rolniczych, scharakteryzowanie zjawiska ugniatania
gleby kołami ciągników i maszyn rolniczych oraz sposobów jego ograniczenia.
Zakres pracy obejmuje trzy zagadnienia, a mianowicie:
-
formowanie składu granulo metrycznego warstwy uprawnej gleby,
rozpylenie gleby wynikłe z dużych poślizgów kół napędowych ciągnika,
ugniatanie warstwy ornej i podglebia oraz tworzenie kolein i podeszwy
płużnej.
Metodyka badań
Badania prowadzone były zgodnie z obowiązującymi metodykami badań
narzędzi i maszyn rolniczych.
Formowanie składu granulo metrycznego warstwy uprawnej gleby analizowano w oparciu o prototyp maszyny wykonany w Uniwersytecie Agrotechnicznym w Melitopolu na Ukrainie. Eksperymenty przeprowadzono na glebie bielicowej lekko-gliniastej w gospodarstwie doświadczalnym Uniwersytetu.
Wpływ poślizgów kół napędowych ciągnika na rozpylenie gleby określono
w oparciu o badania przeprowadzone w Północno-Zachodnim NaukowoBadawczym Instytucie Mechanizacji i Elektryfikacji Rolnictwa w Petersburgu. Analizę prowadzono w aspekcie wpływu udziału frakcji pylistej gleby na
obniżkę plonu roślin uprawnych.
62
Dopuszczalna wartość współczynnika poślizgu kół napędowych ciągnika
MTZ-80 podczas siewu na glebach darniowo-bielicowych wynosi 18-20 %
Badany ciągnik posiadał opony o wymiarach 15,5 – 38; 16,9 – 38; 18,4 –
34.
Analizę ugniatania warstwy ornej i podglebia i tworzenie podeszwy płużnej
przeprowadzono w oparciu o badania Przemysłowego Instytutu Maszyn
Rolniczych w Poznaniu oraz eksperymenty przeprowadzone w Białoruskim
Państwowym Uniwersytecie Technicznym w Mińsku i Białoruskim Uniwersytecie Techniczno-Rolniczym w Mińsku.
Przebieg i wyniki badań
Jak wykazały badania optymalnie uformowana warstwa orna gleby, dla południowo-ukraińskiego czarnoziemu, z punktu widzenia otrzymania maksymalnych plonów zbóż, warstwa powierzchniowa powinna zawierać przede wszystkim frakcje gruzełków o wymiarach 10-20mm, siewna 0,255,0mm i podsiewna 1,0-50mm. Gęstość gleby w warstwach powierzchniowej i siewnej powinna wynosić 1,22-1,24g/cm3 , a w warstwie podsiewnej
nie więcej jak 1,24-1,26g/cm3. Zbudowany prototyp narzędzia formułującego skład gruzełkowy gleby według powyższych kryteriów przeszedł próby
funkcjonalne uzyskując pozytywne wyniki badań. Zapewnia on uzyskanie w
warstwie powierzchniowej 0-4cm powyżej 60% gruzełków 10-20mm, siewnej 4-8cm powyżej 80% gruzełków 0,25-50mm, podsiewnej 8-18cm powyżej 60% gruzełków 1,0-50mm.
Przeprowadzone badania wykazały, że poślizg koła napędowego ogumionego powoduje intensywne kruszenie gleby. Zwiększenie prędkości poślizgu bieżnika opony względem gleby prowadzi do bardziej intensywnego
rozdrabniania gleby i zwiększania zawartości frakcji drobnych. Zwiększenie
prędkości poślizgu koła względem gleby powyżej 0,18 – 0,20 m/s powoduje
znaczny udział w strukturze gleby cząstek o średnicy poniżej 0,5 mm, rys.1.
63
Rys.1. Wpływ prędkości poślizgu kół na skład strukturalny gleby na śladzie koła
(wilgotność gleby w warstwie 0 – 5 cm poniżej 10 %).
1 - dfr0,5 mm; 2 - dfr=0,5-2 mm; 3 - dfr=2-5 mm; 4 - dfr=5-10 mm; 5 –
dfr10 mm
Wyrażenie aproksymujące przedstawioną graficznie krzywą (1) na rys.1,
opisującą zależność wzrostu udziału w glebie frakcji pylistej w % w funkcji
poślizgu kół napędowych ciągnika przedstawić można następująco:
fr = 12,67 – 108,78 x + 626,87 x2 – 701,16 x3 ,
gdzie: x – prędkość poślizgu kół względem gleby.
Wielkość poślizgu kół ciągnika w konkretnych warunkach glebowych określają typ i stan techniczny jego układu jezdnego a także masa eksploatacyjna ciągnika. Wiadomo, że im większa masa eksploatacyjna ciągnika,
tym mniejsze są poślizgi kół jezdnych, przy stałej prędkości roboczej. Tak
więc, poprzez zwiększenie masy eksploatacyjnej ciągnika MTZ-82 o 25 %
(zakres regulacji) poślizgi przy prędkości roboczej 12 km/h obniżyły się o
2,8 %, a przy prędkości 7 km/h o 9 %. Jednocześnie siła uciągu ciągnika
przy dopuszczalnej wielkości poślizgu 14 % zwiększyła się z 15,1 kN do
18,3 kN. Zwiększanie masy ciągnika można wykorzystywać do zmniejszania poślizgów. Wzrost nacisku jednostkowego na glebę, wynikający ze
zwiększenia masy ciągnika, należy ograniczać przez stosowanie szerszych
opon na kołach napędowych ciągnika.
Do sterowania wydajnością agregatu do orki z uwzględnieniem poślizgu kół
napędowych ciągnika wykorzystano ekstremalny algorytm sterowania.
64
Algorytm uwzględnia wpływ niekorzystnych przypadkowych czynników, będących następstwem niejednorodności warunków glebowych i środowiska.
Schemat obiektu sterowania pokazano na rys.2.

  (n)

B (n)
W (n)
Agregat do orki – pole






Rys.2. Parametryczny schemat obiektu sterowania. W(n) – wydajność agregatu, ha/h;
B(n) – szerokość robocza agregatu, m;  (n) – współczynnik niekontrolowanych
czynników;  - współczynnik poślizgu kół napędowych.
Przy zastosowaniu pługa ze zmienną szerokością roboczą maksymalna potencjalnie wydajność agregatu bez ograniczenia poślizgu kół (15%) osiągana była przy przy prędkości Vp = 8,2 km/h, a z ograniczeniem poślizgu (9%)
– przy prędkości Vp = 8,6 km/h. Przy tym wydajność maleje o 2,5 %, natomiast jednostkowe zużycie paliwa zwiększa się o 2,4 %.
Z badań przeprowadzonych przez [Talarczyk, Zbytek 2000] wynika, że
sposób pracy agregatem ciągnik Ursus 1224 z pługiem PBC-4/5 wpływa
istotnie na parametry eksploatacyjne i destrukcyjność gleby. Badano, gdy:
a/ koła ciągnika poruszają się bruzdą wyoraną przez ostatni korpus, b/ koła
ciągnika poruszają się płytką bruzdą wyoraną przez ostatni korpus, c/
wszystkie koła poruszają się po caliźnie. W przypadku a naprężenia powodują wzrost zwięzłości gleby o około 0,2MPa. W przypadku „b” naprężenia
przenoszone są na głębokość do 20cm, czyli do poziomu podeszwy płużnej. W przypadku „c” naprężenia przenoszone są do głębokości 25cm a
przyrost zwięzłości gleby w warstwie ornej wynosi 0,1-0,7MPa. Głębokość
koleiny po kolejnym przejeździe wyliczyć można z zależności następującej
postaci [Bojkow i inni 2000]:
65
hn 
P

(1  k1 log n)ar ctg( )
k
P
gdzie: P – zwięzłość gleby, Pa; k – współczynnik odkształcenia objętościowego
gleby, N/m ; k1 – współczynnik intensywności gromadzenia odkształceń; nacisk jednostkowy, Pa; n – liczba obciążeń (przejazdów).
3
Podsumowanie
Jak wykazała przeprowadzona analiza wchodzące na rynek ciągniki i maszyny rolnicze charakteryzują się coraz większymi masami. Do eksploatacji
wchodzą coraz większe, wydajniejsze agregaty maszynowe składające się
z ciągników dużych mocy i maszyn ciężkich o dużych szerokościach roboczych. Trend ten wpływa na nasilenie się zjawisk ugniatania gleby i podglebia oraz rozpylenie gleby wynikające z poślizgów kół, ugniatania gleby i
oddziaływania aktywnych organów roboczych narzędzi uprawowych. Istnieje szereg sposobów na ograniczenie tych zjawisk, a do podstawowych zaliczyć należy: wprowadzenie komputerowego sterowania parametrami techniczno-eksploatacyjnymi maszyn rolniczych, ograniczenie masy ciągników i
maszyn rolniczych oraz ładowności zbiorników instalowanych na tych maszynach, itp.
Wnioski
1. Skład granulo metryczny gleby wpływa istotnie na plonowanie roślin
uprawnych. Zwiększenie udziału frakcji pylistej jest zjawiskiem niepożądanym. Wskazane jest formułowanie składu granulo metrycznego gleby
w następujący sposób: warstwa powierzchniowa 0-4cm gruzełki 10 do
20mm minimum 60%, warstwa siewna 4-8cm gruzełki 0,25 do 50mm
minimum 80%, warstwa podsiewna 8-24cm gruzełki 1 do 50mm minimum 65%.
2. Ze zwiększeniem współczynnika poślizgu kół napędowych ciągnika
wzrasta intensywność kruszenia bryłek gleby i powstawania frakcji pylistej.
3. Ograniczenie poślizgu kół ciągnika otrzymać można poprzez zastosowanie map zwięzłości gleby, nawigacji satelitarnej, i komputerowe sterowanie szerokością roboczą narzędzi i maszyn rolniczych.
4. Zjawisko ugniatania gleby można ograniczyć poprzez:
- stosowanie ciągników i maszyn o mniejszej masie,
- stosowanie ogumienia niskociśnieniowego i kół dużych rozmiarów,
- łączenie zabiegów technologicznych w jedną operację.
66
Literatura
Bojkow W., Żdanowicz Cz., Orda A. 2000. Wpływ prędkości ruchu wielopodporowgo układu jezdnego na głębokość koleiny. VII Międzynarodowe
Sympozjum „Ekologiczne aspekty mechanizacji nawożenia, ochrony roślin,
uprawy gleby i zbioru roślin uprawnych”. IBMER Warszawa 18-19 września
2000r., zeszyt 7, s. 147-153.
Buliński J. 2006. Problemy ugniatania gleb uprawnych. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych. Zeszyt 508, s. 11-20.
Buliński J., Marczuk T. 2007. Wyposażenie w maszyny i ciągniki gospodarstw rolnych województwa podlaskiego w aspekcie ugniatania gleby kołami. Inżynieria Rolnicza, nr 3(91), s. 37-44.
Kamiński J., Orda A. 2004. Kruszenie gleby podczas zabiegów uprawowych. Problemy Inżynierii Rolniczej, zeszyt 3(45), s. 5-12.
Kamiński J., Żdanowicz Cz. 2007. Dobór układów jezdnych dla agregatów
rolniczych uwzględniający aspekty ekologiczne. Inżynieria Rolnicza, nr
3(91), s. 75-82.
Orda A.N., Śklarević V.A., Kamiński J.R. 2005. Sniżenie razruśenija struktury poćvy kolesnymi chodovymi systemami ot dejstvija kasatelnoj siły tiagi.
XI Międzynarodowe Sympozjum „Ekologiczne aspekty mechanizacji produkcji roślinnej”. WIP-SGGW, IBMER Warszawa 13/14 września 2005 r.,
zeszyt 11, s. 146-149.
Skrebelis S. 1997. Wpływ nowoczesnych środków technicznych i technologii na agrofizyczne właściwości gleby. IV Międzynarodowe Sympozjum
„Ekologiczne aspekty mechanizacji produkcji roślinnej”. IBMER Warszawa,
zeszyt 4, s.139-144.
Skwarski B. 1995. Bezpieczeństwo ekologiczne jako kryterium optymalizacji w technologii produkcji roślinnej. II Międzynarodowe Sympozjum „Ekologiczne aspekty mechanizacji nawożenia, ochrony roślin i uprawy gleby”.
IBMER Warszawa, zeszyt 2, s.206-211.
Szeptycki A. 1994. Ugniatanie gleby i podglebia kołami ciężkich agregatów
(synteza). I Międzynarodowe Sympozjum „Ekologiczne aspekty mechanizacji nawożenia, ochrony roślin i uprawy gleby”. IBMER Warszawa, zeszyt
1, s. 5-12.
Talarczyk W., Zbytek Z. 2000. Wpływ sposobu prowadzenia ciągnika
współpracującego z pługiem na ugniatanie gleby i stabilność roboczą agregatu. VII Międzynarodowe Sympozjum „Ekologiczne aspekty mechanizacji
produkcji roślinnej”. IBMER Warszawa, zeszyt 11, s. 146-149.
Viselga G. Kamiński J. 2006. Analisis of soil compaction at potato cultivation. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, zeszyt 508, s. 203208.
67
Wajnrub W. 1996. Badania wpływu mechanizacji uprawy gleby na ekologię
w aspekcie historycznym. III Międzynarodowe Sympozjum „Ekologiczne
aspekty mechanizacji nawożenia, ochrony roślin i uprawy gleby”. IBMER
Warszawa, zeszyt 3, s.133-136.
68
Катерина В. Ефименко
Могилевский государственный
университет продовольствия
пр. Шмидта 3, 212-027 Могилев, Беларусь
ТЕХНИКА НА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ
РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
Summary
When analyzing the availability of tractors and combine harvesters in agricultural enterprises, in should be mentioned that in the years 1990-2000
tractor work load hasincreased by 20 ha, the number of grain, flax and beet
combine harvesters dropped, on 1000 ha basis, by 5, 9 and 11 units, correspondingly. This resulted in substantial growth of areas under the above
crops per 1 combine harvester.
The primary issue to be addressed today is machinery supply and updating of machine and tractor fleet of agricultural enterprises on the basis of
the systems of machine-based technologies and equipment which would be
adapted to specific weather and production conditions, mutualy agreed by
volumes of production and processing and meet the requirements of intensification, resource conservation and environment control.
Key words: agricultural machine, tractors, combine harvesters.
ВВЕДЕНИЕ
Основные фонды – это решающий фактор развития экономики
страны, всех отраслей агропромышленного комплекса. Основные
фонды определяют уровень развития материально-технической
базы агропромышленных предприятий [Ekonomika Przedsiębiorstw i
Branż APK 2001]. Для анализа качественного состояния основных
фондов в сельскохозяйственных предприятиях Республики
Беларусь необходимо знать их структуру, таблица 1 [Efimenko, Korotin 2002, Siganow, Bieliko 1997].
69
Таблица 1 – Структура основных фондов сельскохозяйственного
назначения в сельскохозяйственных предприятиях(на начало года;
в процентах к итогу)
Фонды
1991
1996
1997
1998
1999
2000
2001
1
2
3
4
5
6
7
8
100
100
100
100
100
100
100
64,4
70,2
70,5
59,0
57,8
61,8
66,9
машины и оборудование
18,4
19,3
21,7
31,2
31,2
30,0
26,4
транспортные
средства
3,8
2,0
1,7
4,9
4,9
3,5
3,1
11,2
5,6
3,5
2,8
4,0
2,9
2,0
0,3
0,3
0,3
0,2
0,2
0,2
0,1
1,9
2,6
2,3
1,9
1,9
1,6
1,5
Основные
фонды
сельскохозяйственного
назначения – всего
в том числе: здания,
сооружения и передаточные устройства
рабочий
продуктивный скот
и
многолетние
насаждения
прочие виды основных
фондов
Таблица 1 показывает, что в динамике за 1991-2000 годы структура
основных
фондов
сельскохозяйственного
назначения
в
сельскохозяйственных предприятиях в Республике Беларусь
изменилась: увеличился удельный вес зданий, сооружений; машин
и оборудования соответственно на 2,5 и 8,0 п.п., заметно снизился
удельный вес рабочего и продуктивного скота – на 9,2 п.п.,
транспортных средств на 0,7 п.п.
ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЙ
Цель исследований это анализ обезпечения сельскохозяйственных
предприятий Республики Беларусь в технические средства.
70
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Важне значение в внедрению современных сельскохозяйственных
машин имело обезпечение предприятий в тракторы. В талице 2
приведено каличество тракторов и сельскохозяйственной техники
производеных в Республике Беларусь в 1990 – 2000 годах.
Таблица 2. Производство тракторов и сельскохозяйственных машин
на Беларуси 1990-2000гг.
Технические
средства
1990
1995
1996
1997
1998
1999
2000
Темп
роста,
2000 к
1995
1
2
3
4
5
6
7
8
9
100,7
28,0
26,8
27,4
26,9
27,4
22,5
80,4
7,3
1,9
2,0
2,0
2,0
2,0
1,9
100,0
Тракторы:
тыс. шт.
суммарная
мощность
двигателей,
млн. л.с.
Из общего
количества
тракторов –
тракторы
мощностью
100 л.с. и
выше, шт.
23,8
46
110
135
468
1286
1873
2617
Тракторные
плуги, тыс.
шт.
-
3,2
1,4
0,9
1,3
1,3
0,8
25,0
сеялки, тыс.
шт.
-
0,4
0,7
1,4
2,5
2,8
1,5
3,75
культиватор
ы, тыс. шт.
1,2
1,2
0,8
0,4
0,5
0,5
0,4
33,3
9,5
1,1
1,0
0,9
0,5
0,4
0,3
27,2
Кормоуборо
чные
комбайны,
тыс. шт.
71
из
них
самоходные
Зерноуборо
чные
комбайны,
шт.
9,5
0,8
0,8
0,8
0,5
0,4
0,3
37,5
-
-
-
-
-
50
339
-
Продолжение таблицы 2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
15,4
1,6
0,4
0,4
1,0
1,4
0,9
56,2
Картофелес
ажалки, тыс.
шт.
9,8
0,2
0,3
0,1
0,1
0,1
0,2
100,0
косилки,
тыс. шт.
-
4,2
2,1
2,6
3,4
2,4
2,7
64,3
32,2
0,5
0,4
0,2
0,1
0,1
0,1
20,0
-
81
69
321
406
757
683
8,48
Картофелеу
борочные
машины,
тыс. шт.
Машины для
внесе-ния в
почву
органических удобрений, тыс. шт.
Машины для
внесе-ния в
почву
минеральны
х удобрений
и
извести,
шт.
Анализ данных, приведенных в табл. 2 показывает, что в динамике за
1995-2000 года в целом произошло резкое снижение производства
тракторов и сельскохозяйственной техники: на 19,6% снизилось
производство тракторов в целом на 75% - тракторных плугов, на 66,7%
- тракторных культиваторов, кормоуборочных комбайнов – на 72,8%.
За анализируемый период увеличилось в 28,3 раза количество
тракторов сеялок, в 8,4 раза – машин для внесения в почву
минеральных удобрений и извести.
72
Важным фактором в сельском хозяйстве является использование
средств малой механизации, таблица 3.
Анализ данных, приведенных в табл. 3 показывает, что в данной
отрасли есть много проблем. За анализируемый период снизилось
производство минитракторов на 1 тыс. штук, мотоблоков и
мотокультиваторов на 1,3 тыс. штук.
В таблице 4 приведем и проанализируем парк основных видов техники
в сельскохозяйственных предприятиях.
Таблица 3. Производство средств
сельского хозяйства (тысяч штук).
малой
механизации
для
средства
1990
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2000
к
1995
+,-
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Минитракторы
-
1,3
0,9
0,5
0,6
0,4
0,3
-1,0
Мотоблоки
и
мотокультивато
ры
со
сменными
орудиями
17,9
1,8
0,4
1,5
0,9
0,9
0,5
-1,3
14
-
-
195
255
254
308
-
-
8
165
12
-
4
12
+4,0
Насосы
для
колодцев
ручные
и
электрические
электросепараторы
для
молока, шт.
73
Таблица 4 - Парк основных видов техники в сельскохозяйственных
предприятиях (на конец года; тысяч штук)
средства
1990
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2000
к
1990
+,-
1
2
3
4
5
6
7
8
9
113,
4
97,4
91,6
86,8
84,6
78,2
72,9
-40,5
74,0
63,3
59,9
56,4
53,9
50,0
46,3
-27,7
42,4
30,8
28,4
26,1
24,6
22,5
20,5
-21,9
37,4
27,6
25,2
23,2
22,2
19,8
17,6
-19,8
Культиваторы
56,1
38,2
34,8
31,8
30,1
28,3
26,1
-30,0
Косилки
29,7
18,7
17,3
16,6
17,0
16,3
15,2
-14,5
Тракторы (без
тракторов, на
которых
смонтированы
землеройные,
мелиоративны
е
и
другие
машины)
Грузовые
автомобили
Плуги
Сеялки
туковых)
(без
74
Продолжение таблицы 4
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Прессподборщики
10,8
10,5
9,7
9,1
8,8
8,2
7,4
-3,4
Жатки валовые
5,4
3,0
2,5
2,0
1,9
1,7
1,6
-3,8
1,9
0,9
0,7
0,7
0,5
0,4
0,4
-1,5
22,6
18,3
17,1
15,9
15,1
13,7
12,4
-10,2
9,5
6,6
5,9
5,1
4,7
4,3
3,8
-5,7
8,0
4,9
4,6
4,5
4,7
4,7
4,5
-3,5
17,5
13,9
12,4
10,9
10,3
9,3
8,6
-8,9
16,8
15,5
14,9
14,7
14,8
15,0
14,8
-2,0
Дождевальные
и
поливные
машины
и
установки
Машины
внесения
почву:
для
в
твердых
органических
удобрений
жидких
органических
удобрений
Опрыскиватели
и опыливатели
тракторные
Разбрасыватели
твердых
минеральных
удобрений
Доильные
установки
агрегаты
и
75
Комбайны: зерноуборочные
30,3
22,5
21,3
20,4
19,6
18,3
17,1
-13,2
8,7
7,2
6,6
5,8
5,2
4,5
3,8
-4,9
1,7
1,5
1,3
1,2
1,0
0,9
0,8
-0,9
9,3
8,9
8,4
8,3
8,1
7,6
7,2
-2,1
0,5
0,4
0,3
0,2
0,2
0,1
4,7
3,2
2,9
2,5
2,3
2,1
картофелеуборочные
свеклоуборочные
силосоуборочн
ые и кормоуборочные
кукурузоуборочные
льноуборочные
0,1
1,8
-2,9
Анализ данных, приведенных в табл. 4 показывает, что в динамике
за 1990-2000 годы значительно уменьшился парк основных видов
техники в сельскохозяйственных предприятиях: тракторы – на 40,5
тыс шт., грузовые автомобили на 27,7 тыс шт., зерноуборочные
комбайны на 13,2 тыс шт., плуги на 21,9 тыс шт., сеялки на 19,8 тыс
шт., культиваторы на 30 тыс шт.
Выбытие
техники
в
сельскохозяйственных
проанализируем в таблице 5.
76
предприятиях
Таблица 5. Выбытие
предприятиях
техники
в
(в процентах к наличию на начало года).
средства
1990
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2000
к
1990
+,-
1
2
3
4
5
6
7
8
9
7,7
7,6
7,5
8,1
8,4
10,1
10,3
+2,6
12,6
6,4
5,4
5,1
7,0
7,5
10,5
-2,1
10,0
9,2
9,4
11,6
12,5
15,4
16,8
+16,
8
6,3
11,3
11,6
14,4
18,4
20,8
19,4
Тракторы
(без
тракторов,
на
которых
смонтированы
землеройные,
мелиоративные и
другие машины)
Комбайны:
зерноуборочные
картофелеуборочные
свеклоуборочные
силосоуборочные
и кормоуборочные
кукурузоуборочны
е
льноуборочные
+13,
1
10,8
7,7
7,3
7,3
7,7
7,8
8,1
-
-
-
26,6
22,8
25,9
30,8
-2,7
13,7
11,8
10,9
12,0
11,9
11,9
12,1
-1,6
Жатки валковые
16,2
20,7
21,5
23,4
22,4
19,9
19,5
+3,3
7,1
5,7
5,4
5,4
4,3
4,8
4,0
-3,1
Доильные
установки и агрегаты
77
Анализ данных, приведенных в таблице 5 показывает, что увеличился
удельный вес выбытия тракторов, картофелеуборочных комбайнов,
свеклоуборочных комбайнов соответственно на 2,6 п.п., 16,8 п.п., 13,1 п.п.
В таблице 6 представлена обеспеченность сельскохозяйственных
предприятий тракторами и комбайнами.
Анализируя обеспеченность сельскохозяйственных предприятий
тракторами и комбайнами необходимо отметить, что в динамике за
1990-2000 годы увеличилась нагрузка пашни на один трактор на 20 га,
снизилось
количество
зерноуборочных,
льноуборочных,
свеклоуборочных комбайнов в расчете на 1000 га посевов
соответственно на 5, 9, 11 единиц. В связи с этим значительно
возросла площадь обрабатываемых посевов соответствующих
культур в расчете на один комбайн.
Таблица
6.
Обеспеченность
предприятий тракторами и комбайнами.
Технические средства
1990
1995
1996
1997
1998
1999
2000
1
2
3
4
5
6
7
8
Приходится
тракторов на 1000 га
пашни, шт.
20
19
18
18
17
15
15
49
52
55
57
60
65
69
12
9
9
8
8
8
7
31
66
57
55
54
53
41
32
33
37
36
31
27
23
36
27
29
26
20
16
15
Нагрузка пашни
один трактор, га
на
Приходится
комбайнов на 1000 га
посевов
(посадки)
соответству-ющих
культур, шт.:
зерноуборочных
картофелеуборочны
х
льноуборочных
свеклоуборочных
Приходится посевов
(посадки)
соответствующих
культур
на
один
78
комбайн, га:
зерноуборочных
картофелеуборочны
х
85
110
113
119
123
124
134
33
15
18
18
19
19
24
32
30
27
28
33
37
44
28
37
34
39
49
62
68
37
32
31
30
29
29
28
49
39
38
37
36
36
36
33
28
28
27
26
25
24
18
14
13
12
12
11
11
26
19
19
19
20
21
21
льноуборочных
свеклоуборочных
Приходится на
тракторов, шт.:
100
плугов
культиваторов
сеялок
грабель
косилок
ВЫВОДЫ
Важнейшей задачей на современном этапе является
техническое обеспечение и обновление машинно-тракторного парка
сельскохозяйственных предприятий Республики Беларусь. В основу
технического обеспечения сельского хозяйства должны быть
положены системы машинных технологий и технологических средств,
дифференцированные по природно-производственным условиям,
взаимоувязанные по объемам производства и переработке
сельскохозяйственной продукции и отвечающие требованиям
интенсификации, ресурсосбережения и экологии.
Ключевые
комбайны.
слова:
сельскохозяйственные
машины,
тракторы,
Литература
Efimenko A,G., Korotin N.N. 2002. Tworzenie holdingów – stan obecny i
perspektywy rozwoju. V Międzynarodowa Konferencja Naukowa „Problemy
techniki rolniczej i leśnej” SGGW Warszawa 19/20 czerwca 2002 r., s. 159160.
79
Ekonomika Przedsiębiorstw i Branż APK pod redakcją P.W. Wesołowskiego. Białoruski Państwowy uniwersytet Ekonomiczny. Mińsk 2001.
Siganow A.S., Bieliko M.I. 1997. Efektywne modele materiałowotechnicznego zaopatrzenia przedsiębiorstw APK w materiały i usługi. Białoruski Naukowo-Badawczy Instytut APK. Mińsk.
80
Veronika Fečová, Adriána Tarasovičová, Zuzana Šomšáková
Faculty of Manufacturing Technologies
Technical University of Košice with seat in Prešov
EFFICIENTLY MANUFACTURING OF HOLES FEATURES FOR
AGRICULTURAL MACHINES
Abstract
This article offer possible directions on how to increase the requirements related to quality and production cost from the view of hole making.
Application area with special attention is surface quality and productivity of
hole making operations - mainly for manufacturing of agricultural machinery
and equipment.
Keywords: Bearing steel, grey cast iron, holes machining, economical aspect of drilling
Introduction
Contemporary market with agricultural machines is full of highperformance mechanisms with accent to productivity and reliability. Parts of
these machines are produced form components working on the edge of
physical limits. Their functionality is widely influenced by choice of material
with appropriate properties (high hardness, relentlessness, good strength
properties, wear durability, temperature durability etc.). Complexity of these
requirements is fulfilled with so called hard-machinable materials, that include grey cast iron STN 42 2425 and hardened bearing steel STN 41
4109.
Currently the operations of holemaking represents 15 - 20% out of
overall chip machining of bearing steels and grey cast iron. Since drilling
does not represent very productive process, in comparison with turning or
milling, it comes to the attention of scientific research.
High requirements are given to cutting tool, as the cutting edges remove material with different speeds what decreases their effectiveness.
Nowadays the requirements to drilling process gets higher especially for
previously mentioned hard-machinable materials. These have in comparison with other constructional materials lower quality of machined surface,
unsuitable shape of chip, lower durability of cutting tools etc. Such materials have though wide exploitation in industry, what means that every progress in this area has great meaning in praxis. Therefore the goal of this
experiment was to test three tools for each of certain materials, that have
not yet been applied into praxis, to verify their suitability, or unsuitability of
exploitation in praxis and economical costs that are needed for their utilization.
81
METHODS AND MATERIAL
For purposes of experiment were used following materials: bearing
steel STN 41 4109 (according to EN 10132-4 what is 102Cr6) and grey
cast iron with psoriatic graphite STN 42 2425 (according to EN 1561 what
is GJL-250). Samples of these materials are in tab. 4. Experimental measurements were realized in laboratory conditions as well as in praxis.
For given experiment drills were used, that were not yet applied in
praxis, what bring us to their suitability, or unsuitability for getting to practice
also from the view of economical costs for their utilization. For each material 3 drills were tested, that are different from the view of material used for
drill production, or content of alloy element, or covering. Description of particular drills is included in tab. 1, which also provides the price of each drill
as important entry for economical evaluation of its use.
Diameter of helical drills were 6,5 mm and drilled holes were of
depth max. 3xD. For material STN 41 4109 the drills had top angle
2κr=135° and for STN 42 2425 angle 2κr=130°.
Tab. 1 Description and price of tested drills
Labeling STN 41 4109 Labeling STN 42 2425
SK +TiN
HSS
A
D
(33€)
(4€)
HSS + 8%Co
HSS +5%Co
B
E
(19€)
(8€)
HSS +5%Co
HSS +TiN
C
F
(8€)
(10,50€)
Machining process were realized without cutting fluid. DRY MACHINING method have been applied because of attempt to decrease the contrary impact to the environment and removing of high costs of purchase,
maintenance and liquidation.
Cutting parameters are defined in tables 2 a 3.
Tab. 2 Cutting speed and feed rate for STN 41 4109
vc [m/min 15
25
30
40
50
f [mm]
0,04 0,08 0,1 0,25 0,3
Tab.3 Cutting speed and feed rate for STN 42 2425
vc [m/min] 10
15
25
35
40
f [mm]
0,05 0,08 0,1 0,25 0,35
For realization of this experiment was used machining device – radial
drilling machine VR-6A . This machine drills into the steel the holes up to
diameter of 60 mm and into grey cast iron up to 80mm. It can be used for
drilling up to the depth of 380mm.
82
Tab. 4 Technological system MTWF (machine, tool, workpiece, fixture)
machine VR 6-A
tool
workpiece
STN 41 4109
(bxhxl→40x20x200mm)




STN 422425
(øxh→ø220x45mm)
As a fixture for this experiment the vise was used.
Measured characteristics:
Quantitative evaluation of roughness parameter Ra – was executed on
samples according to ISO 4287 using the profile-measurer HOMMEL
TESTER T 1000C
Number of holes made until certain wear value - back wear
VBk=0,2mm
Preciseness of holes made – measured on three points (fig. 1) always
after some number of holes drilled. For measuring, the sliding digital
measurer was used with accuracy of 0,01mm.
Production costs for single hole drilling – calculated according to equation:
Fig. 1 Representation of measuring the hole accuracy
RESULTS AND DISCUSION
The lowest roughness values were achieved with feed rate of 0,1mm
with speed 25m/min for both materials. Resultant roughness achieved with
this conditions for all drills are shown on fig. 2. For bearing steel, the lowest
83
roughness was provided by drill A1, while best was provided by drill B1
and for grey cast iron was most suitable drill C2 a B2.
Fig. 1 Achieved roughness for particular drills
Then with most suitable feed rate of f=0,1mm and cutting speed
vc=25m/min the number of holes until the drill wear and preciseness of these holes made. For STN 41 4109 the highest number of holes was made
by drill A, along with best roughness (fig. 3). Holes made with drills B and C
were made with worse preciseness and of lower number until the drill destruction.
Fig. 2 Preciseness and number of holes made, STN 41 4109
For STN 42 2425 the highest number of holes was made with drill D
along with best preciseness (fig. 4). Holes made with drill E were of worse
preciseness and of lower number until the drill wear, with drill F even the
first hole was made with low preciseness.
84
Fig. 3 Preciseness and number of holes made, STN 42 2425
Consecutively the costs for hole production concerning the tool price
was evaluated (fig. 5). For material STN 41 4109 the drill A represented the
highest costs, but also highest quality of holes made, and since the amount
of these costs is not that high in comparison to other drills, the drill A is recommended, that is made of sintered carbon with TiN covering.
When comparing the drill prices (fig. 6) for material STN 42 2425 it
was found out, that lowest costs for production of single hole are achieved
with drill F, thus with HSS with covering TiN, that provided also the best
quality of holes made while drilling the highest number. Drill E provided low
costs as well, but a little worse quality along with lower number of holes
made. Drill D, that was proven in all tested areas as the worst one, provided even the highest costs.
Fig. 4 Costs for single hole drilling
Almost during whole drilling time, the unsuitable chip was created
with cutting conditions f=0,1mm and vc=25m/min with material STN 41 4109
85
(laced and spiral long chips, rolled in spiral way – conical long chips). Exact
contrary was achieved with material STN 42 2425, where appropriate chips
(elementary crumbly chips or spiral chips). Images of particular chip shapes
are in tab. 5.
Tab. 5 Achieved roughness for particular drills
STN 41 4109
STN 42 2425
Streamed relentless
long chip –C and B drills
Elementary crumbly
Chip – D and F drills
Spiral streamed long chip –
A drill
Spiral streamed chip
- little segments- E drill
CONCLUSION
Precondition for successful realization of machining includes reliable
and efficient cutting tool. Contemporary producers of cutting tool strive for
production at highest possible technical level along with highest possible
utility value for customer, especially with use of results of development and
research of cutting materials, covering technologies and many other areas
that affect the production process. Modernization of drills is significantly affected mainly by cooperation of producers and customers, what leads to offering the modern productive drills.
These tested drills should contribute to production effectiveness in
holemaking for existing materials, that are often used in the field of agricul-
86
ture. Agricultural devices have important role in modern soil cultivating processes and harvest handling. They are supposed to work with high productivity and reliability, that put high requirements on component parts, what
gives the space for hard-machinable materials, where their machining is
low effective as the result of using the low effective cutting tools.
For bearing steel STN 41 4109 it is obvious after experimental measurements, that from the view of achieved surface roughness, generated
chip shapes and holes preciseness, it is recommended to use the cutting
speed of 25m/min and feed rate of 0,1mm. Considering the cutting tools,
the highest quality of holes done was achieved with drill made of sintered
carbon with TiN covering (drill A), but from the view of costs for manufacturing of single hole it is financially more demanding. Despite the little higher
costs in comparison with machining with other drills, this drill is recommended for holemaking. In serial and mass production is its using more effective and more economic than in piece production.
For machining of grey cast iron STN 42 2425 the drill made of steel for
high speed machining with TiN covering (drill F) is recommended with
same cutting condition as for previous material. This drill provided lowest
possible surface roughness in comparison with drills D and E. Until its critical wear, it was able to drill most holes with comparatively good preciseness along with providing the lowest possible production costs for single
hole.
These drills are recommended on the base of experiment as suitable
for praxis, where they could improve the productivity in machining of hardmachinable materials.
REFERENCES
1. Jurko, j.: príspevok k riešeniu verifikácie mechanizmov opotrebovania skrutkovitých vrtákov pri vŕtaní austenitických nehrdzavejúcich
ocelí: habilitačná práca. Prešov. Fvt. 2003. 116 s.
2. Bátora, b. – vasilko, k.: obrobené povrchy. Tnu trenčín, 2000, 51 s.,
isbn 80-88914-19-1
3. Simkulet, v.: špeciálne materiály, fvt tu v košiciach so sídlom v
prešove, prešov, 2006, 25 s., isbn 80-8073-631-6
87
E.Urkan, dr. H.Guler
Department of Agricultural Machinery, Faculty of Agriculture
Ege University, Izmir-Turkey
THE NEW TECHNIQUES IN REDUCING PESTICIDE DRIFT
ABSTRACT
In spite of harmfull effects of pesticides on the environment and its
inhabitants, it is impossible to complitely elimination of pesticide usage
since it may cause vast amount of crop losses. For success; the spraying
should be done not only on the right time and with enough amount of right
pesticide, but also with the appropriate equipment. With the help of these
themes the negative effects of spraying may be eliminated. One of the biggest negative effects of spraying is drift. For the farmers, pesticide drift is a
problem not considered as an important one, but it is a big problem. This
problem started with the invention of pesticides. Problems associated with
drift have always been in the minds of people who apply pesticides. But in
fact, it can cause harm to adjoining crops, wildlife, livestock, ground water,
surface water and of course humans. On the other hand it costs money because of restitution for damaged crops and reduced control of intended target pests. However, spray drift has become a very serious concern in the
last decade mostly because the pesticides we use today are more potent.
Spray drift is not a new problem and complete elimination of spray drift is
impossible. It is likely to occur wherever pesticides are applied. However,
the problems associated with drift can be reduced to a minimum level.
In recent years, many new techniques are developed to reduce
drift. Especially in US and Europe many nozzle and sprayer companies
spent their time to reduce the drift with new designs and construction. This
study indicates these new techniques and developments in reducing pesticide drift such as new types of nozzles and new construction of the sprayers’ booms.
Keywords: Spray Drift, Air Induction Nozzles, Droplet Size, Air-assisted
Sprayers
88
INTRODUCTION
Biggest problems being experienced recently are environmental pollution and health problems caused by this pollution. Furthermore, to provide enough food for the fasr increasing human population in the World is
another problem. Especially, considering the continuous decrease in agricultural fields, the importance of the matter can be understood more clearly.
In this case, it is not likely to increase the yield without using pesticide, despite all its harmfull effects on the environment and human health. What
must be done is to develop and use the application techniques that are the
most environmental friendly.
Unsuitable pesticide application may cause economic losses, inefficient control of pests, health problems and environmental pollution. Since
there is no any borders on the environment, increase in pesticide usage
have become more important.
Movement of spray particles and vapors off-target named as drift
which causes less effective control and possible injury on susceptible vegetation and wildlife. Drift has become very important in pesticide applications
especially for the last 15 years. Because drift directly affects the success of
the application and causes environmental pollution. Although it is not possible to eliminate the drift completely, it is possible to decrease it by taking
some precautions and using proper application techniques. For this reason,
researchers all around the world have been working on this matter and
conducting important researches. Factors such as boom height, nozzle
type, nozzle size, working pressure, flow rate, forward speed and suitable
agitation have important effects on the success of application. The main
strategies to reduce spray drift are to select nozzle to increase drop size,
working at lower pressures and lower spray (boom) heights, avoid adverse
weather conditions, consider using buffer zones and new technologies: drift
reduction nozzles, drift retardants, shields, air-assistance. The aim of this
study is to provide detailed information about the new technics to reduce
pesticide drift.
Drift is one of the most discussed subjects in recent years. In EU
Countries like Germany and Belgium, sprayers are classified according to
their drift reduction capacities which are determines the size of compulsary
buffer zone. Drift prevents the efficient use of the pesticide gives damage to
other crops in adjacent fields, and affects environment and human health
negatively by causing pollution. That’s why, using of drift reducing technologies are very important. Drift occured during a vineyard application can be
seen in Figure 1.
89
Figure 1. Drift occured during the vineyard application
Operator safety is a very important matter that has to be emphasized. Machines equipped with new technology provide less operator contamination. Some safety materials are seen in Figure 2.
Figure 2. Protection materials for the operator
Droplet Size
Droplet size is the most important factor in reducing the drift. Small
droplets provide higher coverage rate on both upper and under sides of the
leaves, but they tend to drift easily. On the other hand, coarse drops do not
get affected by the adverse weather conditions but they cannot provide
high coverage rate on the target. Table 1 shows movement distances of
droplets in 5 km/h wind velocity. If the droplet is big enough it can quickly
reach to the target. But if it is too small, it takes too much time to reach to
the target, so these kind of droplets tend to drift in mild wind conditions.
90
Table 1: Movement of droplets in 5 km/h wind velocity
Droplet
Diameter
Time required
to fall 3 m
Lateral movement
in 5 km/h wind
5 μm
20 μm
100 μm
240 μm
400 μm
1000 μm
3600 seconds
252 seconds
10 seconds
6 seconds
2 second
1 second
5000 m
350 m
13 m
8,5 m
2,6 m
1,5 m
Source: ASABE
In droplet size terminology, the term: Volume Median Diameter
(VMD) is extensively used. This diameter value is such a value that, the
sum of the volumes of the droplets which are smaller than this value,
equals to the sum of the volumes of the droplets which are bigger than it.
Droplet diameters are signified with micrometer (µm). But in practice, giving
droplet sizes class according to BCPC (British Crop Protection Council) or
ASABE (American Society of Agricultural and Biological Engineers) definitions may be more understandable instead of giving their VMD values. According to ASABE’s definitions droplets are classified as very fine, fine,
medium, coarse, very coarse, extremely coarse (Table 2). Small and medium droplets are used for insecticide and fungicide applications while coarse
drops are prefered for herbicide applications.
Table 2. Classification of sprays by droplet size.
Category
Symbol
Color Code
VMD (0.5)
Very Fine
Fine
Medium
Coarse
Very coarse
Extremely Coarse
VF
F
M
C
VC
XC
Red
Orange
Yellow
Blue
Green
White
< 150
150 - 250
250 - 350
350 - 450
450 - 550
> 550
Source: ASABE
Small droplet diameters increase the risk of drift during application.
But small droplet diameters provide better surface coverage. In the past
many researchers announced that droplet diameters which are smaller than
91
100 µm have the highest risk for drift. But Zhu et al. (1994) showed that the
droplets smaller than 200 µm are more drift prone droplets (Figure 3).
Figure 3. Volume Median Diameter (VMD) values according to drift distance during different wind velocities
Drop diameter is a factor critically important in terms of application
success and environment. Different nozzle types produce different sizes of
droplets. Changing the working pressure using the same nozzle type
changes drop diameter. The desired droplet size is determined according to
the kind of pesticide used in application.
On the other hand, increasing the droplet diameter decreases coverage rate and causes surface run-off which pollutes soil and water
sources.
Drift reduction nozzles
Some worldwide nozzle producers frequently put new types of nozzles in the market in order to supply different demands that come out during
pesticide applications. Of all these innovations, low drift nozzles have been
the most discussed subject.
The most commonly used flat fan nozzle is the conventional extanded range nozzle. This type of nozzles are widely used because it is
possible to work with them in wide pressure range. But these nozzles produce droplets in sizes vary from very fine to medium class. That’s why the
ratio of drift prone droplets (<200 µm) is very high. Although many nozzle
manufacturers have produced low drift nozzles and have given them differ-
92
ent names, all kind oflow drift nozzles reduce drift by porducing larger droplets. Unlike traditional nozzles, low drift nozzles have two orifices.While the
first orifice limits the liquid’s flow rate, the second one determines the droplet diameter. Air induction nozzles were put into the market during last 15
years. These nozzles, unlike other low drift nozzles, have two small openings which let air get into the liquid chamber. Producers claim that the air
flows through these canals mix with liquid, thus sprayed droplets include air
bubbles. Thereby the drops are big enough to reduce drift and at the same
time, as the air bubbles pop up when the bubbles hit the target surface these nozzles provide better coverage rate. Güler et al. (2007) showed that the
decrease in drift caused by air induction nozzles can be provided by traditional extanded range nozzles which are much cheaper than air induction
nozzles. Moreover, traditional nozzles provided a better coverage rate than
air induction nozzles. As mentioned above air induction nozzles have two
orifices and the second orifice determines the droplet diameter. The area of
the second orifice on air inductions nozzles is almost 2.7 times larger than
the traditional extanded range nozzle having the same labeling number.
Consequently, the drops produced by air induction nozzles are larger. If the
traditional nozzle having the same orifice area with the air induction nozzle
is chosen and worked with lower pressure in order to provide same flow
rate, it may reduces drift amount as much as air induction nozzle. But it is
very clear that air inductions nozzles produces larger droplets and reduces
the risk of drift. Various types of nozzles are given in Figure 4. The comparison of air induction nozzles with traditional nozzles in terms of drift during
an application in a field is given in Figure 5.
Turbo drop nozzle which is one of the nozzles shown in Figure 4, is
a kind of two orifice nozzle. But unlike other pre-orifice nozzles it is possible
to control the droplet size by changing the tips of it. Dual nozzles have two
different angle sprays to provide better penetration. With these type of nozzles, by combining different sized tips, it is possible to produce two spray
beams containing different droplet sizes. Thus, it can provide relatively better penetration and a better cover ratio on tall and dense canopy.
93
XR
Turbo
Dual-Double Cap
AI
Turbo drop
Twinjet
Figure 4. Different types of nozzles
Right
side
Left side
Air Induction
Conventional
Nozzles
Low-Drift
Nozzles
Figure 5. The comparison of air induction nozzle with traditional nozzle in
terms of drift during an application in a field
(This picture was taken from Ozkan, E.)
Drift reduction systems in sprayers
Air assistance
Air assisted sprayers were initially developed for providing the droplets to move higher distances with lower energy especially in orchards. But
in time, it’s prooved that it’s a technique which increases efficiency and reduces drift in field crops as well. With the turbulance caused by air flow,
penetration of the droplets into the canopy is increased while a better coverage rate on the target is provided. Since air flow acts like shields, it enables to work in high forward speeds and windy weather conditions while reduces drift. The effect of air flow on drift is clearly seen in Figure 6. In this
Figure, the air flow in the sprayer on the right is present while the air flow in
the one on the left is closed.
94
Figure 6. The positive effect of the air-assistance
With time, taking the interaction between air flow and sprayed liquid
into consideration, different designs are developed on machines. It can be
seen in Figure 7 that, one of these applications is being able to adjust the
direction of air flow.
(a)
(b)
(c)
Figure 7. According to the wind direction, the direction of air flow can be adjust as angling backward (a), no angling (b) and angling forward (c) (Hardi).
Another application is, the vertical slope application named “droptube” which is developed to enable the spraying of the entire tall plants (e.g.
Cotton) uniformly (Figure 8). In this application, air flows through the tubes
which are placed downwards between the plants and aimed cover ratio can
be provided on entire plant.
95
Figure 8. Air assisted vertical boom called as “drop tube”
Researchers in Ohio - USA developed “5 finger” spraying system
for plants with many leaves (Figure 9). As a result of experiments made on
Taxsus plant, this system increased application success significantly compared to traditional hydrolic nozzles.
Figure 9. “5 Finger” spraying systems
Canopy Opener
It is developed to increase the efficiency of traditional field sprayer
especially for tall plants. In Ohio-USA, the canopy opener, tried during an
application for soybeans, increased the cover ratio distinctly without giving
any harm to the plants (Zhu et al., 2006). The canopy opener can be seen
in Figure 10 and the results it provided in below part of the plant can be
seen in Figure 11.
As it can be seen in Figure 11, one of the worst results on soybeans
was caused by hollow cone nozzle. The reason is the diameters of the
drops produced by these nozzles being small and their speed being low.
96
The drops which did not have enough kinetic energy couldn’t get penetrated into the plant.
Figure 10. The canopy opener
Coverage (%)
10
8
6
4
2
3,9
2,8
1,4
1,4
1,2
0,9
0,9
0,9
0,7
0,5
Tw
in
Je
t
G
re
gs
on
Ho
llo
w
Co
ne
XR
80
02
Tu
rb
o
Ja
Ca
ct
no
o
py
O
pe
ne
r
To
p
Ai
r
XR
80
04
XR
80
05
0
Treatments
Figure 11. Comparison of spray coverage on bottom targets inside soybean
canopies among the 9 treatments
CONCLUSION
Drift is undesirable for economical, environmental, and safety reasons. Regardless of how accurately an application is made, the possibility
of drift is always present. You can reduce this possibility to a minimum if
you select the right equipment and use good judgment when applying pesticides. Your good judgment can mean the difference between an efficient,
economical application or one that results in drift, damaging non-target
crops and creating environmental pollution. In conclusion, it is not possible
to increase the efficiency without chemical pest control. For this reason,
decreasing the problems during application to minimum is very important
97
for environment and operator health. We have the technology to increase
application success and to reduce drift. The only thing that must be done is
to carry technology over application. This can only be possible with well
educated operators. Current machines are not sufficient for biopesticide
application. Progression of the studies on this matter is very important for
the future.
REFERENCES:
1) http://www.teejet.com/english/home.aspx
2) http://www.hardi-international.com/
3) Fife , J. 2003. Investigation of the Effect of Agricultural Spray Application
Equipment on Demage to Entomopathogenic Nemotodes – A Biological
Pest Control Agent. Ph.D. Disertation. Colombus, OHIO-USA. 282 pp.
4) Güler, H., Zhu, H., Ozkan, E., Derksen, R., Yu, Y. and Krause, C.
2007. Spray Characteristics and Drift Reduction Potential with Air Induction
and Conventional Flat Fan Nozzel. Transection of the ASABE, Vol. 50 (3):
745-754.
5) Mattews, G. A. 2004. How Was the Pesticide Applied Crop Protection
23:651-653
6) Ozkan, E. 2005. Recent Developments in Pesticide Application Technology. 9th International Congress on Mechanization and Energy in Agriculture. İzmir. pp 61-66
7) Ozkan, E., Zhu, H., Derksen, R., Guler, H. ve Krause, C. 2006. Evaluation of various spraying equipment for effective application of fungicides to
control Asian soybean rust. Aspects of Applied Biology 77, International
advances in pesticide application pp. 423-431.
8) Rautmann, D. 2003. Drift Reducing Sprayers- Testing and Listing in
Germany. ASABE Annual Internatinal Meeting. 27-30 July. Las Vegas, Nevada, USA
10) Zhu, H., Reichard, D.L., Fox, R.D., Brazee, R.D., H.E. Ozkan. 1994.
Simulation Of Drift Of Discrete Sizes Of Water Droplets From Field
Sprayers. Transactions of the ASABE 37(5): 1401-1407.
11) Zhu, H., Derksen, R., Ozkan, H.E., Guler, H., Brazee, R., Reding, M.
and Krause, C. 2006. Development Of A Canopy Opener To İncrease
Spray Deposition And Coverage İnside Soybean Canopies. ASABE Annual
Meeting.
12) Zhu, H., Derksen, R.C., Krause, C., Brazee, R.D., Fox, R.D. and
Ozkan, H.E. 2004. Spray Deposition İn Taxus And Air Velocity Profile For A
Fiveport, Air-Assist Sprayer. Paper Number 041032, 2004 ASABE Annual
Meeting.
98
Mehmet Evrenosoğlu Harun Yalçın
DEPARTMENT OF AGRICULTURAL MACHINERY,
FACULTY OF AGRICULTURE
EGE UNIVERSITY, IZMIR-TURKEY
A STUDY ON THE OPERATIONAL CHARACTERISTICS
OF HARVESTING MECHANIZATION SYSTEMS OF CORN FOR SILAGE
ABSTRACT
In this study, different machine sets that have been used for harvesting corn silage and revealing operational characteristics of harvesting
mechanization systems of corn for silage had been formed. This study took
place in Küçük Menderes Havzası which is the place with most dense silage corn breeding and corn silage making in the Aegean Region. In the
study, mechanisation systems for harvesting of corn which had been produced after wheat as a second crop examined.
In the conclution of the study, it was found that generally one row
machines have been used in the region. Two or four row machines’ usage
are limited, especially because of the lands are small and seperated from
each other. The specialty of the two or four row machines is to finish harvesting without minimum loss of time, but it can be significantly seen that
the land shape’s geometry is not suitable and it is a disadvantage. The
most efficient way in harvesting is working type III, especially when the
silo-field distance is not so high, loss of trailer’s or tractor’s working time is
less when harvesting is done with this type.
Keywords: Silage corn, Forage harvester, Optimum working range.
INTRODUCTION
Turkey’s huge rate of population is creating demands of high production protein nutritive needs. Only intense and quality production of meat
and milk can provide such high demands for protein. So achieving such
production can only be done by producing quality and high yield of feed
crops. Among those feed crops forage type feed takes a very significant
place. The feeding in dairy industry becomes a bigger problem especially in
winter time feeding where there is no possibilty to find fresh forage feed. Silage feed comes to a rescue in winter feeding and just like the rest of the
world Turkey also has a great amount of usage from it.
One of the most important part of silage making is harvesting. Because in order to produce high quality silage, harvesting should be done
with proper type machines and as short as possible. By that kind of production silo can be prepared, filled and closed in a shorter time. Of course or-
99
ganization of the system is very critical. The accordance between the harvester, tractor and trailer takes great importance. In the recent years silage
machines have great developments. Row independence, high working
speed and capacities are now like standarts for the present corn silage
producers. Such applications also takes part in our Aegean region too. Two
and more row type harvesters are being used in the market. Also some examples of self-propelled machines can be seen in the region.
The objective of this study is to create some of the machine sets for
harvesting corn and study the operational characteristics of harvesting
mechanization systems of corn for silage.
MATERIALS AND METHODS
In the study different types of machines were used. Those machines
have a wide usage between the regional farms. Some of them are exported
machines from european countries and some are produced from the domestic manufacturers (Table 1). Generally corn silage harvesters are tractor’s three point hitch mounted machines. Their cutting units are fuctioned
by tractor’s pto. Because of one row machines’ cost are lower, farmers prefer to buy more than one machines referring to the area of their field.
Eventhough two or more row machines have more economical advantage
in large areas (because of their capacity), their purchasing price is significantly high. According to that situation, two or more row machines are more
preferred by the loaners or by some firms.
Table 1. Corn silage harvesters
(ha/h)
Power requierement
(HP)
In field
travel
speed
(km/h)
Domestic
0.18
50
2.6
Exported
0.20
60
2.6
Domestic
0.50
90
4.5
Exported
0.80
110
4.5
1.80
110
6
Machine’s
row
number
Capacity
One row
Two row
Four row
Exported
Not only the chosen silage harvester is important but also the tractor
which is chosen to be opeated with has great importance too. Different
number of rows and different in field travel speeds of silage harvesters
100
must have accordance with the operated tractor’s gear levels and horse
power. Silage harvesters of one row need at least 40-80 HP, two row 80120 HP and four 120+ HP in order to work properly. Silage trailers in the
region have 3-6 tons of fresh green feed (starting feed) capacity.
The economic analysis took place in the selected field of the Kucuk
Menderes Havzası. Before the field trails, there had been a detailed survey
made in the region. In the survey, information about different types of silage
systems and machine sets were gathered. Beside the survey, field tests
were made and desired information were gathered. Those information
were:
 Area of the field (ha)
 Silage machine’s working width (m)
 Tractor’s power (HP)
 Number of trailers and their capacity (ton)
 Field-Silo distance (km)
 In field and in trasport trailer’s velocity (km/h)
 Corn type and yield (ton/ha)
 Filling time of trailer (min)
After completion of field trails, optained values were controlled from
the related literatures that were optained before in order to compare the
practical and therotical values. After that straight line depreciation method
was used to calculate the economical value of the system. In order to state
the economical system, different sizes of area must be also calculated. Different systems than can be compared and “Equivalent area cost” of the desired system can be judjed.
In the study, different type of machines-different sizes of area values
were used to form machine sets and analysized according to the values
taken from field and related literatures. Three type of working strategies also took place in the sets according to the regional aspects. Working type I
was the simplest method as tractor-silage machine and trailer all hitched
together and after trailer got filled, tractor comes to the end of the field and
filled trailer changes with the empty trailer by unhitching filled trailer and
hitching empty trailer. Working type II was similiar with working type I but
one difference was that to change the filled trailer a second tractor-trailer
was used. Tractor-Machine did not need to come to the end of the field.
The Third and maybe the most common method used in silage making was
also used which was tractor-machine working in the field and tractor-trailer
following next to them. After trailer filled another tractor-trailer followed the
tractor-machine continuesly. All these methods and different number of
tractor and trailers effected the “Equivalent area cost” of the systems. Table
2 summarizes the according sets.
101
Table 2. Sets that were used in the study
Distance between fieldsilo
Area
(ha)
Row
number of
silage
machines
Working
method
Number
of trailers
Set I
35
I-II-IV
I-II-III
I-II-III
3
Set II
50
I-II-IV
I-II-III
I-II-III
3
Set III
90
I-II-IV
I-II-III
I-II-III
3
Set IV
50
I-II-IV
III
Truck
10
(km)
After forming the sets the economical analysis was made and controlled. The analysis was made according to the values taken from the field
in order to optimize the results to the practical aspects. In the analysis it
was seen that using silage machines in improper areas according to their
capacity brings problems. If the machine’s capacity is less used in small
lands or highly used in big lands brings important problems which are not
easy to detect in short period of time.
RESULTS AND DISCUSSIONS
As previously explained different types of systems were
analysized and graphics related to that analysis were formed as below.
Total Expenses (TL/ha)
500
450
One Row Domestic Machine
400
One Row Exported Machine
350
300
250
200
150
100
50
0
0
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 10 10
0 5
Area (ha)
Figure 1. One row domestic - One row exported silage machine
comparision
102
In the set of one row machines it can be seen in the Figure 1
that domestic machine is economical up to 9 ha, after that area it’s total
expenses are higher than the export machine. This is of course the
result of exports machines has a higher rate of work per minute than
domestic machine (ha/h). For long term business one row export
machine is a better option to work with in this system (Equivalent area
cost is 9 ha).
600
One Row Domestic Machine
500
Tw o Row Domestic Machine
400
300
200
100
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
Area (ha)
Figure 2. One row domestic - Two row domestic silage machine comparision
In Figure 2, it is very easy to see that two row machine’s
expenses in smaller area was higher than one row machine because of
it’s high capacity. But when the area gets larger one row machine’s
expenses rises significantly because of the total harvesting time became
longer (Equivalent area cost is 11 ha).
900
Tw o Row Exported Machine
800
Tw o Row Domestic Machine
700
600
500
400
300
200
100
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
Area (ha)
Figure 3. Two row domestic - Two row exported machine comparision
103
As seen in the Figure 3, two row export machine has a significant amount of expenses comparing to domestic two row machine,
this is a result of exported machine’s purchase price is much higher than
the domestic machine’s price. But after the area to harvest increased the
gap between the two machine narrowed. In large areas the exported
machine’s high harvesting capacity (approx. 40 ton/h) is the reason why
the machine is more selected. By working with that exported machine
timeliness lost decreased and general work success was much higher
(Equivalent area cost is 22 ha).
1000
900
Two Row Exported Machine
800
Four Row Exported Machine
700
600
500
400
300
200
100
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95 100 105
Area (ha)
Figure 4. Two row export - Four row export machine comparision
When we look at figure 4, it is very clear that because of this
two machine’s high capacity, in small area they had very high expenses.
After only 20 ha four row exported machine became economically
usable (Equivalent area cost is 13 ha).
After the calculation of the Equivalent area costs it comes
the calculation of the work successes. In different machine sets different
results came out, especially relating to working types. For summarizing
this study, tables were made and in those tables, the most optimal working systems were shown. Forexample, harvesting with two row machine,
working with three types, using different numbers of trailers, and in those
variations, the most optimal in general working success were chosen
and put in the tables.
In the tables, the meaning of the labels are; Y (Working
type), M (Machine row numbers) and K (trailer numbers). Forexample
Y3M1K3 set means, working type III was used (Y3), one row machine
harvested (M1) and three trailers were used (K3) for trasportation. Also
in the tables A (total distance in km), E (total working time in hours), F
(harvester machine’s non-working time in hours), G (trailers non-working
time in hours), H (number of trailers), I (Individual of every trailers nonworking time in hours) and K (general working success in h/ha).
104
Table 3. Set I general working success
Set I
A
E
F
G
H
I
K
Y1M4K2
1752
216.8
0.0
140.8
2
70.4
6.19
Y2M2K3
1752
160.9
51.0
0.0
3
0.0
4.60
Y3M2K3
1752
269.9
225.8
0.0
3
0.0
7.71
In set I, working in the area of 35 ha and choosing the best
system for that field brought out the first problem of trailer’s insufficient
capacity. Especially in working type III, trailers werent able to match with
the harvester’s filling capacity (two row exported machine had 225.8
hours of non-working time in total). The best system in that are was
Y2M2K3 with value of 4,60 h/ha (total expenses for this system was 237
TL/ha).
Table 4. Set II general working success
Set II
A
E
F
G
H
I
K
Y1M4K2
2500
340.7
0.0
263.5
2
131.7
6.81
Y2M2K3
2500
250.4
93.6
0.0
3
0.0
5.01
Y3M2K3
2500
406.1
343.2
0.0
3
0.0
8.12
In set II, working in the area of 50, the most suitable system
for this area was Y2M2K3 with value of 5,01 h/ha (total expenses for this
system was 210 TL/ha). The insufficient capacity of the trailers were
more significant in that larger area. Because of that reason the working
time extended and resulted in decreasing general work success.
Table 5. Set III general working success
Set III
A
E
F
G
H
I
K
Y1M4K2
4500
747.9
0.0
744.3
2
372.2
8.31
Y2M2K3
4500
610.8
329
0.0
3
0.0
6.79
Y3M1K3
4500
500.4
0.0
66.2
3
22.1
5.56
105
In set III working in the area of 90 ha, the combination was
Y3M1K3 (5,56 h/ha). The expenses for this large area was; for one row
machine’s 321 TL/ha, Two row machine’s 188 TL/ha and Four row machine’s 122 TL/ha. The trailer’s capacity problem had the most influence
in that area. Because of this problem the one row machine which had
the lowest capaity was the best option for the set. Comparing to other
harvesters, one row harvester harvested all the are within 500,4 hours.
This value showed how important not only to use a high capacity machine but also using the machine with the ideal combination of sets and
methods.
Table 6. Set IV general working success
Set VI
A
E
F
G
H
I
K
Y3M1KA
668
343.4
65.3
0.0
1
0.0
6.87
Y3M2KA
668
128.1
65.3
0.0
1
0.0
2.56
Y3M4KA
668
93.4
65.3
0.0
1
0.0
1.87
This final set mostly preferred by the loaners of the region. In
this set area of 50 ha was harvested and for transport, instead of trailers
a truck of 15 ton filling capacity was used. Fow row machine showed
1,87 h/ha success with area expenses of 155 TL/ha and two row
machine showed 2,56 h/ha with area expenses of 210 TL/ha. Because
of Truck’s trasport speed was higher than the trailers, it took shorter to
tranport the harvested material to the silos. That of course increased the
general work success and decreased the timeliness lost. To work in
optimum values with two and four row machine, it is clear that trailers
capacities should have been higher than 4 tons.
CONCLUSIONS
It has come to conclusion that, mostly preferred working method
was method III. The most common problem in the region was incompatiblity
between the silage harvesters and trailers. This problem had more significance especially in bigger area (over 25 ha). By that problem timeliness
lost of harvesters and trailers increased also resulting to lesser work success and lesser corn silage quality.
The study in different areas showed that capacity of the harvesters
alone had less meaning. Even in bigger areas four row machine having the
highest capacity had a long timeliness lost than other machines. This was a
result of the low capacity trailers could not match the filling rate of harvest-
106
er. And harvester waited in the field in non-working position. In such situations using lower capacity harvesters and changing the working method
easied the general work success. This problem should be taken seriously
especially in using the higher capacity machines which have higher purchasing prices. So in order to have better profit from those kind machines,
the planning of the mechanization should be done in detail.
REFERENCES
Anonymous, 1995. American Society of Agricultural Engineers, Agricultural Machinery Management Data (ASAE EP496.2 MAR94), ASAE
Standarts 1995, 329-334.
Anonymous, 1995. American Society of Agricultural Engineers, Agricultural Machinery Management Data (ASAE D497.2 MAR94), ASAE
Standarts 1995, 335-342.
Bilgen, H., Sungur N., Akdeniz C., 1992. Ege Bölgesinde (İzmir, Manisa ve Aydın) Silaj Yapım Tekniklerinin Saptanması Üzerine Bir Araştırma, Tarımsal Mekanizasyon 14.Ulusal Kongresi, İzmir, 306-316.
Evcim, H. Ü., 1990. Tarımsal Mekanizasyon İşletmeciliği ve Planlama
Dersi Veri Tabanı, Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Yayınları no: 495
İzmir.
J. P. Mueller and J. T. Green., 2003. Corn Silage Harvest Techniques,
National Corn Handbook, North Carolina State University, USA.
Kayışoğlu, B. ve Tan, F., 1994. Silaj Mekanizasyonunda En Uygun
Taşıma Sisteminin Saptanması Üzerine Bir Araştırma, Tarımsal
Mekanizasyon 15.Ulusal Kongresi, Antalya, 334-342.
Kılıç, A., 2004. Kaba Yemlerde Verimlilik Üzerine Niteliğin Etkisi, Hasad
(Hayvancılık) Dergisi, Sayı:12, 12-14
Sındır, K. O., 1999. Tarımda Makina Seçimi ve Ortak Kullanım Modelleri, T.C. Başbakanlık Köy Hizmetleri Genel Müdürlüğü APK Dairesi
Başkanlığı Yayın no: 110, Ankara, 27-46.
Ulusoy, E., Özbaydur H., 1996. Söke Yöresinde Bazı Örnek İşletmelerde Karşılaştırmalı Mekanizasyon Planlaması Uygulamaları, E.Ü. Fen
Bilimleri Enstitüsü, Tarım Makinaları Ana Bilim Dalı Yüksek Lisans Tezi,
Bornova, İzmir.
107
Ersin Karacabey
DEPARTMENT OF AGRICULTURAL MACHINERY
FACULTY OF AGRICULTURE
EGE UNIVERSITY, IZMIR-TURKEY
[email protected]
THE SELECTION OF ELEMENTS COMPOSING FOSSIL FUEL AND
GEOTHERMAL HEATING SYSTEMS IN GREENHOUSES AND
COMPARISON OF THESE SYSTEMS IN POINT OF COSTS
ABSTRACT
In this study, a sample greenhouse operation whose heat requirements were calculated and located in Balcova was chosen and the elements composing fossil fuel and geothermal heating systems providing the
heat requirements of this operation were determined and chosen in deference to capacity. While choosing the elements of heating systems, the
highest heat requirement in the sample greenhouse operation was considered. In the use of fossil fuel and geothermal heating systems providing
heat requirements calculated, fixed and variable costs were calculated and
the differences between two systems were determined. As a result, the installation cost of fossil fuel heating systems was found 27% bigger than geothermal heating systems according to market prices of 2007 for the sample greenhouse operation. When the operating costs which constitute the
most explicit difference between two systems were examined, it is shown
that geothermal heating system has 10 fold less cost than fossil fuel heating systems.
Keywords: Greenhouse, heating, geothermal energy, fossil fuel
INTRODUCTION
Greenhouse production is a growing method which aims to get more
crop from unit area in comparison to open field production and enables
plant growing outside of normal vegetation period by controlling environment conditions. Temperature, light, relative moisture and co2 are the major
climate parameters which should be controlled in greenhouses. Supplying
these parameters with optimum plant demands enables crop increase qualitatively and quantitatively.
Temperature factor has very impotant effects on plant growth. Temperature controls many physiological activities in plant life as well as affects
the soil as plant life environment. Comparing plant cover in ecuador and
polar zone and comparing rapid growth in summer and recessional in winter for summery plants shows the temperature effect on plant life clearly
(gençtan, 1989).
108
Maintaining temperature in desired level in greenhouse by using suitable systems is needed for modern production. When other factors composing greenhouse climate are suitable, the increase of 10 oc in greenhouse temperature rises plant growth two fold with the condition of not exceeding maximum temperature allowed (yağcioğlu, 2005). But the share of
heating in greenhouse production costs can go up to 60 percent. The important thing in this point is being able to realize an economical application
by reducing energy costs. Due to high cost of liquid, gas and solid fuel, using renewable energy resources like geothermal energy will provide economy and stimulate greenhouse production.
In greenhouse growing which is an important agricultural activity in
terms of social and economic sides, selection and usage of heating and
ventilation systems in accordance with economical structure and target has
gained importance especially latterly because of high energy costs. In this
study, it was aimed to inform investors about it by determining the elements
affecting the costs of greenhouse heating systems via a sample greenhouse operation located in balcova.
MATERIAL AND METHOD
This study was carried out in balcova locating in 10 km west of izmir
city center and having a rich geothermal potential. Balcova is an important
geothermal area in width of 3.5 km2 (kiliç, 1998). In this region, a sample
greenhouse operation consisting of 6 glasshouses and 12 da total area was
chosen. The specifications of these sample greenhouses are shown in table 1 and the positions can be seen in figure 1. Average temperature values monthly for izmir in which mediterranean climate is generally dominant
belonging to 1975-2006 years are given in table 2.
Tomato is grown and peat is used as growing material in sample
greenhouses. The greenhouses are set up in direction of north-south.
There is a facility of using geothermal fluid returning from a hotel heated
and going to reinjection line. This hot fluid has 50 oc temperature.
In the study, the elements composing greenhouse heating systems
were chosen taking the highest heat requirement of 1 470 825 w (5 294
970 kj / h) into consideration. This value was calculated for 20 oc optimum
temperature demand day conditions and 15 oc optimum temperature demand night conditions in tomato production for the sample greenhouse operation.
In the study, the required lengths of heating pipes for steel pipes in 48
mm outer diameter and 2 mm wall thickness (din 2394) and for
polyethylene pipes in 160 mm outer diameter and 7.7 mm wall thickness (ts
418-2) were calculated by equation [1] and [2]. The plate type heat exchanger used in geothermal systems was chosen in accordance with the
highest heat requirement and ntu (number of transfer units) method. Main
components of plate heat exchangers used widely are shown in figure 2.
109
GREENHO
USE
VOLUME
(M3)
2592
6912
6415
2916
2916
19 794
COVER
MATERIAL
ONE LAYER
GREENHOU
SE GLAZED
ONE LAYER
GREENHOU
SE GLAZED
ONE LAYER
GREENHOU
SE GLAZED
ONE LAYER
GREENHOU
SE GLAZED
ONE LAYER
GREENHOU
SE GLAZED
ONE LAYER
GREENHOU
SE GLAZED
INCLINAT
ION
OF
ROOF
15O
11O
7O
7O
110
7O
9O
7497
1188
1188
525.6
513.6
295.2
SIDE
WALL
AREA
(M2)
1057.2
309.6
309.6
2614
2736
1026
ROOF
SPACE
(M2)
5310
1080
1080
2376
2160
810
BASE
AREA (M2)
5.5
3.4
3.4
3.4
4.4
4.4
ROOF
HEIGH
T (M)
2
2
2
2
2
2
SIDE
WALL
HEIGHT
(M)
118
45
45
99
90
45
LENGTH
(M)
45
24
24
24
24
18
WIDTH (M)
6
5
4
3
2
1
GREENH
OUSE NO
TABLE 1. SPECIFICATIONS OF SAMPLE GREENHOUSES
FIGURE 1. POSITIONS OF SAMPLE GREENHOUSES
TABLE 2. AVERAGE TEMPERATURE VALUES MONTHLY FOR IZMIR
BELONGING TO 1975-2006 YEARS (GENERAL DIRECTORATE
OF METEOROLOGY OF TURKEY, 2009)
MONTH
MIN.
TEMPERATU
RE (OC)
MAX.
TEMPERATU
RE
(OC)
MEAN
TEMPERATUR
E (OC)
JANUARY
5.9
12.6
8.9
FEBRUARY
5.8
13.2
9.1
MARCH
7.7
16.4
11.7
APRIL
11.4
20.9
15.9
MAY
15.6
26.0
20.8
JUNE
20.1
31.0
25.7
JULY
22.7
33.3
28.1
AUGUST
22.4
32.7
27.4
SEPTEMBER
18.7
29.2
23.6
111
OCTOBER
14.7
24.2
18.9
NOVEMBER
10.4
18.2
13.7
DECEMBER
7.5
13.8
10.3
1. Rear press plate
2. Auxiliary column
3. Bottom carriage bar
4. Gibs
5. Plate packet
FIGURE 2. MAIN COMPONENTS OF PLATE HEAT EXCHANGERS (ALFA
LAVAL PRODUCT CATALOGUE, 2007) 6. Front press plate
AB 
Q
k B ΔTm
7. Top carriage bar
[1]
In equation [1], ab is surface area of heating pipes (m2), q is total heat
requirement (w), kb is heat transfer coefficient of pipes (w / m2k), δtm is
logarithmic mean temperature difference (oc). Heating pipe lengths providing surface area calculated can be found from equation [2].
LB 
AB
 D
[2]
In equation [2], lb is heating pipe length (m) and d is outer diameter of
heating pipes (m). In calculation of δtm, the differences of fluid circulating in
greenhouse heating system and greenhouse air temperature were used
(equation 3).
Tm 
T1S  T1H   T2 S  T2 H 
 (T  T1H ) 

ln  1S
(
T

T
)
2
S
2
H


[3]
In equation [3]; t1s is initial temperature of fluid in heating pipes, t1h is
temperature inside greenhouse provided by heating (oc), t2s, is the last
cooled temperature of fluid in heating pipes (oc), t2h is temperature inside
greenhouse in case of not heating (oc).
112
The capacity of the pump circulating the geothermal fluid in heat exchanger was determined by ntu (number of transfer units) method (mcneill
and colton, 2007). In ntu method, the flow rate between geothermal fluid
and fluid circulating in greenhouse heating system was calculated by figure
3 giving the correlation between ntu value and heat exchanger efficiency.
mmin / mmax
Figure 3. The correlation between ntu and heat exchanger efficiency
Mmin : minimum flow rate in the heat exchanger (kg/s)
Mmax : maximum flow rate in the heat exchanger (kg/s)
Ntu value was calculated by using logarithmic mean temperature
difference approach (kakaç and liu, 1998). Equation [4] and [5] show the
way of calculating ntu value.
LMTD 
T1  T2
 T 
ln  1 
 T2 
NTU 
Tmax
LMTD
[4]
[5]
In equation [4]; lmtd shows logarithmic mean temperature difference
(oc), δt1 shows the difference of initial temperatures of geothermal fluid and
fluid circulating in greenhouse heating system (oc) and δt2 shows the
difference of last temperatures of geothermal fluid and fluid circulating in
113
greenhouse heating system (oc). In equation [5]; δtmax shows the highest
temperature difference (oc).
The boiler for fossil fuel heating systems was chosen taking into consideration the highest heat requirement and the amount of fossil fuel required was determined with thermal efficiency of fuel, thermal value of fuel
and total heating period in addition to heat requirement.
M
Q
t
 .
[6]
In equation [6], m is amount of fossil fuel required (kg), q is total heat
requirement (w),  is thermal value of the fuel (j / t), ζ is thermal efficiency
of the fuel (%) and t is total heating time in heating period (s). Fuel costs
were determined in accordance with the amounts of fosil fuel calculated
(equation 7).
cy = m . Fy
[7]
In equation [7], cy is fuel cost (usd), m is amount of fosil fuel required
(t), fy is unit cost of fossil fuel (usd / t).
The circulating pumps were chosen in accordance with flow rate
calculated. While determining flow rate, total heat requirement, specific
heat of water and temperature difference of fluid circulating in greenhouse
heating system were used (equation 8). Electricity consumption costs of
circulating pumps were calculated taking into consideration power
consumed by pump, usage time and unit cost of electricity energy (equation
9).
q = m . C . Δt
[8]
ce = p . T. Fe
[9]
In equation [8], q is total heat requirement (w), m is flow rate of fluid in
greenhouse heating system, c is specific heat of water (j / kg . Oc), and δt is
temperature difference of heating fluid (oc). In equation [9], ce is electricity
energy consumption cost of pump (usd / month), p is power consumed by
pump (kw), t is usage time of pump (h / month) and f e shows unit electricity
cost (usd / kwh).
114
Amortization and interest costs refunded evenly every year and
evaluated together were calculated by equation [10] and straight line
method (sindir, 1999). Maintenance and repair costs were calculated by
taking 5% of total investment costs with a general approach.
i . (1  i) n
C D  C0 .
(1  i) n 1
[10]
In equation [10], cd is repayment annually of capital (amortization and
interest) (usd / year), co is installation cost (usd), n is mean system life
(year), i is real interest rate.
RESULTS AND DISCUSSIONS
The heating pipe lengths needed for meeting heat requirement calculated are shown in table 3. As shown in table 3, PE heating pipes should
have more surface area and length for being able to provide the heat in
same amount in comparision to steel pipes.
Table 3. The heating pipe lengths needed for meeting heat requirement
Heating pipe length (LB)
Greenhouse
No
(m)
PE Heating Pipes
Steel Heating Pipes
1
622
514
2
1559
1290
3
1493
1235
4
704
583
5
704
583
6
4185
3463
The cost elements of heating systems for the sample greenhouse operation were divided into 2 groups as installation and operating costs. Operating costs were examined as fixed and variable operating costs. Heating
boiler, heat exchanger, heating pipes, circulating pumps and other system
elements given below within installation costs, amortization and interest
costs within fixed operating costs, hot water, fuel, cost of electricity energy
consumption, maintenance and repair costs within variable operating costs
were taken.
115
Investment costs of PE and steel heating pipes are shown in table 4.
As shown in table 4, in case of using PE heating pipes in greenhouses, total investment costs are less although longer pipes are used.
Table 4. Investment costs of PE and steel heating pipes
Investment costs of heating pipes
Greenhouse
No
(USD)
PE Heating Pipes
Steel Heating Pipes
1
792
1186
2
1985
2977
3
1902
2850
4
897
1345
5
897
1345
6
5331
7991
Total
11 804
17 694
The specifications of circulation pump having hot water circulated
through the pipes in greenhouse heating system and its cost can be seen in
table 5.
Table 5. The specifications of circulation pump
Flow rate
19.53 kg/s
Inlet diameter
100 mm
Outlet diameter
80 mm
Power consumed
7.5 kW
Rotation speed
1450 min-1
Investment cost
788 USD
116
The flow rate of geothermal fluid circulated in heat exchanger were
calculated using mass flow rate found by figure 3 giving the correlation between NTU value and heat exchanger efficiency. NTU value was calculated
by reading inlet and outlet temperatures of fluid with thermometers in heat
exchange station and putting them into equation [5]. The temperature values are in table 6.
Table 6. Fluid temperatures
LMTD 
T1 (oC)
T2 (oC)
Fluid 1 (Geothermal)
50
35
Fluid 2 (Heating system)
48
30
ΔTn (oC)
2
5
T2  T1
52

 3.27
 T2 
5
ln  
ln 

2

T
 1
;
NTU 
Tmax
18

 5.5
LMTD 3.27
Mass flow rate between geothermal fluid and fluid circulating in
greenhouse heating system was found via figure 3 by taking into consideration 85 %32 heat exchanger efficiency and 5.5 NTU value as 0.75.
m min 19.53

 0.75  m max  26 kg / s
m max m max
For circulating geothermal fluid in heat exchanger, circulating pump
having flow rate of 26 kg/s and power of 4 kW was chosen. The market
prices of heating boiler, plate type heat exchanger and other system elements are given in table 7 for the sample greenhouse operation.
32
The efficiency of plate heat exchanger with Alfa Laval brand used in sample greenhouse
operation
117
Table 7. The prices of system elements used in greenhouse heating systems
Price
System elements
(USD)
The solid fuel boiler with auto feed in
23 846
accord with capacity
The plate type heat exchanger in accord with capacity for geothermal heat- 10 000
ing
Various valves
1154
Strainer
230
Check valves
269
Expansion tank (500 L)
538
Three-way automatic control system
3846
Fittings
615
Amortization and interest costs was calculated from equation [10] by
taking mean system life as 20 years and real interest rate as 12%.
For geothermal heating system :
CD 
33 343  0.12  (1  0.12) 20
 4464 USD / year
(1  0.12) 20 1
For fossil fuel heating system :
CD 
46035  0.12  (1  0.12) 20
 6163 USD / year
(1  0.12) 20 1
Amount of fossil fuel required and fuel costs in fossil fuel heating systems calculated from equation [6] and equation [7] can be seen in table 8.
The values in table 8 were obtained for the heating term consisting of 4
months and 10 hours heating period daily.
118
Table 8. Amount of fossil fuel required and fuel costs
Total fuel
cost (USD)
(USD / t)
Fuel
cost
monthly
(USD
/
month)
434.4
154
16 724
66 896
309.6
230
17 802
71 208
Total
amount of
fuel
required (t)
Unit cost of
fuel
Lignite coal
Nut coal
Fuel type
Geothermal hot water cost monthly for the sample greenhouse operation having 12 da total area is 992 USD.
The cost of electricity consumption of the pump circulating hot water
through the pipes in greenhouses was calculated as 242 USD / month by
taking into consideration the usage time of 300 h / month and using equation [9]. This value was calculated as 130 USD / month for the pump circulating geothermal fluid through the plate heat exchanger.
Maintenance and repair costs were calculated as 138 USD / month
for geothermal heating systems and 192 USD / month for fossil fuel heating
systems by taking 5% of total investment costs.
It is possible to see the installation and operation costs of heating
systems for the sample greenhouse operation in table 9.
Table 9. Installation and operation costs of greenhouse heating systems
Heating
system
Operating costs
Installation costs
(USD / year)
(USD)
Geothermal
Heating
System
Fixed operating costs
Heat
exchanger
10 000
Heating pipes
14 749
Amortization
+
119
4464
Variable operating costs
Hot water cost
3968
Interest
Fossil Fuel
Heating
System
Circulation
pumps
1942
Cost of electricity
consumption
1488
Other
system
elements
6652
Maintenance
and
repair
cost
552
TOTAL
33 343
TOTAL
6008
Heating
boiler
23 846
Fuel cost
66 896
Heating pipes
14 749
Cost of electricity
consumption
968
Circulation
pumps
788
Maintenance
and
repair
cost
768
TOTAL
68 632
Amortization
+
Interest
Other
system
elements
6652
TOTAL
46 035
6163
The graphical display of the values in table 10 is shown in figure 4.
The cost differences between two systems can be seen in figure 4 clearly.
Figure 4. The change of installation and operating costs in greenhouse
heating systems
120
As it can be understood from figure 4, geothermal heating systems
have important advantages especially in terms of variable operating costs.
Installation costs in fossil fuel heating systems are 27% bigger than geothermal heating systems. Total operating costs in geothermal heating systems are 86% lower than fossil fuel heating systems although there is no so
much difference in fixed operating costs.
CONCLUSIONS
The all heating load could be met by geothermal energy in Balcova
which has a rich potential of this alternative energy. Heating greenhouses
using geothermal energy is more economical than using fossil fuel heating
systems when it is evaluated in terms of both installation and operation
costs. High fuel costs in addition to high installation costs of fossil fuel systems hinders making greenhouse production profitably.
It attracks the attention that there are important differences between
the costs of fossil fuel and geothermal hot water which is sold by Izmir Geothermal Corporation. The monthly cost of geothermal hot water is less 16
fold than fossil fuel costs in Balcova which is one of the 7 important geothermal areas in the world.
The installation cost of fossil fuel heating systems was found 27%
bigger than geothermal heating systems according to market prices of 2007
for the sample greenhouse operation. When the operating costs which constitute the most explicit difference between two systems were examined, it
is shown that geothermal heating system has 10 fold less cost than fossil
fuel heating systems. These results indicate that utilization of renewable
energy resources like geothermal energy in greenhouse heating transforms
the greenhouses into more profitable production structures.
ACKNOWLEDGMENT
This article contains a part of MSc thesis of Ersin KARACABEY. I would
like to thank Professor A. Kadir YAĞCIOĞLU and Assistant Professor
Hüseyin YÜRDEM for their contributions to the study.
REFERENCES
Alfa Laval Ürün Kataloğu. 2007. Değişim Isı Teknik. Ege Bölgesi Distribütörü. İzmir.
Gençtan, T. 1989. Tarımsal Ekoloji. Tekirdağ Üniversitesi Ziraat Fakültesi.
Yayın No: 88.
General Directorate of Meteorology of Turkey. 2009. Weather Data. İzmir.
121
Kakaç, S., Liu, H. 1998. Heat Exchangers Selection, Rating and Thermal
Design. Department of Mechanical Engineering University of Miami. 432
p. Florida.
Kılıç, N. 1998. Dünyada ve Türkiye’de Enerji Sektörüne Bakış ve Jeotermal
Enerji Potansiyelinin İrdelenmesi. İzmir Ticaret Odası Yayını No: 56.
İzmir.
McNeill, V. F., Colton, C. K. 2007. Theory for Performance of the Flat Plate
Heat Exchanger. Department of Chemical Engineering, Massachusetts
Institute of Technology.
Sındır, K. O. 1999. Tarımda Makina Seçimi ve Ortak Kullanım Modelleri.
Toprak ve Su Kaynakları Araştırma Şube Müdürlüğü. Yayın No : 110. Ankara.
Yağcıoğlu, A. K., 2005, Sera Mekanizasyonu, E.Ü.Z.F. Yayınları No:562,
Bornova, 363 s.
122
Кормщиков А.И., Ахмаров Ф.И.
Кафедра биотехнологии
ГОУ ВПО «Вятский государственный университет», г. Киров, Россия
ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ
ВЕЩЕСТВ ИЗ ДРЕВЕСНОЙ ЗЕЛЕНИ
Россия располагает неисчерпаемой сырьевой базой для
развития лесоперерабатывающей промышленности. Переработка
леса - это не только переработка древесины как сырья, но и
использование всей биомассы дерева и недревесной продукции:
подсочка леса, переработка древесной зелени, гидролизное
производство и т.д.
Общая площадь лесного фонда Кировской области составляет
8147,6 тыс. ГА. Хвойные леса произрастают на площади 4,5 млн. ГА с
общим запасом древесины около 450 млн. м3, из них: сосна - 42%; ель
-57%; пихта, лиственница, кедр - 1%.
На долю стволовой древесины приходится до 70% общей массы
дерева, кора - 9-24%, сучья - 8%, пни и корни - 13%. Вся биомасса
растущего дерева в 1,5 раза больше массы древесной части. Обычно
древесная зелень при рубке остается на лесосеке, хотя от 10 до 70%
зелени
может
быть
использовано
для
переработки
в
лесобиохимических цехах.
В клетках древесной растительности, особенно в листьях, хвое,
неодревесневших побегах содержатся биологически активные
вещества (БАВ): витамины, хлорофилл, микроэлементы и др., что
позволяет рассматривать древесную зелень как сырье для получения
лекарственных препаратов.
На
кафедре
биотехнологии
Вятского
государственного
университета разработана технология выделения БАВ из живичного
скипидара, пихтового масла-сырца, ведутся поисковые исследования
по выделению из хвои таких продуктов, как концентраты кислот,
нейтральные вещества, провитаминные концентраты, полипренолы и
т.д.
По предлагаемой технологии могут быть получены следующие
товарные продукты:
- фармакопейное пихтовое масло,
- бальзам скипидарный,
123
- растворитель для лакокрасочной промышленности,
- борнилацетат - сырье для производства камфары,
- концентрат кислот - стимулятор роста и защиты растений от
инфекции,
- провитаминный концентрат,
- полипренолы - иммуномодулирующие вещества и добавки к
корму животных и птиц,
- компост из отработанной древесной зелени.
Пихтовое масло представляет собой смесь моно- и
сесквитерпеноидных соединений [1]. Количественное соотношение
между компонентами может сильно изменяться в зависимости от
качества сырья, режима выделения из древесной зелени и т.д. В
состав пихтового масла входит около 100 компонентов, большинство
из которых содержится в незначительном количестве, порядка сотых
долей процента. Основные компоненты - это: борнилацетат, α и βпинен, камфен, Δ3-карен, дипентен, трициклен и сесквитерпены.
Наиболее ценной частью пихтового масла считается борнилацетат
[1], его содержание у различных видов пихт колеблется в довольно
широких пределах. Исследователями отмечается, что выход
пихтового масла и содержание в нем борнилацетата зависит от
породы дерева, почвенных условий места произрастания, времени
года, возраста дерева и т.д. [2-4].
Традиционный
способ
получения
пихтового
масла
гидродистилляция, но также известны экстракционные способы. Для
получения пихтового масла методом гидродистилляции применяются
установки двух типов: вятского и западносибирского.
В установках вятского типа лапка загружается в специальный
перегонный чан с решеткой вместо дна и съемной крышкой.
Перегонный чан - конической формы с расширением кверху. Узкой
частью, где расположена решетка, чан вставляется в котел, под
которым размещена топка. При кипячении воды, пар, поднимаясь из
котла вверх, проходит через загруженную в чан пихтовую лапку,
прогревает ее и уносит с собой эфирные масла. Для вывода паров
воды и масла из чана ниже крышки его устанавливается пароотвод,
соединенный с холодильником. Вода и масло, вытекающие из
холодильника, разделяются в маслоотделителе и масло стекает в
приемник. Производительность этой установки невысока, но она
просто устроена, пихтовая лапка хорошо прогревается и полностью
отдает наиболее ценные вещества - борнилацетат и борнеол.
В установках западносибирского типа деревянный чан находится
отдельно от котла - парообразователя, поэтому эти установки более
производительны.
124
С целью определения соотношения компонентов в пихтовом
масле - сырце был проведен анализ 42 образцов пихтового масла,
полученных за зимний период с ноября по февраль. Установлено, что
относительное содержание суммы α-пинена, β-пинена и камфена
изменяется от 36,68% до 44,63%; Δ3-карена – от 8,47% до 17,32%;
дипентена – от 5,66% до 9,44%; борнилацетата – от 26,74% до 42,43%.
В соответствии с требованиями Фармакопейной статьи,
содержание борнилацетата в пихтовом масле должно быть не менее
40%. В противном случае требуется обогащения пихтового масла
данным компонентом. Для этого могут быть использованы различные
методы.
Одним из наиболее простых является добавление к исходному
маслу чистого борнилацетата или концентрированного раствора
борнилацетата в монотерпенах в таком количестве, что соотношение
монотерпенов и борнилацетата соответствовало бы требованиям
фармакопейной статьи. Чистый борнилацетат или концентрат
борнилацетата могут быть выделены из исходного пихтового масла
различными способами, основанными на различии физических
свойств компонентов. Температура плавления чистого борнилацетата
равна +29ºС, в то время как α-пинен и дипинен кристаллизуется при 75ºС и -89ºС соответственно.
Можно предположить, что при снижении температуры пихтового
масла в первую очередь начнется кристаллизация высокоплавкого
борнилацетата. Для подтверждения такого предположения нами был
исследован процесс выделения борнилацетата вымораживанием. При
этом
компоненты
пихтового
масла
не
подвергаются
высокотемпературным
воздействиям,
вследствие
чего
их
биологическая активность не изменяется.
Пробы готовили добавлением в исходное пихтовое масло
борнилацетата, полученного отгонкой монотерпенов. Пробы,
содержащие борнилацетата меньше, чем в исходном продукте
получены разбавлением исходного пихтового масла фракцией
монотерпенов, не содержащих борнилацетат. Таким образом, в
образцах изменялось содержание борнилацетата, но взаимное
соотношение монотерпенов оставалось неизменным. В ходе
экспериментальных
исследований
по
вымораживанию
было
установлено, что пихтовое масло относится к жидкостям, склонным к
сильному переохлаждению. Поэтому при низком содержании
борнилацетата (25%) кристаллизация образцов в интервале
температур до -600С не происходит. Увеличивается вязкость
образцов, но текучесть жидкости сохраняется. Попытки получить
кристаллический осадок при повторном вымораживании образцов
также не увенчались успехом, образец загустевает, но не
125
кристаллизуется.
Наименьшие
температуры
кристаллизации
обнаружены у образцов
пихтового масла, содержащих 29-30%
борнилацетата. При температурах -50ºС и -53ºС происходит
образование твердого продукта, но разделение сплошной массы на
твердую и жидкую фазы не происходит. Исходное пихтовое масло с
содержанием борнилацетата 37% кристаллизуется при температуре
-38ºС,
но
при
повторном
вымораживании
температура
кристаллизации возрастает до -20ºС, т.е. снижается эффект
переохлаждения. При больших концентрациях борнилацетата (99%)
кристаллизация происходит при плюсовых температурах, но
начинается при значительном переохлаждении.
Таким образом, в результате исследования процесса
кристаллизации борнилацетата из пихтового масла, установлено, что
при
вымораживании
жидкое
пихтовое
масло
склонно
к
переохлаждению. Температура кристаллизации пихтового масла
возрастает с увеличением содержания в нем борнилацетата. При
охлаждении масла с низкой концентрацией борнилацетата, вязкость
масла увеличивается, но в интервале температур до -60º С не
происходит его кристаллизации. Поэтому, хотя вымораживание и
является перспективным методом, в данном случае, для выделения
борнилацетата из пихтового масла, метод не применим.
Борнилацетат из пихтового масла может быть выделен методом
фракционной дистилляции, основанным на различии температур
кипения компонентов. Из основных компонентов пихтового масла,
наименьшей температурой кипения обладает трициклен (153º С при
давлении 760 мм рт. ст.), а наибольшей - борнилацетат (255º С при
760 мм рт. ст.); другие имеют промежуточные значения температур
кипения в указанном интервале.
Фракционную дистилляцию пихтового масла проводили под
атмосферным давлением и под вакуумом. Процесс дистилляции
контролировали по температуре паров на входе в холодильник и по
давлению, которое измеряли вакуумметром. Дистиллят собирали в
отградуированный приемник и, после накопления необходимого
объема, сливали в сборник. Пробы дистиллята анализировали
газохроматографическим методом [5].
В результате проведенных исследований установлено что при
дистилляции
получается фракция, содержащая низкокипящие
компоненты: трициклен, α-пинен, камфен + β-пинен,
Δ3-карен,
дипентен, терпинолен, борнеол, и высококипящая фракция, в которой
содержание борнилацетата достигает 99%.
126
Дистилляцию можно проводить как при атмосферном давлении,
так и под вакуумом. Проведение дистилляции под вакуумом
предпочтительнее, так как при этом кубовый остаток меньше
окрашивается из-за осмоления органических соединений при высоких
температурах.
Таким образом, в результате проведенных исследований по
концентрированию борнилацетата для получения фармакопейного
пихтового масла установлено, что метод выделения борнилацетата
вымораживанием практически не применим из-за низких температур
кристаллизации борнилацетата при содержании его не менее 40%.
Концентрированный раствор борнилацетата можно получить
разделением пихтового масла методом фракционной дистилляции под
атмосферным давлением или под вакуумом. При дистилляции
получается фракция, содержащая низкокипящие компоненты и
высококипящая фракция, в которой содержание борнилацетата
достигает 99%.
Литература.
1. Химическая переработка древесной зелени пихты - основа
технологий
получения
биологически
активных
веществ/Л.П.
Карманова, А.В. Кучин, В.А. Кучин// Химия и химическая технология. 2005. - №2.- С.3-11.
2. Рудаков Г.А. Химия и технология камфары./ М.:-1967.
3.Аловерт Н.Н. Производство пихтового масла./М.: Л.:
Гослестехиздат.-1936.-151с.
4. Томчук Р.И., Томчук Г.Н. Древесная зелень и ее
использование в народном хозяйстве./ М.: Лесная промышленность1973.
5. Фармакопейная статья 3370-97. Масло пихтовое.
127
Anna Kulhankova, Vlastimil Altmann
Department of Machinery Utilization
Faculty of Engineering
Czech University of Life Sciences, Prague
PRODUCTION OF BIOLOGICAL MUNICIPAL WASTE FROM
CONSUMER SECTOR
Abstract
The purpose of diploma thesis is to perform an anual analysis of production
of biolodegradable waste from household and to evaluate gained data by
statistical methods. First part of thesis describes present stage of mentioned questions in Czech republic. It describes particular definitions, sorts
and categoryies of waste. Further there are analyse technologies used to
process biodegradable waste and methods of collecting and transporting it
in use. Second part named „ self work“ take aim at production of monitored
sort sof waste from particular household. There are evaluated gained data
on the basis of outcomes are suggested suitable systéme of collection. In
the last part of this thesis there is summary of outcomes and on thein basis
proposed particular systéme of collection.
Introduction
The production of organic waste from household rise in many countries of
Europe. Because of this development it is also want of rise of capacity and
choices handeling this kind of waste. The waste separation is obligatory
from law for habitants who produce munincipal waste. The biodegradable
waste is important part of the munincipal waste. The way we handle this
kind of waste influence many parts of enviroment. The largue quantity of
this kind of waste is suitable for material or energetical use. By anaerobic or
aerobic technologies we are able to process separated biodegradable
waste
which
contains
valuable
organic
mass
for biomas and organic furteliser (anairobic) or kompost (aerobic).
The biodegradable waste or proportions include in them are conidered to
be kind of waste from grup twenty.

20 01 01 Paper and carton
100 %

20 01 08 Biological waste from kitchens and catering establishment
100 %

20 01 10 derss
60 %

20 01 11 Acous-textile
50 %

20 01 38 Wood ( not mentioned under number 20 01 37)
100 %

20 02 01 Biological municipal waste (from gardens and parks)
100 %

20 03 01 Municipal waste
54 %
128

20 03 02 Waste from market places

20 03 07 Large waste
Waste collecting and gathering system
- according to technical equipment - container
- non container
- bags
- due access to collecting point - delivery
- disposal
80 %
50%
Container collecting: The type of collecting is realized by collecting yard,
largue volume container, collecting waste container ( volume 120l, 240l, in
family house area less then 80l) and collecting containers which are modified for collecting of biodegradable waste. The best container for biodegradable waste is composteiner. The basic princip is deep aeration and reduce of humidity of separated waste.
Pic.1: The comoposteiner scheme
Bagged collecting: By way of sacks and baggs made from biodegradable
plastic material. The collecting capacity is depenc only on number of bags.
Gathefing can be irregular. The bags can be used for filling of kitchen
trashcans for biodegradable waste from kitchen. The charge for collecting
can be included in the price of these bags.
Non container collecting: The collecting is also called „timed“ collecting
or „house by house“. Tha advantege of this systém is lou investment cost
and recovery comparable to collecting by containers. The thisadvantage is
necessary and countinues informing of people and also pollution of surroundings.
129
Delivery collecting: The delivery distance ( optimum 150m), they are
frecvently collecting yards.They are distinguish by separated collection of
diferent kinds of waste in large containers ( commonly more then 1m3).
Their location is usually further distance.
Disposal collecting: It is distinguish by short delivery distance ( cca 50m)
and placing and locating of containers near the objects. The size of the
containers is given by number of habitans and interval of disposal are various from diferent kind of waste. This way of collecting is easy to accept by
habitans. There is higher recovery and quality of kinds of municipal waste
compared to delivery collecting. But cost of investment is higher.
Applied methods
The dates for writing diploma theses were gained by measuring in chosen
households. Monitoring and followed up recording of productions has started 18th of february 2008 (8.calendar week) and ended by 15th of february
2009. Each household was informed about method of measuration - collecting, weighting and writing down the measured values of biological municipal waste for calendar week. The households wrote down the mesured
amount of biological municipal waste, in kg and alos in volume amount – l.
The dates from each household were collected after one year. They were
processed by statistics methods in MS Excel into the tables. The production
of household was evaulated by season, monthes and then overall production.
Results
There were evaluated this kinds of biological waste – the rests of fruits,
vegetables, egg and nut shells, rests of green plants from household, tea
bags and rest of peastry. This waste is called identicaly in the tables –
BMW (Biological municipal waste). The data from tables were graphicaly
represented as column graph. The Data arwe displayed in two columns.
The first column represents the values of weight (in kilograms) and the second column represents the value of volume (in litres). The production of
BMW was observed in four chosen households. Their characterisrtic is
stated in tab. 1.
Tab. 1: The characterisrtic of household
Household
A
Member
of Household
Age
2
74 – woman
Used equipment
Housing
Sex
Volume
Family house
with garden
130
Graduated
vessel
Weight
Kitchen
scale
76 – man
49 – woman
B
2
C
1
D (household of author DP)
2
55 – man
Family house
without garden
Graduated
vessel
Kitchen
scale
56 – man
Flat
Graduated
vessel
Kitchen
scale
Flat
Graduated
vessel
Kitchen
scale
25- woman
25 – man
4.1 Interpretacion of production in light of seasons
IIn the tab. 2 are listed values mesured during various seasons of year. In
the tab. 3 are those values budgeted to particular family members.
Tab. 2: The production of households according to season
Spring
Household
Summer
Autumn
Winter
weight volume weight volume weight volume weight volume
[kg]
[l]
[kg]
[l]
[kg]
[l]
[kg]
[l]
A
29,7
38,2
76,9
122,0
385,0
427,0
58,4
82,2
B
39,7
53,8
54,1
58,2
66,2
72,0
53,7
56,6
C
11,9
25,2
20,4
34,5
23,8
37,6
13,9
27,6
D
15,0
37,4
20,9
51,7
18,6
53,7
15,8
40,3
Tab. 3: The production of households according to season to particular family members
Spring
Household
Summer
Autumn
Winter
weight volume weight volume weight volume weight volume
[kg]
[l]
[kg]
[l]
[kg]
[l]
[kg]
[l]
A
14,9
19,1
38,5
61,0
192,5
213,5
29,2
41,1
B
19,9
26,9
27,1
29,1
33,1
36,0
26,9
28,3
C
11,9
25,2
20,4
34,5
23,8
37,6
13,9
27,6
D
7,5
18,7
10,4
25,8
9,3
26,8
7,9
20,1
131
Data from tab. 2 and 3 were processed with the program Microsoft Excel into graphs. As an example I show household C on the picture 2.
weight[kg]
Household C
volume [l]
37,6
40
34,5
35
27,6
30
25,2
23,8
20,4
25
20
13,9
11,9
15
10
5
0
Spring
Summer
Autumn
Winter
Season
Pic. 2: Graph of the production of households according to season
4.2 Evaluation of production in light of calendar month
There are values mesured during calandar months in tab. 4 and in tab. 5
they are budgeted to individual members of household.
Tab. 4: The production of households according to month
January
February
m
m
March
April
May
June
H
V
V
M
V
m
V
m
V
m
V
A
10,5 12,2 10,9 13,0
12,3
18,3
10,4
12,7
7,0
7,3 17,3
19,5
B
10,1 19,0 16,6 32,0
8,2
11,1
16,0
11,3 14,2
18,5 13,4
18,0
8,7
4,4
9,6
3,0
7,0
4,5
8,6
7,0
11,9
6,0 13,9
4,9
13,5
4,2
10,1
7,7
18,0
6,6
16,7
C
3,5
D
4,9 13,1
7,7
July
4,4
August
September
October
November
December
H
m
V
m
V
M
V
m
V
m
V
m
V
A
29,6 67,5 30,0 35,0 105,0 122,0 160,0 160,0 15,0
20,0 37,0
57,0
B
13,9 19,0 15,1 18,5
19,9 13,9
15,7
15,1
13,5
9,4
8,5 23,9
C
5,7 10,2
7,7 12,4
10,4
16,0
7,6
10,6
5,9
11,0
6,1
11,3
D
6,5 17,0
6,0 18,4
7,2
19,0
5,4
16,3
6,6
16,5
4,3
10,6
Shortcuts: H - households, m – mass [kg], V – volume [l]
132
Tab. 5: The production of households according to month to particular
family members
Srovnání produkce na 1 člena domácnosti podle kalendářních měsíců
January
February
March
April
May
June
H
m
V
m
V
M
V
m
V
m
V
m
V
A
5,3
6,1
5,5
6,5
6,2
9,1
5,2
6,4
3,5
3,6
8,7
9,8
B
5,1
9,5
8,3
16,0
4,1
5,6
8,0
5,7
7,1
9,3
6,7
9,0
C
3,5
7,7
4,4
8,7
4,4
9,6
3,0
7,0
4,5
8,6
7,0
11,9
D
2,5
6,5
3,0
6,9
2,4
6,7
2,1
5,0
3,9
9,0
3,3
8,3
July
August
September
October
November
H
m
V
m
V
M
V
m
V
A
14,8
33,7
15,0
17,5
52,5
61,0
80,0
80,0
B
7,0
9,5
7,6
9,3
7,6
6,8
4,7
C
5,7
10,2
7,7
12,4
10,4
16,0
D
3,3
8,5
3,0
9,2
3,6
9,5
m
December
V
m
V
7,5
10,0
18,5
28,5
4,3
12,0
10,0
7,0
7,9
7,6
10,6
5,9
11,0
6,1
11,3
2,7
8,1
3,3
8,3
2,1
5,3
Shortcuts: H - households, m – mass [kg], V – volume [l]
Data from tab. 4 and 5 were processed with the program Microsoft Excel into graphs. As an example I show household C on the picture 3
weight [kg]
Household C
16
14
12
10
8
6
4
2
0
12
12
9
8
7 7
6
6
6
Ju
ly
Au
gu
st
Se
pte
mb
er
Oc
tob
er
No
ve
mb
er
De
ce
mb
er
ay
ne
Ju
M
Ap
ril
arc
h
8
3
3
M
nu
a
5
4
ry
ru
ary
4
11
11
11
10 10
10
9
8
Fe
b
Ja
16
Month
Pic. 3: Graph of the production of households according to month
133
volume [l]
4.3 Interpretation of production in households A, B, C, D
The production of BRKO significantly differs around Prague area. From accesible sources we found out that the production of BRKO per 1 habitant
was 49,0 kg . year–1 for 2007. Another source says interval between 60 to
130 kg . year-1. The EKOKOM company declares
That the production of house waste per 1person is 130 kg . year-1 in buildings in centre of the town, on the other hand, in suburbian buildings the
production is 197,6 kg . year-1. In the table 6 i present data measured in
families.
Tab. 6: The production of households
Households
Production
Particular
family member in a week
Particular family member in
a year
weight
[kg]
volume [l]
weight
[kg]
volume [l]
A
5,3
6,4
275,0
334,7
B
1,6
2,0
84,9
102,5
C
1,3
2,4
70,0
124,9
D
0,7
1,8
35,1
Area in a year
Households
A,B,C,D
in a year
weight
[kg]
volume
[l]
179,9
218,6
52,6
108,2
weight
[kg]
volume
[l]
116,2
163,4
91,5
Comperision of statistic values and observed households shows that production of BMW differs. It turns out that important factor while watching
production of BMW is whether the family lives in a house with or without a
garden. Household A is the only observed household with garden and
therefor there is a significant increase in production of biological waste. In
case of household B and C the values differ only slightly. Though the
household B is situated in a family house there is no garden. That is why
there is almost no increase in biological waste of the kind. Household D differed the most in amount of production. In that case the mesured amount
per one household member was the lowest. The main reason is that the
household members are students who can not afford to spend financial resources mostly on food.
134
Conslusion
The purpose of this work was to analyzed BMW production in monitored
consumer sector. From monitored data we found out that production of biological waste is very different according to the type of the building. It differs
if the building is in the centre of the city (52,6 kg.year -1 per habitant) or if
its a suburbian building (179,9 kg.year -1 per habitant). Also the biological
waste production differs according to fact that BMW producents live in
houses with gardens (275 kg.year -1 per habitant) or in flats or in family
houses without gardens ( in interval from 35,1 kg.year -1 per habitant to 84,9
kg.year -1 per habitant). Production in family houses is much more bigger
due to biological waste from garden.
According to this data measured in particular in households, we established possible variants of collecting the biowaste. One of the options is
gather the biowaste by using special containers – so called composteiners.
This option is expensive, however has many advantages. Undoubtably, the
biggest one is short delivery distance. The device is near to the place you
live. Another advantage is , that the city company, Pražské služby, také
care of delivery transportartion of the composteiners.
Next way how to collect BMW is using the special biodegradable bags. Manipulation with biological waste is easy and clean, bags are biodegradable
and permeable for steam. The Biological waste is favourable dried out, its
odour and weight decreases. The disadvantage of this system of collecting
is that the citizen has to take full bags to collecting yards or used waste
composting.
The best alternative is without doubt a home composting. It is the simplest
and easiest processing of biological waste. The waste is processed right by
its source. There is no need of any other manipulation. Processer is getting
high-quality compost for use. Kitchen waste has the ideal composition
which provides ideal conditions for composting.
135
Katarzyna Luboińska, dr inż. Dariusz Czekalski
PLANOWANIE ENERGETYCZNE NA PRZYKŁADZIE
MIASTA-GMINY KISIELICE
Wstęp
W zrównoważonym rozwoju gmin planowanie staje się bardzo istotnym zadaniem. Władze lokalne planują rozwój gospodarki mieszkaniowej,
czy zagospodarowanie przestrzenne. Wszystko to wiąże się ze zużyciem
energii. W związku z tym planowanie energetyczne staje się nieodłączną
częścią rozwoju gmin. W dobie kryzysu światowego, czy dużej niepewności
poziomu cen ropy naftowej, zmniejszenie zależności od zewnętrznych dostawców energii jest bardzo istotne. Władze muszą zadbać
o bezpieczeństwo energetyczne swoich mieszkańców. Wydaję się, że z tego punktu widzenia w Polsce najlepiej byłoby w ogóle wykluczyć użycie ropy naftowej i gazu ziemnego, a powrócić do węgla kamiennego
i brunatnego. Musimy jednak pamiętać o tym, że od 2004 roku należymy do
Unii Europejskiej i wiążą nas ograniczenia emisji spalin i produkcji odpadów. W związku z tym nie możemy oprzeć swojej gospodarki tylko na węglu. Jedynym wyjściem jest zwiększenie udziału energii odnawialnej w zużyciu energii w Polsce. Szansą naszego kraju jest poszukiwanie czystych
źródeł energii. Jednakże aby można było tego dokonać w skali całego kraju, energia odnawialna musi być wykorzystywana już w najmniejszych jednostkach jakimi są gminy. Samorząd gmin zobowiązany jest do planowania
i organizacji zaopatrzenia w paliwa i energię. Do gminy należy także planowanie i pokrywanie kosztów oświetlenia miejsc publicznych i dróg znajdujących się na terenie gminy. Dzięki temu gminy mają możliwość oddziaływania na funkcjonowanie lokalnego rynku energetycznego, a także na
realizowanie własnej polityki energetycznej. Poprzez uprawnienia planistyczne gmina może kształtować ład energetyczny w sposób zgodny z potrzebami i oczekiwaniami jej mieszkańców, a także podmiotów użytkujących bądź zamierzających użytkować paliwa lub energię na terenie gminy.33 Planowanie energetyczne na poziomie gminy staję się bardzo ważne
dla całego kraju w momencie kiedy wszystkie pojedyncze plany energetyczne dążą do osiągnięcia tego samego celu jakim jest bezpieczeństwo
energetyczne mieszkańców.
Cel i zakres pracy
Celem pracy jest przedstawienie tworzenia planów energetycznych i
ich późniejszej realizacji. Istotnym będzie także pokazanie na jakie proble-
33
http://www.ozee.kape.gov.pl
136
my natrafiają władze gminy podczas realizacji „Projektu założeń do planu
zaopatrzenia w ciepło, energię elektryczną i paliwa gazowe”, a także czy
istnieje możliwość ułatwienia samorządom planowania energetycznego.
Praca swym zakresem obejmuje analizę dokumentu pt.: „Projekt założeń do planu zaopatrzenia w ciepło, energię elektryczną i paliwa gazowe
miasta i gminy Kisielice”.
Planowanie energetyczne
Obowiązek planowania energetyczne został nałożony na gminy
Ustawą Prawo Energetyczne z dnia 10 kwietnia 1997 roku wraz z późniejszymi zmianami. W ustawie tej został także nałożony obowiązek uwzględniania odnawialnych źródeł energii przy opracowywaniu założeń do gminnych planów zaopatrzenia w energię. Mówi o tym art. 19 ustawy Prawo
energetyczne. Ustawa została znowelizowana w 2002 roku w celu dostosowania polskiego prawa energetycznego do dyrektyw Unii Europejskiej
(UE).34 W procesie planowania energetycznego udział biorą wszystkie poziomy administracji rządowej i samorządowej. Każdy z poziomów posiada
indywidualne kompetencje i zakres działań, jednakże dokumenty wytworzone na każdym szczeblu muszą być ze sobą zintegrowane i realizować te
same cele. Najważniejszym z celów jest zrównoważone gospodarowanie
energią, gdyż jest ono niezbędnym warunkiem rozwoju gospodarczego
i poprawy warunków życia. Rolę poszczególnych poziomów administracji w
planowaniu energetycznym przedstawia rysunek 1.
Zgodnie z ustawą Prawo energetyczne do zadań własnych gminy w
zakresie zaopatrzenia w energię elektryczną, ciepło i paliwa gazowe należą:
 Planowanie i organizacja zaopatrzenia w ciepło, energię elektryczną i
paliwa gazowe na obszarze gminy,
 Planowanie oświetlenia miejsc publicznych i dróg znajdujących się na
terenie gminy,
 Finansowanie oświetlenia ulic, placów i dróg publicznych znajdujących
się na terenie gminy.35
W ramach realizacji tych zadań gminy opracowują „Projekt założeń
do planu zaopatrzenia w ciepło, energię elektryczną i paliwa gazowe”. Projekt ten bilansuje potrzeby energetyczne gminy z istniejącymi możliwościami zaopatrzenia w ciepło, energię elektryczną i paliwa gazowe.
34
Odnawialne źródła energii jako element rozwoju lokalnego. Przewodnik dla
samorządów terytorialnych i inwestorów. ECBREC Warszawa 2003; str. 27
35
Ustawa z dnia 10 kwietnia 1997 r. Prawo energetyczne z późniejszymi zmianami. Art. 18.1
137
STRATEGIA ROZWOJU ENERGETYKI ODNAWIALNEJ
Rys. 1. Rola różnych poziomów administracji rządowej i samorządowej w
planowaniu energetycznym
Poziom
Stworzenie polityki energetycznej
i uregulowań prawnych stymulujących rozwój OZE
centralny
Poziom regionalny
(województwa)
Wyznaczenie kierunków i celów
rozwoju w odniesieniu do regionalnych strategii rozwoju
i uwarunkowań regionalnych
Określenie wspólnych celów na
podstawie uwarunkowań i programów działania poszczególnych
gmin
Poziom lokalny
(powiaty)
Ustalenie zamierzeń, planów i kolejnych kroków zmierzających do
realizacji postawionych celów
Poziom lokalny
(gminy)
(Źródło. Odnawialne źródła energii jako element rozwoju lokalnego. Przewodnik dla
samorządów terytorialnych i inwestorów. ECBREC Warszawa 2003; str. 37)
W ramach realizacji tych zadań gminy opracowują „Projekt założeń
do planu zaopatrzenia w ciepło, energię elektryczną i paliwa gazowe”. Projekt ten bilansuje potrzeby energetyczne gminy z istniejącymi możliwościami zaopatrzenia w ciepło, energię elektryczną i paliwa gazowe. Prawo
energetyczne wymaga by w Projekcie założeń znalazły się:
 Ocena stanu aktualnego i przewidywanych zmian zapotrzebowania na
ciepło, energię elektryczną i paliwa gazowe,
 Przedsięwzięcia racjonalizujące użytkowanie ciepła, energii elektrycznej
i paliw gazowych,
 Możliwości wykorzystania istniejących nadwyżek i lokalnych zasobów
paliw i energii, z uwzględnieniem energii elektrycznej i ciepła wytwarzanych
w odnawialnych źródłach energii, energii elektrycznej i ciepła użytkowego
wytwarzanych w kogeneracji oraz zagospodarowania ciepła odpadowego z
instalacji przemysłowych,
138
 Zakres współpracy z innymi gminami.36
Skomplikowany proces planowania energetycznego w gminie
przedstawia rysunek 2.
Rys. 2. Schemat procesu legislacyjnego przy tworzeniu Projektu założeń
(Źródło. J.Walski: Planowanie energetyczne w gminie i instytucjach publicznych.
AM PREDA, Seminarium szkoleniowo-informacyjne dotyczące problemów energetyki w woj. zachodniopomorskim. Szczecin 04.06.2008)
Charakterystyka Gminy Kisielice
Gmina Kisielice leży w południowo-zachodniej części województwa
warmińsko-mazurskiego, w powiecie iławskim. Jest to gmina miejskowiejska, skoncentrowana wokół miasta Kisielice.
Terytorium Gminy Kisielice wynosi 17280 ha, co stanowi 0,7 % powierzchni województwa. Na terenie gminy zamieszkują 6 492 osoby.
Ośrodkiem gminnym jest miasto Kisielice, które leży mniej więcej centralnie
na terenie gminy, zajmując powierzchnię 3,0 km2 i liczy 2250 mieszkańców,
co stanowi 34,8 % ogółu ludności w gminie. Średnia gęstość zaludnienia w
gminie wynosi 25 os./km2 i jest dużo niższa od średniej dla powiatu iławskiego (65 os./km2) i dla województwa warmińsko-mazurskiego (59
os./km2).37
36
Ustawa z dnia 10 kwietnia 1997 r. Prawo energetyczne z późniejszymi zmianami. Art.
19.3
37
UMiG Kisielice; Program Ochrony Środowiska dla Miasta i Gminy Kisielice na lata 2004 – 2007 z uwzględnieniem lat 2008 – 2011.; Kisielice; 2004; s. 4
139
Połączenie komunikacyjne zapewnia droga krajowa nr 16 Grudziądz
- Augustów, nazywana Północną Drogą Tysiąca Jezior, której trasa przebiega przez miasto Kisielice z zachodu na wschód, środkiem gminy.
W okresie styczeń 2001 - styczeń 2002 gmina brała udział w programie badawczym siły i zasobów wiatru. Program był realizowany w ramach
projektu ECOLINKS i przy współudziale EC BREC Warszawa i AWS
SANTIFIC z Alabamy (USA). Celem programu była ocena zasobów siły
wiatru na terenie gminy Kisielice, która dała podstawę do dalszej realizacji
projektu budowy farmy wiatrowej. Działania w ramach projektu obejmowały:
badania i ocenę zasobów wiatru i mocy wytwórczych energii wiatrowej w
gminie Kisielice, określenie źródeł finansowania rozwoju energii wiatrowej
na tym terenie. Pomiar prędkości wiatru odbywał się na wysokości 10 i 30
m. n.p.g. urządzeniem firmy Delta-T. Na mocy wykonanych pomiarów obliczono, że średnioroczna prędkość wiatru na 85 metrze wysokości wynosi
6,3 m/s.38
Charakterystyka Projektu założeń dla Gminy Kisielice
„Projekt założeń do planu zaopatrzenia w ciepło, energię elektryczną i paliwa gazowe miasta i gminy Kisielice” powstał w maju 2001 roku. Został on napisany przez pracowników EC BREC Warszawa - Gdańsk. Projekt ten został opracowany na lata 2001- 2010.
W Projekcie założeń przedstawione zostało zapotrzebowanie na
ciepło w budynkach na terenie miasta i gminy Kisielice (tab.1), a także
bilans odnawialnych źródeł energii. W tabeli 2 przedstawiony został
zarówno potencjał techniczny jak i wykorzystanie w roku poprzedzającym
wykonanie Projektu założeń. Informacje te pokazują możliwości rozwoju
energetyki opartej na odnawialnych źródłach energii w gminie Kisielice. W
2000 roku gmina spośród odnawialnych źródeł energii posiadała
największe zasoby energii wiatru, które nie były wykorzystywane.
38
http://www.rec.org/ecolinks/bestpractices/PDF/poland_kisielice.pdf
140
Tab. 1. Całkowite zapotrzebowanie na ciepło gminy Kisielice z podziałem
na sektory
Sektor
ZapotrzeZapotrzebowanie Moc dla bowanie
na c.o.
c.o.
na c.w.u.
[GJ]
[kW]
[GJ]
Moc Razem zapotrzedla bowaniena ciepło
c.w.u.
[kW]
[GJ]
[MWh]
Razem
moc
cieplna
[kW]
Budynki
mieszkalne 112 607 11 855
14 112
868 126 719 35 200 12 723
Budynki
publiczne
16 138
2 064
1 410
60
17 548 4 874
2 124
Budynki
przemysłowousługowe
19143
2075
431,7
18,3 19 575 5 437
2 094
RAZEM
147 887 15 995
15 954
946 163 841 45 511 16 941
(Źródło. Projekt założeń do planu zaopatrzenia w ciepło, energię elektryczną i
paliwa gazowe miasta i gminy Kisielice; EC BREC Warszawa; 2001; s. 35)
Tab. 2. Bilans potencjału technicznego OZE w gminie Kisielice
L.p.
Źródło energii
Potencjał
techniczny
Wykorzystanie w
2000 roku
[MWh]
[MWh]
[%]
1.
Drewno
24614
555,6
2,3
2.
Słoma
18248
41,67
0,2
3.
Biogaz wysypiskowy
3725
0
0
4.
Biogaz rolniczy i z oczyszczalni
2742
0
0
5.
Energia słoneczna
2340
0
0
6.
Energia wiatru
187100
0
0
238769
597,3
0,003
RAZEM
(Źródło. Projekt założeń do planu zaopatrzenia w ciepło, energię elektryczną i
paliwa gazowe miasta i gminy Kisielice; EC BREC Warszawa; 2001; s. 84)
141
W Projekcie założeń znalazły się działania z różnych sektorów gospodarki energią:
 Gazyfikacja gminy,
 Modernizacyjne w sektorze budownictwa,
 Modernizacyjne w sektorze elektroenergetycznym,
 Modernizacyjne w sektorze ciepłowniczym,
 Promocyjne, informacyjne i edukacyjne,
 Pozostałe:
 Biogaz rolniczy,
 Energia wiatrowa,
 Energia słoneczna.
Realizacja założeń
W gminie Kisielice proces realizacji założeń nadal trwa, gdyż Projekt
założeń obowiązuje do końca 2010 roku. w latach 2001-2008 udało się
zrealizować dwa główne założenia:
A. Budowa farmy wiatrowej
Projekt założeń uwzględniał budowę farmy wiatrowej. Zgodnie z założeniami miało to być maksymalnie 56 wiatraków wybudowanych przez inwestorów zewnętrznych lub gminę, a także budowa elektrowni wiatrowej
w Łęgowie, która byłaby własnością gminy (moc 1500 kW).
Gmina rozpoczęła pracę nad budową elektrowni wiatrowej w Łodygowie, jednakże przedsięwzięcie to nie powiodło się. W związku z tym władze
gminy zajęły się poszukiwaniem inwestorów zewnętrznych zainteresowanych budową farmy wiatrowej w gminie Kisielice. Poszukiwania te zaowocowały oddanie do użytku farmy wiatrowej wiosną 2007 roku. W wyniku tej
inwestycji wybudowano 27 elektrowni wiatrowych GE Energy o mocy zainstalowanej 1,5 MW każda (rys. 3). Kompleks o łącznej mocy 40,5 MW,
składa się z trzech sektorów:



Sektor 1 to 13 elektrowni o łącznej mocy zainstalowanej 19,5 MW,
Sektor 2 to 8 elektrowni o łącznej mocy zainstalowanej 12 MW,
Sektor 3 to 6 elektrowni o łącznej mocy zainstalowanej 9 MW.
Dla gminy był do dopiero początek realizacji założeń z zakresu
energii wiatrowej. Jesienią 2007 roku rozpoczęto prace budowlane nad kolejną farmą. Inwestorem jest firma Eolica Polska. W planie jest budowa 20
turbin o mocy 2 MW każda. Planowany termin zakończenia inwestycji to
2009 rok.
142
Rys. 3. Elektrownie wiatrowe w gminie Kisielice
B. Budowa ciepłowni opalanej biomasą stałą w Kisielicach
Gmina założenie to realizowała dwuetapowo. Pierwszy etap realizowany w latach 2003-04 to modernizacja dotychczasowej kotłowni i instalacja kotła opalanego słomą. W jej wyniku do użytku oddano ciepłownię
miejską zasilaną słomą o mocy 3 MW. Wybudowano także sieć ciepłowniczą o długości 1350 m. W efekcie zamknięto dotychczasowe osiedlowe
oraz szkolne kotłownie opalane węglem. Drugi etap to rozbudowa sieci ciepłowniczej w latach 2006-2008. W połowie roku 2008 inwestycja została
oddana do użytku. W jej ramach położono nową sieć ciepłowniczą
o długości 4990 mb oraz podłączono kolejne 64 budynki. Nowo podłączone
budynki to zarówno budynki użyteczności publicznej jak i handlowousługowe czy mieszkalne. W efekcie sukcesywnie demontowane są domowe kotłownie węglowe i olejowe.
W kotłowni zamontowano dwa kotły: jeden o mocy 1 MW, drugi o
mocy 2 MW. Kotły wytwarzają ciepło, którego nośnikiem jest woda
o parametrach zmiennych w okresie zimowym 90/70°C÷70/50°C i stałych w
okresie letnim 70/50°C. Elastyczność zastosowanych urządzeń polega na
możliwości wykorzystania jednego i drugiego kotła oraz uzyskaniu w każdym momencie pożądanej temperatury. Ponadto w systemie ciepłowniczym Gmina Kisielice posiada wyłączone dwie kotłownie olejowe: w Zespole Szkół Rolniczych i w Zespole Szkół Podstawowych, które w każdej chwili
można będzie włączyć do pomocy kotłowni centralnej – opalanej słomą.
Gmina już planuję dalszą rozbudowę sieci ciepłowniczej tak by podłączeni zostali wszyscy mieszkańcy miasta, będzie się to wiązało także z
143
rozbudową kotłowni. Docelowo moc kotłowni ma wynosić 4,6 MW i zaopatrywać wszystkich mieszkańców miasta. Jednym z planowanych działań
jest także montaż systemu instalacji solarnej wspomagającej system podgrzewania wody w kotłowni.
Podsumowanie
W dziedzinie planowania energetycznego widać kilka niedociągnięć
prawnych. Najważniejsze z nich, to:
 Brak rozporządzenia, które wymuszałoby na władzach gminy realizację tego zadania,
 Dezaktualizacja Projektów założeń,
 W gminach brakuje kadr, które mogłyby aktualizować Projekty założeń,
 Uwzględnianie w Projekcie założeń zaopatrzenia gospodarstw indywidualnych, położonych na terenie gminy, gdy gmina nie ma
wpływu na dostarczenia energii do nich,
Gmina Kisielice w trakcie realizacji Projektu założeń natrafiła na wiele problemów, najważniejszymi z nich były:


Brak środków finansowych,
Zapis dotyczący procedury podłączenia do sieci energetycznej praktycznie wykluczający gminy ze starań o budowę własnej farmy wiatrowej,
 Kwestia naliczania podatku od farm wiatrowych.
Duża część z powyższych problemów może zostać rozwiązana już
w najbliższym czasie. Obecnie przygotowywane są zmiany w ustawie Prawo energetyczne zmiany te rozwiązywałyby kwestie dezaktualizacji Projektów założeń. W myśl zmian w ustawie Prawo energetyczne Projekt założeń
sporządzany byłby na okres 15 lat i podlegałby aktualizacji co najmniej raz
na 3 lata. Rozporządzenia wykonawcze mają wprowadzić 2 letni okres, w
którym gminy miałyby przygotować Projekty założeń. Wprowadzenie tych
zmian zmusiłoby gminy do zwrócenia uwagi na kwestie planowania energetycznego, jednakże nie rozwiązuje to problemów związanych z brakiem
kadr, które mogłyby zająć się aktualizacją.
Kolejną przygotowywaną zmianą w jest uszczegółowienie ustawy o
Prawie budowlanym. W myśl nowych przepisów inwestor płaciłby gminie
podatek od wartości całej inwestycji, a nie tak jak dotychczas tylko od wartości fundamentów i wieży. Wprowadzenie tych zmian na pewno zachęciłoby gminy do aktywniejszego poszukiwania inwestorów, jednakże trudno
jest przewidzieć jak wpłynie to na zainteresowanie inwestorów budową
farm wiatrowych.
144
Planowane zmiany rozwiążą część problemów związanych z planowanie energetycznym jednakże nadal pozostaną jeszcze kwestie finansowe i kadrowe, które dla gmin są bardzo ważne.
Bibliografia
1. Odnawialne źródła energii jako element rozwoju lokalnego. Przewodnik dla samorządów terytorialnych i inwestorów. EC BREC,
Warszawa 2003
2. Program Ochrony Środowiska dla Miasta i Gminy Kisielice na lata
2004 – 2007 z uwzględnieniem lat 2008 – 2011. UMiG Kisielice, Kisielice 2004.
3. Projekt założeń do planu zaopatrzenia w ciepło, energię elektryczną
i paliwa gazowe miasta i gminy Kisielice. EC BREC, Warszawa
2001.
4. Ustawa z dnia 10 kwietnia 1997 r.: Prawo energetyczne (z późniejszymi zmianami).
5. Walski J.: Planowanie energetyczne w gminie i instytucjach publicznych.. Seminarium szkoleniowo-informacyjne dotyczące problemów
energetyki w woj. zachodniopomorskim. AM PREDA, Szczecin
04.06.2008.
6. http://www.ozee.kape.gov.pl.
7. http://www.rec.org/ecolinks/bestpractices/PDF/poland_kisielice.pdf.
145
Málek Michael, Šařec Ondřej
Department of Machinery Utilization
Faculty of Engineering
Czech University of Life Sciences, Prague
PROJECT OF SUITABLE IMPLEMENTS AND TECHNOLOGIES FOR
TRACTORS OF OVER 250 KW OF ENGINE POWER
Abstract: This work is addressing a problem of a purchase of very powerful tracked or articulated tractors that are being used more and more often
in the conditions of Central Europe. It’s summarizing a possible operations
where such tractors can be used and it presents some possible savings,
which can be expressed financially or those that cannot be expressed anyhow. In the last part there are some exapmles of utilization of powerful tractors on some farms in the Czech republic.
Keywords: Tracked tractor, articulated tractor, implement, fuel consumption, utilization
Introduction
Every farm is at some point of its life considering a purchase of a
more powerful tractor. Reasons for such purchase are for example a modification of a machine pool or improvement of a daily output using larger implements. Acquisition of any machine or implement should be well – considered so the financial resources invested in a purchase would be used
properly. When buying a tractor, an owner should think in advance of how
the tractor will be used in the future. The most important thing is that the
potential power of a tractor’s engine is used properly. Tractor should be
used with proper implements, that are using most of the tractor engine’s
power. If a tractor is being used with an inadequate implement, not only the
financial resources we used for purchase are not used properly (we could
have purchased less powerful tractor), but also the fuel consumption is
higher.
Goal of the work and used methods
The goal of the work is to decide if using the very powerful tractor is
profitable at specific conditions and how the tractor could be used to ensure
maximal capacity utilization of tractor‘s engine, and also to ensure that tractor is working most of time of the year. A decision if a tractor is profitable or
not is made by comparing a technological line, that was used before and a
technological line that will substitute the old line. Parameters that are being
146
comapred are a fuel consumption, daily output a sometimes even quality of
an operation.
On today’s market a tractors with power of more than 440 kW can
be easily found. It’s not a problem to built so powerful tractor, but usually
problem is how to use that power to useful work. Nowdays we can found
three different kinds of tractor chassis:

Classic wheel tractors

Articulated tractors

Tracked tractors
Classic wheel tractors has usually engine power up to 270 kW and
are widely spread and used for all different kinds of situations. Their construction does not represent a problem for frequent travelling on the roads.
On the contrary from 270 kW and higher powers, the tractors are built as
articulated with wheel or tracked chassis or as tracked tractors. These tractors are not advisable for frequent travelling on the roads, because of their
great width or beacuse of a tracked chassis that is degrading rapidly on the
roads. Therefore they are used mostly for operations on the field. Tracked
and articulated tractors are most often used for:

Tillage

Soil loosening

Seedbed preparation
But they can be used for other applications, where there is a need
for a great power of their engines. So such tractors are beginning to be
used with seeding machines of great widths, with grain carts, where there is
a great mass of grain being transferred on the field. Also they can be used
for application of slurry under ground, where a huge tankers can be found
on the market.
In soil cultivation there is a difference in used technologies, we can
cultivate soil with or without plows. In recent years a very powerful tractors
were used mostly for cultivating soil without plow, but now the situation has
changed. Some manufacturers are offering huge plows, that can use great
power of a tracked or articulated tractor. Only problem is, that tractor has to
work „on – land“, which means that all tracks or wheels are on the surface
of the field, none is going inside the furrow. But there are technologies, that
enable working „on – land“. Usually for proper utilization of great engine
power 10 to 14 furrows is neccessary. Several manufacturers are offering
plows with so many furrows, for example Lemken, Kverneland, Gregoire
Besson and so on.
For technologies not using a plow there is many suitable machines
for tracked and articulated tractors. There are machines for tillage, that can
have tine or disc as their working instruments. Both have their advantages
and disadvantages and it’s up to a customer which technology he is going
147
to choose. Usually it is better to use these machines for tillage in small
depths, despite the machines are capable of working in greater depths. The
reason is that demand for engine power is greater when an implement is
going deep into the ground, therefore the width has to be adjusted. When
the same implement is used for tillage in small depths, the tractor could
easily handle wider implement and a daily output is smaller. Therefore it is
better to use two different machines for primary tillage and for soil loosening in greater depths.
For deep soil loosening usually tine implements are used, sometimes implements with both disc and tines, but tines are the instruments
that go deeper in the ground. Often it is important to maintain specific
speed for proper work of the implement, which also rises the demand for an
engine power of the tractor.
Possible savings by proper utilization
Expressible savings
Utilization of powerful tractors with proper implements brings us
many savings. At first such tractor can often substitute two tractors with
less powerful engines. That means we have to pay only one driver. We are
paying for one spare parts on the tractor. Usually one tractor has lower fuel
consumption than two tractors of half engine power. If a tractor has a sufficient daily output, there may be no need for working after hours, which also
cost owner less money. If we can reduce a fuel consumption by 2 litres per
hectare, it means 4000 litres on a farm with 2000 hectares on a single operation. It is also profitable to use a satellite navigation on powerful tractors.
That can bring us additional savings, especially on fuel and it can increase
daily output and reduce mental burden on a driver.
Unexpressible savings
Not all benefits of using powerful tractors can be expressed with
money. No one can precisely tell, how much money we will end up saving
when we are capable of meeting the deadlines of agricultural engineering.
No one can precisely tell, what yield is going to be, when we will seed a
plant a week later. And a powerful set of a tractor and implement is going to
reduce a possibility that we cannot meet that deadline, if we are using it
correctly. Often these machines are purchased by a private farmers, who
are the drivers as well and the fact, that they will be away from the family
less hours is also something, we cannot express with money. Among other
things is a fact that we have a tool we can use when there is a sudden and
unexpected demand for additional operation. And despite we can say how
much money we will save by having less drivers, we cannot express with
money, that we do not have to find suitable and reliable drivers. Number of
148
people going to the agriculture is becoming a problem and if there is not
enough workers, operations has to be done with less people, that means
with more powerful machines.
Examples
Table 1. Numbers of sold tractors of power 250 kW or more in years 2006
and 2009 in the Czech republic
Number of tractors
2006
2009
Challenger
3
8
Case Steiger
4
9
John Deere
0
3
Challenger
0
0
Case Steiger
1
4
John Deere
2
2
Claas Xerion
0
5
Summary
10
31
Tracked
Articulated wheels
In Table 1 there is an approximate number of working tractors in
years 2006 and 2009 in the Czech republic. As you can see, in just three
years the number has tripled. It’s bearing to a fact that farmers are more
and more often requesting very powerful tractors and it can be expected
that this number will continue to grow rapidly.
As a first example of a farm that is using powerful tractors I chose
Rostěnice a.s. in south Czech republic, approximately 30 kilometres from
Brno. The farm is cultivating more than 8 000 hectares without a plow and
it’s using among others four articulated tractors. Two are John Deere 9520s
with dual wheels and the other two Case IH Steigers, older STX 450 and a
two seasons old 530, both are with tracked chassis Quadtrack. Machines
ares used with several large implements, for example three seedbed cultivators STROM Export Swifter (two has 15 metres, third one has 17 meters), disc harrow Väderstad Carrier (12 metres), two tine cultivators Horsch
149
Terrano 12 FG (12 metres), 10m disc harrow Gregoire Besson, 9m disc
harrow Sunflower, 5,5m tine cultivator for great depths STROM Export, 8m
tine cultivator Horsch Tiger 8LT and so on. Having this great number of different machines bring the owners one great advantage. They can choose a
different implement for every specific conditions. A set of machines Case IH
Steiger 530 Quadtrac and Horsch Terrano 12FG was capable of cultivating
16,85 hectares per hour while doing primary tillage. Working speed was
about 13 km.h-1 and an average fuel consumption was 5,4 litres per hectare
[2]. This set of machines is on the figure 1.
Figure 1: Case IH 530 Steiger with 12 metres wide Horsch Terrano 12FG
Other example is completely different. Not only the tractor is used
with a plow, but farm has only 1 100 hectares. Yet the private farmer Mr.
Blažek and his family bought a tracked tractor Challenger MT 865 on his
farm right outside the Prague, Czech republic. He is using the tractor with
11 – furrow plow Lemken Euro Titan. While working at speed 7 – 9 km.h-1,
he is capable of cultivating 3 – 3,5 hectares per hour. A fuel consumption is
25 litres per hectare while plowing 20 centimetres in the ground. According
to the owner, that is 30 % better fuel consumption than when he the plow
was pulled by 300 PS Fendt Vario. It’s one of the examples when a owner
is sometimes the driver as well. So by purchasing this tractor, he is saving
his own time [1]. This set of machines is on the figure. 2.
150
Figure 2: Challenger MT 865 with 11 – furrow plow Lemken
Conclusion
A purchase of powerful tractor can bring to the owner many expressible and unexpressible advantages. That can happen under condition
that the tractor is used with a proper implement. Under these circumstances it can easily substitute two tractors and their drivers. Farmers can
choose from many types of tractors with different engine power and different chassis so they can choose a product that suits them the best. There is
also a many kind of implements that can be used behind those tractors wo
even here can farmer choose a machine that is the most suitable for his
specific conditions. Operation of this huge tractors bring us also some problems, like great width for transportation. But such problems are bought back
by an increase of daily output and a decrease of operation costs.
References:
1. Agco Corporation, Serious Machinery, April 2008
2. http://www.horsch.com/german/gindex.php?id=373&action=news_cz
151
inż. Karolina Małożewska, dr inż. Adam Maciak
Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie
WPŁYW NAPIĘCIA WSTĘPNEGO PIŁY ŁAŃCUCHOWEJ NA EFEKTY
SKRAWANIA
1. WSTĘP
Przenośne pilarki spalinowe są maszynami szeroko stosowanymi w
procesach pozyskania i przetwarzania drewna. Ciągłe doskonalenie pilarek
przez konstruktorów sprawia, że są to maszyny coraz bardziej bezpieczne i
wydajne. Wykorzystywane są do pozyskania drewna i z powodzeniem zastępują siekierę i piłę ręczną. Stosowane są do podkrzesywania, ścinki
drzew, okrzesywania i przerzynki pni na sortymenty [Więsik 2005]. Duży
postęp w konstrukcji pilarek sprawił, że stały się one maszynami wydajnymi. Dlatego też bardzo ważne jest poznanie czynników decydujących o
efektywności pracy tych maszyn [Maciak 1994].
Jednym z podstawowych elementów pilarki jest piła łańcuchowa, która ma znaczący wpływ na efekty pracy pilarki. Piła łańcuchowa podlega
ciągłemu rozwojowi konstrukcyjnemu, mającemu na celu zwiększenie bezpieczeństwa pracy oraz efektywności pracy [Maciak 2000]. Oprócz czynników konstrukcyjnych, niezależnych od operatora na efekty pracy mają
wpływ również czynniki eksploatacyjne – zależne od operatora pilarki [Górski 1995]. Dlatego wydaje się uzasadnione podejmowanie badań mających
na celu opracowanie zaleceń dla operatorów, które zwiększyłyby efektywność pracy pilarką. Jednym z ważnych parametrów eksploatacyjnych, na
który wpływ ma operator pilarki jest napięcie wstępne piły łańcuchowej.
Badaniami nad napięciem wstępnym zajmowali się już Górski [1996]
oraz J. i M. Botwin [1979].
Pierwszy z nich przeprowadził badania dla dwóch różnych napięć pił
łańcuchowych. Dla pierwszej napięcie wstępne wynosiło 200 N (piła napięta normalnie), druga piła była nie napięta. Z badań tych wynika, że wydajność skrawania dla piły napiętej jest o 50 % większa w porównaniu z piłą
luźną.
Również J. i M. Botwin [1979] przedstawili teorię, iż luźno napięta piła
łańcuchowa powoduje spadek wydajności skrawania. Ale również zbyt duże napięcie wstępne może wpływać niekorzystnie na układ tnący pilarki, a
mianowicie może powodować szybsze zużywanie ogniw tnących, jak i
uszkodzenia prowadnicy, przy zwiększeniu wydajności skrawania. Autorzy
stwierdzili, że optymalne napięcie wstępne piły łańcuchowej zawiera się w
granicach 150 do 200 N.
152
Do tej pory badania były przeprowadzane dość ogólnie, aktualnie
posiadany sprzęt pozwala na bardziej szczegółowe zagłębienie się w to
zagadnienie.
2. CEL I ZAKRES PRACY
Celem pracy było ustalenie wpływu napięcia wstępnego na przebieg
procesu skrawania drewna piłą łańcuchową żłobikową.
Zakres pracy obejmował pomiar powierzchniowej wydajności skrawania, oraz zapotrzebowania na moc podczas przerzynki drewna sosnowego
piłą łańcuchową żłobikową w trzech stanach napięcia wstępnego: piłą luźno
napiętą, napiętą normalnie tzn. według zaleceń producenta, oraz piłą napiętą mocno.
Dzięki uzyskanym wynikom będzie można stwierdzić czy napięcie
wstępne piły łańcuchowej ma wpływ na wydajność skrawania oraz zapotrzebowanie na moc pilarki spalinowej. Wyniki te pozwolą określić najlepsze napięcie piły łańcuchowej potrzebne do uzyskania optymalnej wartości
wydajności pracy.
3. METODYKA BADAŃ
Do skrawania drewna piłą łańcuchową wykorzystano specjalne stanowisko badawcze, przedstawione na rysunku 1.
Rysunek 1. Stanowisko badawcze do pomiarów skrawania drewna
Stanowisko to umożliwia pomiar następujących parametrów: prędkości obrotowej wału silnika, prędkości obrotowej bębna sprzęgła, siły posuwu, siły skrawania, czasu piłowania oraz temperatury prowadnicy.
153
Pilarka spalinowa była zamontowana na stałe. Drewno umieszczone było w imadle poziomo względem pilarki. Ruch pionowy ramy z drewnem umożliwiały różnej masy obciążniki przymocowane za pomocą stalowej linki. Ruch linki był możliwy dzięki trzem bloczkom. W zależności od
masy danego ciężarka uzyskiwano różną siłę posuwu. Czujniki pomiarowe
podłączone były do komputera, który rejestrował cały przebieg procesu
skrawania drewna. Dane zapisywano za pomocą programu ESAM 3 na
twardym dysku z częstotliwością 30 000 pomiarów na sekundę.
Dokładność pomiaru siły posuwu Pp wynosiła 5 %, siły skrawania Ps
8 %. Odczyt prędkości obrotowej odbywał się z dokładnością 1 obr/min a
czasu skrawania z dokładnością ±0,001 s.
Schemat tego stanowiska przedstawiony jest na rysunku 2.
Rysunek 2. Schemat stanowiska do pomiarów skrawania drewna:
1 – czujnik do pomiaru siły skrawania, 2 – czujnik do pomiaru dynamicznej
siły posuwu, 3 – czujnik do pomiaru prędkości obrotowej wału korbowego,
4 – czujnik do pomiaru prędkości obrotowej bębna sprzęgła, 5 – komputer,
6 – wzmacniacz pomiarowy, 7 – pilarka, 8 – drewno, 9 – imadło, 10 – rolki
prowadzące (kierunkowe), 11 – suwak, 12 – podstawa, 13 – obciążnik, 14
– odłączalny czujnik do pomiaru statycznej siły posuwu, 15 – czujnik do
pomiaru temperatury prowadnicy.
154
Piłowanie odbywało się poprzecznie do włókien drewna. Po każdym
jednorazowym cięciu pilarka była wyłączana w celu przygotowania drewna
do następnej próby. Podczas badań mierzono następujące parametry:
- siłę posuwu,
- siłę skrawania,
- prędkość obrotowa wału silnika,
- prędkość obrotową bębna sprzęgła.
Na początku każdej serii pomiarów układ był skalowany, a przed każdym
jednorazowym pomiarem – zerowany. Czas piłowania mierzono od momentu zetknięcia się piły łańcuchowej z próbką drewna, aż do momentu
zakończenia piłowania. Przed każdym pomiarem przy pomocy dynamometru dokonywano pomiaru siły posuwu.
Do badań wykorzystano pilarkę firmy Husqvarna – model 357XP
(rysunek 3), o następujących parametrach (według danych producenta):
Silnik
Pojemność skokowa
56,3 cm³;
Moc
3,2 kW;
Maksymalna prędkość obrotowa silnika
14 000 obr/min;
bez obciążenia
Pojemność zbiornika paliwa
0,68 dm3;
Pojemność zbiornika oleju
0,38 dm3;
Wymiary
Masa bez urządzenia tnącego
5,5 kg;
Rysunek 3. Pilarka firmy Husqvarna 357 XP
155
Charakterystykę zewnętrzną silnika badanej pilarki przedstawiono na
rys. 4.
Rysunek 4. Charakterystyka zewnętrzna silnika badanej pilarki
W badaniach użyto piły łańcuchowej o następujących parametrach:
−
−
−
−
−
Podziałka – 3/8 cala
Ogniwa tnące – typ dłuto
Szerokość ogniwa prowadzącego – 1,5 mm
Zniżenie ogranicznika – 0,5 mm
Kąt nachylenia poziomej krawędzi tnącej – 65°
Napięcie wstępne ustalano w następujący sposób, po obciążeniu piły w
środku długości prowadnicy ciężarem 20 N regulowano strzałkę ugięcia f,
tak jak przedstawiono na rysunku 5.
156
Piłę badano w trzech różnych stanach napięcia:
− luźnym, gdy f = 8 mm;
− napiętym zgodnie z instrukcją, f = 5 mm;
− mocno napiętą, f = 2 mm.
Rysunek 5. Sposób ustalania napięcia piły łańcuchowej: L – długość prowadnicy, f – strzałka ugięcia
piły
Do badań użyto drewna sosnowego o wilgotności bezwzględnej
30% mierzonej przed wykonaniem pomiarów metodą suszarkowo – wagową na wagosuszarce WPS 210 S z dokładnością 0,01%. Twardość drewna
mierzono w płaszczyźnie czołowej metodą Brinella i wynosiła
20 MPa.
Próbki drewna zastosowane podczas badań były następujących wymiarów:
14 x 24 cm. Brano pod uwagę tylko próbki nie zawierające sęków.
Zmierzone parametry pozwoliły na obliczenie takich wielkości jak:
– powierzchniowej wydajności skrawania;
– prędkości posuwu;
– prędkości liniowej piły;
– mocy piłowania.
4. WYNIKI BADAŃ I ICH ANALIZA
Na rysunku 6 przedstawiony jest przykładowy przebieg zmian prędkości obrotowej bębna sprzęgła oraz zmiany siły skrawania.
Rysunek 6. Przebieg zmian prędkości obrotowej i siły skrawania
157
Wyniki pomiaru powierzchniowej wydajności skrawania dla różnych
stanów napięcia wstępnego przedstawiono na rysunku 7.
powierzchniowa
wydajność skrawania W
[cm˛/s]
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
luźno napięta
normalnie
napięta
mocno napięta
30
50
70
90
110
130
siła posuwu Pp [N]
Rysunek 7. Zależność wydajności skrawania od siły posuwu dla różnych
napięć wstępnych piły łańcuchowej.
Krzywe przedstawione na rysunku 7 można opisać następującymi
funkcjami:
 Dla piły luźno napiętej
W = - 0,0048Pp2 + 1,0742Pp + 54,463; r = 0,5180, (rkr = 0,7545);
 Dla piły napiętej wg zaleceń producenta
W = - 0,0195Pp2 + 3,1309Pp - 32,274; r = 0,8332, (rkr = 0,6664);
 Dla piły mocno napiętej
W = - 0,0366Pp2 + 5,9799Pp - 152,54; r = 0,8801, (rkr = 0,6664).
Wszystkie przedstawione na rysunku 7 zależności były poddane
analizie statystycznej przy poziomie istotności α = 0,05. O istotności danych funkcji świadczy wielkość współczynnika korelacji, który porównujemy
z wartością krytyczną współczynnika korelacji, przyjmujemy, że zależność
jest istotna, gdy r > rkr.
Dla wyżej wymienionych zależności tylko dwie z nich są istotne statystycznie - dla piły napiętej normalnie i mocno. Dla luźno napiętej piły nie
można stwierdzić, że zachodzi zależność pomiędzy powierzchniową wydajnością skrawania, a siłą posuwu.
Z rysunku 7 wynika, że dla piły napiętej mocno i napiętej normalnie
najwyższe wydajności (ok. 95 cm2/s) uzyskuje się przy sile posuwu z zakresu 89 – 91 N. Największą powierzchniową wydajność skrawania stwierdzono dla piły luźnej. Najmniejszą wartość powierzchniowej wydajności
skrawania uzyskano dla piły mocno napiętej. W przypadku piły normalnie i
mocno napiętej wartość powierzchniowej wydajności skrawania zależy od
158
siły posuwu. Na początku wraz ze wzrostem siły posuwu powierzchniowa
wydajność skrawania rośnie i po osiągnięciu maksimum maleje. W przypadku piły luźnej nie można stwierdzić by wraz ze wzrostem siły posuwu
rosła także wartość powierzchniowej wydajności skrawania. Średnia jej
wartość uzyskana podczas badań wynosi 103 cm2/s. Natomiast dla piły napiętej wg zaleceń producenta średnia wartość powierzchniowej wydajności
skrawania wynosi 80 cm2/s, a dla piły mocno napiętej 77 cm2/s.
Zależność mocy skrawania od siły posuwu dla różnych stopni napięcia piły łańcuchowej przedstawiono na rysunku 8.
2500
2300
2100
1900
1700
1500
1300
1100
900
700
moc skrawania Ns [W]
luźno napięta
normalnie
napięta
mocno napięta
30
50
70
90
110
130
siła posuwu Pp [N]
Rysunek 8. Zależność mocy skrawania od siły posuwu dla różnych napięć
wstępnych piły łańcuchowej.
Zależności opisane na wykresie można przedstawić następującymi
funkcjami :
 Dla piły luźno napiętej
Ns = - 0,1654 Pp2 + 46,742 Pp – 790,85; r = 0,9829, (rkr = 0,7545);
 Dla piły napiętej wg zaleceń producenta
Ns = - 0,3599 Pp2 + 66,836 Pp – 1188,2; r = 0,8261, (rkr = 0,6664);
 Dla piły mocno napiętej
Ns = - 0,1916 Pp2 + 40,601 Pp – 371,54; r = 0,8798, (rkr = 0,6664).
Wszystkie przedstawione na powyższym wykresie zależności przy
poziomie istotności α = 0,05 dla każdego napięcia wstępnego są statystycznie istotne, gdyż ich współczynniki korelacji są większe od granicznego współczynnika korelacji. We wszystkich badanych przypadkach zależności są istotne statystycznie.
159
Analizując krzywe z rysunku 8, można zauważyć, że najmniejszą
moc skrawania uzyskano dla piły mocno napiętej. Potwierdza to spostrzeżenia innych autorów [J. i M. Botwin 1979], że przy dużym napięciu piły
zwiększają się straty na tarcie piły o prowadnicę. W przypadku piły normalnie napiętej można stwierdzić, że przy sile posuwu 97 N występuje maksimum mocy skrawania (1993 W), po przekroczeniu tej wartości moc zużywana na skrawanie zaczyna spadać. Dla piły luźno napiętej moc skrawania
rośnie w całym badanym zakresie. W tym przypadku ze względu na małą
ilość punktów pomiarowych ( dla wartości siły posuwu powyżej
75 N),
trudno wysunąć jakieś znaczące wnioski. Można rozważyć potrzebę przeprowadzenia dodatkowych pomiarów dla piły luźno napiętej.
5. WNIOSKI
 Przy sile ok. 90 N piła łańcuchowa napięta wg zaleceń producenta oraz piła mocno napięta wykazują największą swoją
wydajność skrawania.
 Przy małych siłach posuwu (do 70 N) najlepszą wydajnością
charakteryzuje się normalnie napięta piła łańcuchowa.
 Podczas moich badań największą wydajnością skrawania
charakteryzowała się piła łańcuchowa luźno napięta, czego
nie potwierdzają wcześniejsze badania [J. i M. Botwin 1979,
Górski 1996].
 Średnie wartości powierzchniowej wydajności skrawania dla
poszczególnych napięć przedstawiają się następująco:
 piła luźno napięta – 103 cm2/s;
 piła normalnie napięta – 80 cm2/s;
 piła mocno napięta – 77 cm2/s.
 W zakresie sił posuwu od 50 do 100 N największą moc uzyskała luźno napięta piła łańcuchowa, a najmniejszą mocno
napięta.
 Dla piły normalnie napiętej maksymalna moc skrawania
(1993 W) została uzyskana przy sile posuwu równej 97 N.
6. LITERATURA
1) Botwin J., Botwin M., 1979: Maszynoznawstwo leśne. PWRiL, Warszawa.
2) Górski J., 1995: Próba teoretycznego opisu procesu piłowania
drewna piłą żłobikową. Przegląd Techniki Rolniczej i Leśnej nr 6.
3) Górski J., 1996: Analiza wpływu podstawowych czynników na wydajność i energochłonność procesu skrawania drewna piłą żłobikową. Praca doktorska, SGGW, Warszawa.
4) Maciak A., 1994: Badania oporów i wydajności skrawania drewna
bukowego łańcuchową piłą żłobikową. Przegląd Techniki Rolniczej i
Leśnej nr 11.
160
5) Maciak A., 2000: Wpływ zużycia ogniw tnących piły łańcuchowej na
wydajność skrawania drewna. Przegląd Techniki Rolniczej i Leśnej
nr 1.
6) Więsik J. i inni, 2002: Pilarki przenośne – budowa i eksploatacja.
Fundacja: Rozwój SGGW.
161
Michajło Olijnyk
Instytutu Mechanizacji i Elektryfikacji Rolnictwa
Podolskiego Państwowego Uniwersytetu Rolniczo – Technicznego
Kierownik – mgr inż. Sergiusz Borkowski
m. Kamieniec Podolski
BADANIE MOŻLIWOŚCI TECHNOLOGICZNE UZYSKANIA WARSTWĘ
TWARDEGO STOPU METODĄ ISKRY ELEKTRYCZNEJ NA POWIERZCHNI FUNKCJONALNE NARZĘDZIA SZLIFIEREK Z UZYSKANIEM WKAZNIKÓW TECHNOLOGICZNYCH.
Streszczenie:
W pracy przedstawiono wyniki badań powłoki ze stopów twardych metodą
iskry elektrycznej na powierzchni narzędzia w celu ustalenia optymalnej
wydajności wkazników technologicznych.
Дослідження технологічних можливостей нанесення
зносостійкого покриття на робочі поверхні технологічної оснастки
методом електроіскрового легування
Керівник С.М.Борковський, викладач,
Анотація
В
роботі
приведені
результати
дослідження
нанесення
твердосплавного покриття методом електроіскрового легування
(ЕІЛ) на робочі поверхні інструменту з визначенням оптимальних
технологічних режимів процесу.
Ключові слова: електроіскрове легування, функціональне покриття,
іскровий розряд, „білий шар”, інструмент, опорний ніж, експлуатаційна
стійкість.
Вступ.
Відповідно
до
програми
співпраці
з
підприємством
машинобудування проведені дослідження можливості використання
технології електроіскрового легування функціональних поверхонь
засобів інструментального оснащення виробництва.
Суть методу електроіскрової обробки оснований на преважному
руйнуванні матеріалу аноду в іскровому розряді
і перенесенні
матеріалу аноду на поверхню катода. Основні переваги технології
полягають у можливості переносу на оброблювальну поверхню любих
струмопровідних матеріалів, у тому числі тугоплавких металів і
сплавів, а також у високій адгезії зміцненого шару з основним
162
матеріалом. Метод ЕІЛ дозволяє проводити локальне нанесення
покриття без деформації основи, підвищити стійкість інструменту при
абразивному спрацюванні, сухому терті при впливі високих температур
і механічних навантаженнях, зменшити коефіцієнт тертя.
В основному процес ЕІЛ здійснюється по схемі RС- генератора
залежних імпульсів (рис. 1).Комутація між електродного зазору
здійснюється за рахунок вібрації аноду, частота коливань якого
задається дискретними значеннями 100 і 200 Гц.
Технологія ЕІЛ поверхонь інструментальної оснастки достатньо
досліджена в роботах 1,2,3,4. .Основні наукові дослідження належать
науковцям Інституту проблем матеріалознавства АН України,
Інституту прикладної фізики АН Молдови, та ряду зарубіжних наукових
шкіл.
Рисунок 1 Принципова
схема установки ЕІЛ з
генератором залежних
імпульсів і вібратором (У) по
схемі RC.
Проте, в багатьох працях відмічається неузгодженість і навіть
протиріччя результатів, отриманих при випробуваннях зміцнених
поверхонь, або недостатня кореляція отриманих закономірностей та
показників поверхонь з технологічними режимами процесу.
Протиріччя результатів пояснюються в основному складністю
вибору
оптимальних
режимів
легування,
технологічними
особливостями умов виготовлення і експлуатації інструментальної
оснастки.
Мета досліджень.
Враховуючи неоднозначність результатів наукових пошуків і
технологічних рекомендацій в перерахованих роботах, були визначені
основні напрямки проведення дослідження технології ЕІЛ стосовно
конкретних позицій інструментального виробництва з урахуванням
специфіки їх виготовлення і експлуатації. Увага дослідження була
звернена на підвищення зносостійкості опорних ножів при
безцентровому шліфуванні циліндричних деталей. Звичайно, цю увагу
можна пояснити проблемами технічної і фінансової складності
переточки фасонних поверхонь, а також технічними можливостями
установки ЕІЛ, яка використовувалась при дослідженні.
163
На підприємстві обробка точних циліндричних поверхонь малих
діаметрів виконується по достатньо відомій схемі безцентрового
шліфування на верстаті швейцарської фірми “Кавітон” ( Рисунок 1).
Рисунок 1. Технологічна схема безцентрового шліфування.
1 – виріб; 2 – ніж опорний; 3 – круг абразивний; 4 - круг ведучий;
Верстат у момент поставки був укомплектований опорними
ножами що виготовлені з пресованого твердого сплаву, що має
наближені фізико-механічні властивості до вітчизняного твердого
сплаву ВК6М. Проте, за тривалий термін експлуатації опорні ножі,
якими був укомплектований верстат вичерпали свій ресурс
використання. Взамін їх інструментальна дільниця виготовлює опорні
ножі з інструментальних сталей У7, У10,ХВГ, Х12М, загартованих до
твердості HRС 62…65, експлуатаційна стійкість яких значно нижча, ніж
ножів, виготовлених з твердих сплавів. Застосування у виробництві
швидкоріжучої сталі Р6М5 обмежене вартістю матеріалу і технології
обробки матеріалу, хоча використання її, можливо, більш ефективне з
точки зору експлуатаційної стійкості інструменту.
Методологічне планування дослідження полягає у наступних
етапах:
Нанесення методом ЕІЛ твердосплавного покриття ВК6 на
основу зразків із інструментальних сталей на різних
технологічних режимах процесу легування з дослідженням
порівняльних технологічних показників процесу.
2.
Дослідження фізико-механічних і геометричних показників
поверхні, залежність їх від технологічних режимів ЕІЛ.
3.
Визначення оптимальних технологічних режимів нанесенні
покриття методом ЕІЛ.
4.
Визначення порівняльних експлуатаційних характеристик
функціональних поверхонь.
1.
164
Розробка рекомендацій щодо виготовлення, доводки і експлуатації
опорних ножів з поверхнями, обробленими по технології ЕІЛ.
Матеріалом електроду покриття був вибраний твердий сплав
ВК6 з міркувань задовільних
технологічних властивостей при
застосуванні в ЕІЛ, відносно невисокої вартості і доступності0.
Нанесення покриття було здійснено на установці “Елітрон-10” з ручним
вібратором. Характеристики покриття зведені в таблиці:
При низьких силах струму 0.6-0.8А (1-3 режими установки)
спостерігався ефект прилипання електродів до поверхні зразка ,що
можливо пояснити недостатньою тепловою енергією імпульсу . Згідно
дослідження (3) висота зміцненого шару поверхні складається із зони
перегрітого “білого” шару та зони термічного впливу. Поверхнева зона
“білого” шару виділяється
характерними геометричним “піками”
нерівності поверхні та підвищеною крихкістю і складає приблизно 5-8%
товщини нанесеного шару.
Технологічні показники процесу ЕІЛ.
№
досліду
Технологічні режими
Сила
струму, А
Частота
1
0.6
2
Таблиця 1
Товщина покриття сплавом ВК-8, h, мкм. на
опорний ніж з матеріалу:
Сталь У7
Сталь
У10
ХВГ
Х12М
100
15-25
20
15-25
15-25
0.8
100
30
35
35
25-40
3
1.0
100
35
40
40
35-45
4
1.4
100
45
30
45
35-60
5
1.6
100
50
55
50
40-65
6
0.6
200
25
20
20
35-55
7
0.8
200
35
30
40
35-55
8
1.0
200
65
65
65
35-55
9
1.4
200
80
85
80
40-60
10
1.6
200
95
105
105
45-70
11
1.8
200
100
100
110
45-65
f, Гц
. Значення товщини нанесеного шару іі зміна структури підшарового
матеріалу досліджувались по методиці косого зрізу. Зразки зрізались
під кутом 00 30´
на елктроерозійному вирізному верстаті і
досліджувались на мікроскопі
МИM-7.
165
Згідно дослідження (3) висота зміцненого шару поверхні складається
із зони перегрітого “білого” шару та зони термічного впливу.
Поверхнева зона “білого” шару характеризується геометричним
“піками” нерівності поверхні та підвищеною крихкістю і складає
приблизно 5-8% товщини нанесеного шару . Структура перегрітого
шару схильна до крихкого руйнування при незначних контактних
навантаженнях , тому його товщину не слід оцінювати як робочу. Із
збільшенням сили струму спостерігається ріст товщини покриття , що
пояснюється в роботі з збільшенням масопереносу матеріалу аноду
на поверхню деталі. Проте при максимальних величинах струму
збільшується кропельність перенесеного матеріалу і зменшується
адгезія покриття . Крім того, спостерігається ріст частки “перегрітих
піків” у загальній товщині шару покриття.
Специфіка використання опорних ножів в основному і
інструментальному виробництвах пов’язана з необхідністю обробки
циліндричних поверхонь різних діаметрів і довжини, а також,
різноманітних конструкційних металів. Тому для оцінки стійкості був
прийнятий
критерій
відношення
загального
об’єму
знятого
оброблювального металу заготовок, до лінійної величини спрацювання
робочої частини опорного ножа по висоті.
Дослідженнями підтверджується (5) ефект залишкової підвищеної
стійкості робочої поверхні опорного ножа після повного спрацювання
нанесеного шару зміцненого покриття, що можна пояснити ефектом
дифузії, глибокого проникнення атомів нанесеного твердого сплаву.
Порівняльні показники стійкості опорних ножів
Матеріал
оброблюван
-ої заготовки
Таблиця 2
Коефіцієнти експлуатаційної стійкості для металу опорних
ножів
У7
Сталь 45
К0
1
Сталь 40Х13
1
Кеіл
1,4
5
1,6
:
У10
К0
Кеіл
1
1,4
К0
1
1
1
1,55
ХВГ
Кеіл
1,52
2,07….
.
Х12М
К0
1
Кеіл
1,9
1
2,13
Примітка:
К= .V/Н – прийнятий в роботі критерій стійкості опорної поверхні, що
характеризується відношенням знятого об'єму припуску до висоти
спрацювання інструменту
К0 - критерій стійкості опорного ножа без зміцненого шару;
Кеіл - критерій стійкості опорного ножа з покриттям ЕІЛ;
Висновки:
166
1. Результати досліджень свідчать, що технологія покриття робочої
поверхні опорних з інструментальних сталей методом ЕІЛ
дозволяє збільшити стійкість їх більше, як в 2 рази.
2. Експлуатаційна зносостійкість опорних ножів з нанесеним
метолом ЕІЛ покриттям менша ніж цільних твердосплавних
ножів приблизно на 22…28%, що можливо пояснити зниженою
щільністю покриття відносно цільної твердосплавної поверхні.
3. Підвищена працездатність поверхні спостерігається і після
повного спрацювання нанесеного шару, що підтверджує
висновки роботи (1 ) про зміцнення основного матеріалу
інструменту за рахунок дифузії твердого сплаву.
4. Вартість підтримуючого ножа, виконаного з використанням
методу ЕІЛ в 3,2 рази менша вартості ножа з цільного
твердосплавного ножа за рахунок високої вартості твердого
сплаву.
Література.
1. Голубец В.М. Влияние белого слоя на износостойкость деталей
машин. Автореферат диссертации к.т.н.- Киев,1973, с184.
2. Коваль.Н.П.,Зайцев
Е.А.,
Матраницкий
А.П.Установка
электроискрового механизированого легирования ЭФИ-66, Электронная обработка материалов.,1986,№1, с.82-84.
3. Лазаренко Б.Р., Лазаренко Н.И.Электроискровое легирование
металлических
поверхностей.
Электронная
обработка
материалов.,1977, ,№3, с.12-16..
4. Электроискровое легирование металлических поверхностей
Г.В.Самсонов, А.Д. Верхотуров.- К., Наукова думка,1976, .с212.
167
Овечкина И.А., Мартинсон Е.А.
Кафедра биотехнологии
ГОУ ВПО «Вятский государственный университет», г. Киров, Россия
БЕЗОТХОДНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ ДИКОРАСТУЩЕГО
РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ С ПОЛУЧЕНИЕМ ШИРОКОГО СПЕКТРА
БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ПРЕПАРАТОВ
Несмотря на бурное развитие методов химического синтеза,
производство биологически активных препаратов из натурального
природного сырья сохранит свое значение и в дальнейшем. Таким
сырьем являются дикорастущие растения, плоды и ягоды. Дикоросы
превосходят
окультуренные
растения
как
по
содержанию
биологически активных веществ, так и в части более высокого
иммунного статуса, который они приобрели на протяжении
тысячелетней борьбы за выживание и сохранение себя как вида в
суровых условиях дикой природы. Информацию об этом они хранят в
своем генетическом аппарате и, по-видимому, способны передавать
ее потребителю. Поэтому дикорастущие растения, плоды и ягоды
являются наиболее предпочтительным сырьем для производства
биологически активных препаратов.
На основе анализа состояния действующих
производств,
изучения биохимического состава исходного сырья, с учетом
требований рынка мы разработали концепцию комплексного
использования дикорастущего плодово-ягодного сырья, основные
положения которой выглядят следующим образом:
- производство должно быть малотоннажным модульного типа,
размещенным
вблизи
источников
сырья,
с
мощностью,
соответствующей сырьевым ресурсам региона;
- производство должно быть многопродуктовым;
- рентабельность производства необходимо обеспечить низким
энергопотребленим и глубокой степенью полезного использования
сырья;
- высокую потребительскую стоимость готовых продуктов
необходимо обеспечить хорошим и стабильным их качеством;
- технология должна отличаться малым количеством отходов, в
ней не должны использоваться вредные вещества.
168
На основе этих принципов нами разработана технология
комплексной переработки дикорастущего плодово-ягодного сырья с
получением широкого спектра целевых продуктов с заданным
качеством. Она заключается в том, что из плодов получают
препараты, содержащие водо- и спирторастворимые биологически
активные вещества, а также препараты, содержащие липиды. Твердые
остатки после экстракций используют в качестве компонентов добавок.
Технология отработана на плодах дикорастущего шиповника.
Суть технологии заключается в разделении плодов на две
фракции: плодовую оболочку и семена. Из оболочки путём
добавления к ней сухих ягод готовится витаминизированный чайный
напиток.
На стадии извлечения водорастворимых веществ, в том числе
полисахаридов, из оболочки используется ультразвуковая обработка
с последующим ферментативным гидролизом, что позволяет
наиболее полно извлекать их и получать сок с повышенной
сорбционной способностью по отношению к ионам тяжелых металлов.
Этот сок может использоваться для получения сиропа, причем
подобранные нами условия экстрагирования оболочек шиповника
позволяют избежать при этом стадию упаривания.
Из
измельченных
семян
экстракцией
органическим
растворителем получают масло. Нами разработана методика
получения масла шиповника постоянного качества. Регулируя долю
оболочек, добавляемую к семенам, можно получить требуемое
содержание каротиноидов в готовом продукте.
После экстракции масла из семян остается шрот. Биохимический
анализ шрота показал, что он обладает высокими кормовыми
достоинствами. Была разработана рецептура и технические условия
на кормовую витаминную добавку на основе шрота шиповника. Были
поставлены два научно-хозяйственных опыта, в результате которых
достоверно
установлена
зоотехническая
эффективность
использования кормовой витаминной добавки на основе шрота
шиповника в рационах клеточной ондатры в период размножения.
Производство и реализация биологически активных добавок
(БАД) к пище становится динамично развивающимся направлением в
фармации, экономике и торговле. Достаточно самостоятельной
группой БАД являются добавки, полученные на основе растительных
масел. Проанализировав некоторые БАД на основе растительных
масел, представленные на рынке, мы обнаружили, что все они не
сбалансированы по содержанию каротиноидов, ни по токоферолам, ни
по составу жирных кислот.
При анализе жирнокислотного состава особое внимание уделяли
содержанию линолевой и - линоленовой кислот. По результатам
определения жирнокислотного состава следует отметить достаточно
169
высокое содержание линолевой кислоты во всех пробах, в то время
как линоленовая кислота присутствует только в масле шиповника.
Линолевая кислота, которая относится к классу ПНЖК омега-6,
является биологически активным веществом и играет важную роль
при иммунных нарушениях, сердечно-сосудистых заболеваниях и т.д.
Однако медицинскими исследованиями установлено, что одного ее
присутствия в рационе недостаточно. Необходимо, чтобы ей
сопутствовала линоленовая кислота, которую относят к классу ПНЖК
омега-3, причем их соотношение должно быть определенным: от 1:1
до 4:1.(Исследованиями установлено, что соотношение омега-3 и
омега-6 в рационе питания современного человека в последнее время
составляет 1:20-1:30). Однако при этом наиболее оптимальным
соотношением между ними считается 1:10 для здорового человека и
для лечебного питания 1:1 – 1:5 (по данным Института питания
РАМН).
В связи с этим для достижения заданного содержания и
соотношения жирорастворимых биологически активных веществ нам
представляется перспективной идея конструирования БАД из
различных масел.
В составе масла шиповника в значительном количестве
обнаружена линоленовая кислота, что позволило нам основе масла
шиповника сконструировать биологически активную добавку к пище,
сбалансированную по трем группам витаминов: каротиноидам,
токоферолам и полиненасыщенным жирным кислотам, названную
«Масляный бальзам». Этот препарат представляет собой смесь масел
шиповника и облепихи в строго определенном соотношении. На него
разработаны технические условия, в которых регламентируются
количественные показатели этих биологически активных веществ, а
также соотношение линолевой и линоленовой кислот.
Работа по конструированию БАД на основе растительных масел
была продолжена, упор был сделан на содержание в них линоленовой
кислоты и на соотношение линолевой и линоленовой кислот. С этой
целью были проведены исследования по выявлению источников
линоленовой кислоты. Среди масличных растений самым богатым
является лен, где содержание кислоты составляет 50-70%. Также
большое ее количество содержится в морошке и шиповнике. Следует
отметить черную смородину и огуречную траву, имеющие в своем
составе помимо α-линоленовой кислоты γ-линоленовую, которая
также обладает важными свойствами.
На основе совокупности результатов экспериментальных
исследований разработана типовая технологическая линия по
комплексной
переработки
плодов
шиповника
в
условиях
малотоннажного производства.
170
Оно состоит из нескольких участков:
- участка подготовки сырья;
- участка по получения сиропа;
- участка по получению масла шиповника.
По
результатам
проведенных
исследований
была
спроектирована и сооружена опытно-промышленная технологическая
линия модульного типа.
Она состоит из нескольких участков. На участке подготовки
сырья производится сушка плодов шиповника, их раздавливание,
разделение на семена и плодовую оболочку и измельчение семян до
требуемой крупности. Указанные операции выполняются на серийном
оборудовании: сушильной установке ЦС 266, валковой дробилке ДГ
200х125, вибрационном грохоте Гр 5, микромельнице молотковой
10ММ.
Семена идут на производство масла шиповника, оболочки могут
идти на получение витаминизированного чайного напитка и/или
перерабатываться с получением сиропа и каротинсодержащего
препарата.
Сущность стадии приготовления сиропа заключается в том, что
оболочки шиповника промывают водой в душевой мойке (М-1),
загружают в УЗ-экстрактор (УЗ-2), заливают водой в соотношении 5:1 и
дают настояться в течение часа. Затем набухшую массу
обрабатывают ультразвуком при комнатной температуре в течение 10
минут. После этого в экстрактор добавляют ферментный препарат
Пектофоетидин П10х
в количестве 0,03% к массе оболочек и
проводят ферментативную обработку при 45С в течение часа.
Температурный режим поддерживают путем подачи в тепловую
рубашку экстрактора горячей воды
После ферментативной обработки гидролизатмассу подают на
вакуум-фильтр ВФ-3. Очищенный экстракт поступает в сборникмерник Сб-4. Сироп готовят в пищеварочном котле К-5. В котел
подают экстракт, сахарный песок и лимонную кислоту, перемешивают
массу до получения сиропа с плотностью 73%. Сироп фильтруют
через четыре слоя марли. Затем следует розлив, укупорка и
затаривание.
Экстракция липидов из семян проводится на установке с двумя
экстракторами объемом по 25 литров каждый озонобезопасной
смесью хладонов при комнатной температуре. Установлена требуемая
степень измельчения сырья, кратность обработки его растворителем и
условия удаления его из мисцеллы.
171
Процесс приготовления кормовой добавки заключается в
простом смешивании шрота шиповника с другими сыпучими
компонентами. В данном случае его производили в мешалке СО-210.
Прорабатывается
вопрос
выпуска
кормовой
добавки
в
гранулированном виде.
В результате разработана технология комплексной переработки
плодов шиповника, которая отвечает современным организационнохозяйственным, технико-экономическим и экологическим требованиям:
- модульный принцип позволяет разместить производство вблизи
источников сырья и создавать мощности, соответствующие его
ресурсам в регионе;
- производство характеризуется полным использованием ценного
растительного сырья и пониженным энергопотреблением;
- практическое отсутствие отходов делает его экологически
безопасным;
- многопродуктовый характер производства создает предпосылки
для использования логистических подходов, позволяющих наиболее
полно учитывать динамично меняющиеся потребности рынка;
- высокое и стабильное качество готовых
обеспечивает им высокую потребительскую стоимость;
продуктов
- наличие типового оборудования и разработанной нормативнотехнической документации
делают возможным ее широкое
тиражирование.
разработана
технология
комплексной
Таким
образом,
переработки плодов шиповника, которая отвечает современным
требованиям ресурсо- и энергосбережения и экологической
безопасности. Она может быть тиражирована и масштабирована.
172
Luboš Passian, Miroslav Přikryl
Prague, Czech Agriculture University
MECHANICAL DURABILITY – WAY FOR JUDGING PELLET STABILITY
Abstract:
Solid biofuels are the most important source of renewable energy in
Czech Republic. Despite of the most frequently used solid biofuel is still
firewood for households and crushed shavings, chips and sawdust for heating and power stations, compressed biomass fuels become more popular
every year. Pellets are most advanced form of pressed biofuels fated to its
user’s friendliness, human labour reduction by burning automation and
thereby higher energy efficiency, but under condition that quality is stable
and warranted. Collected samples of pellets from different raw materials
and productive capacity were tested for mechanical durability according to
ÖNORM M-7135 and CEN/TS 15210-1:2005 (ČSN CEN/TS 152101:2006).
Introduction:
Pellets are a unified biofuel product for heat and electricity production. Biomass pellets burn carbon neutral, they do not contribute to the
global warming as fossil fuels. Their high density permits compact storage
and rational transport over long distance. They can be conveniently blown
from a tanker to a storage bunker or silo on a customer's premises or sold
in big-bags or plastic bags usually 15 kg weight. To ensure continuous operations of pellet appliance, then quality of the pellets is of the utmost importance. Of course a degree of the deterioration depends case by case on
characteristics of raw material, particle size, binder and press technology
used. Mechanical durability (DU) is a measure of how stable the pellet is
and how likely it is to produce fines from normal handling. There is a lot of
national standards and quality marks for wood pellets broadly used, but international standardization warranting stable quality of pellets is needed
because current national standards provide no delineation of sampling,
analysis and frequencies. Clear standards and specifications would allow
industry to grade the fuels for their intended market and underpin consumer
confidence.
Some of pellets’ properties obtained from raw materials transformation to final products could be changed during the manipulation and
storage. Briefly speaking, the more manipulation with pellets is done more
fines we get and bad storage condition with high humidity is the case of water absorption, pellet crumbling and lower calorific value. The amount of
fines is especially important in case of small heating installations, which
need extremely high pellet quality because high amount of fines cases
transportation and burning failures. Characteristics’ change knowledge and
173
mapping is considerable for compacting process as well as logistics and
subsequent usage only under condition that data obtained at any enterprise
or laboratory are reliable and comparable.
Following text will describe comparing mechanical durability of 15
pellets’ samples collected from Czech and Slovak commercial production
with annual turn-out more than 5 000 tones and samples made by smallscale pellet technology with different composition of raw materials according to Tab. 2. Diameter 6 mm is for all pellets common feature. Despite of
the fact that Czech Republic is one of the most forested countries in Europe
we can suppose growing enforcement for using potentially more problematic raw materials with higher ash and N-content and four sources were collected from alternative sources than wood.
Methods:
Collection of samples represents commercially tradable pellets obtained from producers in 15 kg plastic bags (samples no. 1 to 8) and pellets
made from alternative sources of biomass on small scale pellet line MGL
2OO (samples no. 9 to 15). MGL 200 is able to process small batches of
raw material and production per hour varies between 100 to 200 kg. Samples no. 9, 10, 13, 14 and 15 were before pelletizing were chopped by mobile woodchipper Pezzolato PZ 110 then proceed by hammer mill Stoza ŠV
15 Ø 4 mm holes screen except sample no. 14 (screen Ø 8 mm holes) and
15 (screen Ø 15 mm holes)
Tab. 2: Collected pellets Ø 6 mm tested for mechanical durability
Sample
No.
1
2
SPRUCE
SPRUCE
Sample
No.
9
10
3
PINE
11
4
SPRUCE
12
5
OAK+BEECH
13
6
OAK+BEECH+LUCUST
14
7
SPRUCE
15
8
RAPE STRAW
Raw material
174
Raw material
RUMEX OF UTEUSCH
GARDEN WOOD SPECIES
SEPARATE AFTER ANAEROBIC
FERMENTATION
SEPARATE AFTER ANAEROBIC
FERMENTATION+SPRUCE
SAWDUST (1:1)
REED CANARYGRASS 4 MM
CRUSH
CRUSH
CRUSH
Durability was observed by two methods widely used across Europe because of their fundamentally different physical principles of testing samples
according to type of intended pellet transportation.
First method is based on Austrian pellet standard ÖNORM M-7135
[7] using referential arrangement Ligno-tester or equivalent installation,
where pre-screened 100 g sample of pellets is exposed for 60 seconds to
70 mbar air flow in perforated down-head pyramidal box.
Figure 1: Ligno-tester
Tester simulates pneumatic conveyance.
Second method is based on Pfost-test described first at US standard ASAE S269.4 later used worldwide for testing animal pelletized feeding
and proposed as reference method of CEN/TS 15210-1:2005 technical
specification issued by European Committee for Standardization CEN) and
so implementer to ČSN
CEN/TS 15210-1:2006 [1];
pre-creened 500 g pellets
sample is subjected to shocks
in defined rotary test chamber
50±2 rotation per minute for 10
minutes and screened after
tumbling.
Figure 2: Pfost tester
175
Tester simulates conditions during mechanical transportation.
The durability is calculated from the original weight and remaining part after
test according to formula:
AR = (mE-mA) / mE*100 [%]
Where AR is percentage formulation of dust, mE is weight of sample after
test and mA is weight of sample before test. Pellet mechanical durability is
reciprocal value of AR.
Results:
Every sort of pellets was tested by quintuple determination both Ligno-tester and Pfost-tester; summary of measuring is listed in Figure 3: Dust
average value and standard deviation of 15 pellet samples 6 mm by Lignotester and Pfost-tester according to ÖNORM M-7135 and CEN/TS 152101:2005 and graphically displayed in Figure 4.
Figure 3: Dust average value and standard deviation of 15 pellet samples 6 mm by Ligno-tester and Pfost-tester according to ÖNORM M7135 and CEN/TS 15210-1:2005 (ČSN CEN/TS 15210-1:2006)
Sam
ple
No.
Dust average value - ØAR [%]
Standard deviation - σ
New Holmen
Tester
Pfost Tester
CEN/TS 152101:2005
New Holmen
Tester
ÖNORM M7135
ÖNORM M7135
Pfost Tester
CEN/TS 152101:2005
1
0,94
0,87
0,23
0,27
2
0,96
0,89
0,22
0,23
3
1,86
1,89
0,18
0,26
4
3,20
4,18
0,41
0,73
5
1,16
1,10
0,05
0,43
6
0,70
0,69
0,10
0,30
7
0,44
0,53
0,13
0,17
8
1,62
1,79
0,33
0,51
9
4,74
4,86
0,50
1,01
10
4,04
3,51
0,27
2,13
176
11
1,82
2,32
0,19
0,75
12
6,92
4,84
0,98
4,40
13
5,68
5,82
0,44
2,06
14
4,36
4,46
0,30
0,74
15
2,94
2,65
0,24
0,36
Figure 4: Comparison of fines amount on pellet durability testers
8,00
7,00
6,00
[%]
5,00
4,00
3,00
2,00
1,00
0,00
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Sample No.
ØAR New Holmen Tester
ØAR Pfost Tester
Conclusions:
Pellets’ quality and stability plays important role from production to
end users satisfaction. Data comparing obtained by both Ligno-tester and
Pfost tester follow similar trend with the result that Ligno-tester reached
smaller standard deviation for all collections of samples. Samples number
9. to 15. made by small-scale pellet technology MGL 200 at university’s laboratory, has significantly more tendencies for breaking up during both test
methods than commercially produced pellets. Causation of this fact could
be in many variables, and more tests have to be done simultaneously with
the same input material to different pelletizing technologies. Lower durability is to some degree welcome because softer pellets ignite easer [4].
From my point of view there is no significant variation between both
methods’ results but Pfost test is more time consuming and exacting what
177
is obstruction for on-line testing systems as well as human being. Fast and
user-friendly testing appliances are pivotal step for intended European
classification embracement by industries. There should be discussion if the
Pfost test is right test method opened again.
Samples prepared from Reed Canarygrass with different raw material fraction gave interesting result because pellets made from finer crushing were less durable what is adherent to usually published findings.
Literature:
[1] ČSN P CEN/TS 15210-1: Solid biofuels - Methods for the determination
of mechanical durability of pellets and briquettes - Part 1: Pellets. Prague,
Czech Republic: Czech Normalization Institute, 2006-01-08. 12 p.
[2] DIN 51731: Testing of solid fuels - compressed untreated wood, requirements and testing. Berlin, Germany: Deutsches Institut für Normung;
1996
[3] Czech Biomass Action Plan for period 2009 – 2011. CZ Biom – Czech
Biomass Association, Ministry of Agriculture [online]. 2008-12-04. 17 p. [cit.
2009-03-27].
From: http://www.mze.cz/attachments/AP_biomasa_0901.pdf
[4] Feedback on prEN 14961 standards from industry and workshops, Project No. 038644 – BioNorm II, VTT, Technical Research Centre of Finland,
BioNorm
II.
2008-04-30.
51
p.
[cit.
2009-03-27].
From:
http://www.bionorm2.eu/downloads/DIV.6-2008-05-05.pdf
[5] Križan, P.: Vplyv konštrukčných parametrov lisovacej komory na proces
zhutňovania. Energie z biomasy VII, Brno, Czech Republic: Vysoké učení
technické v Brně, 2007.
p. 71 – 78. ISBN 978-80-214-3542-1. [cit.
2009-03-27]. From: http://oei.fme.vutbr.cz/konfer/biomasa_vii/papers/enbiovii.pdf
[6] Matúš, M.: Parametre ovplyvňujúce kvalitu výliskov z biomasy
z hľadiska procesu ich výroby. In Energie z biomasy VII, Brno, Czech Republic: Vysoké učení technické v Brně, 2007. p. 115 – 120. ISBN 978-80214-3542-1. [cit. 2009-03-27]. From:
http://oei.fme.vutbr.cz/konfer/biomasa_vii/papers/enbio-vii.pdf
[7] ÖNORM M 7135: Compressed wood or compressed bark in natural
state pellets and briquettes, requirements and test specifications. Vienna,
Austria: Österreichisches Normungsinstitut. 2000-11-01. 10 p.
178
Bogusław Pieczykolan
Politechnika Warszawska
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa
Studenckie Koło Naukowe Energetyki Niekonwencjonalnej
PROJEKT BUDOWY INSTALACJI KOLEKTORÓW SŁONECZNYCH
W DOMU JEDNORODZINNYM
Projekt miał na celu zbudowanie instalacji kolektorów słonecznych,
które zaspokoiłaby potrzeby domu jednorodzinnego na C.W.U w okresie
letnim, a także promowanie energii odnawialnej na terenach wiejskich i rolniczych.
Do stworzenia instalacji wykorzystanych zostało 5 płyt absorberów o
łącznej powierzchni 5,20 m2, które pochodziły ze starych instalacji kolektorów słonecznych.
Absorber wykonany został z dwóch aluminiowych sprasowanych arkuszy blachy galwanicznie pokrytych powłoką trójtlenku aluminium czernionego siarczanem amonowo-niklowym o absorpcyjności wynoszącej 0,95 i
emisyjności 0,85.
Mając do dyspozycji gotowy absorber do wykonania pozostały dalsze elementy kolektora, a także odpowiedni projekt instalacji, który musiał
uwzględniać 2 czynniki:
- odpowiedni dobór elementów i usytuowanie układu, zgodnie z fizyką zjawiska,
- estetyka budowy instalacji.
Celowość budowy instalacji
Aby dokładniej określić celowość budowy danej instalacji, należy
omówić potencjał energetyczny miejsca, w którym realizowany jest dany
projekt.
Do określenia zasobów helioenergetycznych danego regionu potrzebujemy
znajomości 3 wielkości:


gęstości strumienia promieniowania słonecznego [W/m2]
nasłonecznienia [kWh/m2]- jest energia promieniowania słonecznego docierającego na jednostkę powierzchni odbiornika w ciągu
określonego czasu [1]
179

usłonecznienia[h]- liczba godzin z bezpośrednio widoczną operacją
słoneczną [1]
Na gęstość strumienia promieniowania słonecznego maja wpływ 3 składowe
-promieniowanie bezpośrednie – dochodzące z bezpośredniej tarczy słonecznej
-promieniowanie rozproszone – rozpraszane przez chmury, cząstki pyłu i
aerozole
-promieniowanie odbite – promieniowanie odbite od podłoża, lub otoczenia
Składowe promieniowania całkowitego
Dom, dla którego sprawdzamy celowość stosowania instalacji, leży
w powiecie chełmskim, w województwie lubelskim. Biorąc pod uwagę całą
powierzchnię kraju, jest to teren charakteryzujący się najlepszymi warunkami nasłonecznienia ( około 1200 kWh/m2), usłonecznienia (ok. 1650
h/rok).
Drugim elementem, który wpłynął na realizację przedsięwzięcia był
fakt, iż potrzebny był system, który zaspokoiłby potrzeby na C.W.U dla 4-5
osób w okresie letnim. Istniejąca instalacja ogrzewania wody, ze względu
na brak izolowanych rur, a także złych właściwości danego systemu
ogrzewania (mały wydatek masowy podgrzanej wody uniemożliwiający pobór czynnika z więcej niż jednego źródła jednocześnie, a także istnienie
konieczności okresowej wymiany butli).
Biorąc pod uwagę wszystkie powyższe czynniki można stwierdzić, iż instalacja kolektorów słonecznych może być uzasadnionym rozwiązaniem dla
powyższego przypadku.
Koncepcja budowy kolektora;
Zagadnienia mające wpływ na dobór materiałów:
 dostępność materiałów na rynku
 odpowiednie właściwości termodynamiczne
 łatwa obróbka
 niska cena
180
Typowy kolektor płaski składa się z :
-absorbera
-obudowy
-izolacji
-pokrywy
Po dokładnej analizie zagadnień techniczno -ekonomicznych do budowy zostały wybrane następujące materiały:
 obudowa, składająca się z dwóch części:
-rama z drewna o grubości 2,5 cm
-dno pokrywy z blachy ocynkowanej o grubości 0,6mm
 izolacja-wełna mineralna o grubości 5cm
 pokrywa- poliwęglan komorowy przezroczysty o transmisyjności 0,81 i
współczynniku przenikania
k- 3 (W/m2K)
Do zabezpieczenia drewna, przed wpływem warunków atmosferycznych, zostały użyte 2 rodzaje impregnatów. Na wybór poliwęglanu miały
wpływ jego dobre właściwości plastyczne (możliwość gięcia na zimno), co
ma szczególne znaczenie przy wyborze ramy drewna, gdyż w ten sposób
poliwęglan jest w stanie wytrzymać naprężenia, jakie może powodować
rama.
Projekt budowy instalacji
Najprostsza instalacja kolektorów słonecznych składa się ze:
 zbiornika
 sterownika (regulatora różnicowego)
 kolektora
 naczynia wzbiorczego
 pompy obiegowej
 rur, zaworów, odpowietrzników, innych elementów hydraulicznych.
Dobór zbiornika
Czynnikami wpływającym na dobór były:
- odpowiednia wielkość, dostosowana do liczby osób zamieszkujących
dom. Ze względu na fakt, iż kolektory miały być możliwie jedynym dostępnym źródłem energii potrzebnej do podgrzania C.W.U (układ monowalnetny), jako odpowiednią wielkość zbiornika przyjąłem 200l, co stanowi ok. 40l
wody na 1m2 kolektora;
181
- możliwie maksymalna wielkość wężownicy - dany zbiornik posiada wężownice o pow. 1,5 m2.
Dobór sterownika
System sterowania powinien opierać się o możliwość sterowania pompą
obiegową w zależności od różnicy temperatur. Ze względów bezpieczeństwa przydatna jest także funkcja, która polega na zatrzymaniu obiegu w
momencie przekroczenia maksymalnej temp. czynnika w absorberze.
Dobór naczynia wzbiorczego:
Do obliczenia odpowiedniej pojemności naczynia wzbiorczego posłużyłem
się wzorem:
Vwzb  (0,02 *Vin   *Vin  n *Vkol ) * (
pmax  100
)
pmax  paz
Vin - pojemność instalacji [dm3]
 -rozszerzalność cieplna czynnika
n-
liczba kolektorów
Vkol -pojemność kolektora [dm3]
pmax -dopuszczalna wartość p w obiegu pierwotnym[kPa]
paz -ciśnienie wstępne azotu w poduszce
Źródło (A. Chochowski, D. Czekalski „Słoneczne instalacje grzewcze”)
- z obliczeń wynikło, iż dla instalacji tego typu najodpowiedniejsze będzie
naczynie o poj.18 dm3.
Dobór pompki obiegowej
W trakcie doboru urządzenia trzeba było wziąć pod uwagę spadki ciśnienia
na poszczególnych elementach instalacji, jak i wysokość usytuowania kolektora ponad wysokość pompy. Ostatecznie wybrany został model UPS
25-60 o wysokości podnoszenia do 6m. Jest to typowa pompa używana w
obiegach C.O. posiadająca 3-stopniowy system regulacji prędkości obrotowej.
182
Usytuowanie układu zgodnie z fizyką zjawiska i estetyką budowy instalacji
Jako miejsce odpowiednie dla kolektorów wybrana została część dachu
usytuowana w kierunku południowym, nachylona pod kątem 35 stopni do
powierzchni poziomej.
Usytuowanie zbiornika nastąpiło w miejscu, które było położone maksymalnie blisko poboru wody. Było to konieczne ze względu na fakt, iż instalacja C.W.U., istniejąca w danym obiekcie była nieocieplona, więc aby
skrócić czas oczekiwania na podgrzaną wodę, konieczne było osiągnięcie
minimalnej odległości od zbiornika.
Rysunek schematyczny przedstawiający rozmieszczenie instalacji względem punktów poboru wody
Zestawienie kosztów budowy
Elementy instalacji bez kolektora
Cena [zł]
Zbiornik
1150
Pompa
125
Sterownik
160
Elementy hydrauliczne
750
Usługi hydrauliczne
350
SUMA
2535
183
Elementy obudowy kolektora
Cena[zł]
Deski
80
Poliwęglan komorowy
320
Blacha 0,6 mm
108
Silikon
39
Wkręty
50
Wełna mineralna
42
Folia
20
SUMA
659
SUMA = Elementy instalacji bez kolektora + Elementy obudowy kolektora = 3200 zł
Szacowany okres zwrotu inwestycji
Ze względu na fakt, iż w okresie letnim do podgrzania C.W.U służył przepływowy ogrzewacz wody, to koszt ogrzewania jest bezpośrednio związany
z ilością zużytych butli gazu propan butan, a także od ich aktualnej ceny
rynkowej.
Miesiąc
Marzec
Kwie.
Maj
Czer.
Lip.
Sierp.
Wrze.
Paź.
Ilość butli zużytych
1
1,5
2
3
3
3
1,5
1
cena za
1 butle
45 zł
Koszt
zużytej
energii
720 zł
Do oceny czasu zwrotu inwestycji możemy używać dwóch metod:
-Prostej(najpopularniejszą jest określenie okresu zwrotu nakładów inwestycyjnych).
-Dynamicznej (najpopularniejszą jest metoda zaktualizowanej wartości kapitałowej netto, popularnie zwana NPV).
Metoda prosta nie uwzględnia zmian wartości pieniądza w czasie.
W metodzie prostej:
t
I
3200

=4,67 lata
Z 720 * 0,95
184
gdzie:
I- nakłady inwestycyjne na budowę
Z- Roczne oszczędności wynikające z budowy kolektorów przy założeniu, że pokryją one 95% zapotrzebowania na C.W.U w okresie letnim
Z wyników zawartych w metodzie prostej wynika iż inwestycja zwróci się po
4 latach na początku miesiąca sierpnia.
W metodzie dynamicznej:
n
NPV  
t 1
CFT
I
(1  r )t
przy założeniu NPV=0 otrzymujemy:
CFT- Przepływy pieniężne w naszym przypadku są równe Z
r- stopa dyskonta (przyjęta na podstawie indeksu wskaźnika WIBOR, który dla okresów 1
roku przyjmuje wartość 4,89%)
n
I 
t 1
CFT
Po odpowiednich algebraicznych przekształceniach otrzy(1  r )t
muję wzór:




1


ln
 I * (r  1) 


 = 5,44
n Z
ln(1  r )
wzór określa ilość lat po których uzyskamy wewnętrzna stopę zwrotu kapitału.
Poprzez szereg założeń jakie poczyniłem wynik rzeczywisty może odbiegać od obliczonego powyżej. Założenie stałej ceny gazu przez okres 5 lat z
dużym prawdopodobieństwem da zły wynik. Podobnie założenie, że potrzeby na C.W.U zostaną w 95% pokryte przez kolektory (choć w okresie 3
tygodni pracy potrzeby zostały zaspokojone w 95,2%). Jednak w miarę
przeprowadzonych przeze mnie analiz postaram się powstałe błędy skorygować.
Uproszczony charakter przyjętych przeze mnie założeń nie zmienia jednak
faktu, iż instalacje kolektorów słonecznych mogą z powodzeniem konkurować z tradycyjnymi systemami ogrzewania a ich liczba wraz ze wzrostem
cen paliw konwencjonalnych będzie stale rosła.
185
Jacek Sałamaj, Adam Koniuszy
Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie,
Zakład Podstaw Techniki
UKŁAD KOGENERACJI ENERGII Z WYKORZYSTANIEM BIOPALIW
DO ZASILANIA SILNIKA AD3.152UR
1. Wstęp
W wyniku rosnącego zapotrzebowania na paliwa kopalne, w szczególności na ropę naftową i jej pochodne, zwiększa się obciążenie środowiska przyrodniczego, zanieczyszczanego produktami spalania. Ponadto
silniki wielu pojazdów, znajdując się na końcu drogi swojego „życia eksploatacyjnego”, wydzielają większą ilość toksycznych składników w spalinach. Dochodzi w nich do zwiększonych przecieków oleju do komory
spalania, co dodatkowo pogarsza jakość spalin oraz obniża sprawność
ogólną.
Jedną z możliwości poresursowego wykorzystania silników jest ich
współpraca w układach kogeneracji energii przy niepełnym wykorzystaniu parametrów znamionowych.
W dobie rozwoju technologii nie można wyobrazić sobie gospodarstwa
domowego bez urządzeń pobierających prąd. Jednak wytworzenie niezbędnej energii do pracy urządzenia wymaga spalenia dużych ilości paliw kopalnych, zarówno w celu wydobycia kolejnych porcji kopalin jak też
i przetworzenia ich na paliwo. Dodatkowy problem stanowi fakt, iż paliwa
te ulegają stopniowemu wyczerpaniu. Wspomniane aspekty wpłynęły na
rozpoczęcie badań, które miały na celu wskazanie sposobu jak najefektywniejszego wykorzystania potencjału tkwiącego w paliwach oraz zastosowanie różnych alternatywnych paliw, które w mniejszym stopniu
obciążają środowisko przyrodnicze.
Współczesne silniki ZS jedynie w około 35% wykorzystują energię chemiczną, którą niesie ze sobą paliwo niezbędne do ich pracy. Jeszcze
mniejszą wydajność wykorzystania oleju napędowego mają silniki często
30 letnich ciągników pracujących w polskim rolnictwie. Co więc zrobić z silnikami, które są zastępowane przez nowocześniejsze i efektywniejsze konstrukcje, aby w możliwie najlepszy sposób wykorzystać tkwiący w nich potencjał eksploatacyjny a jednocześnie odciążyć środowisko naturalne?
Jedną z możliwości jest zastosowanie do produkcji skojarzonej energii
elektrycznej oraz cieplnej w jednym urządzeniu. Może być to przykładem
dobrej praktyki wtórnego wykorzystania części maszyn. Energię pozyskaną
w ten sposób nazywamy skogenerowaną, a proces jej produkcji kogeneracją.
186
Przy produkcji energii w ten sposób zostaje wykorzystane, do 90%
energii pierwotnej, którą zawiera w sobie paliwo wprowadzone do komory
spalania silnika ZS [4].
Kogeneratorami są układy, w których do wytworzenia ciepła i produkcji
prądu, czyli napędu prądnicy synchronicznej lub asynchronicznej, zastosowano silnik spalinowy. Energia elektryczna jest wytwarzana w prądnicy,
poprzez wspólny wał podłączony z silnikiem ZS. Natomiast produkcja ciepła to nic innego jak chłodzenie silnika oraz spalin za pomocą wymienników
ciepła [4].
2. Założenia badawcze
Elektryczny silnik asynchroniczny nie może pracować bez instalacji podłączonej do sieci energetycznej. Warunkiem niezbędnym jest przyłącze do
sieci energetycznej i wykorzystanie energii biernej z tej sieci na wzbudzenie
silnika asynchronicznego do pracy w trybie prądnicy. Trwałe i stałe podłączenie do sieci energetycznej nie musi być tylko ograniczeniem. W przypadkach zwiększonego poboru energii elektrycznej w gospodarstwie lub
przerw w pracy agregatu kogeneracyjnego przyłącze zapewnia stałe dostawy energii do gospodarstwa. Dodatkowym atutem jest brak konieczności
ustawiania częstotliwości prądu, co dla odbiorników asynchronicznych pracujących bez dostępu do sieci ma istotne znaczenie (rys. 1) [2].
Licznik
energii
Sieć
energetyczna
Odbiornik
Sterowanie
Silnik ZS
Prądnica
Rys. 1. Schemat ideowy układu do pozyskiwania energii elektrycznej [1]
Wymiary układu opartego na takiej prądnicy asynchronicznej są mniejsze od układu z prądnicą synchroniczną, konstrukcja mniej złożona a
przez to łatwiejsza w obsłudze. Zwiększa się sprawność agregatu poprzez wykorzystanie całego potencjału zawartego w paliwie. Obniża się
również w ten sposób koszty instalacji układu, co powoduje go bardziej
dostępnym dla szerokiego grona potencjalnych użytkowników. Współ-
187
praca pomiędzy prądnicą a silnikiem spalinowym powinna odbywać się
w określonym zakresie prędkości obrotowych. Pozwala to na obniżenie
kosztów instalacyjnych całego układu oraz zwiększa sprawność mechaniczną. Zyskujemy w ten sposób możliwość wykorzystania nietaryfikowanej energii elektrycznej oraz ciepła, które jest produktem ubocznym.
Aby w całości wykorzystać potencjał tkwiący w energii paliwa należy dążyć do wykorzystania ciepła powstałego w wyniku procesu spalania paliwa w komorze spalania. Możliwe staje się określenie procentowego
wykorzystania energii zawartej w podanym do komory spalania silnika
paliwie. Bilans cieplny silnika można przedstawić za pomocą zależności
(1) [1, 3]:
Q  Qe  Qch  Q w  Qn  Qr
(1)
gdzie:
Q – ciepło dostarczone do silnika,
Qe – ciepło użyteczne,
Qch – ciepło zużyte na chłodzenia (straty chłodzenia),
Qw – ciepło zużyte na wydech (straty wydechu),
Qn – straty ciepła niezupełnego lub niecałkowitego spalania,
Qr – reszta ciepła.
W układach kogeneracyjnych można wykorzystać ciepło powstałe w wyniku chłodzenia silnika oraz ciepło spalin powstających w wyniku spalania
mieszanki powietrzno-paliwowej. Co zaś się tyczy ciepła straconego na
niezupełne i niecałkowite spalenie, możliwe jest ograniczenie tych strat poprzez zastosowanie kotłów kompensacyjnych skąd niedopalone sprężone
paliwo trafiać będzie powtórnie z nową porcją powietrza do komory spalania [5].
3. Metodyka badań
Celem pracy było określenie przydatności układu kogeneracji energii
złożonego z silnika ZS oraz silnika asynchronicznego, pracującego w trybie
prądnicowym w indywidualnym gospodarstwie rolnym. Przy ocenie układu
pod uwagę brano następujące czynniki: wykorzystanie energetyczne paliwa, skutki ekonomiczne i ekologiczne przedsięwzięcia.
Doboru urządzeń do układu kogeneracji dokonano na podstawie charakterystyki uniwersalnej silnika AD3.152UR, wyznaczonej w warunkach laboratoryjnych na hamowni Zakładu Podstaw Techniki (fot. 1).
188
FOT. 1. WIDOK SILNIKA AD3.152UR NA STANOWISKU
DYNAMOMETRYCZNYM
Jako prądnicę, w rozpatrywanym układzie, zaproponowano indukcyjny
klatkowy trójfazowy silnik elektryczny o budowie zamkniętej i oznaczeniu
Sf-180 L-4.
Podstawowe dane techniczne silnika AD3.152UR zawarto w tab. 1.
Tab. 1. Dane techniczne silnika AD3.152UR
Rzędowy, wysokoprężny, czteTyp
rosuwowy
Zasilanie
Wtrysk bezpośredni
Liczba cylindrów
4
Pojemność skokowa
3,12 [dm3]
Stopień sprężania
17
Moc znamionowa
35 [kW]
Maksymalny moment obrotowy
167 [Nm]
Obroty mocy znamionowej
2200 [obr/min]
Jednostkowe zużycie paliwa
265 [g/kWh]
189
Źródłem energii pierwotnej dla silnika były następujące rodzaje paliw:
olej napędowy (ON), mieszanina oleju napędowego i 20% etanolu, estry
metylowe oleju rzepakowego (RME).
Parametry pracy silnika mierzono i wyznaczano za pomocą systemu
pomiarowego opracowanego i wykonanego w Zakładzie Podstaw Techniki ZUT (fot. 2).
Fot. 2. Widok ekranu systemu pomiarowego w hamowni silnikowej
Wyznaczono ilość energii elektrycznej oraz cieplnej jakie będzie produkował układ kogeneracji przy zasilaniu różnymi rodzajami paliw. Dokonano również obliczeń kosztów wytworzonej w sposób skojarzony energii przy zastosowanych rodzajach paliw i porównano je z kosztami zakupu tej samej ilości energii z Zakładu Energetycznego oraz z Zakładu
Ciepłowniczego.
Bilans cieplny wyznaczono przy ustalonym stanie obciążenia silnika. Do
zadania obciążenia symulującego napęd prądnicy asynchronicznej wykorzystano wodny hamulec typu Froud’a.
Czujniki pomiarowe, niezbędne do wyznaczenia poszczególnych składników bilansu cieplnego silnika rozmieszczono zgodnie z fot. 3.
190
FOT. 3. ROZMIESZCZENIE CZUJNIKÓW POMIAROWYCH NA
SILNIKU AD3.152UR
4. WYNIKI BADAŃ
Na rys. 2 zobrazowano charakterystyki mechaniczne obu maszyn.
Wzwiązku z tym, że zakresy prędkości obrotowych silnika i prądnicy są
podobne, nie było konieczności zastosowania przekładni. najlepszymi
warunkami pracy układu jest praca przy prędkościach obrotowych mocy
nominalnej prądnicy rzędu 1695 obr/min oraz w zakresie najniższego
jednostkowego zużycia paliwa przez silnik zs [1, 2].
191
RYS. 2. WSPÓŁPRACA AGREGATU SILNIK SPALINOWY –
PRĄDNICA ASYNCHRONICZNA [2];
MS – MOMENT OBROTOWY SILNIKA [NM], NS – MOC UŻYTECZNA
SILNIKA ZS [KW], GE – JEDNOSTKOWE ZUŻYCIE PALIWA [G/KWH], MI
– MOMENT OBROTOWY PRĄDNICY [NM]
godzinowe zużycie paliwa wyniosło odpowiednio: dla on 5,83 kg/h, dla
mieszanki on i 20% etanolu 4,95 kg/h, oraz dla rma 6,51 kg/h.
Wyznaczone wartości poszczególnych składników bilansu cieplnego
badanego silnika zestawiono w tab. 2.
192
TAB. 2. WARTOŚCI CIEPŁA, WYNIKAJĄCE Z BILANSU CIEPLNEGO
SILNIKA ZS SKOGENEROWANEGO Z PRĄDNICĄ
ASYNCHRONICZNĄ
RODZAJ
PALIWA
ON
ON I 20%
ETANOLU
RME
Q
[MJ/H]
249,52
100%
199,58
100%
238,45
100%
QE
[MJ/H]
79,20
38%
79,20
38%
79,20
40%
QCH
[MJ/H]
62,38
25%
49,95
25%
59,64
25%
QW + QN
[MJ/H]
72,36
29%
57,87
29%
64,38
27%
QR
[MJ/H]
19,96
8%
15,96
8%
19,07
8%
Produkcja ciepła została pomniejszona o sprawność wymiennika ciepła,
którą przyjęto na poziomie 90%. Podsumowanie poszczególnych
składników bilansu energii w badanym układzie zestawiono w tab. 3.
TAB. 3. BILANS ENERGETYCZNY UKŁADU SKOJARZONEGO
RODZAJ
PALIWA
ENERGIA
DOSTARCZONA
W PALIWIE [KWH]
PRODUKCJA
CIEPŁA [KWH]
SUMA
WYPRODUKOWA
NEJ ENERGII
[KWH]
WYKORZYST
ANIE ENERGII
[%]
ON
78,05
33,67
55,67
71
ON I
20%
ETANOL
U
55,44
26,95
48,95
88
RME
66,24
31
52
80
Cenę zakupu oleju napędowego przyjęto na poziomie 3,65 zł/l,
natomiast mieszanka on i 20% etanolu kosztowała około 3,4 zł/l. co zaś się
tyczy rme to można przyjąć, iż cena wytworzenia we własnym zakresie
wynosić będzie 1,5 zł/l, a kupując w wytwórni biopaliw zapłacić trzeba
będzie 3 zł/l.
Ceny energii elektrycznej oraz cieplnej wyprodukowanej w sposób
skojarzony wyniosą odpowiedni: dla zasilania on 0,73 zł/kwh i 0,01 zł/kwh,
dla mieszanki on i 20% etanolu 0,75 zł/kwh i 0,013 zł/kwh dla rme
pozyskanego we własnym zakresie 0,34 zł/kwh i 0,0052 zł/kwh oraz dla
rme zakupionego od producenta biopaliw 0,68 zł/kwh i 0,011 zł/kwh.
Koszt 1 kwh energii czynnej bez opłat abonamentowych zakupiony z
zakładu energetycznego wynosi około 0,48 zł i jest tańszy niż
wyprodukowanego w sposób skojarzony. Jeśli zaś chodzi o 1 kwh
193
zakupioną w zakładzie ciepłowniczym bez opłat abonamentowych to cena
wynosi około 0,40 zł i jest zdecydowanie większa niż 1 kwh
wyprodukowanej w sposób skojarzony. Należy uwzględnić jednak,
rozpatrując aspekty ekonomiczne, iż jest to urządzenie produkujące
jednocześnie energie elektryczna i cieplną.
Koszt wytworzenia energii elektrycznej oraz cieplnej w sposób
skojarzony wyniesie: dla on za 22 kwh jakie można wyprodukować w
układzie skojarzonym 16,06 zł, dla mieszanki on i 20% etanolu 16,50 zł.
Koszt wytworzonej energii dla rme wyprodukowanego we własnym
zakresie wyniesie 7,48 zł oraz dla rme zakupionego od producenta biopaliw
wyniesie 14,96 zł.
Koszt zakupu 22 kwh energii elektrycznej z zakładu energetycznego bez
opłat abonamentowych i wynosi 22 kwh · 0,48 zł/kwh = 10,56 zł. Koszty
jakie trzeba ponieść aby zakupić taka samą ilość ciepła jakie zostało
wyprodukowane na poszczególnych rodzajach paliw maja się następująco:
dla on 13,47 zł/kwh, dla mieszanki on i 20% etanolu 10,78 zł/kwh oraz dla
rme 12,40 zł/kwh [1].
Zestawienie kosztów pozyskania energii skojarzonej przedstawiono w
tab. 4.
TAB. 4. ZESTAWIENIE GODZINOWYCH KOSZTÓW WYTWORZENIA
ENERGII SKOJARZONEJ PRZY ZASTOSOWANIU RÓŻNYCH
PALIW DO ZASILANIA BADANEGO UKŁADU
KOSZT ZAKUPU
ENERGII
ELEKTRYCZNE I
CIEPLNEJ OGÓŁEM
[ZŁ/H]
KOSZT
ZAKUPU
PALIWA
[ZŁ/H]
OSZCZĘDNOŚĆ
[ZŁ/H]
ON
24,03
21,28
2,75
ON I 20% ETANOLU
21,34
16,83
4,51
RME
WYPRODUKOWANE
WE WŁASNYM
ZAKRESIE
22,96
9,76
13,20
RME ZAKUPIONE
22,96
19,53
3,43
RODZAJ PALIWA
Podstawową korzyścią płynącą z tak dobranego układu kogeneracyjnego jest wykorzystanie poresursowe silników ZS z wyeksploatowanych
maszyn. Silniki takie najczęściej nie są drogie w zakupie czy też remoncie. I tak koszt zakupu oraz remontu silnika AD3.152UR według ofert
rynkowych szacuje się na około 7000 zł. Koszt zakupu nowej prądnicy
194
asynchronicznej szacowany jest na sumę 2600 zł. W koszty budowy
układu kogeneracyjnego należy również wliczyć koszty zakupów podzespołów oraz części niezbędnych do montażu. Przyjąć należy, że prace
montażowe wykonane zostaną we własnym zakresie dlatego też nie
uwzględniono kosztów roboczogodzin potrzebnych na zmontowanie
układu kogeneracyjnego. Koszty elementów dodatkowych przyjąć można na około 3000 zł. Podsumowując więc wszystkie składniki kosztów
otrzymamy sumę 12600 zł.
5. Wnioski
1. Silniki ZS, których naprawa jest ekonomicznie nieopłacalna a potencjał
eksploatacyjny pozwala jeszcze na uzyskiwanie zadowalających parametrów pracy mogą być wykorzystane w układach kogeneracji energii
przy mniejszym niż nominalne obciążeniu.
2. Zastosowanie paliw alternatywnych w układach kogeneracji energii obniża koszty całego przedsięwzięcia oraz ogranicza zanieczyszczenie
środowiska przyrodniczego.
3. Ekonomicznie uzasadnione jest posiadanie układu kogeneracji energii
w gospodarstwie posiadającym budynki inwentarskie. Racjonalne również wydaje się wykorzystanie wytworzonej energii cieplnej do celów
grzewczych budynku mieszkalnego.
4. Oszczędności wynikające z zaproponowanego sposobu produkcji energii skojarzonej mogą wynieść nawet do 13 zł/h.
Piśmiennictwo:
[1] Kowalski G. 2004. Dobór silnika spalinowego i prądnicy do układu kogeneracji energii na wybranym przykładzie gospodarstwa rolnego. Praca magisterska niepublikowana, AR Szczecin.
[2] Koniuszy A., Karbowy A. 2005. Koncepcja generatora energii zasilanego olejem napędowym z dodatkiem etanolu. Acta Agrophysica 6(2),
393-400.
[3] Niewiarowski K. 1964. Silniki ciągnikowe. PWRiL, Warszawa.
[4] Wyszogrodzki Z. 2002. Elektrociepłownie małej i średniej mocy w ekologicznych ciepłowniach – Kogeneracja. Czysta Energia 11(15), 37-38.
[5] Wajand J.A., Wajand J.T. 2000. Tłokowe silniki spalinowe średnio i
szybkoobrotowe. WNT, Warszawa.
195
Łucja Szadujkis, dr inż. Jarosław Chlebowski
Katedra Maszyn Rolniczych
BADANIA PARAMETRÓW PRACY PULSATORA
Wstęp
Prawidłowa praca dojarki jest ważnym elementem doju mechanicznego. Źle dobrane parametry doju mogą prowadzić do powstawania chorób
wymion, obniżenia wydajności mlecznej krów oraz obniżenia jakości mleka.
Odpowiedni dobór parametrów doju, a przede wszystkim rodzaju pulsacji,
parametrów pracy pulsatora i poziomu podciśnienia ma wpływ na stan
zdrowia krów mlecznych i jakość uzyskanego mleka (Luberański i Sopkowicz 2008). Prawidłowy dój zależy w dużym stopniu od typu pulsatora i jego
parametrów pracy oraz stanu technicznego tego urządzenia. Głównym zadaniem pulsatora jest wytworzenie pulsacji w komorze międzyściennej
kubka udojowego, czyli przemienne dostarczanie do niej podciśnienia i ciśnienia atmosferycznego. Z punktu widzenia zastosowanego układu sterowania wyróżniamy pulsatory sterowane: pneumatycznie, hydropneumatycznie (hydropulsatory) elektrycznie lub elektronicznie. Praca pulsatora
powoduje wprawianie w ruch gum strzykowych i w kubku udojowym zachodzą takty masażu i ssania. Gdy pulsator działa poprawnie, praca gum
strzykowych jest prawidłowa i następuje odpowiedni masaż strzyków. Parametry robocze pulsatora decydują o częstotliwości wytwarzania pulsów
oraz stosunku czasu trwania taktu ssania do taktu masażu. Za najbardziej
optymalną uznaje się częstotliwość pulsacji ok. 60 pulsów na minutę oraz
stosunek czasu trwania taktu ssania do taktu masażu 2:1 (Kupczyk i inni
2006). W praktyce wielkości te mieszczą się na ogół w znacznie szerszym
zakresie szczególnie przy doju kóz i owiec. Liczba wytwarzanych pulsów
na minutę może obejmować dość szeroki przedział z tym, że minimalna
wartość, która nie wywiera negatywnego wpływu na wymię wynosi 40-45. Z
kolei maksymalna liczba wytwarzanych pulsów na minutę kształtuje się na
poziomie 90-100. Dla owiec zaleca się stosowanie wyższych wartości pulsacji 120-180 pulsów na minutę. Zbyt mała częstotliwość pracy pulsatora
decyduje o przedłużeniu czasu trwania poszczególnych etapów w czasie
doju (Piotrkowska i inni 1998). Natomiast procentowy stosunek czasu trwania taktu ssania do masażu przy jednoczesnym doju z czterech strzyków
waha się w granicach od 50:50 do 85:15. Występująca tendencja do przedłużania taktu ssania (75:25) powoduje stopniowe skracanie czasu doju.
Trzeba jednak zwrócić uwagę na fakt, że nadmierne przedłużanie taktu
ssania może być przyczyną zastoinowego przekrwienia i obrzęków strzyków. Dla obecnych wydajności krów oraz przy uwzględnieniu wydłużającego się czasu doju, zaleca się, a żeby ssanie wynosiło ok. 64%, masaż 36%,
196
natomiast częstotliwość pracy pulsatora 60 pulsów na minutę (Woyke
2007).
Problemy z mastitis, zbyt duża liczba komórek somatycznych w
mleku oraz choroby strzyków i wymion mogą być, aż w połowie przypadków, skutkiem nieprawidłowej pracy dojarek. Aby temu zapobiec należy
przestrzegać prawidłowej konserwacji urządzeń udojowych oraz spełniać
wymagania techniczne stawiane tym urządzeniom. Wymagania dotyczące
parametrów pracy dojarek ujęte są w normie ISO 5707:2007, natomiast
sposób wykonywania pomiarów tych parametrów opisano w normie ISO
6690: 2007. Do wykonania pomiarów parametrów pracy dojarek potrzebna
jest specjalistyczna aparatura oraz odpowiednio przeszkolone osoby do jej
obsługi.
Celem pracy jest zbadanie wpływu podciśnienia roboczego dojarki mechanicznej na parametry pracy hydropulsatora przy użyciu miernika VPR
100 firmy DeLaval.
Metodyka badań
Badaniom poddano hydropulsator HP 101 firmy DeLaval, który
obecnie zastępuje produkowany od wielu lat hydropulsator HP 100. Możliwość regulacji liczby pulsów w tym urządzeniu powoduje, że jest on często
stosowany przez producentów mleka. Częstotliwość pulsacji podana w instrukcji obsługi urządzenia wynosi 60 pulsów na minutę. Procentowy stosunek czasu ssania do masażu 65:30. Temperatura otocznia podczas pracy urządzenia nie powinna przekraczać +50C.
Do pomiarów parametrów pracy pulsatora zastosowano
elektroniczny miernik VPR 100 firmy DeLaval (rys. 1). Miernik przeznaczony jest do pomiaru: podciśnienia, pulsacji, prędkości obrotowej oraz do wykonywania kompletnego testu według norm ISO. Przy odpowiednim zaprogramowaniu urządzenia, w momencie przekroczenia mierzonych wartości
następuje sygnalizacja alarmowa informująca o zaistniałych nieprawidłowościach. Wybrane dane techniczne urządzenia przedstawiono w tabeli 1.
Wyniki pomiarów parametrów pracy pulsatora rejestrowane przez miernik
wyświetlane były na jego ekranie w postaci wykresów i tabeli z wartościami
liczbowymi. Po ustabilizowaniu się warunków przeprowadzania pomiaru
wyniki pomiarów zapisywano w pamięci urządzenia. Po zapisaniu danych,
urządzenie gotowe było do wykonania kolejnego pomiaru parametrów pracy pulsatora. Specjalny program komputerowy „Performance Manager PC
100” pozwalał na przesyłanie danych z miernika do komputera personalnego. Badanie pulsatora przeprowadzono zgodnie z normą ISO 6690:2007.
197
Rys. 1. Miernik VPR 100 podczas pomiaru podciśnienia roboczego
Źródło: wykonanie własne
Tabela 1. Wybrane dane techniczne miernika VPR 100
Zakres pomiarowy
Niedokładność
pomiaru
Działka elementarna
Częstotliwość pobierania próbek
Częstotliwość pulsacji
Od 40 do 200
puls/min
Mniej niż 1
puls/min
0,1 puls/min
1000 próbek/s
Współczynnik pulsatora
-
Mniej niż 1%
0,1 %
1000 próbek/s
0,1 kPa
300 próbek/ s
Ciśnienie
Od +10 do -80
kPa
 0,6 kPa
Miernik VPR 100 podczas pomiarów połączono z krótkimi przewodami pulsacyjnymi (rys. 1) aparatu udojowego typu Harmony. Hydropulsator HP 101 montowano na bańce zasilanej podciśnieniem z instalacji wypo-
198
sażonej w pompę próżniową z pierścieniem wodnym VRP 1600 oraz regulator podciśnienia VRM 1500, umożliwiający zmianę podciśnienia roboczego dojarki. W badaniach podciśnienie zmieniano w zakresie od 40 do 50
kPa, co 1 kPa. Przepływ powietrza przez zawór powietrzny, do którego
przyłączono bańkę i aparat udojowy zmierzono zgodnie z normą ISO za
pomocą przepływomierza AMP 3000; przekraczał on 180 l/min. Podczas
pomiarów temperatura otoczenia wynosiła 24 C, a ciśnienie atmosferyczne 100,6 kPa.
Rys. 2. Sposób podłączenia miernika VPR 100 przy badaniu pulsatora
Źródło: materiały szkoleniowe serwisu DeLaval
Podczas badań rejestrowano:
- częstotliwość pulsacji R, puls/min;
- udział poszczególnych faz pracy pulsatora A, B, C, D, % (rys. 3);
- współczynnik pulsatora AB wyrażony jako:  A  B /  A  B  C  D  100% ,%;
- maksymalne podciśnienie w komorze międzyściennej kubków udojowych
Vmax, kPa;
- spadek podciśnienia podczas trwania fazy B Bdrp, kPa;
- różnicę współczynników pulsatora Limp, %.
Pomiary wykonywano w 5 powtórzeniach.
199
Rys. 3. Cykl pracy pulsatora
Wyniki
Wyniki pomiarów uzyskiwano w formie wykresów i tabel na ekranie
miernika lub w programie „Performance Manager PC 100”.
Przykładowe dane uzyskane z pomiarów parametrów hydropulsatora HP
101 zawarto w tabeli 2.
Tabela 2. Parametry pracy hydropulsatora HP 101 pracującego przy podciśnieniu roboczym 50 kPa
1)
1)
P1
P2
A
10,4 AB
64,9 A
10,1 AB
65,2
B
54,5 Vmax
48,7 B
55,1 Vmax
48,1
C
D
Limp
7,8 D sec
27,3 R
0,3 Bdrp
270 C
60,1 D
1,4 B1-B2
1)
7,7 D sec
27,1 R
0,4 B drp
269
60,1
1,5
Porty pomiarowe w mierniku VPR 100: P1 – 1 kanał pulsatora, P – 2 kanał pulsatora
200
W celu stwierdzenia, które parametry pracy hydropulsatora HP
101 są zależne od zmiany podciśnienia roboczego dojarki, wyniki badań
poddano analizie wariancji (tabela 3). Z analizy wariancji wynika, że zmiana
podciśnienia roboczego dojarki ma wysoce istotny wpływ na: wartości
współczynników pulsatora AB, czas trwania faz A, B, C i D, częstotliwość
pulsacji R, wahania podciśnienia podczas trwania fazy B Bdrp na poziomie
istotności   0,0001.
Tabela 3. Analiza wariancji wpływu podciśnienia roboczego dojarki na parametry pracy hydropulsatora HP 101
Femp
Wyszczególnienie
Liczba
stopni
swobody
Kanał 1
Kanał 2
Krytyczny poziom istotności
AB
4,69
5,05
 0,0001
A
58,1
321,46
 0,0001
B
209,39
39,41
 0,0001
C
147,55
272,28
 0,0001
D
95,56
47,55
 0,0001
33,26
20,22
 0,0001
82,53
61,94
 0,0001
R
Bdrp
10
Limp
2,65
0,0041
Na rysunku 4 przedstawiono zależność częstotliwości pracy hydropulastora HP101 od podciśnienia roboczego. Spadek podciśnienia roboczego w instalacji dojarki powoduje zmniejszenie częstotliwości pracy
urządzenia. W hydropulsatorze pracującym przy podciśnieniu roboczym
równym 50 kPa ustawiano początkową częstotliwość pulsacji kolejno na:
63, 62, 61, 60, 59 i 58 pulsów na minutę. Wybrany zakres częstotliwości
wynikał z dopuszczalnego przez normę ISO odchylenia (5%) od deklarowanej wartości częstotliwości pulsacji podanej przez producenta. Dla hydropulsatora HP 101 wartość ta wynosi 60 pulsów na minutę.
201
Częstotliwość pulsacji, puls/min
64
63
62
61
60
R 63
59
R 62
58
R 61
R 60
57
R 59
56
R 58
55
54
53
52
38
39
40
41
42
43 44 45 46
Podciśnienie, kPa
47
48
49
50
51
Rys. 4. Zależność częstotliwości pulsacji hydropulsatora od podciśnienia
roboczego dojarki
Częstotliwość pulsacji wzrastała średnio o 5,5 puls/min wraz ze
zwiększaniem podciśnienia roboczego dojarki od 40 do 50 kPa, przy czym
największą różnicę zaobserwowano przy ustawieniu początkowym pulsatora na 63 pulsy na minutę. Na podstawie rysunku 4 można stwierdzić, że
pulsator ustawiony na 63 pulsy na minutę może pracować w całym badanym przedziale podciśnienia roboczego. Jego częstotliwość pracy zmieniała się od 63 do 57 pulsów na minutę i nie przekraczała odchylenia 5% od
wartości 60 puls/min zalecanej przez producenta urządzenia. Hydropulsator ustawiony na 60 pulsów na minutę może pracować tylko przy podciśnieniu roboczym w zakresie od 45 do 50 kPa. Jego parametry pracy w tym
zakresie podciśnienia są prawidłowe i zgodne z wymaganiami zawartymi w
normie ISO. Z rysunku 4 wynika, że ustawienie początkowej pulsacji na 58
puls/min pozwala na pracę hydropulsatora przy obniżeniu podciśnienia w
instalacji udojowej do 48 kPa. Na rysunku 5 i 6 przedstawiono wartości
procentowe czasu trwania poszczególnych faz pracy hydropulsatora ustawionego na częstotliwość 60 pulsów na minutę przy podciśnieniu roboczym
50 kPa. Zmniejszenie podciśnienia roboczego z 50 do 40 kPa spowodowało obniżenie częstotliwości pulsacji hydropulsatora o około 5 pulsów na minutę. Czas fazy wysokiego podciśnienia (B1) dla kanału 1 (rys. 5) zwiększył
się wtedy o 2,2%. Jednak wartość współczynnika pulsatora A1B1 nie uległa
wyraźnej zmianie i wyniosła, około 65%, ponieważ czas trwania fazy A1
(fazy zwiększającego się podciśnienia) przy obniżeniu się podciśnienia roboczego o 10 kPa zmniejszył się o 2,1%.
202
Udział faz pracy pulsatora, %
70
65
60
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
A1
B1
C1
D1
A1B1
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
Podciśnienie, kPa
Rys. 5. Procentowy udział faz pracy hydropulsatora HP 101 w zależności
od podciśnienia roboczego w kanale 1
70
65
60
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
A2
B2
C2
D2
A2B2
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
Podciśnienie, kPa
Rys. 6. Procentowy udział faz pracy hydropulsatora HP 101 w zależności
od podciśnienia roboczego w kanale 2
Podobne przebiegi zauważono dla kanału 2 (rys. 6), przy czym w
fazie wysokiego podciśnienia zmniejszenie podciśnienia roboczego z 50 do
40 kPa spowodowało wydłużenie się fazy B2 o 2,5%. Największa wartość
współczynnika pulsatora A2B2 (dla kanału 2) została osiągnięta przy podciśnieniu roboczym 40 kPa i wyniosła około 65,5%. Podobne zależności
zauważono dla innych ustawień hydropulsatora. Oznacza to, że współ-
203
czynnik pulsatora zmieniał w małym zakresie wraz ze spadkiem podciśnienia. Różnice pomiędzy wartościami współczynników pulsatora, które zarejestrowano podczas badań, wynosiły około 0,5%. Według normy ISO dopuszczalne odchylenie od wartości współczynnika podanej przez producenta wynosi 5%. Dla hydropulsatora HP 101 wartość ta będzie wynosić
3,25%. Tak, więc urządzenie pracujące ze współczynnikiem 68,25% lub
61,75% posiada wartość tego parametru zgodną z normą ISO. Jednak należy pamiętać, że kolejne wymaganie normy ISO 5707 wskazuje, że różnica między współczynnikami pulsatora (Limp) nie może przekraczać 5%. W
przypadku badanego hydropulsatora obydwa te wymagania są spełnione.
Dla ustawienia początkowego hydropulsatora HP 101 na 60 pulsów
na minutę porównano wartości jego parametrów pracy dla kanału 1 (rys. 7)
przy podciśnieniu roboczym 33 i 50 kPa.
70,0
65,0
55,0
33 kPa
50,0
50 kPa
R, puls/min
60,0
45,0
40,0
35,0
30,0
25,0
20,0
15,0
10,0
5,0
0,0
A1
B1
C1
D1
AB1
R1
Rys. 7. Fazy pracy hydropulsatora HP 101 i częstotliwość pulsacji dla podciśnienia roboczego dojarki 33 i 50 kPa
W tym wypadku zauważono podobne zależności jak poprzednio tzn. skrócenie fazy zwiększającego podciśnienia A1 i wydłużenie fazy B1 wysokiego
podciśnienia wraz ze zmniejszeniem podciśnienia roboczego z 50 do 33
kPa. Wartość współczynnika pulsatora była większa o 0,6% przy podciśnieniu 33 kPa w porównaniu z wyższym podciśnieniem roboczym. Podobne zależności wystąpiły dla 2 kanału hydropulsatora.
Podczas badań hydropulsatora HP 101 spadek podciśnienia
podczas trwania fazy B (Bdrp) oraz różnica pomiędzy ciśnieniem roboczym i
maksymalnym podciśnieniem w komorze międzyściennej kubków udojo-
204
wych nie przekraczała 2 kPa. Jest to zgodne z wymaganiami normy ISO
5707.
Wnioski
1. Zastosowanie miernika VPR 100 firmy DeLaval pozwala na szybkie
sprawdzenie zgodności parametrów pracy pulsatora z wymaganiami
norm ISO.
2. Wpływ podciśnienia roboczego dojarki na: wartości współczynników
pulsatora, różnicę współczynników między komorami 1 i 2, czas trwania
faz A, B, C i D, częstotliwość pulsacji oraz wahanie podciśnienia podczas trwania faz B w hydropulsatorze HP 101 okazał się wysoce istotny.
3. Ustawienie hydropulsatora HP 101 na częstotliwość 63 pulsów na minutę przy podciśnieniu roboczym dojarki 50 kPa zapewnia uzyskanie
wymaganych parametrów jego pracy w zakresie podciśnienia roboczego od 40 do 50 kPa.
4. W badanym urządzeniu różnice w wartościach współczynnika pulsatora
przy zmianie podciśnienia od 40 do 50 kPa nie przekraczały 1%.
5. Obniżenie podciśnienia roboczego dojarki z 50 do 33 kPa powoduje
zmniejszenie częstotliwości pulsacji hydropulsatora HP 101 z 60 do
około 50 pulsów na minutę przy zachowaniu pozostałych parametrów
pracy zgodnych z wymaganiami norm ISO.
Bibliografia
Kupczyk A., Mastyk A., Daniel Z., Gaworski M. 2006: Dojarka mechaniczna. Wydawnictwo Pro Agricola sp. z o. o. Naglady.
Luterański A., Sopkowicz M. 2008: Analiza parametrów dynamicznych
pulsatorów w warunkach symulowanego doju mechanicznego. Inżynieria
Rolnicza 5 (103): 81-89.
Piotrkowska K., Towarnicka E., Drożdż A. 1998: Produkcja mleka wysokiej jakości higienicznej. Wydawnictwo AlfaLaval Agri. Wrocław.
Woyke W. 2007: ABC doju część VII. Pulsator, Bydło 05: 42-44.
ISO 3918: 2007: Milking machine installations – Vocabulary.
ISO 5707:2007: Milking machine installations – Construction and performance.
ISO 6690:2007: Milking machine installations – Mechanical tests.
205
inż. Beata Szereszewiec, inż. Elżbieta Szereszewiec, dr inż. Jacek Brzózko
OCENA PRZEBIEGU PROCESU TECHNOLOGICZNEGO POZYSKIWANIA DREWNA Z OBSZARU POKLĘSKOWEGO
WSTĘP
Obszary poklęskowe są to miejsca, w których nastąpiły nieprzewidziane wcześniej zjawiska o charakterze niekorzystnym a nawet katastrofalnym w skutkach dla danego terenu. Drzewostany, w których notuje się
takie przypadki w większości zajmują dość rozległy obszar, który poprzez
wyniszczenie nie kwalifikuje się niekiedy do odratowania. Szkody o charakterze klęskowym, występują w lasach najczęściej w postaci wiatrołomów,
śniegołomów, gradacji owadów, szkodliwego oddziaływania grzybów, pożarzysk oraz imisji przemysłowych.
Wiatrołomy powstają poprzez silne oddziaływanie na las wiatru, który zwiększając swą prędkość może przeradzać się w huragan, czy też wytworzyć trąbę powietrzną. Główną przyczyną powstawania huraganowych
wiatrów jest ścieranie się ze sobą dwóch frontów atmosferycznych - zimnego z ciepłym oraz przemieszczanie się po sobie frontów chłodnych. W
pierwszym przypadku, występujące w czasie burz wiatry przynoszą szkody
w skali lokalnej, w drugim zaś szkody obejmować mogą obszar nawet kilku
krajów. Trąby powietrzne tworzą się wskutek powstawania kontrastów termicznych. Ich zasięg jest niewielki (nie przekracza kilku kilometrów) jednak
w starciu z drzewostanem powodują one straty całkowite. Drzewa, które
spotykają się z tak wytworzoną siłą natury ulegają znacznym uszkodzeniom zewnętrznym jak i wewnętrznym. Silne - huraganowe wiatry oddziałujące bezpośrednio na drzewostan wywołują nieodwracalne szkody w jego
strukturze. Powodują skręcenie włókien drzewa co znacznie obniża jego
wartość ekonomiczną jak i techniczną. Drzewostan nie mogąc się oprzeć
sile napierającego wiatru ulega połamaniu, obaleniu na ziemię wraz z karpą
lub zarówno połamaniu jak i obaleniu. Wielkość i rodzaj szkód w dużej mierze zależy od prędkości wiatru. Najmniejsze powstawać mogą, gdy wiatr
przekroczy prędkość 7 m/s. Skutki katastrofalne widoczne są gdy przekroczy on prędkość 25 m/s [1]. Skutki niszczycielsko działającego na las wiatru przedstawione zostały na rysunku 1.
206
Rys. 1. Drzewostan po przejściu huraganu
Oprócz wiatrołomów, równie niebezpieczne w skutkach jest występowanie śniegołomów. Powstają one wskutek silnych opadów śniegu. Zarówno duże ilości suchego śniegu nagromadzonego w koronach drzew jak i
małe ilości zamieniającego się z upływem czasu w lód - tzw. śniegu mokrego - mogą powodować znaczne zniszczenia w drzewostanie.
Poza czynnikami atmosferycznymi, jak wiatr czy śnieg, drzewa mogą być narażone w dużej mierze na tzw. gradacje owadów, które występując w dużych ilościach, poprzez atak na drzewa i osłabienie ich struktury
przyczynić się mogą do powstania klęski żywiołowej. Przy masowym ataku
owadów drzewostan kwalifikuje się tylko do zrębu zupełnego. Osłabione
gradacją owadów pierwotnych drzewostany, zaatakowane przez szkodniki
wtórne obumierają całkowicie.
Równie niebezpieczne dla drzewostanów są grzyby. Atakują one
korzenie oraz całe drzewa przyczyniając się do powstawania ich chorób.
Drzewa takie podatne są na oddziaływanie wiatrów, przez co łatwo się łamią. Zgnilizna korzenia zaś przyczynia się do powstawania wywrotów.
Całkowite straty w drzewostanie mogą również powstać w wyniku
oddziaływania na drzewostan imisji przemysłowych. Klęska taka przejawia
się w zamieraniu drzewostanów. Szkodliwe oddziaływanie na drzewostan
przemysłu przyczynia się niekiedy do jego całkowitej degradacji.
Pożarzyska - niszczą drzewostan poprzez oddziaływanie na niego
pożarów. Podczas powstania tego rodzaju klęski straty w drzewostanie są
totalne. Pożar nie tylko całkowicie niszczy drzewa ale również życie biologiczne umiejscowione wewnątrz gleby. Klęska ta jest najpoważniejszą spośród wszystkich innych; jest również jedyną, na której wystąpienie wpływ
ma człowiek [1].
207
PROCES USUWANIA SKUTKÓW KLĘSK ŻYWIOŁOWYCH
Skupiając się na zjawisku wiatrołomów, jako klęsk stanowiących
największe wyzwanie dla gospodarzy terenów leśnych, można podzielić je
na dwie grupy: szkody lokalne obejmujące zwykle obszary o powierzchni
do kilkunastu ha oraz szkody wielkoobszarowe obejmujące znaczne obszary (nawet całych leśnictw). W tym wypadku do ich usuwania stosowane są
maszyny wysokowydajne, najczęściej harwestery. Są to samojezdne, wielooperacyjne maszyny leśne dokonujące ścinki, okrzesywania oraz przerzynki pozyskiwanego drewna. Dzięki głowicy zawieszonej na żurawiu hydraulicznym, maszyny te mogą układać wyrobione wcześniej sortymenty w
sposób umożliwiający łatwe dokonanie zrywki. Oprócz tego harwestery wyposażone są w elektroniczny układ pomiarowy, który pozwala na dokonanie pomiaru pozyskanego drewna (miąższości). Charakter pracy harwestera jest cykliczny. Czynności wykonywane przez maszynę obejmują oprócz
operacji obróbczych także przejazdy maszyny szlakami do kolejnych miejsc
ustawienia, zmiany szlaków oraz usuwanie podszytu (małych krzewów,
sięgających kilka metrów wysokości, jednak nigdy nie dorastających do
dolnego piętra drzewostanu). Na rysunku 2 przedstawiony został harwester
Timberjack 1270 D pozyskujący drewno z obszaru poklęskowego.
Zastosowanie harwesterów przy usuwaniu skutków wiatrołomów
(lub śniegołomów) jest jednym z najlepszych i najbezpieczniejszych rozwiązań. Maszyny takie są bardzo wydajne i zapewniają duże bezpieczeństwo pracy. Operator znajdujący się w kabinie zachowuje bezpieczną dla
niego odległość od obrabianego obiektu oraz jest dodatkowo chroniony
przez kabinę.
Rys. 2. Harwester Timberjack 1270D pracujący na powierzchni poklęskowej
208
Praca na terenie poklęskowym jest bardzo niebezpieczna. Operator
harwestera przygotowujący się do pozyskiwania połamanych drzew powinien wcześniej zbadać powierzchnię pod kątem ukształtowania terenu, występowania ewentualnych przeszkód oraz wytrzymałości gruntu. Określić
powinien również w jakim kierunku powalona jest większość drzew, jaka
jest liczba mocno naprężonych drzew, zwałów i spiętrzeń. Posiadając takie
informacje operator maszyny powinien określić w jaki sposób ma ustawić
maszynę oraz w jakim kierunku ma się odbywać obalanie drzew.
Proces pozyskania drewna z obszaru poklęskowego przebiega inaczej niż na normalnej powierzchni. Oprócz typowych czynności występujących przy pozyskiwaniu takich jak: ścięcie drzewa, okrzesywanie, podział
na sortymenty, zrywka oraz wywóz, na obszarach poklęskowych wyróżniamy czynności dodatkowe, jak: oczyszczenie dróg publicznych oraz śródleśnych w celu przywrócenia możliwości normalnego przemieszczania się
samochodów jak również kolei, przygotowanie lub uprzątnięcie szlaków
technologicznych w celu umożliwienia łatwego dojazdu lub pieszego dotarcia do lasu robotników oraz służby leśnej, skierowanie ruchu turystycznego
poza obszary zniszczone (w celu zapobiegnięcia wystąpienia ewentualnego wypadku czy przypadkowego podpalenia niezwykle podatnego na pożar
zniszczonego lasu) oraz operacje obróbcze nie występujące w warunkach
naturalnych (np. cofanie lub obracanie głowicy).
Maksymalizacja skrócenia okresu, w którym zlikwidowane zostaną
skutki klęski pozwala zwykle na uzyskanie lepszych sortymentów, gdyż nie
dopuszcza się do deprecjacji surowca. Daje także możliwość szybkiego
uproduktywnienia powierzchni jeszcze przed jej zachwaszczeniem. Dzięki
szybkiemu uprzątnięciu zniszczonego drzewostanu (wyrobieniu i wywiezieniu surowca) nie dochodzi zwykle do powstania rozmnoży szkodników
wtórnych, które przyczyniają się do powstania wtórnej klęski żywiołowej. Jej
likwidacja byłaby dużo trudniejsza i bardziej czasochłonna, gdyż mogłaby
trwać nawet kilka lat. Dlatego właśnie stosowanie harwesterów do usuwania skutków klęsk żywiołowych spowodowanych przez wiatr i śnieg jest
powszechne zarówno w Polsce jak i na świecie. Celem niniejszego opracowania jest określenie struktury czasu oraz wyodrębnienie czynników
wpływających na jego wielkość dla wybranych operacji procesu technologicznego pozyskiwania drewna z obszaru poklęskowego.
METODYKA BADAŃ
Badania pracy harwesterów na powierzchni poklęskowej przeprowadzono w październiku 2007. Rejestracja odbyła się na terenie zniszczonym przez wiatr – w Nadleśnictwie Przedbórz, Leśnictwie Reczków (RDLP
Łódź). Obserwowaliśmy i rejestrowaliśmy przy pomocy kamery pracę czterech harwesterów: Timberjack 1270 D, Rottne H14, Valmet 911 i Valmet
941.
209
Analiza zarejestrowanego materiału uwzględniała określenie: rodzaju drzewa (typu złomu), typu strzały (prosta, krzywa), gatunku drzewa,
średnicy drzewa, szacunkowej długości drzewa, liczby pozyskiwanych
drzew z jednego ustawienia maszyny, liczby uchwyceń drzewa przez głowicę harwesterową, występowania cofnięcia głowicy, podciągnięcia drzewa, określenie czasu okrzesywania i przerzynki, liczby wyrobionych sortymentów, czasu przejazdu pomiędzy kolejnymi ustawieniami maszyny oraz
opis wszelkich utrudnień, które pojawiły się w czasie pracy maszyny.
WYNIKI BADAŃ
Strukturę czasu pozyskiwania drzew na obszarze poklęskowym
oparto na wynikach osiągniętych w czasie pracy przez harwestery: Rottne
H-14 i Valmet 941. Ze względu na różnicę w wielkości badanych maszyn
pojawiła się możliwość, poza jednostkową analizą pracy przy konkretnych
rodzajach uszkodzonych drzew (rys. 3), przeprowadzenia analizy porównawczej pracy tych maszyn w zbliżonych warunkach, w porównywalnym
drzewostanie. Biorąc pod uwagę sposób opisu wszelkich czasów określonych przy opisie łącznej struktury czasu dnia roboczego dla harwestera
pracującego na powierzchni zrębowej, wyodrębnione zostały dodatkowe
czynności wykonywane przez operatora maszyny, które w sposób bezpośredni (elementy dodatkowe, które pojawiły się w czasie obróbki określonego drzewa) oraz pośredni (czynności dodatkowe wykonywane w czasie
między pozyskaniem kolejnych drzew) wpłynęły na ogólny czas pozyskania
drewna na powierzchni poklęskowej.
Analizując zarejestrowane dane, badany operacyjny czas pracy
(T02) został podzielony na dwa stany pracy.
210
a)
b)
c)
Rys. 3. Badane typy drzew uszkodzonych (wyodrębnione w ramkach): a)
leżąca część złomu bramowego (LCZB), b) drzewo stojące bez korony
(DSBK), c) wiatrował leżący (WL)
Stan wykonywania operacji technologicznych typowych dla pozyskiwania w warunkach normalnych (w drzewostanie nieuszkodzonym), na
który składają się:

czas obróbki poszczególnych drzew (ścinka, okrzesywanie,
przerzynka) (T1),
 czas przejazdów między miejscami ustawienia maszyny (T2).
Stan wykonywania operacji niezbędnych do prowadzenia procesu
technologicznego, charakterystycznych dla obszaru poklęskowego, na który składają się:
 cofanie głowicy od miejsca uchwycenia do miejsca rozpoczęcia pomiaru przez system komputerowy głowicy harwesterowej (T11),
 wyciąganie drzewa ze zwałowiska (T12),
 podciąganie drzewa (T13),
 dodatkowe uchwycenie drzewa – brane pod uwagę gdy nastąpi więcej niż 1 raz (T14),
211
oraz T02= T1 +T2 +T11 +T12 +T13 +T14
Wyodrębnione stany pracy harwestera zostały przeanalizowane dla
dwóch badanych maszyn – Valmet 941 oraz Rottne H-14, z określeniem
średniego oraz łącznego czasu wykorzystanego na ich wykonanie (tab. 1).
Tab. 1. Wielkości czasów wykonywania poszczególnych operacji
procesu technologicznego dla badanych maszyn
Stan
pracy
T1
Valmet 941
Średni czas
Łączny czas
wykonania
wykonania
czynności [s]
czynności [s]
63
10900
Stan
pracy
T1
Rottne H-14
Średni czas
Łączny czas
wykonania
wykonania
czynności [s]
czynności [s]
62
10354
T2
9
564
T2
4
586
T11
1
71
T11
1
72
T12
T13
5
4
55
616
T12
T13
14
7
98
329
T14
4
132
T14
6
450
Procentowy udział czasów trwania wyróżnionych stanów wykonania operacji technologicznych dla badanych
harwesterów przedstawiono na rys.
4.
Rys. 4. Procentowy udział czasów trwania wyróżnionych stanów pracy w
warunkach poklęskowych dla badanych maszyn
212
Procentowy udział czasów poszczególnych operacji zaliczonych do
stanu pracy charakterystycznego dla obszaru poklęskowego (T11-T14)
przedstawiono na rys. 5.
Rys. 5. Zestawienie procentowego udziału czasów poszczególnych operacji typowych dla obszarów poklęskowych
Uzyskane z badań parametry drzew (miąższość i rodzaj uszkodzenia) zestawione zostały z czasem ich pozyskania. Przykładową zależność
dla harwestera Rottne H-14 przedstawiono na rys. 6. Ze względu na liczebność przypadków występowania wytypowane zostały trzy z badanych
rodzajów połamanych drzew: wiatrował leżący (WL), drzewo stojące bez
korony (DSBK) oraz leżącą część złomu bramowego (LCZB)(rys. 3).
213
Rys. 6. Zależność czasu pozyskania od miąższości drzewa LCZB, DSBK i
WL przy
pozyskiwaniu harwesterem Rottne H-14
Istotne statystycznie zależności czasu pozyskiwania od miąższości
drzewa uzyskano dla wszystkich przedstawionych typów uszkodzeń drzew.
Czasy obróbki zarówno wiatrowałów leżących (WL) jak i leżących części
złomów bramowych (LCZB) są dłuższe niż drzew stojących bez korony
(DSBK).
Analizując wybrane punkty (drzewa) Interesujący jest fakt zbliżonych czasów pozyskania dwóch drzew (LCZB) o miąższości 0,48 m3 i 1,19
m3. W pierwszym przypadku wynosił on 89 sekund, w drugim 90 sekund
(rys. 6 – punkty oznaczone ramką). Wydłużenie się czasu pozyskania
drzewa o mniejszej miąższości wynikało z charakterystyki warunków poklęskowych. Drzewo było przed rozpoczęciem obróbki wyciągane spomiędzy
rosnących drzew. Maszyna miała problemy z okrzesaniem drzewa a dwukrotne uchwycenie, wcześniej upuszczonego drzewa, znacznie wydłużyło
czas jego obróbki. Harwester miał także problemy z zachowaniem stabilności poprzecznej podczas manewrowania drzewem w głowicy. Dodatkowo
drzewo to miało przygniecioną górną część strzały przez inne leżące drzewo. Zwiększonego czasu pozyskiwania drzewa o mniejszej miąższości
można zatem doszukiwać się w charakterystyce obszaru poklęskowego.
Podobnie jest w przypadku DSBK. Zauważyć można iż dwa drzewa o takiej
samej miąższości 0,63 m3 każde pozyskiwane były w czasie 53 sekundy i
33 sekundy. Wydłużony czas pozyskania drzewa pierwszego wynikał z konieczności wyciągania już ściętego drzewa spomiędzy innych stojących
złomów. Konieczne było cofanie maszyny trzymającej pozyskiwane drze-
214
wo do miejsca, gdzie układane są sortymenty. Przed dokonaniem przerzynki, głowica harwestera miała problemy z utrzymaniem drzewa, towarzyszyły jej zachwiania co znacząco wydłużyło czas całego procesu. W
przypadku drugiego, maszyna nie miała problemów z pozyskaniem.
Przy pozyskaniu wiatrowałów leżących (WL) zwrócić uwagę można
na dwa drzewa o takiej samej miąższości 1,19 m3 pozyskiwane w różnym
czasie: 93 i 72 sekundy. W obu przypadkach czas obróbki związany był z
operacjami charakterystycznymi dla warunków poklęskowych. Maszyna
musiała wyciągać wiatrowały spomiędzy rosnących drzew oraz miała problemy z okrzesywaniem. W pierwszym przypadku harwester dodatkowo
miał trudności z utrzymaniem uchwyconego drzewa (chwytał je dwa razy
po wcześniejszym jego upuszczeniu).
Wpływ rodzaju maszyny na czas pozyskiwania drzew przedstawiono na przykładzie wiatrowałów leżących (WL) na rys. 7.
Rys. 7. Zależność czasu pozyskania od miąższości drzewa WL przy pozyskiwaniu harwesterami Timberjack 1270 D, Rottne H-14, Valmet 911 i Valmet 941
Istotność statystyczną zależności czasu pozyskiwania od miąższości uzyskano dla harwesterów Rottne H-14 i Timberjack 1270 D. Analizując
poszczególne punkty warto zwrócić uwagę, np.: na fakt, że trzy drzewa o
miąższości 0,79 m3 pozyskiwane były harwesterem Rottne H-14 w czasie
41, 80 i 81 sekund. Pierwszy z czasów odpowiada czasom uzyskiwanym w
warunkach drzewostanów rębnych lub przedrębnych nieuszkodzonych,
dwa kolejne, znacznie odbiegające od pierwszego wyraźnie wskazują na
215
problemy podczas pozyskania. W przypadku, gdy czas wyniósł 80 sekund
harwester miał trudności z podciągnięciem drzewa do miejsca sortowania,
jak również musiał dwukrotnie chwytać drzewo podczas obróbki. W przypadku czasu trzeciego maszyna trzykrotnie musiała chwytać obrabiane
drzewo (trzecie uchwycenie po obróceniu głowicy).
Najbardziej interesujący jest jednak fakt, że czas pozyskiwania,
zwłaszcza drzew o największej miąższości, jest najkrótszy dla harwestera
Valmet 941, największego z badanych, o masie 23500 kg, mocy 200 kW i
momencie udźwigu żurawia 273 kNm. Zwraca uwagę zwłaszcza niewielki
rozrzut wyników, sugerujący najmniejszy wpływ czynników charakterystycznych dla warunków poklęskowych na czas pozyskiwania. Wskazuje to
na zależność wielkości maszyny i „problemów” z pozyskiwaniem drzew typowych dla warunków poklęskowych. Zwłaszcza w przypadku wiatrowałów
leżących (WL) czas pozyskiwania mniejszymi maszynami wydłuża się ze
względu na konieczność wyciągania drzew spomiędzy innych rosnących
obok bądź czasem spod zwałowiska powalonych drzew. Maszyny mniejsze
często mają trudności z utrzymaniem stabilności podczas uchwycenia i
podniesienia takiego drzewa, w związku z tym częste jest upuszczanie
przez głowicę harwestera takiego drzewa. Problemy widoczne są również
przy okrzesywaniu rozłożystych koron. Wydłużenie się czasu pozyskiwania
jest także skutkiem trudności maszyny z uchwyceniem drzewa tuż przy
karpie a także przy jej odcinaniu.
STWIERDZENIA I WNIOSKI
1. Pozyskiwanie drewna w warunkach poklęskowych jest trudniejsze
niż w drzewostanach nieuszkodzonych. Wymaga większych nakładów pracy i trwa dłużej. Operacje obróbcze i inne (jak np.: podciąganie drzew lub wielokrotne chwytanie tego samego drzewa głowicą) powodują zmniejszenie wydajności.
2. Procentowy udział czasów występujących w procesie pozyskiwania
drewna tylko w warunkach poklęskowych wyniósł 7% czasu dla
harwestera Valmet 941 oraz 8% dla harwestera Rottne H-14. Najwięcej zajmowało podciąganie drzew (dla harwestera Valmet 941 –
71% czasu dodatkowego) oraz dodatkowe chwytanie drzew (dla
harwestera Rottne H-14 - 47% czasu dodatkowego).
3. Zarówno typ uszkodzenia drzewa jak i wielkość maszyny pozyskującej mogą być w warunkach poklęskowych czynnikami decydującymi o czasie pozyskiwania, a zatem także o uzyskiwanej wydajności pracy.
4. Do pracy na powierzchniach poklęskowych preferowane powinny
być maszyny duże, o dużej mocy i dużym momencie udźwigu żurawia hydraulicznego. Wpływ „warunków poklęskowych” na ich wy-
216
dajność jest najmniejszy.
LITERATURA
1. Puchniarski T., 2003: Klęski żywiołowe w lasach. Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, Warszawa.
2. Suwała M.,2002: Pozyskiwanie drewna ze złomów i wywrotów. Głos
Lasu 3: 5 - 9.
3. Jawuła E.,1974: Pozyskiwanie drewna w drzewostanach uszkodzonych przez wiatry oraz kiść. Sylwan 11:75 – 84.
217
Agnieszka Szpura, prof. Edmund Kamiński
Katedra Maszyn Rolniczych i Leśnych,
AGREGATY DO SIEWU BEZPOŚREDNIEGO ZBÓŻ
Summary
Owing to the high level of work and energy consumption as well as
water and wind erosion of farmlands the wide technological and constructional researches are conducted. The main aim of this work was to describe
several types of cereal drills for direct sowing including its advantages and
disadvantages. A wide range of different drills for direct sowing is available
on the market at the present moment. Unfortunately, they are expensive
and cooperate with modern tractors with power over 50 kW. Nevertheless,
the dynamic development of this kind of implementations and its higher
demand is observed. There is also increasing number of land areas sown
over with direct sowing.
Key words: plant tillage, cereal drills, direct sowing, agricultural engineering
1. WSTĘP
Siew tradycyjny zbóż bazuje na uprawie podstawowej wykonywanej
pługami różnych typów (zagonowe, obracalne, frontalne) z narzędziami doprawiającymi (brony, wały kruszące, ugniatające, wyrównujące) oraz uprawie przedsiewnej wykonywanej zestawami uprawowymi w skład których
wchodzą narzędzia proste takie jak brony, kultywatory, wały strunowe, dobierane odpowiednio do warunków glebowych. Z uwagi na wysokie ceny
materiału siewnego, w porównaniu z cenami ziarna konsumpcyjnego i
przemysłowego, od siewników zbożowych wymaga się bardzo dużej precyzji wysiewu (dokładna dawka na hektar, stała wymagana głębokość siewu,
nie uszkadzanie nasion przez zespoły wysiewające, wysoka równomierność poprzeczna i podłużna wysiewu). Oprócz wysokich wymagań stawianych siewnikom zbożowym, wysokie wymagania stawiane są również narzędziom uprawowym, które mają przygotować glebę w sposób zapewniający dobre wschody, dobre ukorzenienie roślin i szybki ich wzrost [Muzalewski 2008, Muzalewski 2008a, Zende, Achtel 2005].
Uprawa tradycyjna ukierunkowana jest na wysoki plon roślin uprawnych, co wiąże się bardzo często z wysokimi kosztami, nakładami energetycznymi oraz nie zabezpieczeniem pola przed erozją wodną i wietrzną
gleby. Ograniczenie nakładów energetycznych, pracochłonności i kosztów
uprawy roślin można uzyskać poprzez stosowanie tzw. siewu bezpośred-
218
niego. Obecnie dostępny jest na rynku szeroki asortyment maszyn do siewu bezpośredniego, a producenci systematycznie je udoskonalają.
Rys.1. Widok pola obsianego metodą siewu bezpośredniego z rzędami roślin kukurydzy i pozostawionymi w międzyrzędziach resztkami ścierniska.
Przez siew bezpośredni rozumie się operację technologiczną łączącą ze sobą wiele zabiegów prostych, a przede wszystkim: wykonanie
szczeliny w glebie, wysiew nasion i przykrycie nasion glebą. Często siew
nasion łączony jest również z zabiegami nawożenia mineralnego nawozami
stałymi i ciekłymi oraz opryskiem środkami ochrony roślin. Przykładowe
wschody roślin po tej technice siewu pokazano na rysunku 1.
2. GENEZA, CEL I ZAKRES BADAŃ
W oparciu o dokonany przegląd literatury naukowej stwierdzić można, że obecnie prowadzonych jest wiele badań z zakresu siewu bezpośredniego. Szereg problemów zostało już rozwiązanych, część znajduje się
w trakcie badań, a niektóre nie zostały podjęte. Z problemów rozwiązanych
w stopniu dostatecznym wymienić można: ustalenie roślin uprawnych przydatnych do siewu bezpośredniego (kukurydza, rzepak, zboża ozime,
strączkowe, burak cukrowy), określenie wymagań agrotechnicznych stawianych siewnikom, narzędziom i maszynom współpracującym z siewnikiem, określenie warunków glebowo-klimatycznych przydatnych do uprawy
roślin tą metodą (gleby lekkie o dobrej strukturze). Do problemów aktualnie
rozwiązywanych zaliczyć można: badania nad równomiernością głębokości
siewu nasion, równomiernością poprzeczną i podłużna, stałością dawki nasion na hektar, jakością pracujących maszyn i narzędzi uprawowych, energochłonnością produkcji i skutkami ekologicznymi [Lipiński 2005, Lipiński
2006, Kogut 2008]. Do problemów nierozwiązanych zaliczyć można: określenie stopnia zachowania żyzności gleby, zdrowotności roślin, brak maszyn przystosowanych dla gospodarstw o małym areale [Dawidowski 2008,
Krawczyk i inni 2008, Szeptycki 2006, Szlachta, Śniady 2008].
Celem badań było scharakteryzowanie wybranych, dostępnych na
rynku, maszyn przeznaczonych do siewu bezpośredniego zbóż, oraz po-
219
danie kierunków doskonalenia agregatów siewnych w aspekcie przystosowania ich do lokalnych warunków glebowo-klimatycznych, uprawianych roślin, wyposażenia gospodarstw w ciągniki rolnicze.
Zakres badań obejmował agregaty do siewu bezpośredniego zbóż
produkowane przez firmy z przeznaczeniem również na rynek Polski ze
zwróceniem uwagi na ciągniki i ich wyposażenie, łączone narzędzia proste
z zachowaniem dobrej jakości pracy przy ustalonej prędkości roboczej,
spełnianie wymagań technicznych i technologicznych w produkcji roślinnej.
3. PRZEBIEG I WYNIKI ROZWAŻAŃ
Siewniki – podobnie jak inne maszyny rolnicze – ulegają ciągłemu
ulepszaniu i modernizacji, z roku na rok są na rynku coraz lepsze modele.
W roku 1708, angielski agronom Jethro Tull skonstruował pierwszy siewnik
pozwalający na zagłębianie nasion w ziemi na zadanej głębokości i sianie
ich w rzędach.
Obecnie polski rynek maszyn przeznaczonych do siewu jest stosunkowo duży [Katalog maszyn rolniczych 2008]. W latach 1999-2005 wiodące
na rynku firmy odnotowały znaczący wzrost obrotów. Mowa tu o takich
przedsiębiorstwach jak: Kverneland, Kuhn i Amazone, które posiadają
bogatą ofertę maszyn do uprawy roślin, w której znajdziemy między innymi
maszyny uprawowe, siewniki, rozsiewacze nawozów oraz opryskiwacze
polowe. Większość firm, liczących się na polskim rynku maszyn rolniczych,
regularnie poszerza swoją ofertę o nowe siewniki oraz kombinacje uprawowo - siewne. Należy zwrócić szczególną uwagę na agregaty firm liczących się na polskim rynku maszyn rolniczych, wśród których wymienić należy: Horsch Maschinen GmbH ze Schwandorf w południowych Niemczech, Lemken Polska, John Deere, Junkkari czy Köckerling. Wśród polskich producentów należy zaś wymienić „Rolmasz” Kutno oraz „Famarol”
Słupsk.

John Deere
Ta znana firma do siewu w
mulcz proponuje siewnik o
symbolu 740A. Maszyna ta jest
produkowana w trzech szerokościach roboczych: 6, 8 oraz
9 m. Jej zapotrzebowanie na
moc wynosi 73,5 – 95,6 kW.
Rys.2. Siewnik do siewu bezpośredniego firmy John Deere
[www.deere.com]
220
W zależności od szerokości roboczej siewnika, może on być wyposażony w
zbiornik nasienny o pojemności od 2 300 litrów do 3 500 litrów. Elementem
roboczym są redlice dwutarczowe o średnicy 343 mm i rozstawie 15 cm.
Ziarno ze zbiornika nasiennego do redlic jest transportowane pneumatycznie. Jednostkowy nacisk na redlicę wynosi 500 N i jest regulowany hydraulicznie. Pozwala to na osiąganie głębokości siewu z zakresu 1,2 – 7,8
cm. Siewnik John Deere 740A współpracuje z systemem GreenStar – System, który pomaga zbierać dane od momentu siewu do zbioru, a dalsza ich
interpretacja i przetwarzanie umożliwiają podejmowanie lepszych decyzji
organizacyjnych i zarządczych dotyczących prowadzonych upraw.

Junkkari
Fiński producent posiada w swej ofercie dwie maszyny do siewu bezpośredniego: siewnik Simulta oraz agregat uprawowo – siewny Maestro. Są
one maszynami, którymi można jednocześnie zasiać zboże oraz zasilić je
nawozem. Na takie rozwiązanie pozwala zastosowanie redlic talerzowych,
dzięki którym w wycięty w glebie rowek siany jest nawóz i ziarno, rys. 3.
Rys.3. Siewnik do
siewu bezpośredniego
Junkkari typ Simulta
300 ST
(szerokość robocza – 3 m; pojemność skrzyni nasiennej – 3390 dm3; pojemność skrzyni nawozowej 2580 dm3; wysokość napełniania – 1,75 m;
rozmiar ogumienia 7,00x12;
masa siewnika pustego – 2150 kg)
[www.centrummontessori.pl /_junkkari_2/index.htm].
Uzyskiwany nacisk redlicy na glebę w przypadku Simulty wynosi 300 N,
zaś w przypadku Maestro jest on regulowany w zakresie 40 – 1600 N.
Rozstaw redlic wynosi 12,5 cm w obu siewnikach.
Firma Junkkari zastosowała w swych maszynach mechaniczny wysiew nasion. Siewniki wyposażone są w komputer Wizard – driver, rys.4,
który kontroluje każdy etap procesu wysiewu (od licznika hektarów po sterowanie automatem do ścieżek technologicznych). Zapotrzebowanie na
moc w przypadku maszyny o szerokości roboczej wynosi 66 – 73,5 kW i
wzrasta ono dwukrotnie w przypadku zastosowania narzedzia dodatkowego – brony talerzowej, włóki lub wału.
221
Rys. 4. Komputer typu Wizard-drive

Köckerling
Niemiecka firma Köckerling produkuje siewnik uniwersalny pod nazwą
Ultima. Maszyna ta jest przeznaczona do siewu w glebę uprawioną, do
siewu w mulcz lub siewu bezpośredniego, rys.5
Rys.5.
Siewnik
Ultima
[www.koeckerling.de]
Elementem roboczym jest redlica dłutowa, pracująca pod naciskiem
powyżej 2000 N. Ponadto, ustawienie redlic w odpowiedniej szerokości
względem siebie eliminuje efekt zapychania się resztkami pożniwnymi i pozwala na osiąganie wysokiej wydajności pracy. Oprócz tego firma zastosowała inne ciekawe rozwiązanie. Polega ono na możliwości jednoczesnego
siewu z nawożeniem nawozami płynnymi (RSM). Za każdą redlicą umieszczona jest końcówka przewodu nasiennego i nawozowego, których wylot
jest skierowany na świeżo odsłoniętą glebę. Parametry techniczne siewników zamieszczono w tabeli 1.
222
Tabela
1.
Wybrane
[www.koeckerling.de].
dane
techniczne
siewników
Ultima
Szerokość robocza, m
3.00
4.00
4.50
6.00
Szerokość transportowa, m
3.00
3.00
3.00
3.00
Liczba redlic, szt
17
23
25
33
Masa redlicy, min, kg
200
200
200
200
Masa siewnika, kg
4 860
5 500
6 600
7 600
Wał STS
ø 530 mm
Tylna brona
13 mm ø
13 mm ø
13 mm ø
13 mm ø
3000
3000
3000
Pojemność skrzyni nasien- 3000
nej, dm3
Napęd dmuchawy
pompa hydrauliczna nasadzana na WOM
Wyposażenie seryjne siewnika Ultima składa się z:
pomost załadowczy, uchwyt z tablicami ostrzegawczymi i oświetleniem,
mechaniczny licznik hektarów, znacznik hydrauliczny boczny z tarczą zębatą, wał STS ø 530 mm

Lemken
Z całej oferty siewników najlepiej przystosowanymi do siewu uproszczonego są siewniki pneumatyczne Solitair 9, który jest widoczny na rysunku 7. Rozwiązania zastosowane przez firmę Lemken, które świadczą o wysokim stopniu przydatności produkowanych maszyn to:
 elektrycznie napędzane aparaty wysiewające;
 rozdzielacze nasion umieszczone na zewnątrz zbiornika umożliwiające
dokładny wysiew nasion; odpowiednie ukształtowanie zapobiega zapychaniu się przewodów;
 możliwość wzrokowej kontroli ilości ziarna w zbiorniku, a także zastosowanie czujnika ilości ziarna w połączeniu z komputerem pokładowym Solitronik;
 redlica dwutarczowa z ogumioną rolką regulacji głębokości pracy zapewnia dokładne umieszczenie nasion na takiej samej głębokości rys.
8;
223
 równoległobocznie zawieszone i dwutarczowe redlice umożliwiają indywidualną regulację nacisku i głębokości wysiewu każdej redlicy niezależnej;
 bezstopniowa regulacja głębokości siewu i możliwość dostosowania
siewu do różnych warunków glebowych.
4. PODSUMOWANIE
Rys. 7. Siewnik Solitair 9
Rys.8. Zawieszenie redlic
W Polsce tylko kilka procent
gospodarstw stosuje siew bezpośredni. Powodem jest między innymi ich
duże rozdrobnienie oraz bardzo drogi sprzęt do siewu w tej technologii. Na
zastosowanie tego rozwiązania mogą pozwolić sobie głównie najbogatsi,
posiadający kilkaset i więcej hektarów. Ponadto, nakłady na inwestycję w
sprzęt muszą iść w parze ze zmianą sposobu myślenia rolnika oraz organizacji produkcji roślinnej.
W zaprezentowanych powyżej siewnikach przeznaczonych do siewu bezpośredniego wykorzystywane są najbardziej nowoczesne technologie i konstrukcje, których bezpośrednim celem jest ułatwienie przeprowadzanych prac polowych oraz podniesienie ich jakości, a co za tym idzie –
podniesienie jakości uzyskiwanych plonów.
W konstrukcji siewników dąży się obecnie do zwiększenia uniwersalności
zastosowania maszyny, bez konieczności uciążliwego jej przestawiania na
wysiew nasion innych roślin. Ostatnie nowości w tej dziedzinie dotyczą indywidualnego, zdalnie sterowanego napędu sekcji oraz ciągłej regulacji odległości nasion w rzędzie.
W wyposażeniu nowoczesnych siewników coraz częściej stosuje się elektroniczną aparaturę (komputery pokładowe) do kontroli równomierności wysiewu, sterowania znacznikami, pomiaru obsianej powierzchni. Uzyskiwane
w ten sposób dane mogą służyć analizowaniu i wyciąganiu wniosków, na
podstawie których podejmowane są ważne decyzje zarządcze i organizacyjne.
224
Połączenie wysiewu nawozów (zarówno płynnych, jak i w formie stałej)
z nasionami sprzyja zwiększeniu efektywności stosowanych nawozów w
technologii siewu bezpośredniego. W przypadku oddzielnie wykonywanego
zabiegu nawożenia na powierzchni pola nie spulchnionego, nawóz rozrzucany powierzchniowo nie wnika dostatecznie szybko w głąb gleby.
5. WNIOSKI
Znajdujące się na rynku maszyn rolniczych siewniki do siewu bezpośredniego zbóż są zarówno siewnikami uniwersalnymi, z punktu widzenia techniki siewu, jak i siewnikami specjalistycznymi do siewu bezpośredniego
zbóż z możliwością jednoczesnej aplikacji nawozów mineralnych.
Do liczących się producentów siewników tego typu zaliczyć można następujące firmy: John Deere, Junkkari, Köckerling, Lemken, Horsch Maschinen GmbH, Kverneland, Kuhn, Amazone, Rolmasz, Fumarol.
Produkowane siewniki przystosowane są głównie do nowoczesnych ciągników rolniczych o mocy powyżej 50 kW, wyposażonych w przedni
i tylny
trzypunktowy układ zawieszenia, przedni i tylny WOM, zewnętrzny układ
hydrauliczny.
Siewniki wyposażane są najczęściej w talerzowy układ redlinowy, zawieszany na równoległoboku, z możliwością regulacji nacisku redlic na glebę w
celu zachowania stałej wymaganej głębokości siewu.
Do zalet siewu bezpośredniego zaliczyć należy: ograniczenie pracochłonności, energochłonności i kosztów operacji technologicznej, ograniczenie
erozji wodnej i wietrznej gleby, ograniczenie przesuszania gleby,
Do wad siewu bezpośredniego zaliczyć należy: nadmierne zagęszczenie
gleby z powodu nie stosowania zabiegów spulchniających, pogorszenie żyzności gleby, trudne warunki kiełkowania i wzrostu roślin spowodowane
nieprecyzyjnym siewem, wzrost zachwaszczenia pola, intensywne występowanie myszy polnych i ślimaków, mało efektywne wykorzystanie nawozów mineralnych.
Obserwuje się dynamiczny rozwój konstrukcji siewników tego typu oraz
technologii uprawy roślin opartych na tych maszynach i należy oczekiwać,
że w przyszłości udział plantacji obsianych tymi maszynami znacznie się
zwiększy.
LITERATURA
Białek J. 2007 „Uprawa płużna i bezorkowa – wady i zalety” [w:] „Wiadomości Rolnicze Polska” nr 09/2007 (37), s. 38 – 39;
225
Buliński J. 2006. Problemy ugniatania gleb uprawnych. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych. Zeszyt 508, s. 11-20.
Dawidowski J.B. 2008. Obciążenia osi kół pojazdów i maszyn rolniczych a
ochrona gleby. Ogólnopolska Konferencja Naukowa ”Ekologiczne aspekty
mechanizacji rolnictwa”. SGGW Warszawa, 25 czerwca 2008 r., s. 43-58.
Katalog Maszyn Rolniczych 2008. Instytut Budownictwa, Mechanizacji
i Elektryfikacji Rolnictwa w Warszawie.
Kogut Z. 2008. Dobór parametrów procesu siewu w aspekcie głębokości
pracy redlic. Inżynieria Rolnicza, nr 3(101), rozprawa habilitacyjna, s. 145.
Krawczyk R., Kaczmarek S., Mrówczyński M. 2008. Rolnictwo zrównoważone – nowe technologie a problematyka zachwaszczenia. Problemy Inżynierii Rolniczej, nr 2(60),
Kuś J., Jończyk K. 2008. Charakterystyka i rozmieszczenie gospodarstw
ekologicznych w Polsce. Problemy Inżynierii Rolniczej, nr 2/2008, s. 15-23.
Muzalewski A. 2008. Zasady doboru maszyn do gospodarstw rolnych.
Problemy Inżynierii Rolniczej, s. 86.
Muzalewski A. 2008a. Ciągniki w gospodarstwach ekologicznych. Problemy Inżynierii Rolniczej, nr 2/2008, s. 53-60.
Lipiński A. 2005. Wpływ dawki nasion i prędkości siewnika na równomierność rzędowego siewu nasion pszenicy. Inżynieria Rolnicza,
nr 1(61), s.
93-99.
Lipiński A.J. 2006. Studia nad procesem rozpraszania nasion zbóż siewnikami mechanicznymi. Inżynieria Rolnicza, nr 1(76), rozprawa habilitacyjna, s. 105.
Szeptycki A. 2006. Znaczenie techniki w systemie zrównoważonej produkcji rolniczej. Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering. Vol. 51(2), 184.
Szlachta J., Śniady R.A. 2008. Zadania inżynierii rolniczej w ekologicznym
gospodarstwie rolnym. Ogólnopolska Konferencja Naukowa ”Ekologiczne
aspekty mechanizacji rolnictwa”. SGGW Warszawa, 25 czerwca 2008 r.,
s. 59-70.
Zande J.C. Van de, Achtel J.T.J.M. 2005. Precision agriculture in plant
protection technique. Annual Review of Agricultural Engineering.
226
Ondrej Takáč - Pavol Bystriansky
VODNÁ ENERGIA AKO ZDROJ ELEKTRICKEJ ENERGIE
Abstract
The goal of our work was to propose a small waterpower plant.
Nowaday, energy requests of the humankind are still increasing. Renewable resources of the energy are getting into the forefront. Among these belongs the waterpower as well. Hydraulic power is exploited to the production of the electrical energy also in small waterpower plants. Usually, it is
not involved in the negative incidence on the environment. Slovakia has a
lot of suitable locations and favorable natural conditions to utilizing waterpower.
Supposed the data from SHMU about the flow of water and an artificial fall we have projected two hydroaggregates. We also have estimated
economic return of the investments.
Key words: generation of electricity, waterpower, small waterpower plants,
economic return
Úvod
Vodná energia je jednou z najstarších využívaných foriem energie.
Siaha až k počiatkom ľudstva a bola neoddeliteľnou súčasťou vývoja
každej civilizácie. Energia vody sa stala najstaršou využívanou formou
energie v dejinách. V súčasnej dobe, kedy sa míňajú zásoby primárnych
energetických zdrojov, hľadajú sa obnoviteľné zdroje energie. Vyzdvihuje aj
energetické využitie vôd, najmä povrchových tokov. Slovensko má bohaté
vodné zdroje, vhodné k výstavbe malých vodných elektrární. V tomto
príspevku so zameraním na využitie hydroenergetického potenciálu vybraného vodného toku navrhneme malú vodnú elektráreň (MVE) k výrobe
elektrickej energie.
Materiál a metódy
Pre energetické účely má praktický význam hydroenergetický potenciál. Ten je v podmienkach ako Slovenskej republiky tak aj ostatných
suchozemských štátov rozptýlený do malých vodných tokov. Efektívne
využívanie nie je možné veľkými vodnými dielami ale dokážemePre návrh
MVE sme si zvolili rieku Žitava. Pred samotným návrhom potrebujeme hydraulické podklady o vybranom toku, najmä n–denné prietoky a dlhodobý
priemerný prietok v danej rieke. Tie sme získali zo Slovenského hydrometeorologického ústavu. Na základe nameraných prietokov sme zostrojili
227
odtokovú krivku, určili výkonové pomery vodného toku a podľa nomogramu
výrobcov vodných turbín navrhli turbíny. Podľa výkonu turbín sme navrhli
elektrický generátor z aktuálnych ponúk výrobcov. Nakoniec sme zhodnotili
prevádzku MVE a vypočítali návratnosť investície.
Výsledky a diskusia
Získané n–denné prietoky zo SHMÚ uvádzame v tabuľke č. 1. Qa je
dlhodobý priemerný prietok.
Tabuľka č.1 Reálne n–denné prietoky rieky Žitava v lokalite Vieska nad Žitavou
Dni
3 -1
Q (m .s )
30
3,65
90
1,678
180
0,92
270
0,549
330
0,364
355
0,21
364
Qa
0,115 1,601
Pre technické využitie nemáme k dispozícii celý daný prietok.
Musíme istý prietok ponechať v koryte bez využitia – tzv. biologické minimum. Ten je stanovený SHMÚ ako 355-denný prietok. Po odčítaní máme
k dispozícii prietok, ktorý uvádzame v tabuľke č. 2.
Tabuľka č.2 Využiteľné n–denné prietoky
Dni
3 -1
Q2 (m .s )
30
3,44
90
1,468
180
270
0,71 0,339
330
0,154
355
0
364 Qa
0 1,391
Týmto sme získali prietok, ktorý máme plne k dispozícii pre technické využitie. Zostrojíme krivku prekročenia prietokov, nazývanú aj odtoková
krivka, ktorá akceptuje toto biologické minimum. Krivku trvania prietokov
uvádzame na obr. č. 1.
Obr. č. 1. Krivka prekročenia prietokov
228
Pri voľbe turbín vychádzame z uvedenej odtokovej krivky. Pre využitie energie vodného toku sme sa rozhodli pre 180-dennú prevádzku
s dvoma turbínami, z ktorých jedna zužitkuje 0 až 90-denný prietok do 1,5
m3.s-1 a druhá prietok 90 až 180-denný do 0, 7 m3.s-1. Pre prvý prípad volíme turbínu č.1 a pre druhý prípad turbínu č.2.
Ako turbínu č.1 sme si zvolili výrobok českej firmy ZIRMONT spol. s
r.o. Pre naše potreby sme si podľa nomogramu ktorý uvádzame na obr. č.
2. vybrali turbínu ZR 85. Dosahuje výkon 22 kW pri otáčkach 318 min-1.
Obr. č. 2. Nomogram použitia turbín Zirmont
Ako turbínu č.2 volíme výrobok českého výrobcu MAVEL, a.s. Pre
naše potreby je optimálna
turbína MT 5 podľa diagramu výrobcu
uvádzaného na obr.č. 3. Vybraná turbína dosahuje výkon 12 kW pri
otáčkach 400 min-1.
229
Obr.č. 3. Oblasť použitia turbín MAVEL radu MT
Uvažujeme stálu dodávku vyrobenej elektrickej energie do elektrickej siete 3 x 400 V. S výhodou použijeme na mieste generátora asynchrónny motor. Jeho veľká výhoda okrem konštrukčnej jednoduchosti
a nenáročnosti spočíva aj v jednoduchom istení a spoľahlivosti
v prevádzke. Nevýhodou je však neschopnosť samostatného chodu, nakoľko aj v generátorovom stave potrebuje jalový výkon na vlastnú magnetizáciu. Tento výkon odoberá práve z rozvodnej elektrickej siete, ktorým ju
zaťažuje jalovým prúdom. Tento musíme kompenzovať.
Motor s danými otáčkami sa nenachádza v ponukách výrobcov
sériových výrobkov. Ak uvážime do budúcna hľadisko univerzálnosti,
zvolíme vhodný typ motora z ponúk výrobcov. Zvolili sme asynchrónny
klietkový motor radu 1LG6 od firmy SIEMENS. Dané generátory majú synchrónne otáčky 750 min-1. Musíme preto použiť prevod, ktorým zvýšime
otáčky turbíny na potrebné otáčky generátora. Použijeme remeňový prevod
s klinovými remeňmi.
Ak má indukčný motor pracovať v generátorovom režime, musí pracovať
so záporným sklzom. Pre turbínu ZR 85 volíme elektromotor 1LG6 223 –
8AB a určíme sklz:
s
kde:
ns  n1 750  730 22


 0,030  3 %
ns
725
725
(1 )
s : sklz
ns : synchrónne otáčky otáčavého magnetického poľa = 750 min-1
n1 : otáčky motorického chodu = 730 min-1
230
Pri známych menovitých otáčkach a sklze môžeme stanoviť potrebné
otáčky generátorového chodu označené n1.
ns  n1
 n1  ns  s.ns
ns
(2 )
n1  750  0,030.750  772,5 min 1
(3 )
s 
Na hriadeľ motora potrebujeme priviesť otáčky : 772,5 . min-1.
Prevodový pomer teda bude:
ip 
n1 772,5

 2,43
n2
318
(4)
ip: prevodový pomer
n1: otáčky generátora
n2: otáčky turbíny
kde:
Podobne pre druhú turbínu a generátor 1LG6 186 – 8AB vypočítame sklz:
s
ns  n1 750  725 25


 0,033  3,3%
ns
725
725
(5 )
Výpočtom sme stanovili, že daný motor pracuje so sklzom 3,3 %.
Pri známych menovitých otáčkach a sklze môžeme stanoviť potrebné
otáčky generátorového chodu označené n1.
ns  n1
 n1  ns  s.ns
ns
(6 )
n1  750  0,033.750  774,75 min 1
(7 )
s 
Na hriadeľ motora potrebujeme priviesť otáčky : 774,75 . min-1.
Prevodový pomer vypočítame:
ip 
n1 774,75

 1,94
n2
400
(8 )
Napokon stanovíme prevádzku a ekonomickú návratnosť navrhnutej malej vodnej elektrárne:
Celková vyrobená elektrická energia za rok z oboch turbín:
E1  g.Q.H .t . p .G .t  9,81.1,5.2.0,75.0,89.0,916.24.90  38880 kWh ( 9 )
E2  g.Q.H .t . p .G .t  9,81.0,7.2.0,88.0,89.0,887.24.150  3420 kWh ( 10 )
EC  E1  E2  38880  34200  73080 kWh
231
( 11 )
kde:
E1: ročná výroba elektrickej energie turbíny ZR 85
E2: ročná výroba elektrickej energie turbíny MT 5
EC: celková ročná výroba
G : gravitačné zrýchlenie
Q : prietok turbínou
H : spád
t : účinnosť turbíny
p : účinnosť prevodu
G : účinnosť generátora
Výkupná cena elektrickej energie je stanovená Úradom pre reguláciu
sieťových odvetví na 1,75 Sk za 1kWh.
Obstarávacie náklady:
- Turbína ZR 85
: 172 679 Sk s DPH
- Generátor Siemens 1LG6 223 – 8AB
: 40 965 Sk s DPH
- Turbína MT 5
: 113 793 Sk s DPH
- Generátor Siemens 1LG6 186 – 8AB
: 27 310 Sk s DPH
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Strojné vybavenie
: 345 747 SK s DPH
Stavebné práce
: 500 000 Sk s DPH
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Celkové investičné náklady
: 854 747 Sk s DPH = 855 000
Sk.,Prevádzkové náklady:
- Poistenie
: 5985 Sk
- Klinové remene
: 800 Sk
- Údržba (20% z čistého zisku)
: 24 000 Sk
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Celkové ročné prevádzkové náklady
: 30 785 Sk
Pre ročný čistý zisk potom vychádza hodnota:
rCZ  ( P.C  rNp); Sk .rok 1
rCZ  (73080  30785)  97105 Sk .rok 1
kde:
rCZ : ročný čistý zisk
P : produkcia
C : výkupná cena elektrickej energie
232
Návratnosť navrhnutej MVE je:
N
I
855000

 8,20 rokov
rCZ  rNa 97105  7122,892
kde:
I
: výška investície Sk
rNa : ročné náklady na amortizáciu Sk.rok-1
Záver
Cieľom našej práce bol návrh malej vodnej elektrárne. Tento cieľ
sme splnili návrhom strojného zariadenia podľa aktuálnej ponuky výrobcov.
Volili sme prevádzku s dvomi turbínami českých výrobcov ZIRMONT spol.
s r.o. a MAVEL, a.s. Generátory sme volili indukčné motory firmy SIEMENS
v generátorovom chode. Celkové obstarávacie náklady dosiahli 855 000
Sk. Prevádzkové náklady dosahujú 30 785 Sk. Doba návratnosti pri danej
investícii dosahuje 9 rokov.
Použitá literatúra
1. Hodák, T., Dušička, P.: Malé vodné elektrárne. Jaga group. 1998.
ISBN 80 – 967676 – 8 – 2.
2. Melichar, J. a kol.:Malé vodní turbíny, konstrukce a provoz. ČVUT.
1998. ISBN 80 – 01 – 01808 - 0.
3. BYSTRIANSKY, Pavol - CASAMASSIMA, Marco. Power consumption measurement and reading in Italy. In IRES'06 : informační,
řídící a energetické systémy. - Praha : Česká zemědělská univerzita, 2006. ISBN 80-213-1520-2, s. 37-44. Požiadavky na systém:
Windows 98 a vyššie; CD-ROM mechanika.
4. BYSTRIANSKY, Pavol - MINÁRIK, Ján. Analyzátor možností úspor
elektrickej energie s použitím PC. In Informačné a automatizačné
technológie v riadení kvality produkcie : medzinárodná vedecká
konferencia, Vernár - Slovenský raj, Slovensko, 12. - 14. septembra
2005. - Nitra : Slovenská poľnohospodárska univerzita, 2005. ISBN
80-8069-577-6, s. 6-10. Požiadavky na systém: Windows 95 a vyššie;
CD-ROM
mechanika.
Dostupné
na
internete:
<http://www.slpk.sk/eldo/2005/010_05/1.pdf>.
5. LUKÁČ, Ondrej - KOLESÁR, Miroslav - HLAVÁČOVÁ, Zuzana. Modelovanie dynamických systémov. In XIV. DIDMATTECH 2001 :
Materialy miedzynarodowej konferencji naukowej : Radom 6.7.9.2001. - Radom : Politechnika Radomska, 2001. ISBN 83-7204221-7, s. 221-224.
233
6. LUKÁČ, Ondrej. Viacparametrové meranie rýchlosti prúdenia. In
Sekel 2004 : mezinárodní odborní seminář kateder zajišťujícich
výuku elektrotechnických predmetov na neelektrotechnických
předmětů na neelektrotechnických fakultách, Písek u Jablunkova
22-24.10.2004. - Ostrava, 2004 : Vysoká škola báňská - Technická
univerzita. ISBN 80-248-0619-3. Požiadavky na systém: Windows
98 a vyššie; CD-ROM mechanika
7. HRUBÝ, Dušan - MORVAY, Baltazár - MAGA, Juraj. Folyadékok
pontos adagolásának automatizálása. In Jármüvék. ISSN 15850676, 2000, roč. 47, č. 3-4, s. 26-28.
8. http://www.cink-hydro-energy.com/cz/kontakt.htm
9. http://www.ziromont.cz/index-p.htm
10. www.siemens.cz/ad
11. http://www.mavel.cz
Súhrn
Cieľom uvedenej práce bolo navrhnúť malú vodnú elektráreň na vybranom vodnom toku. V súčasnosti výrazne vzrástli energetické požiadavky ľudstva a do popredia sa dostáva aj využitie obnoviteľných zdrojov
energie. Medzi ne patrí aj vodná energia. Podkladom k návrhu boli údaje
o prietokoch z SHMÚ. Pre uvažovaný spád a prietok sme navrhli dva hydroagregáty. Na záver sme zhodnotili prevádzku a určili návratnosť
investície.
Kľúčové slová: výroba elektrickej energie, vodná energia, vodná elektráreň, ekonomická návratnosť
234
Jakub Turtoń, Adam Koniuszy
Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie,
Zakład Podstaw Techniki
MOŻLIWOŚĆ ZASTOSOWANIA ESTRÓW OLEJU RZEPAKOWEGO
RME W UKŁADZIE SMAROWANIA SILNIKA AD3.152UR
1. Wprowadzenie
Zainteresowanie przetwórstwem olejów roślinnych jako surowców wykorzystywanych nie tylko w celach spożywczych wynika z potrzeby zaspokojenia zapotrzebowania na tłuszcze jadalne dzięki prowadzonej w Europie
przez ostatnie lata polityce rolnej [10].
Jako główne dziedziny niespożywczych zastosowań tłuszczów roślinnych w technice motoryzacyjnej wymienić można: wytwarzanie paliw (silnikowych, opałowych), produkcja środków smarnych [7, 10].
W zastosowaniu paliwowym energię uzyskaną z olejów roślinnych można traktować jako energię alternatywną, która może być brana pod uwagę
w specyficznych dla danego rejonu warunkach. Opisywane warunki to
przede wszystkim: wyczerpywanie się energetycznych surowców kopalnych, obecność nadwyżek produkcyjnych roślin oleistych, obciążenia podatkowe energii konwencjonalnej, czynniki strategiczno-polityczne, uwarunkowania środowiska przyrodniczego w danym rejonie, itp.
Oprócz korzyści technicznych wynikających z zastępowalności oleju napędowego (ON) estrami olejów roślinnych, potwierdzonych licznymi, krajowymi i zagranicznymi pracami badawczymi również o charakterze aplikacyjnym, trzeba uwzględnić zalety płynące z pozytywnego oddziaływania
olejów roślinnych na środowisko przyrodnicze. Po chemicznym przerobieniu paliwa roślinnego w estry uzyskuje się surowiec będący zamiennikiem
oleju napędowego, przeznaczony do zasilania silników ZS bez konieczności dokonywania w nich istotnych zmian technicznych [9].
Uwzględniając brak w paliwie RME węglowodorów aromatycznych i
siarki, wysoką temperaturę zapłonu oraz niską emisję toksycznych składników spalin (w porównaniu z ON, przy spalaniu RME, jedynie wyższa jest
emisja tlenków azotu NOx) można uznać, że produkt ten spełnia wymogi
bezpieczeństwa i ochrony środowiska przyrodniczego. Spalanie RME zamyka obieg CO2 w przyrodzie i nie powoduje efektu cieplarnianego a paliwo i produkty smarowe na bazie olejów roślinnych podlegają biodegradowalności w ponad 90% już po (56) dniach [11, 13].
Drugim z niespożywczych zastosowań olejów roślinnych jest ich przeznaczenie na środki smarowne. Tłuszcze roślinne jako bazy olejowe charakteryzujące się bardzo dobrą smarownością, wysokim wskaźnikiem lepkości i dobrą termostabilnością. Jedynie ich odporność na utlenianie (tab.
1) związana z budową cząsteczki złożonej z wiązań nienasyconych, łatwo
235
wiążących tlen z powietrza, ogranicza szersze zastosowanie w hydraulice i
technice smarowniczej [16, 17, 18].
Tab. 1. Poglądowe porównanie niektórych właściwości olejów i estrów [10];
(Z – zła, D – dobra, BD – bardzo dobra, Ś – średnia)
Produkt
Właściwości
smarne
Wskaźnik
lepkości
Stabilność
termiczna
Odporność
na utlenianie
Olej
mineralny
Z-Ś
Z-Ś
Ś
D
Olej
roślinny
D
BD
D
Z
Estry oleju
rośl.
BD
BD
D
Ś
Jednak w pewnych dziedzinach zastosowań oleje roślinne doskonale
spełniają rolę substancji smarnych. Przykładem może być olej rycynowy
stosowany m.in. do smarowania „wysilonych” silników samochodów sportowych lub olej rzepakowy wykorzystywany do smarowania pilarek łańcuchowych i w niektórych układach hydraulicznych [2, 6, 15].
Oleje roślinne składają się trój estrów gliceryny i różnych kwasów tłuszczowych występujących w różnych proporcjach. Liniowe kwasy tłuszczowe
C18, warunkujące szybką biodegradację produktu, w momencie nasycenia,
wykazują cechy ciała stałego, podobnie jak parafiny. Jeśli natomiast w łańcuchach występuje wiązania podwójne, przechodzą one w stan ciekły. Podwójne wiązanie jest przyczyną szybkiego utleniania się oleju roślinnego i
jego produktów (estrów) poprzez polimeryzację łańcuchów (wzrost lepkości) lub ich rozerwanie (wzrost liczby kwasowej). Dlatego też, o przydatności danego oleju jako środka smarnego decyduje stopień nienasycenia
wiązań, wyrażony liczbą jodową (ilość gramów jodu, który wiąże się z 100 g
badanego produktu w warunkach znormalizowanych, im większa jest liczba
jodowa, tym więcej jest nienasyconych węglowodorów i tym większa jest
skłonność produktu do utleniania) lub obecnością bardziej podatnych na
utlenianie kwasów tłuszczowych C18 z dwoma lub trzema podwójnymi wiązaniami.
Oleje roślinne o dużej liczbie jodowej (120200) nie nadają się do zastosowania jako środki smarne, natomiast oleje o dużej zawartości kwasu
oleinowego (C18), a zarazem niskiej zawartości kwasu linolenowego są
możliwe do wykorzystywania jako środki smarne (np. olej rzepakowy, arachidowy, z oliwek, słonecznikowy) [1, 10].
Podatność olejów roślinnych na utlenianie zależy bezpośrednio od
obecności wiązań nienasyconych w strukturze chemicznej produktów. Istnieje przy tym szereg norm dotyczących badań utlenialności i stabilności
termo oksydacyjnej naftowych produktów smarnych. Obejmują one głównie
sposób przeprowadzania symulacji procesu utleniania w warunkach labora-
236
toryjnych, ponieważ utlenianie eksploatacyjne jest procesem złożonym, zależnym od wielu czynników zakłócających. Przykładową metodyką badań
utlenialności olejów roślinnych opisuje w swej pracy Prankl [12].
Testy utlenialności, wykonane przez Parmentiera [10], olejów rzepakowego i mineralnego, potwierdzają zależność szybkości utleniania od liczby
jodowej. W opisywanych badaniach stwierdzono że termostabilność olejów
roślinnych jest dobra i podobnie jak przy utlenianiu, zależy głównie od liczby jodowej (im wyższa liczba jodowa, tym większa zmiana lepkości kinematycznej po termicznej stabilizacji).
Lepkość kinematyczna olejów roślinnych uwarunkowana jest długością
wiązań chemicznych (łańcuchów). Bardzo wysoki wskaźnik lepkości (WL),
rzędu 200 oraz porównywalna z olejami mineralnymi temperatura mętnienia, wskazują na przydatność olejów roślinnych jako środków smarownych.
Stosując np. olej rzepakowy jako bazowy środek smarny można uzyskać
całą gamę produktów o różnych klasach lepkościowych, podobnie jak w
przypadku olejów mineralnego, pochodzącego z procesu rafinacji ropy naftowej. Zaletą takich możliwości przetwórczych, oprócz zróżnicowania lepkości jest zachowanie wysokiego wskaźnika lepkości każdej frakcji. Ponadto należy podkreślić, że wraz ze wzrostem lepkości zmniejsza się zawartość łatwo utleniających się kwasów oleinowego – czynnika odpowiedzialnego za utrzymanie stanu ciekłego produktu. Wzrostowi zawartości kwasu
okleinowego towarzyszy spadek liczby jodowej.
Substancje smarne stosuje się w węzłach ruchowych maszyn, aby
zmniejszyć występujące w nich tarcie oraz zabezpieczyć je przed uszkodzeniem. Jeżeli do węzła ruchowego dostarczony zostanie środek smarny,
to przy różnych warunkach obciążenia i względnych prędkościach ślizgania
zaistnieją następujące skrajne rodzaje współpracy: tarcie płynne i tarcie
graniczne. Najkorzystniejszy jest wariant współpracy węzła gdzie obie powierzchnie oddzielone są tzw. filmem olejowym i nie stykają się bezpośrednio ze sobą (tarcie płynne). Ten rodzaj tarcia charakteryzuje się również
mniejszymi oporami ruchu w porównaniu z wariantem drugim (tarcie graniczne), stąd też najwłaściwszym rozwiązaniem w układzie współpracy węzłów ślizgowych jest zamiana tarcia zewnętrznego ciał stałych na tarcie
wewnętrzne substancji smarownej.
Najczęściej używany do smarowania silników wysokoprężnych olej mineralny ma słabe właściwości smarne w warunkach tarcie granicznego.
Wynika to z budowy substancji ropopochodnych, w których związki chemiczne (węglowodory nasycone) adsorbują na powierzchni metalu warstwę
oleju powiązaną z podłożem jedynie słabymi wiązaniami fizycznymi Van
der Waalsa. Znacznie lepsze właściwości smarne w warunkach tarcie granicznego mają substancje złożone z długołańcuchowych cząstek o budowie dipolowej zakończonych aktywnymi grupami: wodorotlenową OH, aminową NH2 lub karboksylową COOH. W związku z tym najlepszymi smarami
w warunkach tarcia granicznego są: alkohole, aminy i kwasy tłuszczowe.
Przy spotkaniu z powierzchnią metalu cząstki substancji smarnej dzięki
wiązaniom nienasyconym wiążą się poprzez swoje grupy końcowe i budują
237
cienką warstwę graniczną bardzo silnie związaną z metalicznym podłożem
(chemisorpcja). Już niewielki dodatek do oleju aktywnych substancji smarnych (1%) znacznie poprawia odporność węzła na zacieranie nie wpływając istotnie na zmianę lepkości. Ponadto kwasy tłuszczowe mają tę zaletę,
że tworzą z reaktywną powierzchnią smarowanego metalu mydła metaliczne odznaczające się wyższa temperaturą topnienia niż sam kwas tłuszczowy, a przez to lepszą od niego smarownością [3].
W silnikach ZS, zasilanych olejem napędowym, przecieki paliwa do
układu smarowania mają wpływ na zmianę właściwości fizykochemicznych
oleju silnikowego. Zawartość oleju napędowego w oleju smarnym jest trudna do określenia za względu na podobną budowę (węglowodory nasycone)
i właściwości chemiczne obu substancji. Poza tym olej napędowy, podobnie jak lżejsze frakcje oleju smarnego ulega częściowemu odparowaniu i
wydostaje się w postaci gazu przez układ przewietrzenia silnika. Na tej
podstawie wnioskować można, że ilość oleju napędowego przedostającego
się do układu smarowania silnika zmienia się w okresie eksploatacji w dość
szerokich granicach [14].
Podobne zjawisko występuję w silnikach ZS zasilanych paliwem RME
lub jego mieszaniną z olejem napędowym. Wartość przecieków jest podobna jak w przypadku oleju napędowego, jednak koncentracja paliwa RME w
oleju silnikowym jest większa. Wynika to głównie z faktu, że proces odparowania paliwa RME jest znacznie wolniejszy niż w przypadku oleju napędowego za względu na wysoką temperaturę wrzenia (około 300 oC), toteż
jego koncentracja w oleju silnikowym jest większa.
Jedne z nielicznych doświadczeń eksploatacyjnych, dotyczących wpływu stosowania paliwa roślinnego do zasilania ciągników na olej silnikowy
wykazały, że po 200 godzinach eksploatacji ciągnika zasilanego rafinatem
oleju rzepakowego jego udział w oleju silnikowym wyniósł 12%. Stwierdzono również spadek mocy silnika po 10 godzinach pracy wywołany nagarem
powstającym w komorze spalania. Natomiast zasilanie ciągnika paliwem
RME spowodowało porównywalne w stosunku do oleju napędowego, osiągi
i zużycie silnika po 2000 godzin eksploatacji w warunkach polowych przy
przeciekach paliwa do oleju smarnego zbliżonych do podanej wcześniej
wartości 12 % [18].
2. Metodyka badań
Celem badań było określenie możliwości zastosowania dodatku RME do
oleju silnikowego klasy: (15W/40, CD), w układzie smarowania silnika
AD3.152UR.
Zakres badań obejmował przeprowadzenie testów tribologicznych oraz
pomiar ciśnienia w układzie smarowania badanego silnika przy różnych
zawartościach RME w oleju.
Przed przystąpieniem do badań sporządzono mieszaniny smarne oleju
silnikowego z RME w różnych proporcjach objętościowych.
238
W badaniach wykorzystano maszynę tribologiczną zaprojektowaną i wykonaną w Zakładzie Podstaw Techniki ZUT, pracującą w układzie pary trącej: wałek – pierścień (fot.1) [4].
3
1
5
4
2
Fot. 1. Widok stanowiska badawczego; 1 – siłownik pneumatyczny,
2 – węzeł tarcia, 3, 4 – interfejsy pomiarowe, 5 – przemiennik częstotliwości
Zadane parametry procesu tarcia określono na podstawie analizy przeglądu piśmiennictwa oraz wcześniejszych badań prowadzonych w tym zakresie w Zakładzie Podstaw Techniki [5].
Na rys. 1 przedstawiono schemat pomiarowy zastosowanej maszyny tribologicznej.
239
Parametry wejściowe
procesu (x)
Parametry wyjściowe
procesu (y)
Proces i urządzenie
modelowe
Prędkość poślizgu,
w [m/s]
Siła nacisku,
P [N]
Droga tarcia,
z [m]
I
P
1
Współczynnik
tarcia, 
2
2
Temp. mieszaniny
smarnej, t [oC]
3
III
Typ
ruchu
Szerokość śladu
wytarcia, b [mm]
Tworzywo
próbek
Technologia
przygotowania
próbek
II
1. Próbka
2. Przeciwpróbka
3. Mieszanina
smarna
Nacisk, p’ [MPa]
Atmosfera
Mieszanina
smarna
Rys. 1. Schemat blokowy pomiarowego węzła tarcia maszyny tribologicznej; I – wymuszenia, II – stan wejściowy próbek i środowiska, III – wielkości mierzone
Wyniki gromadzono w postaci cyfrowej za pomocą systemu pomiarowego, który umożliwia również wizualizację mierzonych wielkości (fot. 2).
Pomiary ciśnienia w magistrali olejowej wykonano na biegu jałowym
(500 obr/min), przy rozgrzanym silniku do normalnej temperatury pracy, tj.
(80100) oC (fot. 3).
240
Fot. 2. Wizualizacja mierzonych wielkości procesu tarcia
Fot. 3. Widok silnika AD3.152UR na stanowisku badawczym
241
3. Wyniki badań
Szerokość śladu wytarcia, b [mm]
Na rys. 2 przedstawiono wpływ RME na zużycie próbek, określone szerokością śladu wytarcia, przy prędkościach poślizgu 0,3 m/s i 1 m/s, po testach na aparacie tribologicznym.
2,8
0,3 m/s
y = -0,0384x + 2,6234
R2 = 0,9934
2,6
1 m/s
2,4
Liniowy
(1 m/s)
2,2
y = -0,0204x + 2,355
2
R2 = 0,9937
1,8
0
5
10
15
Liniowy
(0,3
m/s)
20
Zawartość RME w oleju, x [%]
Rys. 2. Wpływ RME na szerokość śladu wytarcia próbki obciążonej siłą
o
294,3 N przy różnych prędkościach poślizgu w temperaturze 100 C, po przebyciu
drogi tarcia 12000 m
Największe zużycie wykazały próbki smarowane olejem bez dodatku
RME. Przy czym ich zużycie było większe przy prędkości poślizgu 1 m/s.
Zwiększone wartości zużycia, przy jednocześnie większej prędkości poślizgu, oleju bez dodatku paliwa RME, spowodowane są najprawdopodobniej
zjawiskiem szczepień adhezyjnych, których intensywność na początku testu była najwyższa. Jest to zgodne m.in. z wynikami innych badań [8].
Mniejsze wartości zużycia wykazywały próbki smarowane olejem z dodatkiem RME.
W miarę wzrostu zawartości RME w oleju, szerokość śladu wytarcia
próbki malała w sposób liniowy. Wyznaczone funkcje regresji dla dwóch
prędkości poślizgu w przecinają się w miejscu, gdzie zawartość RME w oleju wynosi około 15%.
Przyczyną zjawisk, zaobserwowanych podczas badań, jest najprawdopodobniej inny mechanizm zjawiska tarcia granicznego nienasyconych
kwasów tłuszczowych w porównaniu do substancji ropopochodnej, jaką jest
mineralny olej smarowy. Wyższa prędkość poślizgu powoduje wzrost lokalnych temperatur w strefie styku skoncentrowanego. Rośnie zatem intensywność procesów o charakterze egzoenergetycznym na powierzchni
próbki smarowanej olejem z dodatkiem kwasu tłuszczowego (RME). Występowanie tego efektu wskazuje na utworzenie łatwoadsorbowalnych, powierzchniowych warstw granicznych o charakterze polarnym, zapobiegają-
242
cych metalicznym stykom wierzchołków nierówności i zmniejszającym opory ruchu określane współczynnikiem tarcia.
W trakcie badań zaobserwowano również, że zwiększanie zawartości
RME w oleju silnikowym powyżej 30% powoduje utrudniony rozruch tribometru przy zadanym obciążeniu początkowym, a niekiedy zatarcie próbki
już na początku pomiaru. Wynika to prawdopodobnie ze znacznego obniżenia lepkości dynamicznej oleju silnikowego przez RME. Przedstawione
graficznie wyniki badań (rys.2) wskazują jednoznacznie, że przebieg siły
nacisku w momencie zacierania próbki, w funkcji zawartości RME w oleju
ma charakter liniowy, co potwierdzają dopasowane statystycznie równania
regresji.
Analizując wpływ RME na ciśnienie w układzie smarowania można stwierdzić
istotne różnice przy różnych zawartościach tego dodatku (rys. 3).
Ciśnienie oleju w układzie
smarowania, p [MPa]
0,5
y = -0,0115x + 0,4072
R2 = 0,9907
0,4
0,3
0,213
0,2
0,1
0
5
10
15
20
Zawartość RME w oleju, x [%]
Rys. 3. Wpływ RME na ciśnienie w układzie smarowania silnika AD3.152UR (temo
peratura 100 C, obroty biegu jałowego 500 obr/min)
Ciśnienie oleju w układzie smarowania zmalało wraz ze wzrostem zawartości RME, zgodnie z równaniem regresji liniowej. Osiągnięcie minimalnej wartości krytycznej ciśnienia smarowania, tj. 0,2 MPa, nastąpiło przy
około 18% zawartości RME.
4. Wnioski
1. Obecność rme w układzie smarowania silnika ad3.152ur wpływa
istotnie na właściwości użytkowe nowopowstałej mieszaniny smarnej.
2. Stosowanie dodatku RME do oleju smarnego wpływa na polepszenie
właściwości smarnych nowopowstałej mieszaniny.
3. Zużycie oraz współczynnik tarcia próbek smarowanych olejem z dodatkiem RME są mniejsze w porównaniu z olejem bez dodatku.
4. Graniczna zawartość RME w oleju silnikowym dla silnika AD3.152UR
wynosi 17%.
243
Piśmiennictwo:
[1] Baczewski K., Biernat K., Machel M. 1993. Leksykon – samochodowe oleje,
paliwa, smary. WKiŁ, Warszawa
[2] Bernhardt M., Dobrzyński S. 1973. Smarowanie trakcyjnych silników spalinowych. WKŁ, Warszawa.
[3] Bowden F.P., Tabor D. 1980. Wprowadzenie do trybologii. WNT, Warszawa.
[4] Koniuszy A. , Podkowa M. 2006. Urządzenie do badania właściwości smarnych środków smarnych. Zgłoszenie Patentowe P 380978.
[5] Koniuszy A. 2001. Wpływ stosowania biopaliwa w silnikach wysokoprężnych
pojazdów rolniczych na wybrane własności użytkowe oleju silnikowego. Inżynieria Rolnicza 1, 135-140.
[6] Korber R. 1991. Schmierstoffe Und Hydraulikflüssigkeiten aus Pflanzenölen
für Landmaschinen. Praktischer Landtechnik 10, 14-16.
[7] Krasowski E., Krasowska H. 1999. Paliwa i środki smarne w rolnictwie i przemyśle rolno – spożywczym. Wyd. AR, Lublin.
[8] Krychtin J.I. 1994. Issledovanie tribotechničeskich svojstc materialov v uslovijach židkoj smazki. Traktor. Selchozmaš. 2, 22-26.
[9] Mysłowski J. 1995. Proekologiczne kierunki rozwoju silników o zapłonie samoczynnym. AUTO–Technika Motoryzacyjna 2, 12-16.
[10] Parmentier J. 1994. Nowe źródło? Wykorzystanie tłuszczów roślinnych i ich
pochodnych jako paliw i środków smarnych. Paliwa, Oleje i Smary w Eksploatacji 6/7, 14-18.
[11] Piekarski W. 1997. Skażenie środowiska przyrodniczego paliwami eksploatacyjnymi ciągników rolniczych. Inżynieria Rolnicza 1, 39-46.
[12] Prankl H. 1993. Alterungsverhalten von Schmierstoffen aus Pflanzenöl. Praktischer Landtechnik 7/8, 8-9
[13] Sandmann P. 1992. Für die Umwelt zu teuer? Neue Landwirtschaft 3, 106108.
[14] Selby T. W. 1999. Analiza odparowalności oleju silnikowego i fosforu. Paliwa,
Oleje i Smary w Eksploatacji 57, 13-16.
[15] Sonnleitner G.1992. Bio–Motorsagenkettenole in der Forstwirtschaft. Praktischer Landtechnik 5, 13-14.
[16] Traulsem H., Holz W., 1993a. Bio – Öl: Noch lauft nicht alles wie geschmiert.
Top Agrar 1, 88-89.
[17] Traulsem H., Holz W., 1993b. Bio – Öl: Grünes nur on weniger Herstellerm.
Top Agrar 1, 90-91.
[18] Widmann B.A., Maler L., Zeitler E., Gaede W., Ruhe F. 1997. Bewahrungsprobe bestanden – Technische Tauglichkeit von Hydraulikolen auf
Rapsölbasis in Landmaschinen – Ergebnisse eines sechsjährigen Feldversuchs. Landtechnik 2, 66-67.
244
inż. Izabela Witek, dr.inż. Szymon Głowacki
BADANIE PROCESU SUSZENIA RÓŻY ENERGETYCZNEJ
W KONWEKCJI SWOBODNEJ
Wstęp
W związku z coraz większym zapotrzebowaniem na energię pojawiają się pytania skąd ją czerpać, na jak długo wystarczy nam zasobów
węgla czy ropy naftowej? Pojawia się również problem wysokiej ceny nośników energii oraz perspektywa ciągłego i coraz większego ich wzrostu. Z
odpowiedzią na te pytania i problemy przychodzą nam niekonwencjonalne
źródła energii. Są to źródła odnawialne, których wykorzystywanie nie powoduje wyczerpania, możemy być zatem spokojni o ich zasoby w przyszłości. Są one coraz popularniejsze, są tematem coraz większej ilości rozmów, nie tylko ze względu na zalety ich wykorzystania, ale również z konieczności. Konieczność ta powodowana jest obowiązkiem jaki nakłada na
nas Unia Europejska, a mianowicie to, że w Polsce do 2020 roku 20%
ogólnie produkowanej energii ma pochodzić właśnie ze źródeł niekonwencjonalnych. Mamy pięć takich źródeł. Są to: wiatr, woda, słonce, wody geotermalne oraz biomasa, ale jedynie biomasa jest realnie brana pod uwagę,
jeśli chodzi o udział w krajowej produkcji energii.
Biomasa jest masą materii organicznej zawartą w organizmach roślinnych i zwierzęcych. Najpopularniejszym jej źródłem jest drewno, ale należą do niej również słoma, odpady przemysłowe, osady ścieków, makuchy, rośliny produkowane na cele energetyczne oraz wiele innych.
Jedną z roślin, która obecnie jest produkowana na cele energetyczne jest
róża wielokwiatowa (rosa multiphlora). Nie od razu była ona uważana za
roślinę energetyczną. Początkowa była nasadzana w celu zwiększenia pojemności łowisk dla dzikiej zwierzyny oraz dla obsadzenia obrzeży lasów. Z
czasem zauważono jednak, iż jest ona surowcem wysokoenergetycznym,
przyrost jej jest dość szybki i tworzy dużą ilość pędów odroślowych. Cechy
te sprawiły, że zaczęto ją postrzegać jako roślinę energetyczną i obecnie
jest ona nasadzana nawet na kilkudziesięciohektarowych plantacjach
energetycznych. Róża wielokwiatowa jest rośliną pożyteczną i uprawa jej
niesie za sobą wiele korzyści. Jest jednak jeszcze mało popularna, jej wykorzystanie nadal jest niewielkie, a warto by się nią szerzej zainteresować,
gdyż jest rośliną niezwykle uniwersalną.
245
Charakterystyka odnawialnych źródeł energii
Odnawialne źródła energii to źródła, które są powszechnie dostępne. Są one w zasadzie bezgranicznie zasobne i ich wykorzystanie nie niesie za sobą wyczerpania. Wytwarzanie energii ze źródeł niekonwencjonalnych jest nie tylko konieczne, ale również bardzo pożyteczne. Do największych plusów tego należą: ograniczenie emisji gazów cieplarnianych (CO 2 i
CH4) oraz zanieczyszczeń ( SO2, tlenków siarki, CO) do atmosfery, poprzez
zmniejszenie spalania paliw kopalnych; wykorzystanie odpadów, które do
tej pory były składowane na wysypiskach; zmniejszenie zużycia surowców
naturalnych, których złoża są coraz uboższe; zapewnienie bezpieczeństwa
energetycznego wsiom oraz małym miasteczkom; redukcja bezrobocia,
poprzez tworzenie nowych miejsc pracy; brak odpływu lokalnego kapitału
przeznaczonego na zakup paliw importowanych[Głodek, 2007].
Energia wiatru jest to energia poruszających się mas powietrza.
Wykorzystanie jej jest coraz modniejsze. O tym, czy w danym miejscu taka
inwestycja jest opłacalna decyduje przede wszystkim prędkość i stałość
wiatru. Przyjmuje się, że minimalna prędkość musi wynosić 5-6m/s, a czas
jej pracy w ciągu roku to 1000- 2000 godzin, co w Polsce możemy zaobserwować jedynie na północy województwa suwalskiego oraz na wybrzeżu
[J.Szlachta, 1999]. Korzystnym regionem do budowy elektrowni wiatrowej
wydaje się być również centrum kraju [J.Kieć, 2007].
Promieniowanie słoneczne dociera do powierzchni ziemi w postacie
fal elektomagnetycznych. Obecnie do bezpośredniego wykorzystania tego
promieniowania służą różnego rodzaju kolektory słoneczne (rys. ) oraz
ogniwa fotowoltaiczne[K.Dreszer, 2002]. Oceniając możliwości wykorzystania energii słonecznej należy wziąć pod uwagę jego natężenie, ilość słonecznych dni w ciągu roku oraz usłonecznienie[J.Tymiński, 1997]. Ponieważ obszar Polski charakteryzuje się bardzo nierównomiernym rocznym
rozkładem promieniowania i prawie 80% jego przypada na 6miecięcy letnio- wiosennych, dlatego źródło to jest najmniej wykorzystywane.
Energia wodna jest to wykorzystywana energia mechaniczna wody
płynącej. Jest ona przetwarzana na energię elektryczną, ale może być
również wykorzystywana do bezpośredniego napędu maszyn, obecnie jednak nie jest to popularne. Elektrownie wodne wykorzystują różnicę energii
potencjalnej jaka występuje między wodą w górnym i dolnym jej biegu.
Przepuszczają ją przez turbiny i tym samym przetwarzają na energię elektryczną.
Energia geotermalna, która zakumulowana jest w ziemi, przejęta
zostaje przez wodę znajdującą się w rozpadlinach i szczelinach skalnych.
Temperatura tej wody jest różna w zależności od rejonu i głębokości jej zalegania. Przyjmuje się, że temperaturowe wahania sezonowe mają miejsce
jedynie do 20-30 m w głąb ziemi, a dalej ustają i na każde dalsze 100m
temperatura wzrasta o 3°C. Na głębokości kilkuset metrów przekracza ona
nawet 100°C [J.Tymiński, 1997]. Jej wykorzystanie jest ekonomicznie uzasadnione do 3km.
246
W Polsce energia wód geotermalnych jest wykorzystywana głównie do
ogrzewania budynków.
Biomasa jest to „masa materii organicznej zawartej zarówno w organizmach roślinnych jak i zwierzęcych; to ilość materii organicznej wytworzonej przez populację, zespół organizmów danego środowiska” [Encyklopedia popularna PWN, 1995]. Pochodzenie biomasy może być bardzo różne. Do najważniejszych jej źródeł należą: drewno z lasów i sadów, pozostałości z przemysłu drzewnego, słoma oraz inne odpady z produkcji rolniczej,
odpady z przemysłu rolno- spożywczego, gnojowica i obornik, odpady komunalne, odpady przemysłowe oraz rośliny energetyczne [B.Kościk, 2003].
Największe zastosowanie mają biopaliwa stałe, na które składają się nadwyżki pozyskiwane z rolnictwa, sadownictwa oraz przede wszystkim z leśnictwa. Wiadomym jest jednak, że zasoby tych źródeł są ograniczone. W
obliczu tego faktu koniecznym staje się rozwój sektora upraw energetycznych.
Roślina uprawiana z przeznaczeniem na cele energetyczne powinna posiadać kilka ważnych cech, takich jak: duży roczny przyrost, wysoka
wartość opałowa oraz znaczna odporność na szkodniki i choroby. Ważne
jest również, aby nie posiadała zbyt dużych wymagań klimatyczno- glebowych, gdyż z założenia ma być ona nasadzana przede wszystkim na nieużytkach i glebach o niskiej jakości. Mamy wiele roślin energetycznych, jednak w Polsce najliczniejsze są plantacje wierzby krzewiastej, topinambura i
miskanta. W ostatnim czasie zaczęto się również żywo interesować różą
bezkolcową.
Kinetyka procesu suszenia
Z uwagi na to, że o jakości opału jakim jest biomasa drzewna decyduje przede wszystkim jej wilgotność i gęstość, dlatego tak ważne jest, aby
przed spaleniem biomasę wysuszyć. „Suszenie jest to proces usuwania
cieczy z ciał stałych, wody z substancji ciekłych i pary wodnej z gazów”
[Encyklopedia PWN,1995] Mamy wiele rodzajów tego procesu, ale najpopularniejszym i najczęściej stosowanym jest suszenie konwekcyjne. W
procesie tym czynnikiem suszącym jest z reguły podgrzane powietrze, które owiewa materiał ze stałą prędkością, dostarczając mu przy tym ciepło i
odbierając wodę w postaci pary wodnej.
Kinetyka procesu suszenia jest to zmiana zawartości wody i temperatury suszonego materiału w czasie, przy ustalonych warunkach, czyli w
stałej temperaturze czynnika suszącego, przy stałej jego wilgotności
względnej i stałej prędkości nawiewu. Na podstawnie tych wartości możemy sporządzić podstawowy wykres suszarniczy, tzw. krzywą suszenia
(rys.1). Na osi OX zaznaczone mamy zawartości wody, natomiast oś OY
jest osią czasu.
247
Rys 1. Krzywa suszenia dla warunków ustalonych
Źródło: [Cz. Strumiłło,1983]
Analizując powyższy wykres zauważyć możemy, że krzywa ta jest
wyraźnie podzielona na kilka etapów. Początkowy bardzo krótki okres (odcinak AB), to pierwsze stadium podgrzewania materiału. Materiał przejmuje
w tym czasie ciepło od cieplejszego powietrza. Po tym okresie zależność
ta kształtuje się liniowo- szybkość suszenia jest stała (odcinek BC). Zawartość wody w tym czasie zmienia się w czasie linowo. Również temperatura
suszonego materiału jest w czasie trwania tego okresu stała. Spadek liniowy zawartości wody w materiale występuje do punktu C, który jest pierwszym punktem krytycznym. Potem zauważamy, że linia prosta przechodzi
w krzywą, która zbliża się asymptotycznie do linii wyznaczonej przez wartość równowagowej zawartości wody w materiale Xr. Po przekroczeniu
punktu C temperatura suszonego materiału zaczyna szybko rosnąć. Widać
zatem wyraźnie, że proces suszenia podzielony jest na dwa etapy- pierwszy okres suszenia, w którym szybkość procesu jest stała oraz drugi okres,
gdzie szybkość suszenia zmniejsza się [Cz.Strumiłło,1983].
Charakterystyka materiału użytego do badań
Róża wielokwiatowa (rys.2), zwana również bezkońcową, jest krzewiastym gatunkiem róży. Tworzy ona bardzo wysokie i szerokie krzewy,
które mogą osiągnąć do 4m średnicy i 2,5m wysokości. Pędy jej są łukowato wygięte i mogą mieć nawet 7m długości. Roślina ta zwraca naszą uwagę
swoimi małymi, białymi kwiatkami. Mają one ok. 2cm średnicy i zebrane są
w wiechowate kwiatostany. Kwiaty mają jaskrawożółte lub złotożółte pręciki, które to zrośnięte są w kolumienkę. Cechą charakterystyczną kwiatów
róży wielokwiatowej jest ładna i intensywna woń.
248
Rys 2. Krzew róży wielokwiatowej
Źródło:[ http://agroenergetyka.it.kielce.pl/Biomasa/Różawielokwiatowa]
Badania laboratoryjne doprowadziły do wyhodowania odmiany róży
wielokwiatowej bezkolcowej i to właśnie ona jest przedmiotem badań, na
których opiera się niniejsza praca.
Róża wielokwiatowa ma wiele pożytecznych cech. To właśnie z uwagi na
niektóre z nich jest uważana za roślinę energetyczną. Krzewy jej mają duży
i szybki przyrost, a zbiór możliwy jest już tego samego roku, którego powstaje plantacja. Jest to roślina odporna na mróz i suszę, głównie dzięki
swojemu głębokiemu i dobrze rozwiniętemu systemowi korzeniowemu. Ma
poza tym bardzo niewielkie wymagania glebowe. Początkowo była nasadzana na obrzeżach lasów oraz na nieużytkach. Jako roślina ozdobna może rosnąć na skarpach przydrożnych i miejskich parkach. Plantacje róży
można zakładać na piaskach i słabych glebach V i VI klasy. Roślina ta posiada właściwości rekultywacyjne. System korzeniowy róży wielokwiatowej
nie tylko wiąże wierzchnią warstwę gleby, ale przenika w jej głąb. Dzięki
temu zwiększa jej przesiąkalność, zmniejsza wtórne parowanie, opóźnia
odpływ wód roztopowych, zapobiega erozji i przesuszaniu gleb [A.Antecka,
T.Obłoj, 2004]. Róża jest odporna na zanieczyszczenia atmosfery. Cechuje
ją również odporność na szkodniki i choroby. Poza tymi wszystkimi zaletami kształtuje tereny zielone w miastach. Ze względu na swoje ładne, białe i
wonne kwiatki wiosna oraz piękne, czerwone grona owoców jesienią, róża
energetyczna zdobi parki, przydroża i ogrody.
Badania i obliczenia jakie przeprowadzono, pokazały, że plantacje
róży energetycznej są bardziej opłacalne od plantacji wierzby energetycznej. Różnice te są jednak niewielkie. Oszacowano, iż koszt założenia plantacji róży o powierzchni 1ha wynosi ok. 7- 9 tyś. zł [A.Antecka,
T.Obłoj,2004] i jest to koszt porównywalny z założeniem 1-hektarowej plan-
249
tacji wierzby. Natomiast jednostkowy koszt wyprodukowania energii wynosi
0,030zł/kWh w przypadku wierzby, a 0,023zł/kWh w przypadku róży.
W 2005 roku Agencja Restrukturyzacji i Modernizacji Rolnictwa uruchomiła dopłaty do upraw róży energetycznej oraz wierzby krzewiastej.
Jest to odpowiedź na skargi rolników, którzy zakładając plantacje roślin
energetycznych byli pokrzywdzeni z powodu braku wsparcia państwa
[E.Gańko, 2005]. Analizując wnioski, jakie wpłynęły do ARiMRu w 2006r.
widzimy, że posiadanie plantacji roślin energetycznych zgłosiło 580 rolników. Rząd Polski zajął się również tym , by otrzymanie przez nich dopłat
było obwarowane mniejsza ilością warunków. Chodzi tu o zniesienie konieczności dołączania do wniosków umów kontrakcyjnych na zbycie biomasy. Spodziewać się zatem należy wzrostu liczby zakładanych plantacji
roślin energetycznych, w tym róży wielokwiatowej.
Metodyka badań
Badania suszenia róży wielokwiatowej, zwanej również różą energetyczną przeprowadzone były w laboratorium suszarniczym Katedry Podstaw Inżynierii Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie. Do
badań użyto pędów róży, które pochodziły z jednej plantacji. Pędy te pocięte zostały na kawałki długości ok.10cm, a następnie suszone w pięciu temperaturach: 40, 50, 60, 70 i 80°C. Badania te wykonano na stanowisku badawczym pokazanym na rys. 3.
Rys 3. Stanowisko laboratoryjne do badań w konwekcji swobodnej
250
Analiza wyników przeprowadzonych badań
Wyniki pomiarów zostały przedstawione w postaci wykresów. Są to
dwa rodzaje zależności: pierwsza to zależność zawartości wody od czasu
suszenia, a druga- temperatury jaka panowała w poszczególnych ośrodkach, również od czasu trwania procesu.
Zawartość wody w próbce u(τ), obliczono na podstawie pomiarów
wody w próbce W(τ) w czasie suszenia t i suchej masy próbki Ms wyznaczonej po zakończeniu suszenia próbki za wzoru z następującego wzoru:
u   
W   M    M s

Ms
Ms
 kg H 2 O 


 kg s.m. 
Poniżej przedstawione zostały przykładowe wykresy jakie otrzymano na podstawie wyników przeprowadzonych badań.
0.75
0.70
0.65
0.60
punkty pomiarowe dla 40 °C
Zawartość wody, kg/kg
0.55
0.50
0.45
0.40
0.35
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0.00
0
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000
Czas suszenia, min
Rys 4. Zmiana zawartości wody podczas suszenia pędów róży wielokwiatowej
Jak pokazuje rysunek (rys.4) proces suszenia przebiega najszybciej
w temperaturze najwyższej, czyli w 80°C i w miarę zmniejszania temperatury czynnika suszącego czas suszenie rośnie. Suszenie dobiega końca po
5700 minutach przy temperaturze 40°C, 3380 minutach dla 60°C, a tylko po
1700 minutach, gdy suszenie dobywało się w 80°C. We wszystkich jednak
przypadkach zauważyć możemy, że początkowo zawartość wody w materiale spada bardzo szybko. Przez pierwsze 500 minut zawartość wody w
251
przypadku suszenia w 80°C spada z 0,75 kg/kg do 0,17 kg/kg, natomiast
dla 40°C wartości te wynoszą odpowiednio 0,75 kg/kg i 0,42 kg/kg. Po
upływie 1000 minut zawartość ta wynosi 0,37 kg/kg dla 40°C i 0,08 kg/kg
dla 80°C.
0.75
0.70
0.65
0.60
Zawartość wody, kg/kg
0.55
0.50
0.45
0.40
0.35
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0.00
0
400
800
1200
1600
2000
2400
2800
3200
3600
Czas suszenia, min
Rys 5. Zmiana zawartości wody podczas suszenia pędów róży wielokwiatowej w
temperaturze 60°C
63
60
57
54
Temperatura, °C
51
48
45
42
39
36
temperatura pod korą
funkcja aproksymująca
33
temperatura w środku
30
funkcja aproksymująca
27
24
21
0
360
720
1080
1440
1800
2160
2520
2880
3240
3600
Czas suszenia, min
Rys 6. Przebieg temperatury pod skórką (korą) i w środku próbki pędu róży energetycznej podczas suszenia w temperaturze 60°C
252
Proces suszenia do uzyskania równowagowej zawartości wody, w
temperaturze 60°C (rys. 5) trwa ok. 54 godziny. Krzywa suszenia przestaje
mieć charakter liniowy po upływie ok. 200 minut. Po tym czasie zawartość
wody w próbce wynosi 0,52 kg/kg. Przez kolejne 1400 minut ubytek wody
jest szybki. Po 600 minutach od początku trwania procesu zawartość wody
wynosi już 0,30 kg/kg , a po 800 i 1200 minutach wynosi ona odpowiednio
0,22kg/kg i 0,13 kg/kg. Po 1600 minutach i aż do końca suszenia ubytek
ten jest mały i zawartość wody obniża się z 0,08 kg/kg do 0,02 kg/kg i
wówczas proces dobiega końca.
Wykres przedstawiony na rys. 6 pokazuje różnice temperatur miedzy dwoma ośrodkami próbki. Widzimy, że początkowo temperatura w
środku, jak również ta pod korą rośnie szybko. Przez pierwsze 360 minut
temperatura wzrasta od ok. 21-22°C do 45°C pod korą i 58°C w środku
próbki. Potem tempo to spada. Maksymalne temperatury jakie osiągnięte
zostały pod koniec trwania procesu suszenia wynoszą odpowiednio 47,9°C
i 61,5°C. A zatem różnica temperatur między ośrodkami jest znaczna i wynosi 13,6°C.
W tabeli poniżej przedstawione zostały najważniejsze wartości odczytane z wykresów sporządzonych na podstawie przeprowadzonych badań. Dane te pomocne są w ocenie procesu suszenia oraz do porównania
procesów w zależności od temperatury czynnika suszącego.
Tabela 1. Rozkład temperatur w suszonej próbce
Źródło: [ opracowanie własne]
Temperatura czynnika suszącego
40°C
50°C
60°C
70°C
80°C
Czas suszenia, min
5700
4000
3380
2850
1700
Różnica w czasie suszenia
między kolejnymi temperaturami, min
_
1700
620
530
1150
34,5
41
47,9
52,5
58,8
41
50,8
61,5
70,1
79,9
6,5
9,8
13,6
17,6
21,1
Różnica temperatur ośrodków między temperaturami
_
3,3
3,8
4
3,5
Różnica temperatur pod kora próbki między kolejnymi
temperaturami
_
6,5
6,9
4,6
6,3
Różnica temperatur w środku próbki między kolejnymi
temperaturami
_
9,8
10,7
8,6
9,8
Temperatura pod korą
próbki
Temperatura w środku
próbki
Różnica temperatur pomiędzy ośrodkami
Analizując tabelę 1 widzimy, że proces suszenia przebiega najszybciej w temperaturze 80°C i czas trwania tego procesu rośnie wraz ze spad-
253
kiem temperatury czynnika suszącego. Ponadto wraz z obniżeniem tej
temperatury maleje różnica między temperaturami w badanych ośrodkach i
wynosi ona 6,5°C dla temperatury najniższej, i aż 11,8°C dla suszenia w
temperaturze najwyższej.
Podsumowanie
Wykorzystanie niekonwencjonalnych źródeł energii niesie za sobą
bardzo wiele korzyści, jednak najważniejsza jest to, że produkowanie z nich
energii nie powoduje zanieczyszczenia atmosfery. Źródłem, które może realnie liczyć się w Polskiej gospodarce energetycznej jest biomasa, czyli
masa materii organicznej zawarta zarówno w organizmach roślinnych jak i
zwierzęcych. Wobec faktu, że Unia Europejska stawia przed nami wymóg,
by do 2020 roku 20% ogólnie wyprodukowanej energii pochodziło ze źródeł
odnawialnych, koniecznym staje się powstawanie coraz większych areałów
roślin produkowanych na cele energetyczne. Nowością na rynku biomasy
jest róża wielokwiatowa. Jest to roślina nie tylko wysokoenergetyczna, ale
również pożyteczna, co zostało przedstawione w niniejszej pracy.
Przeprowadzone badania potwierdziły, że szybkość procesu suszenia maleje wraz z czasem trwania procesu. Początkowo ubytek wody z
drewna jest bardzo szybki, później woda odparowuje coraz wolniej. Badania wykazały, że istnieje znaczna różnica między temperaturą pod korą a w
środku pędu róży. Różnice te są mniejsze w miarę wzrostu temperatury
czynnika suszącego. Różnica temperatur pod korą między kolejnymi temperaturami jest największa podczas suszenia w 60°C a najmniejsza w
70°C. podobną zależność widać w przypadku temperatur w środku próbki.
Badania potwierdziły również, że im wyższa temperatura czynnika suszącego tym proces przebiega szybciej.
Bibliografia:
1. Kieć S. J., „Odnawialne źródła energii”, Wyd. Akademii Rolniczej, Kraków,2007
2. Tymiński J, ”Wykorzystanie odnawialnych źródeł energii w Polsce do
2030r.”, Instytut Mechanizacji i Elektryfikacji Rolnictwa, Warszawa,1997
3. Dreszer K.A., Niedziółko I.J., ”Energetyka odnawialna- wybrane zagadnienia”, Wyd. Akademii Rolniczej, Lublin, 2002
4. Głodek E., „Pozyskiwanie i energetyczne wykorzystanie biogazu rolniczego”, Opole, 2007
5. Strumiłło Cz., ”Inżynieria chemiczna- podstawy teorii i techniki suszenia”,
WNT, Warszawa,1983
6. . Antecka A., Obłoj T., „Różana plantacja”, Agroenergetyka, nr 2, 2004
7. GańkoE., „Uwarunkowania rozwoju”, Agroenergetyka, nr 3, 2005
8. Kościk B., ”Rośliny energetyczne”, Wyd. Akademii Rolniczej, Lublin,2003
9. Encyklopedia PWN, Warszawa, 1995
254
inż. Andrzej Wojewoda, prof. dr hab. inż. Aleksander Lisowski
Katedra Maszyn Rolniczych i Leśnych, SGGW w Warszawie
PARAMETRY BIOMETRYCZNE ROŚLIN KUKURYDZY ODMIANY
INAGUA
Wstęp
Rosnąca koncentracja produkcji mleka w gospodarstwach rolnych
sprawiła, że rolnicy zaczęli poszukiwać alternatywnych, w stosunku do
trwałych użytków zielonych, źródeł pozyskiwania pasz objętościowych. Poszukiwano roślin charakteryzujących się takimi cechami jak: duży plon, nieskomplikowana agrotechnika, możliwość łatwej konserwacji pasz uzyskanych z tych roślin oraz znaczna ich wartość pokarmowa. Szybko okazało
się, że wszystkie te cechy spełniają rośliny kukurydzy, a kiszonka z nich
uzyskiwana stała się z czasem podstawową paszą stosowaną w chowie
bydła.
Podczas wielu badań prowadzonych nad zastosowaniem tej paszy
w żywieniu zwierząt okazało się, że wysokowartościową kiszonkę z kukurydzy można uzyskać jedynie zachowując szereg warunków takich, jak:
stosowanie odmian kukurydzy o znacznym udziale najwartościowszych
kolb i ziarna w całej masie rośliny, odpowiedni termin zbioru, wpływający na
wilgotność paszy i wzajemne proporcje masowe składników paszy, odpowiednie przygotowanie roślin (optymalne rozdrobnienie) jak i przebieg samego procesu konserwacji (właściwe zagęszczenie). Zatem istotnymi danymi wykorzystywanymi podczas oceny jakościowej paszy są informacje o
roślinie, z której pasza ta została sporządzona. Taką wiedzę można uzyskać jedynie na podstawie analizy parametrów biometrycznych roślin.
Tego typu badania przeprowadzono w Katedrze Maszyn Rolniczych
i Leśnych Wydziału Inżynierii Produkcji SGGW w Warszawie w ramach projektu badawczego obejmującego określenie wpływu różnych czynników na
proces rozdrobnienia roślin, ich zagęszczenia oraz jakości kiszonki z nich
uzyskiwanej. Określono zależności między kombinacjami ustawień sieczkarni polowej a jakością rozdrobnienia roślin oraz wpływ wielkości obciążenia i czasu jego działania na zagęszczenie materiału roślinnego. Celem
nadrzędnym badań było określenie wpływu wyżej wymienionych czynników
oraz parametrów biometrycznych roślin na jakość uzyskiwanej kiszonki z
kukurydzy.
Kukurydzę odmiany Inagua zbierano z pola należącego do Rolniczego Zakładu Doświadczalnego w Oborach. Jest to odmiana średnio późna (liczba
FAO 230-240), uniwersalna, przeznaczona zarówno na ziarno jak i kiszon-
255
kę (www.euralis.pl). Rośliny kukurydzy ścięte ręcznie kosą spalinową przywożono przyczepą objętościową na teren Wydziału Inżynierii Produkcji.
Sposób zbioru i położenie pionowe roślin na przyczepie podczas ich transportu zmniejszało ryzyko uszkodzenia roślin i strat związanych z odrywaniem się ich składników.
Spośród całej próby roślin (około 9000 kg) wykorzystanej w badaniach stacjonarnych, losowo wybrano 30 pędów, które poddano szczegółowej charakterystyce biometrycznej. Za pomocą taśmy mierniczej, z dokładnością 1 mm, określono długość roślin. Średnicę mierzono suwmiarką
z dokładnością 0,1 mm. Następnie dokonano podziału roślin na poszczególne części składowe, takie jak: łodygi, wiechy, kolby oraz liście przy łodydze. Z kolb wydzielono kolejne elementy składowe: ziarno, liście, osadki
oraz nasady kolb. Pomiar wymiarów części składowych wykonano przy
użyciu tych samych przyrządów pomiarowych, jak w przypadku całych pędów. Pędy i jego części składowe ważono za pomocą wagi elektronicznej z
dokładnością 0,1 g.
Wilgotność składników roślin i mieszaniny rozdrobnionego materiału
roślinnego (sieczki) wyznaczono metodą suszarkowo-wagową.
Na podstawie pomiarów obliczono procentowe udziały masowe
składników pędu, kolby i ziarna w całej roślinie oraz długości i średnice
składników pędu. Sporządzono charakterystykę średnicy łodygi wzdłuż jej
wysokości oraz wyznaczono smukłość, którą zdefiniowano jako stosunek
długości rośliny l do jej średnicy d zmierzonej na wysokości cięcia
λ
l
.
d
Wyniki badań i ich analiza
Szczegółowe dane o wielkościach mierzonych, uśrednionych wartościach dla całej próby oraz odchyleniu standardowym i błędach względnym
i bezwzględnym pomiarów zestawiono w tabeli 1. Graficzne charakterystyki
udziałów masowych składników pędu, kolby i ziarna oraz długości i średnicy przedstawiono na rys. 1.
Kukurydza odmiany Inagua charakteryzowała się znacznym udziałem łodyg w pędzie (39,2%). Udział kolb z ziarnem wynosił jedynie 40,4%,
a liście stanowiły 20,1% całej masy rośliny. Taka charakterystyka badanych
roślin wynika przede wszystkim ze wczesnego ich zbioru, który przypadł na
fazę mleczną dojrzałości ziarna. Tymczasem zaleca się, aby kukurydza na
kiszonkę była zbierana w fazie woskowej dojrzałości ziarna. Przemiany biologiczne zachodzące w roślinach między tymi fazami dojrzałości prowadzą
do wzrostu udziału masowego ziarna (wzrost masy tysiąca ziaren) oraz
spadku ilości łodygi i liści (Bujoczek 2003). Te gwałtowne zmiany zachodzą
w tak zwanym naturalnym okresie zbioru, gdy szybko zmniejsza się wilgotność liści i łodyg.
256
Wyżej wymienione cechy roślin kukurydzy wpłynęły także na niewielki masowy udział ziarna w zbieranym plonie, który wynosił zaledwie
26,4% w stosunku do pozostałych części składowych roślin pędu (rys. 1a).
Znaczną część kolb kukurydzy stanowiło ziarno (65,5%), zaś udział
osadek wynosił 17,1% i liści okrywowych 10,2%, a jej nasada stanowiła
7,2% jej całej masy (rys. 1c).
Rośliny kukurydzy charakteryzowały się średnią wysokością wynoszącą 2787 mm. Kolby na łodydze były osadzone na średniej wysokości
963 mm, a ich średnia długość wynosiła około 190 mm. Niewielką długość
miały wiechy (269 mm), o nieznacznej średnicy łodygi i stąd wynikał ich
niewielki udział procentowy w całych roślinach (0,3%). Kolby posiadały
znaczną średnicę wynoszącą średnio 48,33 mm, przy średnicy osadki
28,33 mm (rys. 1e).
257
Tabela 1. Charakterystyka biometryczna roślin kukurydzy odmiany Inagua
Parametr
Średnia
(z 30 pędów)
Masa całej rośliny, g
705,07
143,96
53,75
7,6
Masa łodygi z liśćmi, g
418,36
99,85
37,28
8,9
Masa ziarna, g
186,39
34,92
13,04
7,0
Masa łodygi, g
276,34
68,12
25,43
9,2
20,54
7,15
2,83
13,8
142,02
43,24
16,14
11,4
1,93
0,61
0,23
11,9
284,77
54,57
20,377
7,2
Masa osadki, g
48,83
9,28
3,46
7,1
Masa liści przy kolbie, g
29,02
9,20
3,43
11,8
Masa kolby z ziarnem, g
235,22
41,52
15,50
6,6
Liczba ziaren na kolbie, szt.
417,64
103,13
69,28
16,6
Wysokość przytwierdzenia
kolby, mm
963,00
133,88
49,99
5,2
Długość rośliny, mm
2787,7
3
164,54
61,43
2,2
Smukłość rośliny
137,70
14,48
5,41
3,9
Długość wiechy, mm
268,92
52,89
19,75
7,3
Długość kolby, mm
189,63
19,50
7,28
3,8
Średnica kolby, mm
48,33
1,62
0,60
1,2
Średnica osadki, mm
28,33
4,18
1,56
5,5
20,44
2,24
0,84
4,1
20,93
2,56
0,96
4,6
Masa nasady kolby, g
Masa liści przy łodydze, g
Masa wiechy, g
Masa kolby z liśćmi, g
Odchylenie
Błąd
standardo- bezwzględwe
ny
Błąd
względ
ny, %
Średnica łodygi:
- na wysokości
cięcia (180 mm)
0 mm
- w odległości od
250 mm
258
linii cięcia
100,0
90,0
80,0
70,0
60,0
50,0
40,0
30,0
20,0
10,0
0,0
20,18
2,19
0,82
4,1
750 mm
18,80
2,29
0,86
4,6
1000 mm
16,85
2,64
0,99
5,9
1250 mm
14,11
1,87
0,70
5,0
1500 mm
12,03
1,72
0,64
5,3
26,4
Średnica, mm
20,1
0,3
łodygi
3000
liście przy
łodydze
wiecha
2788
2500
65,5
17,1
10,2
2000
1500
963
1000
500
7,2
269
190
wiecha
kolba
0
osadka
liście przy
kolbie
roślina
nasada
kolby
f)
60,00
50,00
39,2
pozostałe składniki
d)
ziarno
e)
40,4
kolba
długość, mm
Udział masowy,%
100,0
90,0
80,0
70,0
60,0
50,0
40,0
30,0
20,0
10,0
0,0
Udział masowy,%
73,6
ziarno
c)
b) 100,0
90,0
80,0
70,0
60,0
50,0
40,0
30,0
20,0
10,0
0,0
48,33
40,00
28,33
30,00
20,00
Średnica łodygi, mm
Udział masowy, %
a)
500 mm
10,00
wysokość
przytwierdzenia
kolby
25,00
20,44 20,93 20,18
20,00
18,80
16,85
14,11
15,00
12,03
10,00
5,00
0,00
0
0,00
kolba
250
500
750
1000
1250
1500
Na wysokości cięcia, mm
osadka
Rysunek 1. Charakterystyka biometryczna roślin kukurydzy: a) udział ziarna i łodyg z liśćmi w roślinie, b) udział składników w łodydze z liśćmi, c)
udział składników w kolbie, d) długość składników rośliny, e) średnica
składników kolby, f) średnica łodygi wzdłuż jej długości
259
Z pomiarów średnicy łodyg wzdłuż ich długości wynika, że do wysokości 500 mm rośliny były grube, o zbliżonej średnicy wynoszącej około
20 mm. Do wysokości przytwierdzenia kolb (963 mm) średnica łodyg zmieniała się nieznacznie. Dopiero powyżej tej wysokości łodygi zmieniały się z
kształtu walcowego w stożkowy. Uwzględniając stosunek wysokości do
średnicy łodygi na wysokości cięcia można stwierdzić, że rośliny charakteryzowały się dość dużą smukłością (137), co może wpływać na ich podatność na wyleganie.
Wartości błędów względnych wartości zmierzonych parametrów
wskazują, że odmiana Inagua charakteryzowała się dość dobrym wyrównaniem, a największe rozrzuty wystąpiły między masą nasady kolby oraz
ilością liści i wiechy.
Badania wilgotności składników pędów wykazały bardzo dużą wilgotność łodyg (82,5%), która była istotnym czynnikiem wpływającym na
udział masowy i średnią wilgotność całej rośliny (rys. 2). Bardzo duża wilgotność łodyg i względnie duża wilgotność liści świadczą, że kukurydza
dopiero wchodziła w optymalną fazę zbioru. Wyniki badań Igathinathane i
in. (2006) wskazują, że naturalny okres zbioru kukurydzy przypada na
okres 118-122 dni po siewie. Po tym okresie roślina kukurydzy ma już dość
stabilny udział masowy liści, łodyg i osadek. Wymienione terminy dotyczą
określonej odmiany oraz roślin rosnących w warunkach klimatycznych
Ameryki Północnej, scharakteryzowanych przez temperaturę i wilgotność
powietrza, prędkość i kierunek wiatrów, wysokość opadów, czy warunki
glebowe. Kukurydza odmiany Inagua, wykorzystywana w badaniach, była
zbierana począwszy od 127 dnia po siewie. Mimo tak znacznego czasu jaki
upłynął od momentu siewu okazało się, że rośliny jeszcze nie osiągnęły
dojrzałości technologicznej. Wydłużenie okresu wegetacji było spowodowane najprawdopodobniej przebiegiem pogody - rok 2008 charakteryzował
się nieco mniejszą średnią temperaturą powietrza w okresie rozwoju rośliny. Na wydłużenie okresu wegetacji roślin mogła mieć wpływ również dość
wysoka dawka nawozu azotawego.
260
100
90
80
wilgotność,%
70
60
50
Wiecha
Ziarno
Liście kolby
Liście łodygi
Osadki
Łodyga
Sieczka
43,0
82,5
63,2
65,4
65,7
55,6
40
30
20
17,5
10
0
Rysunek 2. Wilgotność składników pędów kukurydzy w porównaniu z wilgotnością sieczki z całych roślin
Wnioski
1. Rośliny kukurydzy odmiany Inagua charakteryzowały się dużym
udział małowartościowych składników pędu oraz niewielkim udziałem najbardziej wartościowego ziarna.
2. Różnice w udziałach masowy składników pędu wynikały z ich różnej
wilgotności.
3. Wskazane jest sukcesywne monitorowanie wilgotności roślin kukurydzy, aby ich zbiór był przeprowadzony w tzw. naturalnym terminie
– przy małej wilgotności liści i łodyg.
Bibliografia
1. BUJOCZEK K. 2003 Kiszonki z kukurydzy dobrze ugnieść. Top
Agrar Polska. Top Bydło 10, 2-3
2. IGATHINATHANE C., WOMAC A.R., SKOHANSANJ S., PORDESIMO L.O. 2006: Mass and moisture distribution in aboveground
components of standing corn plants. Trans. Am. Soc. Agric. Engrs.
49 (1): 97-106.
3. www.euralis.pl/asp/pliki/do_pobrania/inagua_08.pdf
261
Сергій Жуль, Михайло Кожушко, Петро Бальковський
Львівський національний аграрний університет
Науковий керівник к.т.н., доцент Ігор Флис
ІНЖЕНЕРНЕ ОБҐРУНТУВАННЯ ВИРОБНИЧО-ПЕРЕРОБНОГО
КОМПЛЕКСУ В ГОСПОДАРСТВІ
В сьогоднішніх умовах поступ у розвитку сільськогосподарського
виробництва потребує, крім суттєвих інвестицій, пошуку нових ідей та
впровадження нової стратегії. Потрібна цільова державна програма
розвитку агропромислового комплексу України на перспективу, яка б
дала змогу вивести сільськогосподарське виробництво на якісно новий
рівень.
Одним із нових напрямів розвитку сільськогосподарських
підприємств (СГП) різної потужності і форми власності, який повинен
призвести до підвищення їх техніко-технологічного та соціальноекономічного рівня, вважаємо інженерне забезпечення комплексності
агропромислового виробництва: від вирощування сировини і її
зберігання – до переробки в товарну продукцію. На базі діючих або
створюваних СГП пропонуємо формувати виробничо-переробні
комплекси.
Виробничо-переробний
комплекс
(ВПК)
–
це
агропромислове підприємство, яке призначене для вирощування
сільськогосподарської сировини і її переробки в товарну продукцію
широкого асортименту (рис. 1).
ВИРОБНИЧО-ПРЕРОБНИЙ КОМПЛЕКС
С.-г. угіддя
МТП і
обладнання
МПП
МПП
МПП
Тваринництво
сировина
Механізовані процеси
вирощування і
виробництва
Механізовані
процеси
переробки
Збут продукції
Збут сировини
Рис. 1. Схема виробничо-переробного комплексу на базі СГП
До структури ВПК, створеного на виробничій базі СГП, будуть
входити: земельні угіддя; ферми, їх обладнання і продуктивні тварини;
262
склади і сховища із їх устаткуванням; машинно-тракторний парк із
інженерно-забезпечувальним центром; група малих переробних
підприємств (МПП) із своїми приміщеннями і технологічним
обладнанням.
Утворений ВПК, має свою виробничу програму, яку формують
спеціалізація і проектна потужність малих переробних підприємств, які
входять до комплексу. Виробнича програма кожного із МПП залежить
від видів і кількості вирощуваної сировини в даному СГП, а також від
попиту споживачів на товарну продукцію, яку випускатиме ВПК.
Діяльність ВПК буде ефективною тоді, коли його виробничі потужності
СГП будуть підпорядковані створеному в його межах комплексу
невеликих за потужністю переробних підприємств, які взаємодіють із
механізованими процесами у рослинництві та тваринництві, а також між собою (рис. 2).
ВИРОБНИЧО-ПЕРЕРОБНИЙ КОМПЛЕКС
в рослинництві
в тваринництві
Сировина
МПП
МПП
МПП
МПП
МПП
МПП
переробки
Інженерно-технологічне забезпечення
Організація та управління процесами
Техніка,
обладнання
Технологія,
Робітники,
Ресурси,
режими
управлінці
матеріали
Технічний нагляд; охорона праці; захист людей та
довкілля
Рис. 2 Схема комплексного виробництва і переробки сировини у ВПК
263
Висновок. Інженерне забезпечення виробництва у ВПК виявляється
не стільки в отриманні сільськогосподарської сировини в максимально
можливих обсягах, а у виробництві і реалізації, в першу чергу, товарної
продукції.
Бібліографічний список.
Флис
І.М.
Розвиток
проектів
комплексної
переробки
сільськогосподарської сировини в господарствах / Вісник аграрної
нау-ки. - 2006.- Спеціальний випуск, серпень. - С.121-125.
2. I. Flys, M. Kupriyenko. The engineering management of complex processing of agricultural raw materials in economies / The 31 st Presentation of Students , Scientific Papers conference at the University in
Novi Sad, 19-20.11.2007.- р. 134-139.
1.
264

Problemy Inżynierii Rolniczej i Leśnej. IV Konferencja

Transkrypt

Podobne dokumenty

Double-sided flashcards

TRESC/CONTENT

WantWords