Голуб Геннадій Анатолійович. Механіко-технологічне обґрунтування технічних засобів для агропромислового виробництва їстівних грибів : Дис... д-ра наук: 05.05.11 - 2005.
Анотація до роботи:
Голуб Г.А. Механіко-технологічне обґрунтування технічних засобів для агропромислового виробництва їстівних грибів. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.05.11 – Машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. – Національний науковий центр “Інститут механізації та електрифікації сільського господарства” Української академії аграрних наук, Глеваха, 2005.
У дисертації викладено аналітичне узагальнення та рішення проблеми науково-технічного обґрунтування біологічної конверсії органічної сировини агроценозів у штучних умовах із виробництвом їстівних грибів.
Визначено кінетику розкладу органічної речовини під час ферментації. Удосконалено математичну модель барабанно-пальцевого розпушувача компосту та субстрату. Визначено динаміку процесу розігріву компосту під час ферментації у закритих камерах, залежність зовнішнього тиску при ущільнені субстрату від його відносної деформації. Розроблена динамічна модель зміни температури субстрату та повітря в культиваційному приміщенні. Обґрунтовано вимоги до схем установки та основних параметрів теплоутилізаторів. Розроблено функціональні схеми та алгоритми управління мікрокліматом культиваційних приміщень для вирощування грибів. Розроблено технологічні процеси виробництва компосту та субстрату для вирощування печериць.
Використання екстенсивних методів біологічної конверсії наявних органічних ресурсів в агроценозах є однією з причин низької ефективності сільськогосподарського виробництва. Існуюча тенденція зниження вмісту гумусних речовин у ґрунтах поєднується з неефективним використанням органічної сировини агроценозів, відсутністю концептуального взаємозв'язку окремих елементів біологічної конверсії з наявними ресурсами органічної сировини, а також відсутністю проектних, технологічних та технічних рішень для впровадження біологічної конверсії органічної сировини при існуючих формах організації сільськогосподарського виробництва. Сукупність наукових положень та закономірностей, механіко-технологічні основи створення технічних засобів для біологічної конверсії органічної сировини агроценозів у штучних умовах із вирощуванням їстівних грибів, а також результати експериментальних досліджень, виробничої перевірки та впровадження дозволили обґрунтувати та розробити ефективні технологічні процеси та технічні засоби для механізації виробництва компосту, субстрату та їстівних грибів, що забезпечують підтримання балансу гумусу в ґрунтах та покращують фінансові показники сільськогосподарських підприємств. Виконані дослідження становлять основу для перспективного наукового напрямку створення сучасних технічних засобів для механізації виробництва компостів, субстратів та їстівних грибів і дозволяють зробити наступні висновки та рекомендації:
Інтенсифікація природного кругообігу органічної сировини може бути досягнута за рахунок здійснення її початкових стадій у штучних умовах. Біологічна конверсія органічної сировини агроценозів із вирощуванням їстівних грибів дозволяє інтенсифікувати процес утворення первинного гумусу, а також отримати додаткову білкову продукцію у вигляді шапкових грибів. Для виробництва печериць найбільш сприятлива зона північного Лісостепу, а гливи звичайної – зона Степу, при цьому нульовий баланс гумусу може бути досягнутий при використанні на виробництво грибів, відповідно, 74 і 31 % незернової частини урожаю.
На основі експериментальних значень швидкості розкладу органічної сировини під час ферментації компостів у буртах та закритих камерах розроблені кінетичні рівняння розкладу органічної сировини для різних умов та комбінацій технологічного процесу. Установлено, що проведення ферментації органічної сировини в керованих умовах закритих камер дозволяє в 2 рази скоротити строки розкладу органічної сировини.
Удосконалено математичну модель барабанно-пальцевого розпушувача компосту для визначення основних конструктивних та енергетичних параметрів при його використанні в технологічних процесах виробництва компосту та субстрату. Установлено, що використання двохбарабанного розпушувача компосту є найбільш раціональним у порівнянні з одно- та трьохбарабанним через меншу питому енергомісткість в першому випадку та меншу конструктивну складність в іншому. Для двохбарабанного розпушувача компосту забезпечення технологічно необхідної величини еквівалентного діаметра частинок компосту від 2 до 4 см може бути досягнуто при частоті обертання барабанів від 156 до 217 хв.-1 та при кількості пальців на пластині від 4 до 6 штук. Отримано рівняння для розрахунку траєкторії польоту частинок компосту в повітряному просторі розміром від 5 до 40 мм та відповідно початкових швидкостях вильоту від 5 до 22 м/с шляхом наближеного рішення диференційних рівнянь руху.
Отримані рівняння динаміки розігріву органічної сировини під час ферментації у закритих камерах при виробництві компостів та субстратів, які дозволяють визначити основні параметри пастеризаційних та ферментаційних камер. Установлено, що при проведенні попередньої ферментації у буртах на протязі від 16 до 18 днів для розігріву суміші в пастеризаційній камері від початкової температури 20 0С до температури 60 0С за одну добу необхідно подавати від 28 до 32 кг водяної пари на одну тонну компосту, а під час пастеризації при температурі 60 0С – до 7 кг пари, термін ферментації компосту в буртах, при якому можливе його послідуюче саморозігрівання від початкової температури 20 0С до температури 60 0С за одну добу без подачі водяної пари становить від 6 до 8 днів, початкова температура, вище якої можливий подальший саморозігрів компосту у пастеризаційній камері до температури 60 градусів за одну добу без подачі водяної пари, становить від 35 до 39 0С, після розігріву компосту на протязі однієї доби у пастеризаційну камеру необхідно подавати свіже повітря в потік рециркулюючого повітря в кількості до 10 м3/т год.
Експериментально визначено залежність модуля пружності, що характеризує фізико-механічні властивості субстрату від його відносної деформації. Отримано вирази для визначення залежності зовнішнього тиску при ущільненні субстрату від його відносної деформації. Установлено, що залежність відносної деформації субстрату від зовнішнього тиску при ущільненні має дві характерні зони. Перша – при , коли відбувається зміна відносної деформації субстрату пропорційно збільшенню зовнішнього тиску і друга при , коли зміна зовнішнього тиску на субстрат не приводить до суттєвого збільшення відносної деформації. Відносна пружність субстрату при розширенні знаходиться в межах від 1,5 до 1,8 відносних од. Установлено, що при абсолютна деформація субстрату при ущільненні становить від 20 до 23 см, а відносна – від 0,58 до 0,66 відносних од. Висота шару субстрату після стискування становить близько 12 см, а після зняття зовнішнього тиску – від 20 до 22 см. Удосконалено аналітичний вираз, що визначає умови затягування субстрату в простір між вальцем та стрічкою в залежності від геометричних розмірів стрічково-вальцевого апарату шляхом урахування різних значень коефіцієнтів тертя субстрату по вальцю та стрічці.
Розроблена на основі рішення рівнянь тепло-вологісного та газового балансу імітаційна модель культиваційного приміщення для вирощування печериць дозволяє вибрати основні параметри енергетичного обладнання та розрахувати витрати енергії на виробництво грибів у залежності від величини та часу стояння температури зовнішнього повітря. Установлено, що повітрообмін для підтримання заданої концентрації вуглекислого газу має три характерні зони: перша – до температури зовнішнього повітря 2,5 0С, коли утримується задана концентрація вуглекислого газу, а підтримання температури та теплового балансу забезпечується роботою опалювальних приладів; друга – при температурах зовнішнього повітря від 2,5 до 11,5 0С, коли опалювальні прилади не працюють, а підтримання температури та теплового балансу забезпечується як зниженням, так і збільшенням у допустимих межах концентрації вуглекислого газу і третя – при температурі зовнішнього повітря вище 11,5 0С, коли знову утримується задана концентрація вуглекислого газу, а підтримання температури та теплового балансу забезпечується роботою охолоджувальних приладів. Установлено, що теплоутилізатор у системі вентиляції повинен установлюватися централізовано для роботи на декілька культиваційних приміщень для вирощування грибів. При цьому фактичний коефіцієнт утилізації тепла в зимовий період знаходиться у межах від 0,18 до 0,23 відносних од., а термін окупності теплоутилізатора не перевищує 4 років. Удосконалено динамічну модель перехідного процесу зміни температури субстрату та повітря в культиваційному приміщенні для вирощування грибів, що дозволило визначити сталі часу, необхідні для вибору засобів автоматичного управління температурою субстрату та повітря.
Для механізованого виробництва компостів у буртах розроблено й виготовлено агрегат у складі дозатора-розпушувача з барабанно-пальцевими робочими органами на базі кузовного розкидача органічних добрив та формувача буртів. Дозатор-розпушувач субстрату впроваджено у виробництво в агрокомбінаті “Пуща-Водиця” Киево-Святошинського району Київської області. Розроблено проектні рішення пастеризаційних камер із вентиляційною установкою для забезпечення прискореного аеробного процесу ферментації компосту для виробництва субстрату. Розроблена та передана ДКТБ ННЦ “ІМЕСГ” науково-технічна документація забезпечила можливість виготовлення дослідної партії подрібнювачів пастеризованого субстрату та пристроїв для пакування субстрату в мішки на базі поршневого ущільнювача продуктивністю 3 т/год. Фактична річна економічна ефективність використання цих машин становить 2800 грн., а термін окупності не перевищує 3 роки. Розроблено, виготовлено й упроваджено у виробництво в агрокомбінаті “Пуща-Водиця” машину для завантаження пастеризованого субстрату на стелажі зі стрічково-вальцевим ущільнювачем продуктивністю 6 т/год. Розроблені технологічні процеси виробництва компосту на основі пташиного посліду та соломи, а також субстрату для вирощування печериць створюють передумови для виробництва якісних органічних добрив та їстівних грибів у сільськогосподарських підприємствах, що забезпечує підтримання родючості ґрунтів та покращує фінансові показники сільськогосподарських підприємств.
Виробництво їстівних грибів дозволяє збільшити питомий прибуток з одного гектара сівозміни від 1,5 до 2,5 разів. Наявні в Україні ресурси пташиного посліду на птахофабриках дають змогу забезпечити на основі запропонованих технічних рішень отримання річного прибутку в розмірі біля 420 мільйонів гривень за рахунок виробництва грибної продукції. Виробництво компосту, субстрату та грибів повинно проводитися на базі сільськогосподарських підприємств, які мають власну сировинну базу. При цьому собівартість виробництва компосту та субстрату від 1,5 до 1,8 разів менша у порівнянні з випадком, коли солома та послід закуповуються як сировина.
Публікації автора:
Монографії, брошури
Голуб Г.А. Технологічний процес виробництва компостів на основі пташиного посліду та соломи: Науково-виробниче видання. – К.: Науковий світ, 2003. – 23 с.
Голуб Г.А. Технологічний процес виробництва субстрату для вирощування печериць: Науково-практичне видання. – К.: Науковий світ, 2005. – 22 с.
Статті у наукових фахових виданнях
Огороднік А.І., Голуб Г.А. Енергозберігаючий цикл біотермообробки компостів у грибництві // Міжвідомчий тематичний науково-технічний збірник "Механізація та електрифікація сільського господарства". – Київ: Урожай. – 1994. – Вип. 79. – С. 31-34. (Особистий внесок – рівняння теплового балансу та математична модель аеробно-анаеробного циклу).
Голуб Г.А., Огороднік А.І. Обґрунтування параметрів теплообмінника-утилізатора тепла ферментаційної камери // Міжвідомчий тематичний науково-технічний збірник "Механізація та електрифікація сільського господарства". – Київ: Урожай. – 1994. – Вип. 80. – С. 10-13. (Особистий внесок – методика визначення коефіцієнта утилізації тепла).
Огороднік А.І., Голуб Г.А. Механізація приготування грибного субстрату // Техніка АПК. – 1994. – № 11-12. – С. 18-19. (Особистий внесок – аналіз технологій та технічних засобів виробництва компосту та субстрату).
Голуб Г.А., Огороднік А.І. Гриби у пристосованих приміщеннях // Техніка АПК. – 1995. – № 4. – С. 17. (Особистий внесок – аналіз факторів, що впливають на розвиток грибництва в Україні).
Голуб Г.А., Огороднік А.І. Динаміка розігріву компосту у пастеризаційній камері // Міжвідомчий тематичний науковий збірник "Механізація та електрифікація сільського господарства". – Київ: Аграрна наука. – 1997. – Вип. 82. – С. 64-66. (Особистий внесок – математична модель розігріву компосту у пастеризаційній камері).
Огороднік А.І., Голуб Г.А. Кінетична модель процесу компостування субстрату у грибництві // Міжвідомчий тематичний науковий збірник "Механізація та електрифікація сільського господарства". – Київ: Аграрна наука. – 1997. – Вип. 82. – С. 67-70. (Особистий внесок – математична модель для визначення рівня розкладу органічної сировини під час ферментації).
Голуб Г.А., Мельникова І.В. Вплив виробництва їстівних грибів на економічну ефективність агроценозів // Економіка АПК. – 1998. – № 10. – С. 59-61. (Особистий внесок – схема біоконверсії органічної сировини в агроценозах та її економічна оцінка).
Голуб Г.А. Ефективність виробництва їстівних грибів // Економіка АПК. – 1999. – № 9. – С. 63-65.
Голуб Г.А. Біоконверсія органічної сировини в агроценозах з виробництвом печериць // Міжвідомчий тематичний науковий збірник “Механізація та електрифікація сільського господарства”. – Глеваха. – 2000. – Вип. 83. – С. 257-259.
Голуб Г.А. Біоконверсія органічної сировини при вирощуванні грибів // Вісник аграрної науки. – 2002. – № 11. – С. 13-17.
Лінник М.К., Голуб Г.А. Динаміка самозабезпеченості сільськогосподарського виробництва органічними добривами // Збірник наукових праць Національного аграрного університету “Механізація сільського господарства”. – Київ: НАУ. – 2003. – Том ХV. – С. 34-38. (Особистий внесок – розрахунок динаміки балансу гумусу та аналіз технологій виробництва органічних добрив).
Голуб Г.А. Визначення переміщення органічних добрив при їх приготуванні та внесенні // Вісник аграрної науки. – 2003. – № 6. – С. 52-54.
Голуб Г.А. Радіальна швидкість руху компосту в барабанно-пальцевому розпушувачі // Вісник Харківського державного технічного університету сільського господарства “Механізація сільськогосподарського виробництва”. – Харків: ХДТУСГ. – 2003. – Вип. 21. – С. 484-491.
Голуб Г.А. Мікроклімат споруд для вирощування грибів // Вісник аграрної науки. – 2003. – № 10. – С. 46-49.
Голуб Г.А. Біоконверсія органічної сировини агроценозів в штучних умовах з вирощуванням гливи звичайної // Науковий вісник Національного аграрного університету. – Київ: НАУ. – 2004. – Вип. 73 (ч. 1). – С. 38-44.
Голуб Г.А. Конструктивні параметри стелажів для вирощування гливи звичайної // Техніка АПК. – 2004. – № 8. – С. 18-19.
Лінник М.К., Голуб Г.А. Кудря В.О., Висовень В.В., Шаблій М.Є. Модульно-адаптивні технічні засоби для виробництва і внесення органічних добрив // Праці Таврійської державної агротехнічної академії. – Мелітополь: ТДАТА. – 2004. – Вип. 21. – С. 123-129. (Особистий внесок – модульно-адаптивні технічні засоби для ферментації компосту в прямокутних буртах).
Голуб Г.А. Технологічні параметри барабанно-пальцевого розпушувача компосту // Праці Таврійської державної агротехнічної академії. – Мелітополь: ТДАТА. – 2004. – Вип. 22. – С. 40-46.
Голуб Г.А. Біоконверсія органічної сировини агроценозів в штучних умовах з вирощуванням печериць // Збірник наукових праць “Техніко-технологічні аспекти розвитку та випробування нової техніки і технологій для сільського господарства України”. – Дослідницьке. – 2004. – Вип. 7 (21). – С. 236-240.
Голуб Г.А. Оцінка енергетичної ефективності теплоутилізаторів у системі вентиляції культиваційних приміщень для вирощування печериць // Електрифікація і автоматизація сільського господарства. – 2004. – №3 (8). – С. 78-84.
Лінник М.К., Голуб Г.А. Механізація виробництва компосту з пташиного посліду та соломи // Вісник аграрної науки. – 2004. – № 8. – С. 53-56. (Особистий внесок – основні положення технологічного процесу виробництва компосту із пташиного посліду та соломи).
Голуб Г.А. Енергетичні параметри барабанно-пальцевого розпушувача компосту // Науковий вісник Національного аграрного університету. – Київ: НАУ. – 2004. – Вип. 73 (ч. 2). – С. 161-166.
Голуб Г.А. Параметри стрічко-вальцевого ущільнювача субстрату при вирощуванні їстівних грибів // Міжвідомчий тематичний науковий збірник “Механізація та електрифікація сільського господарства”. – Глеваха. – 2004. – Вип. 88. – С. 193-199.
Голуб Г.А. Вибір схеми установки теплоутилізаторів у системі вентиляції грибниць // Матеріали Міжнародної науково-практичної конференції “Агромех – 2004”. – Львів: ЛДАУ. – 2004. – С. 70-77.
Голуб Г.А., Висовень В.В., Шаблій М.Є. Обґрунтування основних параметрів радіально скошеного лопатевого ротора розкидача органічних добрив // Міжвідомчий тематичний науковий збірник “Механізація та електрифікація сільського господарства”. – Глеваха. – 2004. – Вип. 88. – С. 200-207. (Особистий внесок – математична модель радіально скошеного роторного розкидача органічних добрив).
Висовень В.В., Голуб Г.А. Нагромадження й застосування органічних добрив // Наукові основи агропромислового виробництва в зоні Лісостепу України / УААН; Редколегія: М.В. Зубець (голова), В.П. Ситник, Я.С. Гуков та інші. – Київ: Логос, 2004. – Розділ 8: Матеріально-технічна база аграрного виробництва. – С. 589-590. (Особистий внесок – технологія переробки органічної сировини в субстрат та його застосування в якості органічних добрив після вирощування печериць).
Голуб Г.А. Проблеми біоконверсії органічної сировини в агроценозах // Вісник аграрної науки. – 2005. – № 1 – С. 43-48.
Голуб Г.А. Оптимізація рівня виробництва грибів в господарствах зерно-птахівничого напрямку // Аграрна наука і освіта. – 2005. – Т. 6, № 1-2 – С. 84-87.
Авторські свідоцтва, патенти
Способ управления устройством очистки рекуперативных теплообменников для обслуживания зон обледенения: А. с. 1605103 СРСР. / І.М. Голодний, В.С. Пастушенко, Г.А. Голуб. – №4494789; Заявлено 06.07.1988; Надруковано 07.11.1990, Бюл. № 41. – 3 с. (Особистий внесок – участь у розробці формули винаходу, розробка технічної реалізації способу).
Ферментаційний реактор: Патент 20807 А Україна. / Г.А. Голуб, В.П. Онищенко. – № 95115003; Заявлено 24.11.1995; Надруковано 27.02.1998, Бюл. № 1. – 5 с. (Особистий внесок – постановка задачі, участь у розробці формули винаходу).
Спосіб вентиляції споруд закритого ґрунту: Патент 57956 А Україна. / М.Т. Гірченко, Г.А. Голуб, В.І. Жоров, С.А. Вдовенко, О.І. Кепко, Л.В. Шаповалов. – № 2002021688; Заявлено 28.02.2002; Надруковано 15.07.2003, Бюл. № 7. – 2 с. (Особистий внесок – участь у розробці формули винаходу, розробка опису патенту).
Пристрій утилізації теплоти витяжного повітря. Патент 22028А Україна. / Ю.В. Герасимчук, Г.А. Голуб, В.В. Наконечний – № 96083156; Заявлено 06.08.96; Надруковано 30.04.98, Бюлетень № 2. – 3 с. (Особистий внесок – участь у розробці формули винаходу, розробка опису патенту).
Термоконтейнер для виробництва субстрату: Патент 25168 Україна. / Голуб Г.А., Голуб В.А – № 96114444; Заявлено 27.11.96; Надруковано 17.09.01, Бюлетень № 8. – 3 с. (Особистий внесок – участь у розробці формули винаходу, розробка опису патенту).
Устройство утилизации теплоты вытяжного воздуха: А.с. 1688056 СРСР. / Голодний І.М., Пастушенко В.С., Голуб Г.А., Макурін В.П. – № 4727168/29; Заявлено 07.08.89; Надруковано 30.10.91, Бюллетень № 40. – 2 с. (Особистий внесок – постановка задачі, участь у розробці формули винаходу).
Устройство утилизации теплоты вытяжного воздуха: А.с. 1765634 СРСР. / Голодний І.М., Пастушенко В.С., Голуб Г.А. – № 4853398/29; Заявлено 27.07.90; Надруковано 30.09.92, Бюллетень № 36. – 2 с. (Особистий внесок – постановка задачі, участь у розробці формули винаходу).
