Volodymyr Kuzmenko

Purpose. To determine the feasibility and prospects for the development of processes and means of carbonization of biomass fuel briquettes to increase the efficiency of heat supply from briquette products. Methods. Analytical review and systematic analysis of the development of technological processes and technical means for briquetting plant raw materials for thermal needs. Comparative analysis of the elastic-relaxation properties of polymer components of plant materials during carbonization of briquettes into bio-char. Modeling of thermally stabilized pyrolysis of fuel briquettes from biomass at a temperature of 380–450 ºС. Results. An analysis of existing presses for briquetting plant raw materials was conducted. A type of Pini-Kay briquettes favorable for carbonization was determined, which are obtained on screw-type presses-extruders. The features of relaxation transitions of polymer components of biomass at the stages of obtaining bio-coal briquettes were analyzed. It was found that the process of isothermal carbonization is based on the phenomenon of exothermic decomposition of biomass and a combination of thermally stabilized pyrolysis using a highly inertial pyrolysis reactor. As a result, a technology for obtaining bio-coal briquettes is provided. Relaxation properties in the creation of carbonization biofuel were studied on model samples of plant raw materials. Types of second-generation solid biofuels – bio-coal (carbonized) briquettes were predicted. Their main properties, calorific value and potential areas of application were determined. Conclusions 1. At present, a promising innovative method for the utilization of wood and agricultural waste is the production of bio-coal (carbonized) briquettes. The innovative technology for obtaining such fuel briquettes is based on changing the relaxation state of the polymer components of biomass (lignin, cellulose and hemicellulose). It allows converting plant waste into a carbonized state of briquettes without the use of binders at rational energy and capital costs. 2. The carbonization process is carried out in an isothermal regenerative pyrolysis reactor in a controlled steam-gas environment. Therefore, heterogeneity is realized in the briquettes under the influence of temperature and the plasticizing effect of water vapor, due to which the process proceeds in conditions of an open capillary-porous structure, which is fixed in the carbonized material of the fuel briquettes. 3. During the exothermic decomposition of biomass, a significant amount of heat is released, which is sufficient to complete the carbonization process without external heating, provided that heat losses to the environment are excluded. In the final period of pyrolysis at temperatures of 380–450 ºС, a slight formation of liquid products, mainly heavy tar, occurs. The gases released consist of СО2, CO and hydrocarbons. As a result, bio-coal briquettes with a modified structure and a density of up to 800 kg/m3 are obtained, which provides high thermal conductivity. Keywords: plant raw materials, processes, briquettes, carbonization, pyrolysis reactor, isotherm, regeneration, pyrolysis gases, bio-char.

Науково-практичний посібник щодо формування комплексу кормозбиральних машин для обслуговування системи кормового двору розроблено в рамках виконання науково-дослідних робіт у відділі механіки та автоматики біотехнічних систем у тваринництві Інституту механіки та автоматики агропромислового виробництва Національної академії аграрних наук України (ІМА АПВ НААН). В посібнику розкрито склад та характеристики складових кормового двору, що формується на момент заготівлі стеблових кормів, наводяться основні методи оцінювання ефективності технологій та комплексів машин для їх заготівлі. Останнім розділом посібника є перелік комплексів машин для заготівлі кормів на різних за розмірами фермах, отриманих в результаті розрахунків та використання передового досвіду кращих господарств, що утримують великої рогатої худоби (ВРХ). Матеріали посібника можуть бути використані інженерно-технічним персоналом підприємств АПВ відповідного спрямування, науково-дослідних та проектно-конструкторських установ, які розробляють проекти нові чи модернізують існуючі ферми ВРХ.

Науково-практичний посібник щодо процесів заготівлі силосу та технічних засобів для їх реалізації розроблено в рамках виконання науково-дослідних робіт у відділі механіки та автоматики біотехнічних систем у тваринництві Інституту механіки та автоматики агропромислового виробництва Національної академії аграрних наук України (ІМА АПВ НААН). В посібнику висвітлено процес заготівлі силосу, вимоги щодо окремих операцій та технічні засоби для їх реалізації. Особливу увагу звернуто на іноваційні способи та засоби заготівлі силосу, а саме заготівлю силосу в плівкових рукавах, в тюках. Вказані процеси притаманні господарствам з поголів’ям вкликої рогатої худоби (ВРХ) до 100-150 голів. Видання розраховано на керівників та інженерно-технічних працівників підприємств агропромислового спрямування різних організаційно-правових форм господарювання, науково-технічних працівників, студентів технічних спеціальностей сільськогосподарських вузів.

Науково-практичний посібник щодо процесів заготівлі сінажу розроблено в рамках виконання науково-дослідних робіт у відділі механіки та автоматики біотехнічних систем у тваринництві Інституту механіки та автоматики агропромислового виробництва Національної академії аграрних наук України (ІМА АПВ НААН). Посібник призначений для використання у процесі заготівлі сінажу. Використання якісного сінажу в годівлі ВРХ дозволяє зменшити затрати концентратів завдяки підвищеному вмісту в кормі білкової складової в порівнянні із силосом. Матеріали можуть бути використані інженерно-технічним персоналом сільськогосподарських підприємств, проектних, конструкторських і науково-дослідних установ, а також виробничими підприємствами відповідного напряму.

Науково-практичний посібник щодо заготівлі стеблових кормів в умовах зміни клімату розроблено в рамках виконання науково-дослідних робіт у відділі механіки та автоматики біотехнічних систем у тваринництві Інституту механіки та автоматики агропромислового виробництва Національної академії аграрних наук України (ІМА АПВ НААН). Наведено вимоги щодо виконання операцій заготівлі стеблових кормів. Описано як загальновживані, так і іноваційні високопродуктивні технічні засоби виробництва відомих іноземних фірм. Представлено приклади використання сорго, високоврожайної, посухостійкої культури призаготівлі силосу. Посібник призначений для використання у процесах науково-технічного обґрунтування, проектування та виконання робіт заготівлі кормів. Матеріали можуть бути використані керівниками та інженерно-технічним персоналом сільськогосподарських підприємств, проектних, конструкторських і науково-дослідних установ.

Висвітлено науково-технічні основи консервування та зберігання стеблових кормів і зерна в плівкових рукавах, зокрема механізми формування герметичного середовища, контроль вологості та температури, а також вплив анаеробних умов на життєдіяльність шкідників і збереження якісних характеристик продукції. Автори систематизували існуючі та запропонували нові варіанти технологій організації робіт із заготівлі кормів і зберігання зерна, що включають планування операцій, підбір оптимальних режимів зберігання, методи контролю та моніторингу якості продукції протягом усього періоду зберігання. Наведено детальний опис машин, механізмів і обладнання, що застосовуються для здійснення технологічного процесу, із зазначенням особливостей їх використання, синхронізації роботи ланок, забезпечення ритмічності технологічного циклу та підвищення продуктивності. Окремо розглянуто методи автоматизації процесів завантаження і розвантаження, застосування фізичних і хімічних заходів захисту зерна від шкідників, а також міжнародний досвід і практичні рекомендації щодо організації зберігання в плівкових рукавах. Матеріали монографії можуть бути використані науковими співробітниками, викладачами і аспірантами навчальних закладів, керівниками та фахівцями сільськогосподарських підприємств, інженерно-технічними працівниками, а також зооспеціалістами для підвищення ефективності та безпечності заготівлі кормів і зберігання зернової продукції.

В монографії розкрито концептуальні засади створення біотехнічної системи виробництва молока на основі смарт-технологій, узагальнено сучасні техніко-технологічні рішення автоматизованих процесів ферм з виробництва молока, дано раціональні технічні рішення для практичного застосування, зокрема і для ферм з прив’язним утриманням корів. Включає питання забезпечення мікроклімату тваринницьких приміщень, фізіологічно безпечного доїльного обладнання, адресної годівлі та гнучких технологічних процесів заготівлі кормів.

The article considers the problem of increasing the efficiency and cost-effectiveness of the mechanization means of block-portion separation of stem feed, which implements the principle of adapting the operation of the actuator hydraulic motors to the conditions of their load. The object of the study is the cutting mechanism of the stem feed loader, used in the technological processes of harvesting and issuing stem feed from trench storage in a block-portion mode. During the technical analysis, factors were identified that limit the efficiency of its use. In particular, the design of the standard hydraulic drive does not allow for full consideration of the unevenness of the load during the process of cutting and feeding the forage mass, which leads to increased energy consumption, instability, shutdown of mechanisms, and increased wear of moving parts. The density and moisture content of stem feed are non-uniform in volume, so that the cutting force can vary fairly. If this factor is not considered, the system will consume more energy. To solve this problem, a mathematical model of an adaptive hydraulic system was developed. The leading technical solution was the introduction of a mechanism for automatic regulation of the flow rate of the working fluid in real time according to the flow load on the drive, which allows the optimal operating mode of the system to be achieved. During the study, mathematical modeling and simulations were carried out. As a result, the power of the cutting mechanism drive was reduced to 5–6 kW. Compared with traditional approaches, the proposed adaptive system demonstrates better sensitivity to changes in the resistance of the environment and a quicker response to dynamic oscillations in the hydromechanical circuit.

One of the main technological operations in the harvesting of stem fodder is harvesting with simultaneous chopping. Modern round balers, bale balers, and pickup trolleys are equipped with a beater-knife cutting apparatus. They are based on a rotating beater (a pipe with fingers fixed to it) and a number of knives installed in the channel, along which the fingers of the beater move in a rotational motion. In the process of developing the design of such a cutting apparatus, the beater has evolved from an analogue of a scraper-finger conveyor, a rotor with a controlled rake, into a rotor with a tubular shaft and fixed curved fingers radial to its base. The problem with such cutting machines is a significant increase in friction forces on the side surfaces of the knives with an increase in their number. The increase in the number of knives is caused by the need to reduce the length of the raw material to be cut. The research is aimed at determining the design features of the beater-knife cutting units of forage harvesters, the directions of their improvement by replacing the passive knife with an active disc knife and experimentally determining the effect of the circular speed of the knives on fuel consumption. The monographic method was used in the research. This made it possible to systematize the main design parameters of the beater-knife cutting machine, identify the main works carried out in the study of similar designs, and propose a technical solution that can significantly reduce the friction forces that occur on the side surface of the knives. By varying the distance between the knives of the prototype cutting machine, the weighted average cutting length of the resulting raw material was determined. The results obtained made it possible to determine the ratio between the dimensions of the cutting device (which are in the range of: length – 1120-2000 mm, diameter - 415-880 mm, minimum cutting length – 22-25 mm), experimentally confirm the performance of the cutting device with disc knives, establish the dependence of fuel consumption for picking up, cutting and feeding alfalfa on the circular speed of disc knives, and determine the minimum fuel consumption, which is 0.74 kg·h-1.