Процессы и машины агроинженерных систем. Рубрика в журнале - Инженерные технологии и системы
Improvements in broom corn harvesting process
Статья научная
Introduction. Solving the problem of harvesting broom corn (Sorghum vulgare var. technicum) with minimal expenditure of labor and resources, and high quality is possible through improving existing or developing new processes and equipment for harvesting. At the same time, the proposed new processes and equipment should ensure the reduction or complete elimination of the share of manual labor. The purpose of the work is to improve the process for harvesting of broom corn based on a complex performance criterion. Materials and Methods. The methodological basis for choosing an effective process for harvesting broom corn was the theory of efficiency of technical systems. According to it, the latter is estimated using the value of a complex criterion that includes a set of particular indicators and their relative importance. Results. It is proposed to evaluate the efficiency of the broom corn harvesting process according to a complex criterion that takes into account particular indicators and their relative importance. A developed process for harvesting broom corn includes: threshing of standing broom corn in the direct flow offset threshing chamber of a combine harvester with simultaneous mowing of the threshed plants using the combine harvester thresher; collecting the threshed and mown plants in the tractor trailer and the threshed grain in the hopper; transportation of threshed and cut plants to the place of storage; and stacking of threshed plants with drying them using active ventilation. Based on experimental studies, the values of all the studied particular indicators and their coefficients of relative importance were determined; a comprehensive performance criterion for the existing process for broom corn harvesting and the proposed process was calculated. Discussion and Conclusion. The calculated values of coefficients K* 1 and K* 2 for the existing and proposed processes for harvesting broom corn were used to determine the complex performance criterion, which is φ(Wi ) = 15.54 for the existing process and φ(Wi) = 2588.75 for the proposed one respectively. According to the complex criterion, the proposed harvesting process is more efficient than that currently used more than 160 times.
Бесплатно
Possibilities of obtaining biogas from manure and amaranth
Статья научная
Introduction. The use of biomass allows increasing the rate of biogas formation and its specific yield. This work aims to study the kinetics of methanogenesis and determine the optimal duration of digestion and organic load, which are the main indicators of the technological process of biogas formation. Materials and Methods. The substrate (dairy manure, biomass of amaranth) was the study object. Experimental studies were carried out using a laboratory biogas plant. The computer program (certificate No. 2018662045) was used to obtain modified Gompertz models describing the kinetics of biogas formation. Based on the obtained data, the hydraulic retention time and organic loading rate (the key parameters in the design of biogas plants were determined). Results. The paper presents the experimental studies results of the biogas formation kinetics when using dry amaranth biomass. The Gompertz mathematical models were obtained. Methane-tank control parameters (hydraulic retention time and organic loading rate) were obtained for anaerobic digestion of a new substrate. Discussion and Conclusion. The use of new co-substrate Amaranthus retroflexus L. allowed increasing the specific biogas yield from dairy manure by 52.2 % and the ultrasonic pre-treatment in combination with the herbal supplement by 89.1 %. The optimal hydraulic retention time value was 10 days and organic loading rate was 4.1 kg of volatile solids per m3 of digester per day.
Бесплатно
Simulation of sesame seeds outflow in oscillating seed metering device using DEM
Статья научная
Introduction. Sesame crop is one of the most important export crops in many countries around the world, especially in Africa. To meet the agricultural requirement of precision planting, various types of precision seed planters have been developed. Numerous studies were carried out to study the optimisation of the parameters of the precision planting. One of these parameters, affecting the quality of the precision seeder, is the grain outflow from the seed metering device. Materials and Methods. In order to maintain good continuous performance of an oscillating seeder, it is important to monitor seed flow in real-time and adjust oscillation parameters automatically. Existing research methods, such as prototyping and monitoring the process using a high-speed camera, by reason of the random movement of particles, do not allow obtaining sufficient data to understand trajectories and velocities of particles and existing equations for particle motion when simulating the sowing process do not allow taking into account the interaction of particles that having various shapes, rolling and sliding friction coefficients, and the elastic modulus of particle materials and a working body. In this study, the outflow rate of sesame seeds in an oscillating seed metering device was modeled using the simulation method based on the discrete element method. The aim of this study is to create a simulation model of an oscillating-type sowing planter using the sowing sesame seeds as an example for evaluating the effectiveness of this model, and the possibility of further optimization and prediction of sowing seeds with this device. Results. The analysis of the results showed that during the simulation, the sowing rate of sesame seeds when leaving the oscillating seed metering holes has significant differences in number and direction. The results of the modeling process in this study showed that when opening a hole in the oscillating seeder, a number of sesame seeds from 0 to 4 were coming out of it. The resulting model allows monitoring the behavior of each particle of a sesame seed, analyzing its trajectory, speed, and forces acting on it at any one time, and varying the parameters to obtain the dependence of uneven seeding on the kinematic and geometric parameters of the device. Discussion and Conclusion. The obtained simulation results provide an effective method for predicting the consumption of sesame seeds from the oscillating seed meter, which serves as the basis for optimizing the kinematic and geometric parameters of the oscillating sowing device in order to increase its efficiency. This model is universal and can be adapted to sow other crops.
Бесплатно
Агротехнические и энергетические показатели почвообрабатывающих рабочих органов
Статья научная
Введение. Одним из направлений сельскохозяйственного производства является получение продукции растениеводства. В то же время следует принимать во внимание все возможности снижения энерго- и трудозатрат, расходуемых на почвообрабатывающие операции. Этого можно достичь путем применения энергоэффективных почвообрабатывающих устройств. Материалы и методы. В ходе исследований осуществлялась агротехническая и энергетическая оценка технологического процесса обработки почвы, выполняемого рабочими органами. Агротехническая оценка включает в себя определение показателей неравномерности глубины хода рабочих органов, крошения пласта, гребнистости, а также содержания эрозионноопасных частиц. В качестве энергетической оценки был принят показатель тягового сопротивления, создаваемого одним рабочим органом. Исследования проводились для различных комплектаций чизельного рабочего органа плоскорезной и криволинейной лапой и элементами, выполненными из полимера. Результаты исследования. Получены данные агрооценки и тягового сопротивления чизельных рыхлителей по различным агрофонам: стерня озимой пшеницы с предварительным дискованием в один след, стерня озимого ячменя с предварительным дискованием в один след, а также по фону «черный пар». Обсуждение и заключение. По итогам исследований установлено, что по показателям качества рабочие органы отвечают предъявляемым агротехническим требованиям по заданной глубине обработки 25-35 см. Выделяется чизель с криволинейной лапой по наибольшему наличию комков до 5 см (91-96 %). Высота гребня 6,8-8,0 см для всех вариантов рабочих органов. Установлено, что рабочие органы целесообразно применять для противоэрозионной обработки почвы. По показателю сохранения растительных и пожнивных остатков преимуществом обладает чизель с криволинейной лапой, обеспечивающий их содержание больше на 9,5-28,6 %, чем с полимером 13,2-14,3 %. Наименьшее тяговое сопротивление 7,6 кН у чизеля с полимером, что ниже на 18,28 % по сравнению с рабочим органом, оснащенным плоскорезной лапой.
Бесплатно
Адаптивное итерационное управление температурой в теплице
Статья научная
Введение. Создание и развитие эффективных аграрных комплексов, обеспечивающих высокую урожайность при минимальных временных, материальных и энергетических затратах, невозможно без применения систем автоматического управления (САУ), позволяющих с высокой точностью поддерживать микроклимат тегшицы. Усовершенствования САУ микроклимата направлены на нейтрализацию влияния параметрических возмущений процессов внутри и вне теплицы. На примере канала регулирования температуры в теплице с контуром отопления на основе горячего трубного водоснабжения предложен адаптивный итерационный (поисковый) алгоритм подстройки составляющих пропорционального-интегрального-дифференциального (ПИД) регулятора в контуре отопления для обеспечения требуемого качества процесса регулирования. Материалы и методы. За основу синтеза управления принята параметрически неопределенная модель температуры в теплице, структура которой на основе принципа суперпозиции преобразована к виду с сосредоточенными на выходную координату управлением и возмущениями. Применение адаптивного ПИД-регулятора основано на анализе базы данных реального времени, содержащей тренды управляемого процесса. Используя операторы языка системы управления базами данных или SQL-запросы, оценивается качество регулирования. По оценке качества корректируются пропорциональная и дифференциальная составляющая ПИД-регулятора так, чтобы система управления работала на грани перехода в режим автоколебаний. Возникающая статическая ошибка компенсируется изменением задающего воздействия. Результаты исследования. Проведено моделирование в программном комплексе МВТУ (SimInTech) реальной структуры одноконтурной САУ температурой в теплице с включенными регулирующим, исполнительным и измерительным элементами, а также при наличии запаздывания в движении теплоносителя. Показано, что предлагаемый алгоритм адаптации, заключающийся в аддитивной подстройке коэффициентов ПИД-регулятора, удобно реализуемый в SCADA-системе, обеспечивает минимальное колебательное поддержание температуры при произвольных параметрических возмущениях и наличии запаздывания. Обсуждение и заключение. Предлагаемый алгоритм адаптации обеспечивает компенсацию неопределенности модели и возмущений, при этом достигается требуемая точность поддержания температуры в теплице. Результаты исследования послужат материалом для разработки многоконтурной САУ микроклимата теплицы с исследованием влияния и компенсации параметрической и структурной неопределенности, инерционностей и нелинейностей реальных элементов. Результаты работы могут быть использованы во многих отраслях народного хозяйства для исследования общих и прикладных проблем цифрового адаптивного управления процессами.
Бесплатно
Статья научная
Введение. В процессе производства и переработки на предприятиях агропромышленного комплекса сельскохозяйственной продукции образуется большое количество отходов, в частности сточных вод. Практически все компоненты этих стоков, имеющие органическую природу, можно эффективно перерабатывать в условиях сверхкритического водного окисления с получением тепловой и электрической энергии. Для этого требуется предварительное концентрирование органических примесей, осуществить которое можно адсорбционным методом. Целью работы является исследование адсорбционной очистки сточных вод с применением наноструктурного бемита и отходов предприятий агропромышленного комплекса с последующей переработкой полученного осадка в условиях сверхкритического водного окисления. Такая технология очистки является новшеством и в отличие от традиционных методов обеспечивает более эффективную переработку сточных вод. Материалы и методы. Для проведения эксперимента в качестве адсорбентов использовали наноструктурный бемит и отходы предприятий агропромышленного комплекса (лузга гречихи и риса) и коксового производства. Поровую структуру адсорбентов исследовали методом низкотемпературной адсорбции азота. Содержание органических веществ оценивали по показателю химического потребления кислорода. Размер кристаллитов и фазовый состав бемита определяли методом рентгеноскопии. Адсорбцию органических примесей исследовали на пробах кислой молочной сыворотки и образцах стоков фермы крупного рогатого скота и свинофермы, а также спиртовой барды. Результаты исследования. Экспериментальные исследования показали, что лузга гречихи, риса и отходы коксового производства являются наноструктурными материалами. Наиболее эффективной для измельчения данных материалов является ножевая мельница. Получены изотермы адсорбции органических примесей сточных вод на гречневой лузге и отходах коксового производства. Установлено, что качество очистки стоков возрастает с увеличением площади удельной поверхности и содержания частиц порошка бемита и времени его перемешивания. Обсуждение и заключения. Исследованные наноструктурные порошки обладают сорбционной емкостью по отношению к растворенным органическим веществам и могут быть эффективно использованы для очистки сточных вод сельскохозяйственных и перерабатывающих предприятий и концентрирования загрязняющих веществ. Последующее окисление насыщенного органикой адсорбента в условиях сверхкритического водного окисления обеспечивает полную регенерацию бемита и переработку органических веществ с получением очищенной воды и избыточной энергии, что перспективно для решения проблемы энергоэффективной очистки стоков предприятий агропромышленного комплекса.
Бесплатно
Анализ параметров работы устройства для гидравлического удаления сорной растительности
Статья научная
Введение. Обоснование параметров и внедрение новых экологически безопасных технологий и технических средств для борьбы с сорной растительностью в приствольной зоне является актуальной проблемой, имеющей важное научно-производственное значение. Целью исследования является обоснование эффективных режимов работы прицепной машины для гидравлического удаления сорной растительности на промышленной плантации садовых культур. Материалы и методы. По результатам анализа существующих технологий и технических средств для удаления сорной растительности в приствольных полосах садовых насаждений в Федеральном государственном бюджетном научном учреждении «Федеральный научный агроинженерных центр ВИМ» разработано устройство для гидравлического удаления сорной растительности без использования гербицидов. Для выявления наиболее эффективных режимов работы машины на промышленной плантации яблоневого сада проведен факторный эксперимент. Статистическая обработка полученных результатов эксперимента проведена с помощью математического моделирования методом планирования экспериментов. Результаты исследования. Статистический анализ данных факторного эксперимента показал, что для выполнения технологической операции гидравлического удаления сорной растительности наиболее эффективными являются следующие режимы работы устройства: расстояние между почвой и распыляющей головкой – 14,5 см; давление подачи рабочей жидкости – 759 бар; скорость движения – 2,4 км/ч. Статический режим обработки для оценки глубины проникновения струй с экспозициями 10, 5 и 3 с. показал глубину проникновения соответственно 62, 34 и 12 мм. Диаметры следа составили: в первом случае 350 мм внешний и 330 мм внутренний (ширина реза 24 мм); во втором и третьем – 340 мм для внешнего и 328 мм для внутреннего (ширина реза 16 мм). Обсуждение и заключение. В результате проведенного эксперимента установлено, что машина способна обеспечить качественную обработку приствольной зоны при использовании воды центрального водоснабжения. После прохода агрегата при изначально 90 процентном покрытии поверхности сорной растительностью остается только 20–30 % видимой зеленой массы, остальное перемешано с почвой. При двукратном проходе агрегата корневая система сорной растительности осталась неповрежденной на 10–13 % площади. Устройство удовлетворяет требованиям технологической операции удаления сорной растительности в приствольной зоне без использования гербицидов при достаточно высоких технологических показателях.
Бесплатно
Анализ энергоемкости процесса вспашки почвы мотоблоком в агрегате с лемешно-отвальным плугом
Статья научная
Введение. Вспашка почвы является одной из главных операций при возделывании сельскохозяйственных культур. Она представляет собой одну из самых трудоемких операцией в растениеводстве, на которую расходуется около 40 % всех энергетических затрат. Основная часть этих издержек приходится на обеспечение мощности, необходимой для эффективного функционирования мотоблока с лемешно-отваль-ным плугом. Поэтому определение затрачиваемой мощности мотоблока является актуальной задачей. Материалы и методы. Для решения проблемы определения энергетических характеристик мотоблока при проведении вспашки почвы был проведен теоретический анализ, включающий в себя значение крутящего момента, силу тяги на ходовых колесах, силу сопротивления при их перекатывании, а также силу сопротивления на лемешно-отвальном корпусе плуга с учетом геометрических параметров пахотного агрегата на базе мотоблока. В результате чего были получены искомые зависимости затрачиваемой мощности и удельной энергоемкости, методика нахождения которых изложена в материалах статьи. Результаты исследования. В результате проведенного анализа баланса были получены зависимости для нахождения потребляемой мощности, а также для удельной энергоемкости вспашки почвы мотоблоком с лемешно-отвальным плугом, позволяющие дать энергетическую оценку функционированию пахотного агрегата. Обсуждение и заключение. На основании установленных расчетных зависимостей требуемой мощности и удельной энергоемкости с учетом экспериментальных данных взаимодействия плуга с почвой, конструктивных параметров и технологических режимов работы пахотного агрегата, состоящего из мотоблока «Нева» МБ-2С-7,5 Pro и лемешно-отвального плуга П1-20/3, были получены их частные решения, способствующие выбору оптимальных режимов его функционирования.
Бесплатно
Безопасность автоматизированных технологий регулирования мелиоративного режима агроэкосистемы
Статья научная
Введение. Для организации системы безопасности автоматизированных технологий агропроизводства необходимо изучить проблему защиты средств автоматизации. Цель работы - обоснование нормативно-методических положений безопасной эксплуатации автоматизированной технологии регулирования мелиоративного режима агроэкосистемы на уровне хозяйствующего субъекта. Материалы и методы. Исследование базируется на ключевых положениях информационно-аналитического подхода. В ходе работы собраны и проанализированы нормативно-методические документы, систематизирован опыт хозяйствующих субъектов в сфере информационной защиты автоматизированных технологий. Были обобщены требования законодательных актов к промышленной безопасности объектов производства. Результаты исследований. Сформулированы задачи информационной и физической защиты систем автоматизированного управления мелиоративным агропроизводством. Систематизированы и охарактеризованы факторы информационной защиты: обновление программного обеспечения, управление доступом и внедрение паролей, регулирование инцидентов, контроль над сетевыми решениями, обучение персонала. Представлены требования к физической защите автоматизированных систем агропроизводства, соответствующие законодательным актам промышленной безопасности. Определена функциональная структура системы физической защиты автоматизированной системы управления технологическими процессами мелиоративного комплекса. Обсуждение и заключение. Применение сформулированных в работе рекомендаций поможет сохранить интеллектуальную собственность и коммерческую тайну, обезопасить персональные данные, обеспечить защиту информационных ресурсов, решить проблему безопасности информационных систем.
Бесплатно
Выбор стратегии в задаче корректировки регулировочных параметров комбайна
Статья научная
Введение. В статье рассматривается задача корректировки регулировочных параметров рабочих органов зерноуборочного комбайна, функционирующего в меняющихся внешних условиях. Для технологической регулировки сложных иерархических многоуровневых систем, к которым относятся комбайны, широко применяются интеллектуальные информационные системы, основанные на нечеткой экспертной информации. При проведении технологической настройки комбайна в процессе уборки анализируется поступающая количественная, качественная и оценочная информация. Различные виды неопределенности при рассмотрении семантических пространств факторов внешней среды и регулируемых параметров машины обуславливают применение логико-лингвистического подхода и математического аппарата нечеткой логики для нахождения оптимальных начальных значений регулируемых параметров. Сложная система взаимосвязей между регулировочными параметрами, показателями качества уборки урожая и факторами внешней среды обуславливает необходимость корректировки параметров рабочих органов комбайна в процессе уборки. Эту функцию выполняет блок корректировки в интеллектуальной системе поддержки принятия решений. В настоящей статье подробно рассмотрены вопросы создания базы знаний для корректировки регулировочных параметров в случаях, когда наблюдаются отклонения значений показателей качества уборки от нормативных. Материалы и методы. Поскольку причин появления нарушения много и заранее неизвестно, какая из них привела к отклонению, то способов реагирования на них тоже достаточно много. Взаимосвязи между показателями качества работы и регулируемыми параметрами устанавливаются в основном эмпирическими правилами, полученными на основе сбора и анализа экспертной информации. Для оптимизации работы механизма вывода интеллектуальной информационной системы (сокращения времени принятия решения) возникает необходимость установления значимости используемых правил базы знаний. Для решения этой задачи привлечен теоретико-игровой подход, введены понятия матрицы показателей эффективности и матрицы рисков принятия неэффективного решения, позволяющие использовать критерии оптимальности. Результаты исследования. Приведен пример выбора стратегии поиска адекватного реагирования на появление нарушения показателей уборки в виде «потери щуплого зерна с половой». Рассмотрен выбор стратегий реагирования на нарушение на основе критериев Лапласа, математического ожидания и критерия Сэвиджа, используемых для принятия решений в «играх с природой». Проиллюстрирована методика процедуры принятия решения в рассматриваемой задаче с применением указанных критериев, проведен анализ полученных результатов. Обсуждение и заключение. Предложенный подход существенно повышает результативность работы блока корректировки интеллектуальной системы. Он позволяет структурировать базу экспертных знаний и устанавливать оптимальную последовательность применения продукционных правил, что обеспечивает эффективность процесса корректировки регулируемых параметров комбайна, а также сокращает время принятия решений. Данный подход может быть использован при решении проблем корректировки технологических настроек в различных технических системах и устройствах, а также для поиска причин возникающих в них неисправностей.
Бесплатно
Изготовление деталей гидросистем сельскохозяйственных машин в условиях ультразвукового резания
Статья научная
Введение. В статье решены проблемные вопросы по снижению силовых параметров при обработке тонкостенных втулок гидросистем сельскохозяйственных машин путем наложения ультразвуковых колебаний на режущий инструмент для достижения заданной точности обработки и шероховатости поверхности деталей. Материалы и методы. В работе использованы положения технологии ультразвукового резания. Для оценки изменения силы резания в тангенциальном направлении было разработано специальное приспособление для сообщения режущему инструменту ультразвуковых колебаний в тангенциальном направлении и проведены соответствующие эксперименты. Результаты исследования. Готовится к реализации модернизация токарно-винторезного станка со специальным устройством для осуществления процесса ультразвукового резания тонкостенных деталей невысокой жесткости. Модернизированный станок состоит из блоков обработки и измерения данных экспериментальных исследований, соединенных с персональным компьютером. Модернизированный станок позволяет дать оценку изменению сил резания при традиционном точении и ультразвуковом резании для реализации заданной точности и шероховатости процесса обработки поверхности детали. Обсуждение и заключение. Обработка деталей невысокой жесткости в рамках рассматриваемой технологической системы на модернизированном оборудовании показала, что при эффективных условиях изготовления тонкостенных втулок сельскохозяйственных машин (глубине резания и скорости резания) снижается радиальная и тангенциальная составляющие силы резания, что позволяет уменьшить энергозатраты процесса резания и стабилизировать качество обработки.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Разработка интеллектуальных систем управления с помощью различных производственных и технологических процессов является актуальной проблемой. Обработка семян перед посевом - важный сельскохозяйственный процесс, без которого невозможно получение запланированного урожая высокого качества. Материалы и методы. Для создания интеллектуальной системы управления процессами смешивания в машинах для обработки семян перед посевом технологический процесс предпосевной обработки следует рассматривать как многоуровневую биотехническую систему. В процессе предпосевной обработки семян между объектами биотехнической системы существует взаимосвязь, которую можно представить в виде блок-схемы. Многоуровневая биотехническая система рассматривается как киберфизическая система - совокупность естественных и искусственных объектов, представляющих единое целое, способное к самосохранению и развитию. Результаты исследования. Компонентами интеллектуальной системы управления динамическими процессами смешивания будут: рабочая память, множество нечетких правил, описывающих выполнение операций перемешивания, и стратегия выбора правил в зависимости от состояния системы. При построении интеллектуальной системы управления процессами смешивания реализуется стратегия с возвращениями. Стратегия управления динамической системой смешивания реализуется по прямому выводу. Обсуждение и заключение. Интеллектуальная система управления биотехнической системой позволит контролировать процесс смешивания в режиме реального времени, корректировать кинематические параметры смесителя и своевременно предупреждать о вероятности повреждения высокоэластичного рабочего органа. Искусственная интеллектуальная система управления является цифровым двойником естественного интеллекта специалиста, призванным упростить взаимодействие типа «человек - машина». Предварительные экспертные оценки и лабораторные испытания показали, что использование интеллектуальной системы управления процессами обработки семян перед посевом позволит улучшить качество принимаемых решений, уменьшить время управления процессом смешивания более чем в 2 раза по сравнению с существующими методами управления, на 50 % снизить физическую нагрузку на оператора и до 20 % увеличить производительность процесса смешивания.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Большинство существующих планировочных решений, служащих технологической основой для разработки типовых проектов предприятий, обладают рядом недостатков. С одной стороны, они недостаточно учитывают влияние различных факторов на установление строительных норм расстояний; с другой, игнорируют взаимосвязь с управлением техническим состоянием объектов в процессе обслуживания и ремонта. Цель настоящей работы - разработать систему моделей для обеспечения показателей безотказности и долговечности машин в процессе эксплуатации и обслуживания на современных предприятиях технического сервиса с учетом минимизации затрат на строительство и повышения показателей надежности техники. Материалы и методы. Мониторинг фактического состояния ситуационных планов ремонтно-обслуживающих баз предприятий и их соответствия современным требованиям осуществлялся с помощью публичной кадастровой карты Республики Мордовия 2018 г. Зависимости среднего ресурса и наработки на отказ от коэффициентов перепланировки различных видов контрольно-диагностических и ремонтных работ вычислялись на примере трансмиссии автомобилей сельскохозяйственного назначения ГАЗ-САЗ-3507, ГАЗ-САЗ-2506 и ГАЗ-САЗ-2504. В процессе исследования были разработаны многофакторная математическая модель и программное обеспечение, реализованное на ПЭВМ. Результаты исследования. Для минимизации затрат на строительство предприятий была разработана классификация строительных норм расстояний. 1. В интервале 700-3 000 м: а) между единицами оборудования; б) между технологическим оборудованием и различными типами строительных элементов. 2. В интервале 1 200-1 600 м при одностороннем движении внутрицеховых транспортных средств и 2 200-7 000 м - при двустороннем: а) нормы ширины проездов; б) нормы расстояний между двумя рядами оборудования. Анализ зависимостей показал, что уменьшение объема контрольно-диагностических работ (при измененении коэффициента перепланировки контрольно-диагностических работ КПК с 0 до 1,8) приводит к уменьшению наработки на устранение последствий отказа в 2,1 раза, а среднего доремонтного ресурса - на 26 %. Уменьшение объема предупредительных ремонтных работ (при измененении коэффициента перепланировки ремонтных работ КПРК с 0 до 4,2) приводит к уменьшению наработки на устранение последствий отказа в 1,6 раза, а среднего доремонтного ресурса - на 9 %. Установлены оптимальные величины = 0,55; Кл = 1,05. Определены два основных направления создания современных проектов предприятий технического сервиса: 1) увеличение масштабов и количества производственных зон и участков по проведению наружной мойки машин, технического обслуживания и диагностирования сложной техники; 2) создание и размещение зон хранения сельскохозяйственной техники и материально-технического обеспечения в одном производственном корпусе, осуществляющем различные виды технического сервиса. Исследования процесса перепланировки контрольно-диагностических и ремонтных воздействий, проведенные с помощью математической модели, позволили подтвердить эффективность их совместного применения на современных предприятиях технического сервиса, особенно перед напряженными периодами использования автомобилей в составе машинно-тракторнгх комплексов. Результаты исследований рекомендуются для ознакомления специалистам в области технического сервиса машин.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Рост производственных мощностей животноводческих предприятий приводит к увеличению экологической нагрузки на био- и агроценозы, создаваемой потенциальными энергоносителями, одним из которых является свиной бесподстилочный навоз. Параметрами, характеризующими энергетическую ценность, являются: общее содержание азота и его различных форм 3...8 кг/м3, оксида фосфора 3...6 кг/м3, оксида калия 2.4 кг/м3 (химическое потребление кислорода к массе органического вещества - 1,2, биохимическое - 0,42). Параллельно с этим экологическую нагрузку составляют группы кишечных палочек, стафилококков, энтерококков, аэробных спорообразующих микроорганизмов, различных форм яиц, цист простейших и ооцист эймерий. Кроме этого, физико-реологические свойства бесподстилочного навоза могут оказывать существенное влияние на энергетическую эффективность и направление дальнейшей его утилизации. Наиболее рациональным вариантом его утилизации с агрохимической точки зрения является фракционное использование в виде органического удобрения, что возможно только при условии санитарно-эпидемиологической безопасности, обеспечение которой является энергоемким процессом, зависящим от различных факторов. Целью настоящего исследования является разработка концептуальной модели энергетической эффективности операционных воздействий при получении экологически безопасного утилизационного цикла свиного бесподстилочного навоза. Материалы и методы. Объектом исследования являются операционные воздействия при получении экологически безопасного утилизационного цикла свиного бесподстилочного навоза; предметом - функция максимизации энергетической эффективности данного объекта в условиях санитарно-эпидемиологических и агрохимических ограничений. Проведен анализ факторов и их категоризация в зависимости от типа функционального воздействия. Использован инструментарий теории потенциальной эффективности, применение которой подразумевает формализацию цели, в данном случае - повышение энергетической эффективности за счет многопараметрического целеполагания, обеспечивающего требуемый условиями результат. Результаты исследования. Разработана концептуальная модель операционных воздействий при получении экологически безопасного утилизационного свиного бесподстилочного навоза, определяющая составляющие удельных энергозатрат, факторы, влияющие на них, и предъявляемые к ним ограничения. Модель представляет собой исходные данные для проведения факторного анализа и получения статистических моделей. Обсуждение и заключение. Практическая значимость работы обусловлена выявлением и категоризацией факторов в зависимости от типа функционального воздействия на операции подготовительного цикла свиного бесподстилочного навоза перед его утилизацией. Благодаря этому можно получить исходные данные для формирования частных методик исследования и создания статистических моделей.
Бесплатно
Лингвистический подход к решению задачи технологической регулировки комбайнов
Статья научная
Введение. В статье рассматривается лингвистический подход к решению задачи технологической регулировки сложных уборочных машин в полевых условиях. Приводится краткая характеристика предметной области. Анализируется место задачи корректировки технологических регулировок рабочих органов зерноуборочного комбайна при выполнении уборочных работ. Выделяется 3 группы признаков рассматриваемой задачи: внешние признаки нарушения качества работы, регулируемые параметры машины и параметры технического состояния. Приводятся численные данные, характеризующие взаимосвязи между внешними признаками и параметрами машины. Материалы и методы. Зернокомбайн является сложной динамической системой, функционирующей при постоянно меняющихся внешних условиях. Этот факт обусловливает характерные особенности используемых методов технологической регулировки. В статье рассматриваются некоторые отличительные черты задачи принятия решений. При управлении технологическим процессом комбайновой уборки используется как количественная информация, так и качественная. Наличие различных видов неопределенности при рассмотрении семантических пространств факторов внешней среды и параметров машины позволяет предложить для решения задачи метод технологической регулировки, основанный на нечетком логическом выводе. Результаты исследования. В результате анализа методология принятия решений в нечетких условиях среды адаптирована к изучаемой предметной области. Предлагается обобщенная схема нечеткого управления процессом технологической регулировки машины. Рассматриваются модели изучаемых семантических пространств. Показывается целесообразность использования дедуктивного и индуктивного вывода решений для различных задач предварительной настройки и корректировки технологических регулировок. Предлагается формально-логическая схема процесса принятия решений, основанного на нечетких экспертных знаниях. Данная схема включает основные этапы решения задачи: фаззификацию, композицию и дефаззификацию. Рассматривается вопрос количественной оценки согласованности экспертных знаний. Приводятся примеры формулировки нечетких продукционных правил база знаний, а также характерные особенности алгоритма корректировки технологических регулировок. Обсуждение и заключения. Представленный лингвистический подход к решению задачи технологической регулировки машин позволяет обеспечить адекватность описания реальных условий уборки, учет как количественной информации, так и эвристических данных. Модель предметной области служит основой для создания базы знаний и механизма вывода решений интеллектуальной системы поддержки принятия оператором решений при функционировании комбайнов.
Бесплатно
Методика расчета распределения общего азота и общего фосфора между фракциями свиного навоза
Статья научная
Введение. Цель исследования - разработка комплексной методики расчета и ее апробация на материале пилотных свинокомплексов для подтверждения достоверности расчетов. Методика необходима для объективного учета движения питательных веществ на уровне хозяйства и корректировки доз внесения полученного твердого и жидкого органического удобрения на основе применяемых севооборотов, агрохимического анализа почв и конкретных культур для получения запланированного урожая. Материалы и методы. Расчеты содержания общего азота и общего фосфора в свином навозе до сепарации и в полученных твердой и жидкой фракциях осуществляли по разработанной методике. При этом использовали коэффициенты из соответствующих нормативных документов и результатов предыдущих исследований. Отбор исходного материала проводили в трех повторах на двух свинокомплексах замкнутого цикла, расположенных в Ленинградской области. Экспериментальные данные были статистически обработаны в программе StatGraphics Centurion v.16. Результаты исследования. Рассчитанные значения содержания питательных элементов в навозе до сепарации и в его твердой и жидкой фракциях сравнили с результатами лабораторных исследований физико-химического состава навоза и его фракций, полученных на выбранных свиноводческих комплексах. Разница между расчетными и средними фактическими значениями по всем рассмотренным показателям не превышала 10 %, причем различия по азоту оказались намного больше (до 10 %), чем различия по фосфору (до 5,7 %) в твердой и жидкой фракциях свиного навоза. Обсуждение и заключение. Выявленные различия можно объяснить допустимой погрешностью приборов и неоднородностью исходного сырья - смеси экскрементов с технологической водой. Результаты исследования подтвердили, что разработанный метод достоверен и его можно использовать для учета питательных веществ в получаемых твердых и жидких органических удобрениях при расчете и корректировке доз их внесения под определенные культуры для получения заданного урожая и снижения негативного воздействия на окружающую среду.
Бесплатно
Методы обработки органосодержащего сырья перед анаэробным сбраживанием
Статья научная
Введение. Накопленные объемы органосодержащих непереработанных отходов в России увеличиваются. Существующие технологии позволяют перерабатывать такие отходы путем анаэробного сбраживания с получением биогаза и удобрений. Органическая часть отходов, в большинстве своем, состоит из трудноразлагаемых лигнина, целлюлозы и внеклеточных полимеров, затрудняющих анаэробную переработку. Для обеспечения биодоступности сырья для микроорганизмов и более глубокого разложения необходимо проводить предварительную обработку. Существует множество вариантов различных видов обработки, имеющих свои особенности воздействия на сырье. Для более ясного понимания процессов предварительной подготовки органического сырья перед анаэробным сбраживанием и повышения качества принимаемых решений необходимо выявить и систематизировать методы предварительной обработки. Материалы и методы. Предметом исследования является воздействие методов, способов и частных приемов предобработки на анаэробное сбраживание. Основной метод исследования - анализ данных по применению различных методов для повышения биодоступности и степени разложения органических веществ отходов при анаэробном сбраживании. Результаты исследований. Разработана схема подготовительных операций и методов предобработки органических отходов перед анаэробным сбраживанием. Выявлено, что каждый метод (механический, термический, электромагнитный, химический, биологический и комбинированный) содержит множество способов, которые подразделяются на частные приемы. Описаны механизмы воздействия, улучшающие дальнейшую переработку. Обсуждение и заключение. Выбор того или иного метода и способа предобработки зависит от цели и выполняемых задач, физического и химического состава сырья, доступа к энергетическим, биологическим и химическим ресурсам. Преимущества и недостатки различных методов необходимо более подробно изучать и ранжировать на частные способы по энергетическим затратам и эффекту, который они дают. В ходе сопоставления результатов исследований выявлены недостатки и трудности.
Бесплатно
Моделирование влияния удобрений на динамику контуров увлажнения при капельном орошении
Статья научная
Введение. Обзор исследований по моделированию и расчету контуров увлажнения показывает, что на данном этапе уже достаточно хорошо формализован математический аппарат, связывающий физически обоснованные параметры и гидрофизические свойства почв. Однако для повышения эффективности капельного орошения и фертигации необходимо определить влияние растворенных в поливной воде удобрений на гидрофизические свойства почв. С помощью учета этих характеристик важно определить степень воздействия удобрений на развитие формы и размеров контуров увлажнения. Материалы и методы. Для исследования влияния удобрений на динамику контуров увлажнения использовался монофосфат калия, поскольку он имеет «плохую» подвижность в почве и его выгодно вносить с поливной водой. Внесение монофосфата калия оказывает влияние на плотность, вязкость, осмотическое давление, контактный угол смачивания и поверхностное натяжение поливной воды. В результате наблюдается изменение основной гидрофизической характеристики почвы и ее функции влагопроводности. Поэтому и контуры увлажнения формируются с небольшими, но все же заметными отличиями. Результаты исследования. Разработано программное средство, позволяющее исследовать динамику контуров увлажнения различных типов почв механического состава с разной пористостью и с заранее известным начальным распределением влаги по глубине. Обсуждение и заключение. При добавлении в воду монофосфата калия или других питательных веществ наблюдаются небольшие изменения при формировании контуров увлажнения. Полученные результаты позволяют на стадии проектирования процесса внесения удобрений с поливной водой в капельном орошении для различных вариантов концентрации рассчитать поливные нормы.
Бесплатно
Моделирование движения опоры шагающей машины с динамической устойчивостью при помощи стенда
Статья научная
Введение. Проблема изучения шагающих машин на протяжении многих десятилетий не теряет актуальности. Современные технологии помогают создавать новые конструкции с цифровым управлением. Программное обеспечение, позволяющее шагающей машине самостоятельно передвигаться, является сложной задачей для реализации. Для движения машины необходимо обрабатывать данные с помощью множества сенсоров. В статье продемонстрированы конструкторские решения и алгоритмы, применяемые для управления движением опытной шагающей машины. Материалы и методы. Для моделирования движения шагающей машины и экспериментальных исследований был изготовлен стенд, повторяющий все электронные системы машины. Показаны порядок перестановки опор во время перемещения и траектория движения опоры. Рассмотрена конструкция датчиков и принцип действия. Продемонстрирован стенд для моделирования с описанием его электронных компонентов. Результаты исследования. Были определены оптимальные параметры движения опоры. Описан циклический алгоритм движения опоры по траектории, состоящей из прямолинейных отрезков. Решена проблема синхронизации движения множества опор с применением многопоточного асинхронного программирования, адаптированного для многомерных процессоров. Смоделированы процесс опускания опоры на поверхность и реакция циклического алгоритма на изменение показаний датчиков удара и нагружения. Обсуждение и заключение. Разработан алгоритм движения опоры с реакцией на изменение показаний датчиков. Проведенные исследования позволили получить оптимальную алгоритмическую модель, к которой легко добавлять новые реакции автоматической системы управления движением, основанные на показаниях датчиков.
Бесплатно
Моделирование знаний в задаче поиска причин неисправностей
Статья научная
Введение. В статье изложено описание подхода к решению задачи поиска причин неисправностей в сложных технических системах на основе моделирования знаний экспертов. Для решения задач диагностики многоуровневых систем, к которым относятся и зерноуборочные комбайны, широко применяются интеллектуальные информационные системы. Формальное описание знаний предметной области является основой построения базы знаний таких систем. Рассмотрена последовательность построения базы знаний экспертной системы, основанной на продукционных правилах. Материалы и методы. Подход базируется на использовании таблицы функции неисправностей. В качестве объекта диагностирования рассмотрена одна из подсистем электрооборудования зерноуборочного комбайна - «открытие створок крыши бункера». Основой построения последовательности элементарных проверок является система логических уравнений, описывающих как исправное, так и возможные неисправные состояния подсистемы. Результаты исследования. Сформирована структурно-логическая модель. В результате анализа таблицы функции неисправности определены совокупности элементарных проверок. Выполнен анализ весомости данных проверок на основе четырех критериев. Определена оптимальная последовательность проверок и построено дерево решений для поиска причины неисправности, которое является основой формирования базы знаний интеллектуальной информационной системы. Приводится фрагмент базы знаний. Обсуждение и заключение. Предложенный подход моделирования экспертных знаний повышает результативность работы блока поиска причин неисправностей интеллектуальной системы поддержки принятия решений. Он позволяет структурировать базу экспертных знаний и устанавливать оптимальную последовательность элементарных проверок. Это позволяет определить оптимальную последовательность применения продукционных правил базы знаний, что обеспечивает сокращение времени восстановления работоспособности комбайна.
Бесплатно
