Технологии и средства механизации сельского хозяйства. Рубрика в журнале - Инженерные технологии и системы
Light and temperature control for greenhouse plant growth
Статья научная
Introduction. The article deals with the conditions for growing greenhouse plants. Supplementary lighting supports the process of plant photosynthesis and the microclimate in the greenhouse. The authors suggest the ways to reduce energy consumption in greenhouses by controlling the microclimate and process of supplementary lighting in greenhouses. Materials and Methods. Special lighting and temperature are required for growing greenhouse plants. A method of efficient plant growing is light and temperature control. The development of a control algorithm requires the mathematical models that relate the process of photosynthesis to the microclimate parameters. There are given the mathematical models based on the experimental data. Results. The control system and algorithm to control plant-growing conditions have been developed to maintain the greenhouse microclimate. LED lamps are used to control the lighting process. The authors present the developed block diagram of the control system, which contains four channels responsible for the main energy-intensive microclimate factors. The description of the algorithm of the greenhouse light-temperature control is given. Discussion and Conclusion. In conclusion, the need to maintain the greenhouse microclimate and supplementary lighting with the different radiation spectrum for the efficient cultivation of greenhouse plants is shown. The developed structure and control algorithm for the supplementary plant lighting process and greenhouse illumination through using LED lamps help reduce energy consumption.
Бесплатно
Анализ управляемости и устойчивости приближенной модели теплопереноса в автоклаве
Статья научная
Введение. Обеспечение продовольственной безопасности страны по длительности хранения и качеству продуктов невозможно без стерилизации продуктов в автоклавах. Эффективность процессов стерилизации во многом зависит от степени их автоматизации. В 2000-2010-е гг. совершенствование автоматических и автоматизированных систем управления базировалось в основном на развитии технических средств автоматики без теоретического обоснования принимаемых решений. Предлагаемая работа направлена на выявление связей между параметрами и связями процесса стерилизации и выбором структурно-параметрических особенностей системы управления. Материалы и методы. Проведен качественный анализ с позиций современной теории автоматического управления приближенной модели теплового процесса нагрева воды паром в автоклаве с учетом законов теплопереноса и достаточности использования двумерной модели в зависимости от ее структурно-функциональных особенностей, учитывающих параметры и связи процесса, - свойств управляемости по Калману во временной области в пространстве состояний (отдельно показан переход от передаточной функции с нулями в числителе к нормальной системе дифференциальных уравнений); свойств устойчивости модели в частотной области с помощью передаточных функций и структурных преобразований; учета соотношения параметров в виде неравенств и последующим выбором составляющих пропорционально-интегрально-дифференциального закона регулирования для реального автоклава с помощью матрицы экспертных оценок. Результаты исследования. Показано, что для качественного исследования вопросов управляемости и устойчивости приближенной модели теплового процесса нагрева воды паром в автоклаве в зависимости от параметров процесса необходимо совместное представление модели как во временной (в пространстве состояний), так и в частотной (в виде передаточных функций) областях. Анализ управляемости процесса основывается на трех подходах: первый (формализованный) основан на представлении модели в виде нормальной системы обыкновенных дифференциальных уравнений в форме Коши с развитием способа понижения порядка старших производных координат и введения дополнительных сигналов по управлению, учитывающих производные по управлению; второй (неформализованный) - на исключении производных по управлению путем структурных преобразований; третий (прямой) использует полученные из физических соображений уравнения теплового баланса и теплопроводности первого порядка. По условиям управляемости Калмана получены зависимости между параметрами процесса и степенью его управляемости. Анализ устойчивости процесса основан на исследовании полюсов передаточных функций в частотной области и характеристических корней уравнений состояния во временной области. На основе структурных преобразований выделен замкнутый контур нагрева банок водой с инерционностью, зависящей от параметров загрузки автоклава. Переходные процессы в этом контуре принимают усилительный, апериодический или интегральный характер, что сказывается на характере переходных процессов системы управления в целом. Формализованный выбор составляющих пропорционально-интегрально-дифференциального закона регулирования проводится в зависимости от частоты применения степени загрузки и необходимости составляющих пропорционально-интегрально-дифференциального регулятора с помощью матрицы экспертных оценок. Обсуждение и заключения. Результаты исследования послужат материалом для разработки реальной модели процесса автоклавирования с учетом статических и динамических характеристик измерительных, преобразовательных и исполнительных элементов, исследования влияния и компенсации инерционностей и нелинейностей реальных элементов с последующей разработкой автоматизированной системы управления процессом стерилизации в автоклавах. Результаты работы могут быть использованы для исследования общих и прикладных проблем оптимального управления как в пищевой, так и в других отраслях промышленности, например, в производстве стройматериалов и резинотехнических изделий.
Бесплатно
Баротермическая обработка ингредиентов комбикормов
Статья научная
Введение. В статье обоснована необходимость высокотемпературной обработки ингредиентов комбикормов. Рассмотрены принципы работы и конструктивные особенности применяемых способов и оборудования для кормопроизводства. Проанализированы фазовые переходы, достоинства и выделены ключевые энергетические, технологические и технические недостатки. Целью исследования является обоснование возможности создания поточной линии тепловой обработки комбикормов путем применения тепловых затворов, обеспечивающих непрерывную загрузку сырья в реактор и выгрузку обработанных кормов при высоком давлении и температуре. Материалы и методы. Предложено перевести процесс баротермической обработки в более высокую зону фазовой диаграммы системы р, t (давление и температура). Это участок зоны перегретого пара с параметрами температуры 300-374 °С, давления 12-21 МПа и экспозицией обработки 30-60 секунд, что заменяет высокозатратные процессы нормализации, экспандирования, экструдирования и гранулирования. Показано изменение энтальпии Н в диапазоне Р от 0 до 21 МПа и t от 0 до 600 °С. Тепловые режимы представлены в аналитических зависимостях (формулах), которые являются базовыми условиями применения цифровых технологий. Результаты исследования. Предложено конструктивное исполнение реактора с тепловым затвором на загрузке и выгрузке, который является базовым агрегатом поточной линии тепловой обработки комбикормов. Результаты исследования являются основополагающими для разработки проекта и образца поточной малоемкостной линии. Обсуждение и заключение. Переход процесса баротермической обработки комбикормов в зону перегретого пара позволяет осуществить перевод плохо усвояемых элементов зерновых и бобовых в легкоусвояемые, очистить корма от патогенных бактерий. К преимуществам реактора и линии относятся простота конструкции, экономия энергии и возможность реализации перспективных цифровых технологий.
Бесплатно
Вероятностная модель кинематики устройства для уменьшения растянутости стеблей льна-долгунца в ленте
Статья научная
Введение. Основная причина кризисного состояния льноводства - потери волокнистой части при ее выделении из урожая. Это происходит из-за избыточной растянутости стеблей в слое. Установлено, что уменьшать растянутость наиболее удобно в поле при оборачивании лент стеблей путем нанесения ударов по комлевой части слоя в направлении осей стеблей. В статье предложено использовать для этой цели подборщик-оборачиватель с наклонным комлеподбивателем конвейерного типа. Цель исследования - повышение эффективности процесса выравнивания лент льна путем комлеподбивания стеблей при их оборачивании. Материалы и методы. Отмечено, что максимальный эффект обеспечит встречный удар в направлении осей стеблей. Для этого скорость движения комлеподбивающей поверхности относительно слоя тресты в поперечном к осям стеблей направлении должна иметь постоянное нулевое значение. Указанный режим может быть реализован конвейером с роликовыми активаторами. Отмечен случайный характер условий работы машинных агрегатов в поле, что является дополнительной помехой для обработки лент стеблей предложенным способом. Поэтому при проектировании комлеподбивателей рекомендовано использовать вероятностный и графоаналитический методы расчета. Результаты исследования. С помощью графоаналитического метода получена вероятностная модель, связывающая кинематику предложенного устройства с вероятностью нанесения встречных ударов по комлям стеблей. При этом установлено, что двухроликовые активаторы в совокупности с наклоном комлеподбивающей поверхности обеспечат ярко выраженные ударные воздействия, увеличат скорость и вероятность их нанесения. Экспериментальным путем обоснованы параметры и режимы работы наклонного комлеподбивателя конвейерного типа. Обсуждение и заключение. Применение предложенного способа, с учетом полученных результатов, позволит уменьшить растянутость стеблей льна в лентах на 5,6 % за одно оборачивание и выход длинного волокна на 2,5-3,0 %.
Бесплатно
Влияние аэрозольной обработки гуминовыми препаратами на посевные качества семян зерновых культур
Статья научная
Введение. По прогнозам экспертов в ближайшие годы рост мирового рынка органической продукции будет продолжаться со скоростью 15-16 % в год и составит к 2025 году порядка 20 % от мирового рынка всей сельскохозяйственной продукции. В связи с этим интерес вызывает разработка элементов агротехнологий по использованию почвоулучшающих веществ и регуляторов роста естественного происхождения, в том числе гуминовых препаратов, позволяющих получать достаточно высокие урожаи сельскохозяйственной продукции. Материалы и методы. Были исследованы способы применения гуминовых препаратов. Объектами лабораторных исследований являлись семена ячменя ярового. Препараты применялись как с использованием традиционного полусухого метода, так и с помощью разработанного оборудования для обработки семян горячим туманом. Проращивание семян в лабораторных условиях осуществлялось согласно ГОСТу 12038-84. Данные лабораторных исследований подвергались математической обработке методом дисперсионного анализа. Результаты исследования. Полученные результаты свидетельствуют о том, что обработка семян гуматами способствовала повышению посевных качеств независимо от способа обработки семян. Однако сравнительный анализ эффективности применения при предпосевной обработке семян тест-культуры аэрозоля и традиционного полусухого метода показал, что использование разработанного оборудования позволило повысить биологическую активность гуминовых препаратов, что привело к увеличению силы роста и биометрических показателей проростков. Обсуждение и заключение. Обработка семян ячменя ярового гуминовыми препаратами оказывает положительный эффект на посевные и урожайные качества семян. Наиболее сильный положительный результат получен при обработке семенного материала с низкими посевными качествами, который получают при уборке семенных участков в годы с неблагоприятными условиями: дефицит тепла, обильные осадки, а также нарушение технологий уборки и подготовки семян. Анализ результатов экспериментальных исследований показал, что применение разработанного устройства для обработки семян горячим туманом позволяет снизить энергетические затраты и увеличить эффективность обработки.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Важность контроля этапов органогенеза заключается в том, что появляется возможность воздействовать на растения посредством уходных мероприятий для создания благоприятных условий в периоды формирования определенных элементов структуры урожая и влиять на качество зерна. Цель работы - установить связь данных дистанционного зондирования Земли с состоянием растений озимой пшеницы в начальный период их роста и развития. Материалы и методы. Объектом исследований стали посевы озимой пшеницы. На опытном поле поделяночно высевали пшеницу следующих сортов: «Одиссея», «Олимп», «Нива Ставрополья», «Виктория 11», «Настя» и «Фируза 40». На производственных посевах озимой пшеницы проводились исследования по оценке состояния растений в фазу кущения в 2012-2013, 2013-2014 и 2015-2016 сельскохозяйственных годах. Данные дистанционного зондирования Земли получены с помощью сервиса «ВЕГА» ФГБУН «ИКИ РАН». Результаты исследования. Полученная функция зависимости NDVI посевов озимой пшеницы от высоты растений и соответствующей фазы их развития представляет собой полином третьей степени и характеризуется высокой точностью (Rcorr = 0,98). Анализ данных NDVI, RED и NIR полей в даты, близкие к датам проведения отборов растительных образцов, показал достаточно высокий уровень сопряжения между вегетационным индексом NDVI и высотой растений озимой пшеницы. В 2013 г. был получен коэффициент корреляции 0,60, в 2014 - 0,66, а в 2016 - 0,80, в среднем за 2013-2016 гг. - 0,85. Обсуждение и заключение. Исследования показали, что для оценки состояния и степени развития посевов озимой пшеницы в период «всходы - кущение», в том числе в производственных условиях, могут быть использованы данные дистанционного зондирования Земли. Для повышения точности такой оценки лучше применять значения спектральной яркости в инфракрасной области спектра.
Бесплатно
Защитная эффективность водорастворимых ингибиторов коррозии
Статья научная
Введение. В результате коррозионных повреждений сельскохозяйственных и ле-сохозяйственных машин увеличиваются расходы на поддержание их работоспособности. Замедлить или приостановить процесс коррозии можно посредством водорастворимых ингибиторов, многие из которых, однако, имеют недостатки, такие как малоэффективность или токсичность. Целью настоящей работы является исследование защитной эффективности водных растворов эфира борной кислоты и триэтаноламина, а также разработка рекомендаций по их использованию для противокоррозионной защиты сельскохозяйственных и лесохозяйственных машин при подготовке к длительному хранению. Материалы и методы. Защитные композиции были подготовлены путем растворения эфира борной кислоты и триэтаноламина в дистилированной и технической воде при комнатной температуре. Для исследования использованы водные растворы с концентрацией водорастворимых ингибиторов 5-50 г/л (0,5-5 масс. %). Для оценки их защитной эффективности был применен метод линейного поляризационного сопротивления. В ходе электрохимических исследований использован измерительный комплекс фирмы Solartron (Великобритания). Ускоренные коррозионные испытания проводились на стальных пластинках в гигростате Г-4 по ГОСТ 9.054-75. «Эффект последействия» водорастворимых ингибиторов коррозии оценивался по защитной эффективности остаточной пленки. Результаты исследования. Изучено влияние концентрации эфира борной кислоты и триэтаноламина в водных растворах на их защитные свойства. Установлено, что эфир борной кислоты и триэтаноламина замедляет анодную реакцию. Анализ результатов исследований показал, что при повышении концентрации водорастворимых ингибиторов коррозии в технической воде скорость коррозии стального электрода снижается. Наиболее заметно это снижение при изменении концентрации в диапазоне 10-50 г/л. С ростом концентрации в растворе эфира борной кислоты и триэтаноламина до 50 г/л их защитная эффективность изменяется на 6-14 %. Получена оптимальная концентрация ингибитора в композиции - 10 г/л. При коррозионных испытаниях стальных пластин защитная эффективность раствора с концентрацией 10 г/л водорастворимого ингибитора составила > 70 %. При попадании атмосферных осадков на образцы защитная эффективность растворов снижалась до 20-25 %. При испытаниях в закрытом неотапливаемом помещении на стальных образцах в течении года следов коррозии не обнаружено. Обсуждение и заключения. Исследования показали, что эфир борной кислоты и три-этаноламина является водорастворимым ингибитором коррозии анодного типа. С ростом концентрации водорастворимых ингибиторов коррозии в технической воде скорость коррозии стального электрода снижается. Оптимальная концентрация эфира борной кислоты и триэтаноламина в защитном растворе должна составлять 10 г/л. При коррозионных испытаниях стальных пластин защитная эффективность раствора водорастворимого ингибитора составляла > 70 %. В условиях прямого попадания атмосферных осадков на образцы защитная эффективность растворов снижалась до 20-25 %. При испытаниях в закрытом неотапливаемом помещении на стальных образцах в течении года не наблюдалось следов коррозии. Таким образом, эфир борной кислоты и триэтаноламина эффективен для защиты от атмосферной коррозии в условиях закрытого помещения. На открытых площадках его рекомендуют применять для защиты машин от коррозии при кратковременном хранении. Определена область применения водорастворимого ингибитора при постановке сельскохозяйственных и лесохозяйственных машин на длительное хранение, в том числе предложено совместить стадии очистки машин от загрязнений и консервации их поверхностей для защиты от коррозии. Статья будет полезна специалистам в области защиты лесо- и сельскохозяйственной техники от коррозии при постановке на длительное хранение.
Бесплатно
Интегрированная модель мобильной роботизированной платформы
Статья научная
Введение. Комитет «Умное агро» научно-образовательного центра «Инженерия будущего» определил ряд задач, актуальных для повышения эффективности точного, почвозащитного и ресурсосберегающего земледелия. Одной из таких задач является разработка цифровой мультиагентной системы, обеспечивающей ряд сервисов, предоставляемых агропредприятиям, разработчикам и производителям сельскохозяйственной техники. Целью настоящего исследования является моделирование автономной мобильной роботизированной платформы и разработка программно-аппаратных средств траекторного управления. Материалы и методы. В качестве методов и инструментов решения поставленной задачи используются современные CAx-системы и их приложения, методы 3D- и натурного моделирования, численного решения задач в терминах механики деформируемого твердого тела. Для расширения и углубления штатного функционала CAx-систем (SolidWorks) в части программной реализации алгоритмов траекторного управления используются методы и технологии программирования с использованием API SolidWorks в среде VisualStudio C++ (MFC, ATL, COM), а для построения натурных моделей - платформы Arduino и fischertechnik. Результаты исследования. Результатом исследования является программно-аппаратный модуль траекторного управления для интегрированной (натурной и виртуальной) модели мобильной роботизированной платформы, который может быть предоставлен потребителю как сервис автономизации техники. Для разработанной модели выполнено тестирование алгоритмов управления для траекторий различного вида. Обсуждение и заключение. Разработанная интегрированная программно-аппаратная модель траекторного управления может быть использована как разработчиками и производителями сельскохозяйственной техники, так и непосредственно агропредприятиями для выполнения типовых технологических процессов. Особенностью реализации является открытый программно-аппаратный интерфейс, обеспечивающий интеграцию мобильных роботизированных платформ на базе цифровой мультиагентной системы.
Бесплатно
Информационно-прогнозная модель температурно-влажностного режима коровника
Статья научная
Введение. Информационно-прогнозное моделирование является эффективным инструментом оптимизации параметров внутреннего климата с целью полного использования потенциала коров. Несоблюдение требований климата коровника может привести к снижению лактационной способности на 10-30 %. Целью исследования было создание информационно-прогнозной модели формирования внутреннего климата на основе экспериментальных данных. Материалы и методы. Была разработана 24-часовая система измерения соответствующих климатических переменных с 10-минутным интервалом записи данных. Она включала в себя девять сенсорных блоков, три устройства записи хранения данных и общий блок питания. Замеры проводились в коровнике на 200 голов в Ленинградской области. Результаты исследования. Согласно результатам летних исследований некоторые участки коровника при высокой относительной влажности воздуха имели температурно-влажностный индекс >75, то есть неблагоприятный для животных. Этот период мог длиться до 18 часов в сутки. В дневное время при индексе >80 внутренняя среда может стать критической и сопровождаться резким снижением продуктивности коров. Получены корреляционные модели температурного режима коровника, и рассчитаны их зависимости от температуры внутри и снаружи помещения и влажности воздуха. Обсуждение и заключение. Создана информационно-прогнозная модель, описывающая формирование температурно-влажностного режима внутри коровника в зависимости от погодных условий. При постоянном обновлении базы данных в режиме реального времени модель позволяет контролировать температуру и влажность в коровнике и прогнозировать эти переменные на ближайшие несколько дней. Соответствующие данные визуализируются в режиме реального времени на мониторах и информационных панелях для персонала и специалистов, принимающих своевременные управленческие решения по предотвращению критических ситуаций, связанных с перегревом или переохлаждением животных.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Процесс уборки льна-долгунца характеризуется активным взаимодействием рабочих органов льноуборочных машин с частями растения. Различные принципы и конструкции адаптеров для очеса коробочек от стебля льна-долгунца, используемые в льноуборочных машинах, имеют не только положительные, но и отрицательные стороны. Наиболее эффективен однобарабанный гребневый очесывающий аппарат, однако у него отмечается повышенный уровень повреждений стеблей и их отход в путанину. Цель данной работы - экспериментальное обоснование конструктивных изменений гребневого очесывающего аппарата, позволяющих снизить повреждения стеблей льна-долгунца в процессе очеса и повысить качество льносырья. Материалы и методы. Полевые и лабораторные исследования по уборке льна-долгунца и технологической оценке льносырья и волокна проводились по существующим методикам и действующим ГОСТам. Определялось влияние скорости уборочного льнокомбайна и типа очесывающе-транспортирующего барабана на выход и качество волокна. В качестве объекта использовался лен-долгунец сорта Алексим, а уборка проводилась в фазе полной спелости - желтой. Результаты исследования. Для снижения повреждений стеблей льна использована конструкция очесывающего барабана с тремя гребнями вместо четырех, учитывающая, что в слое вытеребленных стеблей находится только один очесывающий гребень. Данная мера позволила снизить повреждения стеблей и их отход в путанину в процессе очеса. В вариантах с трехгребневым барабаном качество льнотресты составило 0,97-1,09 номера, что на 0,19-0,28 номера выше, чем при использовании четырехгребневого барабана. Обсуждение и заключения. Снижение нагрузки на стебель льна при очесе положительно влияет на характеристики волокнистой продукции. Так, при использовании трехгребневого барабана выход длинного волокна увеличился на 1,27-1,54 % (абс.), а качество - на 0,3 номера по сравнению с классическим.
Бесплатно
Исследование очесывающего аппарата устройства для уборки зерновых культур как колебательной системы
Статья научная
Введение. Потери зерна неочесом являются основной проблемой, которую необходимо решать при разработке устройств очесывающего типа. Для их снижения предложена конструкция очесывающего аппарата с виброприводом. Устройство совмещает процессы очеса зерновых культур и вибрационного воздействия гребенок на колос растений. Важнейшим этапом математического описания данных процессов является составление дифференциального уравнения движения гребенки. Материалы и методы. Предложена расчетно-графическая схема колебательной системы с одной степенью свободы. Для составления дифференциального уравнения движения очесывающей гребенки использован метод, основанный на применении уравнения Лагранжа II рода. Колебания рассматриваемой системы возникают благодаря приведению в движение точки системы по заданному закону. Задача о кинематическом возбуждении сведена к задаче о силовом возмущении. Данный этап исследований проведен без учета сил сопротивления. Результаты исследования. Получено уравнение движения гребенки, совершающей вибрационные возвратно-поступательные движения. Предложено в расчетной схеме выделить упругий элемент и получить более общий случай движения очесывающей гребенки. Движение гребенки в данном случае рассмотрено как сложное. Характерной особенностью математического описания является наличие обобщенной силы потенциальных сил. Получены дифференциальное уравнение движения гребенки при наличии упругого элемента и решение данного уравнения. Обсуждение и заключение. Вынужденные колебания очесывающей гребенки будут являться гармоническими с постоянной амплитудой. Отмечено, что при близких значениях угловой частоты колебаний выходного звена вибропривода и корня из отношения коэффициента жесткости упругого элемента к массе гребенки имеет место случай резонанса. Параметры системы необходимо выбирать таким образом, чтобы избежать возникновения данного явления.
Бесплатно
Исследование параметров движения зерна в жидкости устройства для удаления спорыньи
Статья научная
Введение. При уборке зерновых культур в бункер комбайна кроме зерна поступают также различные сорные и вредные примеси. К вредным примесям относятся ядовитые склероции спорыньи. Различные современные зерноочистительные машины не обеспечивают полного отделения склероциев спорыньи от зерен вследствие близости линейных размеров (ширины, толщины и длины) и скорости витания склероциев и зерен. Очистка семян от склероциев спорыньи, имеющих меньшую плотность, чем у зерна, возможна в водном растворе соли. Для механизации выделения склероциев спорыньи из семян ржи мокрым способом актуальным вопросом является разработка устройства очистки зернового материала. Материалы и методы. Исследуется погружение отдельно взятых зерен ржи в воду (плотность pzh = 1,0 • 103 кг/м3) и водные растворы хлористого натрия (NaCl) плотностью 1,09 • 103 кг/м3 и 1,15 • 103 кг/м3. За геометрическую модель зерновки принимается эллипсоид. Теоретические исследования проведены на основе методов математического моделирования с использованием законов гидродинамики при плотности зерна pz от 1,2 • 103 кг/м3 до 1,5 • 103 кг/м3, длине lz от 5,0 • 10-3 м до 10,0 • 10-3 м, ширине b от 1,4 • 10-3 м до 3,6 • 10-3 м и толщине S от 1,2 • 10-3 м до 3,5 • 10-3 м. Для проведения практических опытов использовано зерно озимой ржи сорта Фаленская 4 плотностью pz от 1,1 • 103 кг/м3 до 1,3 • 103 кг/м3, длиной lz от 5,0 • 10-3 м до 8,0 • 10-3 м, шириной b от 1,4 • 10-3 м до 3,6 • 10-3 м и толщиной S от 1,2 • 10-3 м до 3,5 • 10-3 м. Результаты исследования. Скорость vz и длительность tn погружения зерна в жидкость являются одними из основных параметров, учитываемых при разработке машины очистки зернового материала мокрым способом от склероциев спорыньи. Значения данных величин определяют конструктивно-технологические параметры разрабатываемой машины. Для определения данных параметров необходимо учесть геометрические формы зерновок, которые обладают значительным многообразием. В качестве формы, наиболее близкой к форме зерновки, предлагается эллипсоид © Сысуев В. А., Саитов В. Е., Фара с малой 2cz = S, средней 2bz = b и большой 2az = lz осями. Из основного закона динамики движения зерновки в жидкостях различной плотности (pzh) получена формула для определения скорости, расчетные значения которой согласуются с полученными экспериментальными данными. Обсуждение и заключение. Установлено, что расчетные значения скоростей погружения зерна в жидкости различной плотности имеют один порядок с экспериментальными значениями: они отличаются не более чем на 10 %. Данный подход к определению скорости погружения зерна в жидкость можно использовать при разработке машины очистки зернового материала по плотности мокрым способом для обоснования ее конструктивно-технологических параметров.
Бесплатно
Статья научная
Введение. В зерновом ворохе ржи кроме зерна могут содержаться ядовитые склероции спорыньи. Современные зерноочистительные машины не обеспечивают выделение склероциев спорыньи за один технологический процесс из-за схожести физических свойств по линейным размерам. Выделение склероциев спорыньи из зерна ржи за один технологический процесс по плотности возможно c применением водных растворов неорганических солей. Цель исследования - определение эффективной высоты расположения загрузочного бункера относительно поверхности жидкости. Эти данные повысят качество технологического процесса разрабатываемой машины. Материалы и методы. Рассматривается подача зерна ржи потоком из выпускного отверстия загрузочного бункера в жидкость с помощью варьирования удельной зерновой нагрузки, плотности жидкости и высоты подачи. Для постановки опытов реализована методика планирования эксперимента. Обработка опытных данных осуществлена с помощью статистического пакета Statgraphics Plus 5.1. Результаты исследования. Проведена оценка эффективной высоты расположения выпускного отверстия загрузочного бункера относительно поверхности жидкости при подаче зернового материала потоком. Получены регрессионные модели для доли зерен, непотонувших и всплывших с пузырьками воздуха на поверхность жидкости. Обсуждение и заключение. Установлено, что на показатели доли зерен, непотонувших и всплывших с пузырьками воздуха на поверхность жидкости, существенное влияние оказывает плотность водного раствора соли. Наименьшие значения при разных плотности жидкости и удельной зерновой нагрузке достигаются при высоте подачи зерна 56,0 ∙ 10-3 м.
Бесплатно
Метод определения всхожести семян пшеницы на основе мембранных потенциалов
Статья научная
Введение. Всхожесть семян пшеницы является важным показателем их качества, используется для расчета и корректировки нормы высева. При определении всхожести необходимо учитывать ее изменения на этапе хранения. Решением данной проблемы станет разработка метода, который позволит определять всхожесть на любой технологической стадии (на этапах уборки, хранения, высева). Целью статьи является исследование зависимости мембранного потенциала от качества семян, разработка метода определения всхожести семян пшеницы на основе мембранных потенциалов. Материалы и методы. Проведенный авторами обзор научных работ, посвященных методам оценки качества семян пшеницы, свидетельствует о необходимости разработки высокочувствительных методов определения количественной характеристики всхожести с целью обеспечения скорости измерения и получения более точных результатов для дальнейшего использования. В результате проведенного обзора был разработан подход, который позволяет решить поставленную задачу посредством использования метода, основанного на исследовании мембранного потенциала зерен пшеницы. Результаты исследования. В данной статье проведено исследование зависимости мембранного потенциала семян пшеницы от их всхожести. Полученные результаты экспериментальных исследований подтвердили, что значение потенциала может быть использовано для оценки качества семян. Определены требования и оптимальные условия проведения экспериментальных исследований. Обсуждение и заключение. В результате исследования была установлена зависимость мембранного потенциала семян пшеницы от их всхожести, разработан метод определения всхожести семян пшеницы. Реализация данного метода позволит сельскохозяйственным предприятиям и фермерским хозяйствам проводить экспресс-оценку всхожести семян пшеницы на любой технологической стадии (на этапах уборки, хранения, высева).
Бесплатно
Метод определения показателей оценки эффективности обработки картофеля аэродинамическим способом
Статья научная
Введение. Применяемые методы подготовки картофеля к реализации имеют существенные недостатки. Аэродинамический способ очистки позволяет устранить их за счет своих конструктивных особенностей. В ИАЭП - филиале ФГБНУ ФНАЦ ВИМ изготовлен экспериментальный образец установки очистки картофеля аэродинамическим способом. Для получения высоких показателей эффективности обработки клубнеплодов необходимо определить и оптимизировать потребную мощность, затраты энергии и производительность установки ПОКАС-1 ИАЭП. Материалы и методы. Для определения оптимальных параметров потребной мощности, затрат энергии и производительности установки ПОКАС-1 применены теоретические методы моделирования на основе изучения процессов, протекающих в процессе очистки картофеля. Результаты исследования. В ходе экспериментальных исследований установлены закономерности изменения потребной мощности, производительности и энергоемкости процесса очистки картофеля в зависимости от температуры воздуха на выходе из форсунки. Для определения массы отделившихся с поверхности картофеля почвенных частиц установлена эмпирическая зависимость от температуры воздуха. Проведены исследования в различных режимах по разработанной программе и методике. Результаты исследований показывают, что оптимальный режим пред-реализационной обработки картофеля соответствует частоте вращения барабана n = 20 мшг1 и температуре воздуха на выходе из форсунки t = 40 °C; оптимальное значение потребной мощности установки АП = 5,68 кВт. Обсуждение и заключение. Энергоемкость технологического процесса предреа-лизационной обработки картофеля с повышением производительности установки с 0,025 т/ч до 0,030 т/ч возрастала, а при дальнейшем повышении производительности с 0,030 т/ч до 0,036 т/ч - резко снижалась. В целом значение энергоемкости технологического процесса варьировалось в пределах 794,5-1124,3 МДж/т, что связано с температурным режимом и большим энергопотреблением установки. Разработанный метод позволяет рассчитать потребную мощность, производительность аэродинамической установки и затраты энергии на технологический процесс.
Бесплатно
Методика расчета длины резки растений кормоуборочными комбайнами: роторным и двойного измельчения
Статья научная
Введение. Результаты многочисленных исследований доказывают, что качество корма из измельченных растений зависит от качества измельчения, которое обеспечивается кормоуборочным комбайном и определяется путем взвешивания фракций частиц разной длины. Представляет интерес теоретическое обоснование режимов измельчения трав на сенаж и другие виды кормов. Целью данной статьи является разработка алгоритма и методики оценки качества измельчения растений на основе математической модели измельчения кормоуборочным комбайном с роторным измельчающе-швыря-ющим аппаратом и кормоуборочным комбайном двойного измельчения (с двойным измельчающим аппаратом). Материалы и методы. Изложены необходимые положения теории роторного измельчающего аппарата и двойного измельчающего аппарата кормоуборочного комбайна, на основе которых разработаны алгоритмы, методика расчета массовой доли частиц в заданных диапазонах длины и компьютерная модель измельчения. Результаты исследования. Представлены алгоритмы и методика расчета массовой доли частиц растений, измельченных роторным аппаратом и двойным измельчающим аппаратом. Установлена связь массовой доли частиц в заданных диапазонах длины с высотой растений, высотой среза, подачей, средней расчетной длиной резки. Обсуждение и заключение. Кормоуборочные комбайны с роторным измельчающе-швыряющим аппаратом не позволяют обеспечить заготовку трав на сенаж с массовой долей частиц длиной 8-19 мм в пределах от 45 % до 65-75 %, комбайны с двойным измельчающим аппаратом дают такую возможность только при регулировании угловой скорости шнека и/или дискового или цилиндрического барабана. Двойной измельчающий аппарат позволяет выполнить требования к качеству измельчения разных кормов, если предусмотрено регулирование угловой скорости шнека и/или дискового или цилиндрического барабана.
Бесплатно
Моделирование квадратно-гнездового посева
Статья научная
Введение. Для пропашных культур оптимальной формой площади питания является квадратная, которая обеспечивается квадратно-гнездовым способом посева. В настоящее время из-за высокой металлоемкости и низкой производительности этот способ посева заменен на пунктирный. Но это не решает задачу рационального распределения семян на поле, и проблема точного размещения растений с оптимальной квадратной формой площади питания остается актуальной. Целью исследования является разработка и анализ имитационной модели квадратно-гнездового посева на основе алгоритма управления исполнительными механизмами секций сеялки с применением устройств для локального координирования посевного агрегата. Материалы и методы. Рассмотрен программируемый квадратно-гнездовой посев с применением локального координирования посевного агрегата и алгоритм для его осуществления. Описано построение имитационной модели посева в программной среде Simulink Matlab с обоснованием ее элементов. Учтены разброс семян в борозде и переменная величина скорости сеялки. Теоретически обосновано количество импульсов на один оборот вала энкодера. Результаты исследования. Построены графики пройденного пути, координаты позиций открытия заслонок и сигналов управления в зависимости от времени. Проведен анализ настроек энкодера. При изменении шага посева и координат первого открытия заслонок отклонение последнего гнезда семян варьируется в диапазоне от -2,6 ∙ 10-3 до 2,7 ∙ 10-3 м. С увеличением скорости сеялки от 1,5 до 3,0 м/с математическое ожидание отклонений гнезд семян увеличивается от 0,054 до 0,218 м, а коэффициент вариации снижается с 61,2 до 15,0 %. Обсуждение и заключение. Анализ имитационной модели квадратно-гнездового посева показал, что алгоритм управления исполнительными механизмами вместе с системой локального координирования работает адекватно и обеспечивает высокую точность размещения гнезд семян на поле. Определены зависимости оптимального количества импульсов на один оборот вала энкодера от заданного шага посева и радиуса путеизмерительного колеса. Выяснено, что величина максимального отклонения последнего гнезда семян не превышает 2,7 мм на 1 000 м (при x = 0,3 м и t = 0,7 м). Установлено, что точность распределения гнезд семян на поле определяется в большей степени скоростью сеялки, нежели настройками измерительного устройства.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Статья посвящена исследованию напряженно-деформированного состояния распределительной пары агрегатов объемного гидропривода и поиску путей повышения его долговечности. Материалы и методы. В процессе исследования были использованы общепринятые положения теорий трения, надежности, упругости, механизмов и машин, математического моделирования. Для моделирования напряженно-деформированного состояния была использована система инженерного анализа ANSYS. В качестве объектов исследования выбраны распределительные пары гидронасосов 313.3.112, ГСТ-112 и Sauer Danfoss 90R075. Результаты исследования. Получены значения действительных контактных напряжений и длительно действующей эксплуатационной нагрузки в распределительных парах агрегатов объемного гидропривода: для гидронасоса 313.3.112 - 26,93 МПа; для гидронасоса ГСТ-112 - 22,21 МПа; для гидронасоса Sauer Danfoss 90R075 - 27,12 МПа. Установлено, что наибольшим нагрузкам подвержена область, расположенная со стороны нагнетания. Это является причиной одностороннего износа сферических поверхностей, довольно часто встречающегося у снятых с эксплуатации агрегатов. Значения контактных напряжений в соединениях, упрочненных методом электроискровой обработки, в среднем на 1,4-9,4 % ниже, чем в неупрочненных. В процессе электроискровой обработки идет перераспределение напряжений по поверхности, что приводит к снижению эксплуатационной нагрузки в соединениях. Обсуждение и заключение. Проведенное исследование позволило смоделировать напряженно-деформированное состояние в новых и упрочненных распределительных парах агрегатов объемного гидропривода в эксплуатационных условиях, а также предложить пути повышения его долговечности. Установлено, что для повышения износостойкости ресурсолимитирующего соединения и, как следствие, долговечности агрегатов объемного гидропривода необходимо обеспечить в распределительных парах максимальную удельную нагрузку бóльшую, чем максимальная длительно действующая эксплуатационная нагрузка. Для решения данной задачи предложено создавать покрытия с высокими триботехническими свойствами методом электроискровой обработки.
Бесплатно
Моделирование, изучение и изготовление стойки культиватора из композитных материалов
Статья научная
Введение. До настоящего времени композитные материалы не были широко распространены в народном хозяйстве, особенно в сельском. В связи с этим актуально их применение для изготовления отдельных деталей сельскохозяйственной техники, например, стоек культиваторных лап, часто ломающихся из-за концентрации напряжения в местах изменения их толщины при выполнении пахотных работ. Эти напряжения можно уменьшить, повысив надежность работы стоек, если использовать для их изготовления композитные материалы. Материалы и методы. В исследовании применялись композитные материалы для изготовления культиваторных стоек и изучения их свойств при соответствующем подборе объемного соотношения волокон в каждом из слоев ткани и связующего материала. Получение опытным путем молекулярного соотношения волокон ткани и связующего слоя послужило исходным материалом для проектировочных расчетов и дало возможность использовать шаблонный метод для набора слоя. Результаты исследования. Был получен расчетный коэффициент безопасности, равный 2. Следует отметить, что были изменены значения механических характеристик материала из-за наличия в материале пористости, коэффициент которой оказался равен 11,6 %, тогда как допустимое значение - 4 %. Полевые испытания показали долговечность изготовленной из композитных материалов стойки (даже при тяжелых условиях работы) по сравнению с обычной стойкой, выполненной из легированной стали. Обсуждение и заключения. В результате исследования механического поведения геометрической модели стойки и моделирования ее материала, обладающего высокими механическими свойствами и впоследствии использованного для производства композитного материала, было достигнуто минимальное значение коэффициента безопасности - 4 (при максимальном коэффициенте безопасности для работников 15). Также была доказана экономическая целесообразность производства стоек из композитных материалов как менее дорогого, чем при использовании традиционных материалов - сталей.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Цель исследования - разработка математической модели, позволяющей оценивать и прогнозировать комплексное негативное воздействие на водные объекты технологий сельхозпроизводства. Данная проблема актуальна ввиду необходимости укрупнения сельхозпредприятий. Модель прогнозирования важна для оценки с учетом комплексного влияния машинных технологий сельхозпроизводства и всех биогенных элементов, отрицательно воздействующих на водные объекты. Материалы и методы. Использован метод логико-лингвистического моделирования Спесивцева - Дроздова, позволяющий формализовать экспертные знания в математическую модель. Были опрошены 4 эксперта, а полученные данные обработаны и подвергнуты регрессионному анализу. Адекватность модели проверена с помощью коэффициента детерминации и критерия Фишера. Результаты исследования. Сформирована иерархическая система из 6 факторов и 14 подфакторов, включающих как применяемые машинные технологии, так и принимаемые управленческие решения. Получена модель, содержащая полиномиальное уравнение, отражающее влияние факторов на уровень негативного воздействия технологий, и уравнения, определяющие влияние подфакторов на факторы. Обсуждение и заключение. Полученная модель может быть использована в практических целях для поддержки принятия решений планирования, прогнозирования и выбора сценариев модернизации сельхозпредприятий. Уравнения модели позволяют понять значимость факторов и подфакторов, влияющих на уровень негативного воздействия (диффузную нагрузку) на водные объекты. Это позволяет выбирать эффективные пути снижения негативного воздействия путем выбора в качестве объектов наиболее значимых факторов и/или подфакторов.
Бесплатно
