Технологии, машины и оборудование. Рубрика в журнале - Инженерные технологии и системы
Статья научная
Введение. Хлорофилл играет важную роль в абсорбции и трансформации световой энергии в химическую и обеспечивает производство органического вещества в растениях. Мониторинг содержания хлорофилла позволяет оценить взаимодействие растений с окружающей средой, степень влияния стресс-факторов, что важно для управления урожаем. Традиционные лабораторные методы анализа подразумевают разрушение образца, требуют много времени и не подходят для быстрых полевых оценок. Более удобным для этих целей представляется применение недорогих, портативных приборов. Цель исследования. Разработать структуру искусственной нейронной сети и ее машинное обучение для предсказания содержания хлорофилла в листьях растений по их оптической плотности в отдельных диапазонах видимого спектра. Материалы и методы. Датасет для искусственной нейронной сети формировали из экспериментальных данных, полученных с помощью денситометра ДП-1М и хлорофиллметра CCM-200. Измерения проводили для листьев растений салата, перца, томата, кабачка в различных возрастных состояниях и при различных параметрах световой среды. Обучение искусственной нейронной сети проводилось в среде Google Colab с последующей адаптацией модели для использования в микроконтроллерном устройстве – листовом фотоколориметре. Результаты исследования. В сформированном датасете размером 1 000 записей оптическая плотность листьев варьируется в красной области от 0,57 до 2,54, зеленой – от 0,9 до 1,66, синей – от 1,09 до 3,53 отн. ед. Соответственно этим комбинациям содержание хлорофилла меняется от 3,1 до 156,5 отн. ед. Наиболее точной из шести различных структур сети, отличающихся количеством нейронов в скрытых слоях, оказалась структура «32:32», обеспечивающая низкий уровень средней абсолютной ошибки MAE = 6,64 отн. ед., среднюю ошибку предсказаний MAPE = 16,34 % и высокий коэффициент детерминации R² = 0,8886. Для упрощения модели и экономии ресурсов микроконтроллера была выбрана структура «4:4». Она позволила сохранить невысокий уровень MAE = 6,83 %, MAPE = 16,86 % при R² = 0,8808 и значительно меньшем объеме используемых ресурсов – 41 весовой параметр и 164 байта памяти. Сравнительная оценка с классическими алгоритмами машинного обучения показала превосходство разработанной модели по всем метрикам. Обсуждение и заключение. Для практического использования обученная искусственная нейронная сеть перенесена в микроконтроллер разработанного ранее листового фотоколориметра, имеющего все необходимые аппаратные средства для измерения оптической плотности листа в отдельных спектральных диапазонах. Разработанная модель позволяет реализовать неразрушающий и оперативный контроль состояния растений, что особенно важно в системах точного земледелия. Разработка имеет большой потенциал для практического применения в системах экологического мониторинга и поддержки принятия решений в сельском хозяйстве. Результаты исследования подтверждают целесообразность использования машинного обучения для повышения эффективности методов оценки состояния растений и формирования цифровых решений в агротехнологиях.
Бесплатно
Статья научная
Введение. К сельскохозяйственной отрасли глубокой переработки сырья с ориентацией на конечного потребителя относится хлебопекарная промышленность. При производстве хлебобулочных изделий одну из операций технологического процесса выполняют тестоделительные машины вакуумно-поршневого типа, срок службы которых на 30-40 % ниже нормативного. Наиболее перспективным для восстановления изношенных деталей механизма всасывания является метод электроискровой обработки. При выборе материалов электрода важно, чтобы они обладали не только низкой эрозионной стойкостью, но и высокими триботехническими свойствами. Цель статьи. Выбрать электроискровые покрытия, снижающие изнашивание рабочих поверхностей деталей механизма всасывания при ремонте тестоделительных машин вакуумно-поршневого типа. Материалы и методы. Определение свойств электроискровых покрытий проводилось методами неразрушающего контроля с использованием современного научно-исследовательского оборудования, а обработка результатов с использованием программы «Компас-3D». Результаты исследования. Получены значения физических, механических, фрикционных и триботехнических свойств электроискровых покрытий из бронзы БрОС10-10 и сплава X15H60. Суммарная интенсивность изнашивания для покрытия из бронзы БрОС10-10 составила 8,3 ∙ 10-12, а для сплава Х15Н60 15 ∙ 10-12. Обсуждение и заключение. Суммарная интенсивность изнашивания на машине трения у образцов с покрытием из бронзы БрОС10-10 ниже, чем у базовой пары трения, в 1,4 раза, а у образцов с покрытием из сплава X15H60 выше в 1,26 раза. Добавление твердосмазочного покрытия MODENGY на покрытие из сплава X15H60 способствует снижению его истирающей способности в 3 раза, а суммарной интенсивности изнашивания - в 1,34 раза относительно базовой пары трения. Расчетно-экспериментальный метод показал низкую интенсивность изнашивания электроискровых покрытий из бронзы БрОС10-10 и сплава X15H60 по отношению к материалу деталей механизма всасывания тестоделительных машин вакуумно-поршневого типа.
Бесплатно
Оценка экологической устойчивости и стабильности технологических процессов в растениеводстве
Статья научная
Введение. Усиление антропогенного воздействия технических средств приводит к нарушению устойчивости и стабильности технологических процессов в растениеводстве, что в целом оказывает негативное влияние на существующий агроландшафт. В связи со значительным количеством отдельных экологических показателей оценка на устойчивость технологических процессов проводится как правило без ранжирования их значимости, не учитывая природно-климатические особенности, которые в значительной степени оказывают влияние на систему производства сельскохозяйственной продукции. При этом не выработан необходимый подход, который бы позволил комплексно произвести оценку устойчивости с высокой степенью достоверности. Цель исследования. Обосновать критерии и предложить оценку технологических процессов в растениеводстве по степени их экологической устойчивости и стабильности. Материалы и методы. Исследование базировалось на применении аналитических методов и обобщении научных результатов, полученных различными авторами. Метод статистического моделирования процессов позволил выявить их закономерность, определить и обоснованно выбрать весомые факторы, влияющие на устойчивость и стабильность процессов. Результаты исследования. Разработаны частные и интегральные критерии оценки экологической устойчивости и стабильности технологических процессов в растениеводстве. Приведены примеры расчета критериев и дана оценка экологической устойчивости и стабильности технологических процессов транспортировки и внесения жидких органических удобрений в почву. Обоснована шкала оценки технологических процессов по значениям интегрального критерия оценки. По степени экологической устойчивости технологические процессы предложено разделить на устойчивые, среднеустойчивые, неустойчивые и с высокой энтропией. Обсуждение и заключение. Предложенные авторами критерии оценки экологической устойчивости и стабильности технологических процессов в растениеводстве в дальнейшем можно использовать при разработке мобильных приложений, платформ и логистических решений для повышения эффективности отрасли, производительности труда, улучшения качества продукции и т. д.
Бесплатно
Статья научная
Введение. В условиях высокого спроса на полимерную продукцию ведется постоянная модернизация технологических процессов ее производства, огромная доля которого основана на применении микрогетерогенных каталитических систем. Физико-химические свойства полимерной продукции можно улучшить с помощью целенаправленного гидродинамического воздействия в турбулентных потоках. Исследование возникающих физико-химических закономерностей процессов синтеза полимерной продукции в присутствии модифицированных каталитических систем вызывает большой интерес. Цель статьи. Оценка эффективности гидродинамического воздействия в турбулентных потоках на характер неоднородности катализатора и кинетику процессов получения полимеров. Материалы и методы. При исследовании процессов синтеза полимеров использован имитационный подход к модельному описанию системы, основанный на идее воспроизведения различных сценариев непрерывного производства и проведении необходимой эмпирической оценки. Для повышения скорости расчетов при имитационном моделировании используются технологии параллельного программирования и облачных вычислений. Результаты исследования. Разработана методология решения обратных задач, которая позволяет на основе известной физико-химической информации определять влияние внешних факторов на кинетическую активность и неоднородность активных центров. Использование имитационного моделирования с применением технологии облачных вычислений позволяет однозначно идентифицировать характер кинетической неоднородности в условиях усреднения реакционной способности активных центров. Обсуждение и заключение. Апробация нового имитационного подхода к решению обратной задачи позволила оценить эффективность влияния трубчатого турбулентного аппарата на кинетику процесса получения полиизопрена в присутствии титанового катализатора и идентифицировать наличие двух активных центров: тип АTi - lnM = 13,4, тип ВTi - lnM = 11,7, при этом доля активных центров типа АTi составляет 0,91; типа ВTi - 0,09. На основе полученных данных становится возможным проводить постановку и решение обратных задач идентификации кинетических параметров с целью дальнейшего модельного описания системы.
Бесплатно
Оценка эффективности почвообрабатывающего комбинированного культиватора
Статья научная
Введение. В настоящее время применение комбинированных машин и агрегатов позволяет значительно сократить время на обработку почвы и обеспечить требуемое качество. Совмещение операций в комбинированных машинах приводит к уменьшению влияния неблагоприятных погодных условий на технологические процессы. Использование данных машин позволяет лучше загрузить мощные трактора, особенно на участках с небольшой площадью, где работа с широкозахватными агрегатами затруднена. Совмещение технологических операций наиболее выгодно в интенсивном земледелии на полях без сорняков. Поэтому разработка технологий и средств механизации, позволяющих качественно и с наименьшими энергетическими и материальными затратами обеспечить подготовку почвы, является важной задачей. Цель исследования - оценить эффективность комбинированного культиватора для поверхностной обработки почвы и повысить качество его работы. Материалы и методы. На основании многочисленных исследований и требований, предъявляемых к почвообрабатывающим машинам с упругими стойками, разработан комбинированный культиватор для поверхностной обработки почвы. Для оценки эффективности и изучения показателей работы культиватора был проведен многофакторный эксперимент первого порядка. За параметры оптимизации были приняты тяговое сопротивление секции культиватора и крошение почвы (размер фракций от 0 до 25 мм). Результаты исследования. Применение экспериментального культиватора, по сравнению с серийными, позволяет снизить тяговое сопротивление на 10-15 %, а также повысить качество крошения почвы на 5-6 %. Обсуждение и заключение. В результате проведенных экспериментальных исследований доказана эффективность разработанного комбинированного культиватора. Использование данного культиватора приводит к снижению энергозатрат и улучшению качества обработки почвы.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Одной из ключевых продовольственных культур в мире является картофель. Однако его производство в регионах с тяжелыми, каменистыми и заплывающими почвами вызывает затруднения. Применение высокопроизводительных картофелеуборочных комбайнов на таких почвах крайне неэффективно и приводит к значительным потерям продовольствия и ресурсов. В условиях роста мирового населения необходимо создание научного обоснования для комкоразрушающего устройства, которое позволит на этапе подготовки почвы к посадке динамически разрушать прочные почвенные комки до состояния, при котором последующая комбайновая уборка станет эффективной. Цель исследования. Теоретическое обоснование конструктивно-режимных параметров битерного барабана комкоразрушающего устройства машины и установление зависимости угла отклонения и предельного угла ножа от высоты почвенного пласта на элеваторе. Материалы и методы. Исследование проводили на примере битера комкоразрушающего устройства. Ножи свободно вращались на осях битера. При движении сепарирующего элеватора за счет битера с ножами разрушались комки почвы, что привело к дроблению почвенных комком в несколько стадий. Методами теоретической механики и аналитической динамики выведены аналитические зависимости, связывающие параметры системы. Аналитические зависимости были промоделированы и визуализированы с использованием программного комплекса Mathcad. Анализ уравнений и графиков проводили методами аналитического и сравнительного анализа. Результаты исследования. Изучено воздействие системы битер-нож на процесс разрушения почвенных комков в машинах для подготовки почвы под комбайновую уборку картофеля. Определены геометрические параметры системы битер-нож при взаимодействии с почвенным пластом, находящимся на элеваторе. Получены зависимости величины угла отклонения ножа от высоты пахотного слоя на элеваторе и при выходе из почвенного слоя. Рациональная длина ножа битера l = 170 мм, толщина – δ = 16 мм. Обсуждение и заключение. Результаты анализа динамики системы битер-нож при ее контакте с почвенной массой демонстрируют, что угол отклонения рабочего органа α является функцией от толщины обрабатываемого слоя на полотне элеватора, что соответствует уровню загрузки устройства. Помимо этого, на данную величину влияют такие параметры, как угол наклона пруткового элеватора и возникающая центробежная сила ножа. Полученные данные позволяют выявить динамику битерного барабана, необходимую для приведения тяжелых почв в рыхлое состояние при посадке картофеля, что может решить проблемы отделения клубней от почвенных комков при комбайновой уборке на тяжелых комковатых и засоренных камнями почвах.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Клюква крупноплодная обладает лечебно-профилактическими свойствами, что обуславливает ее широкое потребление. В связи с сокращением площади, занимаемой дикорастущими растениями клюквы, для удовлетворения потребности населения необходимо увеличивать объемы ее промышленного выращивания. Главной проблемой при возделывании культуры в условиях промышленных плантаций является применение низкопроизводительных агромашин для сбора урожая, поэтому совершенствование технического обеспечения процесса уборки клюквы крупноплодной является актуальной научно-технической задачей. Модернизация таких машин сопряжена с проведением натурных экспериментальных исследований, заключающихся в имитировании функционирования агрегатов на различных режимах работы. При их выполнении модернизируемая машина взаимодействует с убираемой культурой – клюквой, макеты ягод которой со свойствами, идентичными реальным ягодам, возможно воссоздать при помощи аддитивных технологий. Цель исследования. Расширение возможностей лабораторного оборудования и программного обеспечения за счет применения аддитивных технологий при проведении экспериментальных исследований взаимодействия рабочих элементов уборочных машин с ягодами клюквы крупноплодной. Материалы и методы. Объект исследования – клюква крупноплодная сорта Стивенс. В основу методики определения массоразмерных характеристик ягод положен «мокрый» способ уборки. Массу ягод определяли взвешиванием на весах. В качестве линейных размеров штангенциркулем определяли длину ягоды и два поперечных размера в плоскостях измерений, расположенных под углом в 90° относительно друг друга. Определение объема ягод выполняли измерением объема вытесняемой ягодой жидкости и расчетным методом. Создание 3D-модели выполняли в программном обеспечении FlashPrint 5, для распечатывания макетов применяли 3D-принтер Flashforge Finder и пластик полилактид (ПЛА, PLA). Результаты исследования. Разработана методика расчета параметров макетов ягод клюквы крупноплодной с применением аддитивных технологий. Созданы максимально приближенные макеты ягод. Выявлено, что с увеличением размера фракции ягоды от 1 до 5 · 10–6 м3 плотность созданных макетов клюквы снижается на 66,2 % с 1367,37 кг/м3 до 461,98 кг/м3, а объем увеличивается в 5,3 раз с 0,81 · 10–6 м3 до 4,26 · 10–6 м3. Обсуждение и заключение. Применение аддитивных технологий позволило создать максимально приближенный макет ягод клюквы крупноплодной из недорогого и долговечного материала, полностью повторяющего свойства плодов, выращенных в условиях плантации, что может упростить проведение лабораторных исследований уборочного процесса ягод мокрым способом и снизить финансовые издержки при их реализации.
Бесплатно
Статья научная
Введение. В электронных системах управления двигателем происходят физические процессы, часть из которых приводит к износу элементов системы. Опыт эксплуатации и диагностирования автомобилей на станции технического обслуживания показал, что часть автомобилей эксплуатируются с неисправностями, многие из которых в дальнейшем приводят к отказам различных групп сложности. Цель исследования - применить диагностику для определения эксплуатационной надежности и оценки технического состояния электронных систем управления двигателем. Материалы и методы. Для оценки эксплуатационной надежности современной электронной системы управления двигателем была выбрана партия автомобилей. Экспериментальные исследования были проведены на автомобилях Skoda Octavia с двигателями 1.8 TSI CDAB 152 л.с. Euro5 и CDAA 160 л.с. Euro5. Выборка составила 60 единиц техники. Автомобиль записывался на диагностику, предварительно проводилось техническое обслуживание и компьютерная диагностика. После короткого теста автомобиль снова заезжал на станцию технического обслуживания и подвергался глубокой диагностике электронной системы управления двигателем. Результаты исследования. Получены результаты исследований надежности основных элементов электронной системы управления двигателем. Можно сделать вывод о том, что большая часть отказов конструктивных элементов электронной системы управления двигателем соответствует исполнительным механизмам системы, имеющим подвижные элементы. Датчики, измеряющие параметры системы, изнашиваются в меньшей степени. Проведен анализ зависимости показателей безотказности регулятора давления топливного насоса по интервалам наработки. Обсуждение и заключение. Определено, что наименьший ресурсный пробег приходится на свечи зажигания. При этом наиболее частая неисправность возникает у регулятора давления топлива в топливной системе автомобилей с долей в 19,8 % от общего количества. Ресурс данного элемента электронной системы управления двигателем составляет в среднем 125 тыс. км. Доказано, что диагностирование с применением современного технологического оборудования является эффективным.
Бесплатно
Применение рапсового масла и этанола в дизельном двигателе
Статья научная
Введение. Альтернативные топлива в двигателях внутреннего сгорания позволяют не только снизить вредное воздействие отработавших газов на окружающую среду без применения дорогостоящих систем очистки, но и диверсифицировать рынок топлива, сокращая потребление невозобновляемых источников энергии, а научные исследования, направленные на применение альтернативных топлив, позволяют выявить наиболее оптимальные варианты замены невозобновляемому сырью. Цель исследования - изучить, как добавление этанола в штатный тракторный дизель с объемным смесеобразованием и сгоранием от факела запального рапсового масла влияет на работу двигателя, а также оптимизировать раздельные цикловые подачи для получения максимального энергетического и экологического эффекта. Материалы и методы. Статья посвящена описанию результатов применения рапсового масла и этанола в серийном тракторном дизеле размерности 2Ч 10,5/12,0 с организацией раздельного впрыска топлива непосредственно в камеру сгорания. В ходе экспериментальных исследований проведены индицирование рабочего процесса, измерения расхода топлива и потребления воздуха, отбор проб отработавших газов для исследования состава газа и определения содержания токсичных компонентов и дымности. Результаты исследования. Определена точная цикловая подача этанола и рапсового масла, получены величины среднего эффективного давления, осредненной температуры газов в цилиндре, активного и полного тепловыделения. Показано, что с увеличением цикловой подачи этанола доля тепла от кинетического сгорания возрастает, а для дизельного процесса характерна обратная тенденция - увеличение доли диффузионного сгорания с ростом нагрузки. Проведен анализ внутрицилиндровых процессов при работе на этаноле и рапсовом масле в сопоставлении с традиционным дизельным процессом. Обсуждение и заключение. Применение рапсового масла и этанола способно полностью заместить традиционное топливо нефтяного происхождения для действующего дизельного двигателя путем установки дополнительного топливного оборудования и модификации головки блока цилиндров (монтаж дополнительной форсунки). При этом существенно улучшаются экологические показатели работы дизеля.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Совершенствование агропромышленного комплекса подразумевает создание новых и модернизацию имеющихся рабочих органов и машин. Важным условием при этом является применение современных технологий и постоянное сотрудничество с реальным производством. Цель исследования - разработать адаптивный центробежный рабочий орган и повысить качество внесения минеральных удобрений. Материалы и методы. На основании изучения состояния вопроса и требований, предъявляемых к машинам для внесения минеральных удобрений, разработан и изготовлен адаптивный центробежный рабочий орган. На всех стадиях применялись методы компьютерного проектирования и быстрого прототипирования на основе аддитивных технологий. Результаты исследования. В результате использования представленных рабочих органов увеличилась ширина захвата агрегата на 10,0-22,5 %. Экспериментальные рабочие органы, по сравнению с серийными, позволяют уменьшить неравномерность внесения гранул минеральных удобрений на 13,4 % за счет их перераспределения с центральной зоны по краям. Обсуждение и заключение. В результате экспериментальных исследований доказана эффективность применения разработанного адаптивного центробежного рабочего органа. Он позволяет увеличить равномерность распределения гранул минеральных удобрений и рабочую ширину захвата агрегата. Современные методы проектирования позволяют значительно сократить время и расходы.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Внедрение автоматических метеостанций с применением технологий Интернета вещей (IoT) является новым этапом развития интеллектуального сельхозпроизводства. Современные веб-сервисы и приложения, использующие данные с IoT автоматических метеостанций обеспечивают пользователей репрезентативной информацией о климатических условиях в режиме реального времени, что способствует более эффективному планированию полевых работ и снижению рисков, связанных с изменением погодных условий. Важным аспектом получения и анализа актуальной метеорологической информации является разработка удобных для пользователей интерфейсов. Цель исследования. Выполнить обзор современных метеостанций и технологий разработки программного обеспечения для оперативного отображения климатических данных для сельского хозяйства; разработать и апробировать программно-аппаратный комплекс с веб-интерфейсом отображения данных мониторинга локальных метеоусловий с частотой отображения данных не менее одного раза в час. Материалы и методы. В качестве методов и инструментов решения поставленной задачи использовался современный инструментарий веб-разработки на платформе ASP.NET Core MVC. Разработан экспериментальный образец бюджетной IoT автоматической метеостанции для получения данных о локальных метеоусловиях в течении вегетационного периода. Составлена аппаратная и программная архитектура IoT автоматической метеостанции. Микрокомпьютер Raspberry Pi Zero обеспечивает выполнение скриптов опроса многоканального совмещенного метеодатчика на языке Java для записи в локальную и удаленную систему управления базами данных PostgreSQL. Графики динамики локальных метеоусловий созданы с помощью JavaScript-библиотеки ApexCharts. Исследованы энергопотребление и динамика заряда аккумулятора IoT автоматической метеостанции от солнечной панели в полевых условиях. Результаты исследования. Представлен обзор современных метеостанций и проведен сравнительный анализ технологий разработки программного обеспечения для оперативного отображения данных. Создан и апробирован алгоритм извлечения информации из базы данных и отображения графиков и таблиц на веб-сайте с помощью веб-приложения. Обозначены ключевые блоки кода с пояснениями, описан алгоритм развертывания веб-приложения в интернете. Разработан фронтэнд веб-приложения для наглядной визуализации данных IoT автоматической метеостанции. Представлены динамика метеоусловий, полученная IoT автоматической метеостанцией, результаты сравнения отдельных показателей с данными из открытых источников. Веб-приложение протестировано и развернуто на аппаратном сервере с доступом в интернет. Обсуждение и заключение. Результаты полевых испытаний IoT автоматической метеостанции и веб-приложения в 2024 г. показали высокую производительность системы, минимизацию задержек при негативных условиях внешней среды (сильный дождь, ветер, низкие и высокие температуры), стабильное наполнение базы данных и отображение графиков метеоусловий на сайте. Разработанная IoT автоматическая метеостанция, построенная по модульному принципу, с совмещенным метеодатчиком является более компактной и бюджетной в сравнении с готовыми решениями, существующими на рынке. Непрерывный поток информации, открытая аппаратная архитектура обеспечивают автономность системы за счет подзарядки аккумулятора от солнечной батареи и алгоритма режима сна. В дальнейшем предполагается проведение градуировки совмещенного датчика в лабораторных условиях для повышения точности показаний или замены совмещенного датчика на классические механические датчики с незначительным изменением аппаратной и программной платформы. Для работы с динамическими моделями продукционного процесса в систему планируется добавить интерфейс и полевые датчики.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Ранняя диагностика фитопатологий зерновых культур является одной из ключевых задач точного земледелия, поскольку позднее выявление заболеваний приводит к существенным потерям урожайности и неэффективному применению средств защиты растений. Существующие системы фитосанитарного мониторинга в основном ориентированы на постобработку данных и требуют значительных вычислительных ресурсов, что ограничивает их применение на борту беспилотных летательных аппаратов. В этой связи актуальной научной задачей является обеспечение высокоточной диагностики заболеваний растений в реальном времени в условиях жестких вычислительных и энергетических ограничений бортовых платформ. Цель исследования. Разработка энергоэффективной onboard-системы детекции болезней пшеницы, способной к работе в реальном времени на встраиваемых платформах. Материалы и методы. Объект исследования – посевы пшеницы в условиях открытого грунта. В качестве аппаратной основы использовались вычислительные модули Jetson TX2, NavQ Plus и Raspberry Pi 4. Для построения модели применена модифицированная архитектура YOLO с интеграцией малозатратных сверточных блоков (GhostConv, MBConv), модулей внимания (SE, CBAM) и расширенной структуры агрегации признаков BiFPN. Обучение выполнено на размеченной выборке из 7 500 изображений симптомов бурой и желтой ржавчины. Результаты исследования. Разработанная модель обеспечила высокие показатели качества детекции F1-мера до 0,978, средний IoU – 0,82. Производительность достигала 16,8 FPS на Jetson TX2 и 13,6 FPS на NavQ Plus при энергоэффективности до 2,7 FPS/Вт. Обсуждение и заключение. Сравнительный анализ показал превосходство модели над базовой YOLOv5s по всем ключевым метрикам. Предложенная архитектура демонстрирует высокую точность, устойчивость к шумам и применимость в условиях реального времени. Она может быть использована для создания интеллектуальных систем фитосанитарного мониторинга и автоматизированного управления средствами защиты растений на базе беспилотных летательных аппаратов.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Вертикальная обработка почвы является новой ресурсосберегающей технологией, позволяющей повысить урожайность сельскохозяйственных культур до 8,5 ц/га и минимизирующей структуру почвы с повышенной плотностью заделки семян для развития корневой системы. Для проведения вертикальной обработки почвы используют почвообрабатывающие машины, в качестве которых выступают турбодисковые культиваторы. Актуализация требований к экологически безопасным принципам действия на почву технических средств обуславливает поиск оригинальных решений по сохранению ее плодородия и снижению энергозатрат. Большие объе мы остатков растительной массы на полях затрудняют обработку почвы, что приводит к забиванию рабочих органов машин (лущильники, культиваторы, плуги, дисковые бороны) и негативно сказывается на качестве обработки. Цель исследования. Определить размещение рабочих органов по высоте с учетом разрушающего контактного напряжения растительных остатков в виде стерни подсолнечника для повышения эффективности ее заделки в почву. Материалы и методы. Была разработана конструкция турбодискового культиватора, рассмотрены его устройство и технологический процесс. Для определения разрушающего контактного напряжения растительных остатков рабочими органами применялись методы теоретической механики. Рассматривали стерню подсолнечника в виде упругого вертикального стержня, закрепленного снизу. Был выполнен расчет силы удара по стеблю, а также определены модуль сдвига и плечо действия силы удара по стерне. Результаты исследования. Получено выражение для определения разрушающего контактного напряжения стерни подсолнечника в процессе вертикальной обработки почвы разработанным турбодисковым культиватором. Предложен способ заделки стерни высокостебельных растений в почву. Обсуждение и заключение. Для повышения эффективности заделки стерни высокостебельных растений в почву необходимо оптимальное размещение рабочих органов по высоте с учетом начального разрушающего контактного напряжения.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Для влажного гранулирования растительного сырья и получения гранул корма малого диаметра (0,5–2 мм) для рыб и их мальков может быть использован корзинный гранулятор, не используемый ранее для приготовления кормов в аквакультуре. Процесс работы корзинного гранулятора недостаточно изучен, а его рациональные параметры еще не получили должного научного обоснования. Цель исследования. Повышение водостойкости гранул корма для рыб путем определения рациональных параметров процесса влажного гранулирования растительного сырья в корзинном грануляторе. Материалы и методы. В корзинном грануляторе гранулировали рассыпной комбикорм для мальков карпа, приготовленный из растительного сырья, получая гранулы диаметром 2 мм. Критерием оптимизации процесса влажного гранулирования служило время полного распада гранул корма в воде. В ходе опытов варьировали значения четырех факторов: влажность, температура сырья, модуль помола сырья, частота вращения рабочих органов гранулятора. Обработав результаты экспериментов, получили уравнение регрессии и построили поверхности отклика и их двумерные сечения, по которым выполнили анализ. Результаты исследования. Установили, что увеличение значений всех факторов до определенного предела повышает устойчивость гранул корма к действию воды. Влияние температуры сырья на время распада гранул корма менее существенно, чем трех остальных факторов. Оптимальная величина времени распада гранул корма в воде, равная 92–96 мин, достигается при следующих рациональных диапазонах факторов процесса влажного гранулирования: влажность сырья 40...42 %; модуль помола сырья 1,4...1,8 мм (средний помол); частота вращения рабочих органов корзинного гранулятора 47...51 мин–1; температура сырья 42...56 °С. Обсуждение и заключение. Установлены рациональные значения факторов процесса влажного гранулирования растительного сырья в корзинном грануляторе, позволяющие производить гранулированный корм для рыб и их мальков, соответствующий зоотехническим требованиям по водостойкости. Установленные для процесса влажного гранулирования в корзинном грануляторе зависимости изменения водостойкости гранул от влажности и температуры сырья, модуля его помола и частоты вращения рабочих органов соответствуют аналогичным зависимостям, ранее установленным для процесса сухого гранулирования в прессгрануляторах с вертикальной кольцевой матрицей.
Бесплатно
Результаты адаптации конструкции комбайна к работе с очесывающей жаткой
Статья научная
Введение. Снижение дробления свободного зерна рабочими органами молотилки при очесе растений на корню является актуальной научной проблемой. Цель исследования - разработать техническое решение и экспериментально подтвердить возможность осуществления предварительной сепарации свободного зерна из очесанного зернового вороха до поступления его в молотильную камеру зерноуборочного комбайна. Материалы и методы. Наиболее перспективным техническим решением, позволяющим минимизировать дробление свободного зерна, является наклонная камера, содержащая решетчатое днище с продолговатыми отверстиями, под которыми смонтированы наклонные шнеки. Экспериментальные исследования были разделены на два этапа. В первой серии экспериментов в лабораторных условиях определяли оптимальные размеры отверстий решетчатого днища, обеспечивающих максимальный проход свободного зерна. Во второй серии экспериментов оценивали степень сепарации и дробления свободного зерна в реальных полевых условиях. Результаты исследования. По результатам лабораторных исследований установлено, что максимальный проход свободного зерна сквозь отверстия решетчатого днища составляет 68,7 % при ширине его отверстий 8 мм и их длине 160 мм. По результатам полевых экспериментов установлено, что средний проход свободного зерна сквозь отверстия решетчатого днища составляет 90 %. При этом дробление зерна в наклонной камере не превышало 0,5 %, а в бункере 1,75 %. Дробление бункерного зерна находилось в пределах 5,25 % при работе комбайна без предварительной сепарации очесанного зернового вороха на решетчатом днище наклонной камеры. Обсуждение и заключение. Предварительная сепарация свободного зерна из очесанного вороха позволяет уменьшить дробление зерна как минимум в три раза, а также снижает мощность, которая расходуется на привод молотильного аппарата, на 11-12 %.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Одной из наиболее значимых проблем для науки и техники в современных условиях является возрастание антропогенных нагрузок на почву, оказываемых сельскохозяйственной техникой, что приводит к ее уплотнению. Переуплотнение возникает при недостатке органического вещества и влаги. В зоне недостаточного увлажнения процессы минерализации гумуса превалируют над его образованием, поэтому переуплотнение приводит к увеличению объемной массы почвы (плотности почвы). Один из путей решения этой проблемы состоит в использовании безотвальных глубокорыхлителей. Цель исследования. Синтез элементно-агрегатных компонентов рабочего органа глубокорыхлителя для качественной обработки почвы. Материалы и методы. Определение показателей технологического процесса экспериментального образца рабочего органа для глубокой обработки почвы осуществлялось с применением стандартных и оригинальных методов исследований показателей качества рыхления пласта. Результаты исследования. Определили, что при наличии прутков в конструкции рабочего органа по показателю глыбистости глыбы сосредоточены в основном в верхнем горизонте обработанного пласта (0...10 см), а при их отсутствии – в нижних горизонтах (20...30 и 30...40 см). Порозность почвы как функция плотности не достигает оптимальных значений (свыше 50 %) в нижних слоях (37 и 32...33 % на 20...30 см; 31 и 34...35 % на 30...40 см для фонов дискованная стерня зерновых и черный пар соответственно). Обсуждение и заключение. Установлена целесообразность оснащения конструкции рабочего органа глубокорыхлителя криволинейными прутками. Определили, что лапы в конструкции рабочего органа необходимо устанавливать не под прямым углом к стойке в поперечном направлении, а под углом скола почвы, тем самым плоскорез трансформируется в чизель с расширителями щели для улучшения качества обработки и снижения энергозатрат. Совершенствование конструкции рабочего органа глубокорыхлителя также возможно за счет увеличения угла установки плоскорезной лапы ко дну борозды.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Низкая чистота очеса семенных коробочек растений льноуборочными машинами является проблемой в технологической операции при уборке льна-долгунца. Анализ конструкций гребенок очесывающих устройств позволил выявить основные недостатки, не позволяющие в полном объеме обеспечить агротехнические требования при уборке льна-долгунца, поэтому предложена инновационная конструкция съемной гребенки для однороторных жаток барабанного типа. Цель исследования. Определить чистоту очеса стеблей льна-долгунца при очесе на корню съемными очесывающими гребенками однороторного очесывающего барабана.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Ухудшение экологической обстановки во многих регионах России, сопровождающееся загрязнением окружающей среды и пищевых продуктов токсическими веществами и радионуклидами, требует обеспечения безопасности продуктов питания и проведения профилактических мероприятий, обусловливая использование пектина как природного детоксиканта. Большой потенциал в разработке технологий извлечения пектина, а также производства пектинопродуктов, в том числе функционального назначения на молочной основе, заложен в возможности использования плодовых культур с учетом зональных особенностей. Для Крыма такой плодовой культурой является кизил, содержащий комплекс биологически активных компонентов, в частности пектиновых веществ. Исследование по усовершенствованию технологии производства йогурта, обогащенного пюре из кизила, является актуальным, так как включение кизила в его состав может способствовать повышению пищевой и биологической ценности, улучшению вкусовых и структурных характеристик, расширению ассортимента молочных продуктов. Цель исследования. Определение влияния свойств кизила как наполнителя на реологические параметры продукта на молочной основе (на примере йогурта), а также определение аналитических характеристик пектиновых веществ, содержащихся в исследуемых плодах кизила, выращенного на территории Республики Крым. Материалы и методы. Объектом исследования является технология производства йогурта, обогащенного пюре из кизила. Использовался кизил вида мужской (Cornus mas L.) двух сортов: Крымский и Азовский. Сбор кизила производился в период зрелости в Симферопольском районе Республики Крым. Для реализации эксперимента использовались химические реактивы, центрифуга, сушильный шкаф, термостат. Количественный и качественный анализ пектинов сырья кизила осуществляли стандартизированным кондуктометрическим способом. Вязкость продукта определяли с помощью экспресс-анализатора консистенции ЭАК-2М путем построения тарировочного графика по показателю дистиллированной воды. Результаты исследования. Содержание водорастворимого пектина колеблется в пределах 0,25–0,32 % к массе сухих веществ, что для сорта Крымский составляет 10,8 г/кг, для сорта Азовский – 10,3 г/кг. В количественном соотношении среди нативных пектинов этерифицированных молекулярных структур больше, порядка 55,72–65,12 %. Проведено исследование реологических свойств йогурта, а также исследуемых образцов с добавлением пюре кизила в количестве 20 % по массе, которое показало повышение вязкости продукта с добавлением пюре кизила. Обсуждение и заключение. Определение количественных характеристик пектиновых веществ кизила дает возможность определить функционально-технологические свойства и указывает на перспективность использования плодов кизила как ценного местного пектиносодержащего сырья. Графические зависимости показывают, что опытный образец йогурта с пюре из кизила имеет большую устойчивость к снижению вязкости при повышении температуры в сравнении с контрольным образцом за счет наличия в составе высокоэтерифицированных пектиновых веществ. Усовершенствованная технология обогащенного йогурта может быть внедрена на молокоперерабатывающих предприятиях в цехах по производству кисломолочных продуктов после незначительной модернизации производства.
Бесплатно
Статья научная
Введение. В статье приведены результаты статистического анализа базовых технических параметров современных зерноуборочных комбайнов, образующих выборку из 150 моделей. Предложен новый комплексный критерий оценки технического уровня комбайнов под названием коэффициент гармоничности, по которому можно оценивать степень совершенства конструкции комбайнов и на его основе определять пути их совершенствования. Цель статьи. Предложить методику расчета коэффициента гармоничности каждого комбайна и выявить направление его совершенствования, исходя из степени соответствия общемировым тенденциям. В статье продолжает развиваться идея гармонизации параметров комбайнов, изложенная в предыдущих публикациях по этой теме. Материалы и методы. Применен статистический анализ с выявлением однородных статистических выборок по классам комбайнов от 4 до 12 кг/с. Результаты исследования. На примере выборки из 16 моделей различных комбайнов рассчитаны коэффициенты гармоничности конструкции комбайнов. Применяемые статистические уравнения для расчетов параметров комбайнов отражают общемировые тенденции в развитии конструкций комбайнов и были названы теоретическими, которые затем сравнивались с фактическими параметрами комбайнов. Разница этих параметров определяла направления совершенствования. Выявлены марки комбайнов, у которых высокий коэффициент гармонизации и вместе с тем ряд машин, требующих модернизации. Обсуждение и заключение. Предложена методика цифровой оценки технического уровня зерноуборочных комбайнов, основанная на трех расчетных критериях: параметрическом индексе, регрессионных зависимостях между параметрами комбайна, отражающих общемировые тенденции их развития, и коэффициенте гармоничности конструкции по параметрам молотильно-сепарирующего устройства. Выявлена группа комбайнов с очень высоким коэффициентом гармоничности - 0,93-0,94. Это прежде всего немецкие машины фирмы Claas (Medion 340, Доминатор 150, Lexion 580), российские - компании «Ростсельмаш» (TORUM 740) и американские - фирмы Massey Ferguson (MF 7278). Выделяется большая группа комбайнов, которые имеют коэффициент гармоничности их конструкции по параметрам ниже 0,9, следовательно, у них есть резервы для совершенствования в соответствии с общемировыми тенденциями. К примеру, машина 5270 C-AL немецкой фирмы Fendt нуждается в увеличении мощности двигателя со 180 л. с. до 252 л. с., снижении площади подбарабанья с 1,3 до 0,81 м2, увеличении площади соломосепаратора с 5,7 до 7,2 м2 и уменьшении площади решет очистки с 6,0 до 5,4 м2. При этом пропускная способность останется на уровне 9,1 кг/с. На основе предложенной методики даны рекомендации по совершенствованию ряда наиболее известных комбайнов отечественного и зарубежного производства с учетом общемировых тенденций их развития.
Бесплатно
Состав для противокоррозийнной обработки деталей резьбовых соединений
Статья научная
Введение. Обзор исследований по защите резьбовых соединений от коррозии показывает, что в них имеет место негерметичность, способствующая развитию щелевой коррозии, которая приводит к снижению механической прочности деталей резьбовых соединений и усложняет демонтаж. Современные смазочные составы и химические фиксаторы резьбы не обеспечивают защиту от коррозии и демонтаж резьбовых соединений в течение длительного срока эксплуатации, поэтому разработка более эффективного смазочного состава является актуальной задачей. Цель статьи. Разработка эффективного смазочного состава для защиты от коррозии и улучшения разборности резьбовых соединений. Материалы и методы. Детали резьбовой пары М10 с шагом резьбы 1,5 мм из стали Ст3, соединяющие два изделия (опытные образцы), смазывали солидолом Ж-СКа 2/6-2, литолом-24, составом солидол + олигомер Д-10ТМ 5% по массе, составом литол-24 + олигомер Д-10ТМ 5% по массе, затягивали на момент усилия затяжки 80 Н‧м, погружали в 3%-й раствор хлорида натрия при температуре 22-24 °С. Через 8 ч образцы извлекали из раствора и оставляли в воздухе на 16 ч, что представлял один цикл. По вариантам смазки количество параллельных опытов было 5. Продолжительности экспонирования - 24, 48, 96, 240, 480, 720 ч, после истечения которых по 5 образцов каждого варианта смазки разбирали, фиксировали значение момента силы раскрепления, оценивали коррозионное поражение и рассчитывали коэффициент трения. Результаты исследования. Разработан эффективный состав смазки для обработки деталей резьбовых соединений, повышающий их коррозионную стойкость и улучшающий демонтаж. Обсуждение и заключение. При добавлении олигомера Д-10ТМ 5% по массе в литол-24 наблюдается существенное повышение продолжительности времени до появления очагов коррозии на деталях резьбовых соединений и улучшение их демонтажа. Внедрение полученных результатов позволяет увеличить надежность резьбовых соединений.
Бесплатно
