Технологии, машины и оборудование. Рубрика в журнале - Инженерные технологии и системы
Статья научная
Введение. Широко распространенная в настоящее время технология производства селекционных семян связана с ручной межоперационной перевалкой больших объемов мешкотары, что со временем вызывает повреждение самой мешкотары и ухудшает условия хранения зерна. В связи с этим возникает необходимость в создании многофункционального жесткого контейнера, который обеспечит экономическую эффективность хранения семенного зерна за счет герметичности и контроля внутренней среды. Цель исследования. Предложить конструкцию многофункционального контейнера для первичного семеноводства зерновых культур с обоснованием по критериям технико-экономической эффективности в сравнении с паллетоместом и мешкотарой.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Современная сельскохозяйственная техника состоит из многочисленных узлов, включающих в себя большое количество металлических и полимерных деталей. Выход из строя таких деталей приводит к неработоспособности узлов и простою машины. Существующие технологии ремонта утративших работоспособность деталей специализируются на изделиях из металла. Полимерные элементы конструкций восстановлению не подлежат и требуют замены. Данную проблему способно решить штучное производство таких деталей на местах с применением аддитивных технологий. Цель исследования. Оценить эффективность аддитивного производства при ремонте сельскохозяйственной техники в агропромышленном комплексе. Материалы и методы. Проводилась исследовательская работа на базе лаборатории проектирования и быстрого прототипирования «Рапид-Про» Института механики и энергетики Национального исследовательского Мордовского государственного университета. Выполнялся ремонт электрического линейного привода подбарабанья зерноуборочного комбайна John Deer методом 3D-печати. По предлагаемой методике проанализирована экономическая эффективность применения аддитивных технологий для производства деталей, утративших работоспособность при ремонте техники. Результаты исследования. На основании проведенных работ была оценена эффективность восстановления полимерных элементов: стоимость ремонта линейного привода ниже стоимости новой детали. Традиционная технология изготовления в ремонте привода по сравнению с новой деталью дешевле в 7,6 раз, а аддитивная – в 23 раза. Обсуждение и заключение. Сравнительная оценка экономической целесообразности ремонта традиционными и аддитивными технологиями показала, что при изготовлении детали на 3D-принтере ее цена в 3 раза меньше, чем при использовании фрезерования. Обработка резанием обходится дороже, так как требует дополнительной оснастки и определенного спектра оборудования. Применение аддитивного производства существенно снижает стоимость ремонта и значительно сокращает убытки от простоя техники. Современные аддитивные технологии обладают значительным потенциалом и могут широко использоваться в ремонтном производстве.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Ключевой задачей, стоящей перед работниками сельского хозяйства в Российской Федерации, является обеспечение продовольственной безопасности страны на основе эффективного конкурентноспособного агропромышленного производства и успешное интегрирование в мировой рынок сельскохозяйственной продукции. В решении этой задачи особое место занимает техническое перевооружение агропромышленного комплекса путем оснащения его новой и модернизированной колесной мобильной сельскохозяйственной техникой с установленными движителями на пневматических шинах, что дает возможность получения большей мобильности и производительности. Цель исследования. Установить зависимости энергетических показателей шины в общем случае качения колеса мобильного сельскохозяйственного средства. Материалы и методы. При исследовании энергетических показателей ведущих пневматических колес мобильной техники нами использован теоретико-экспериментальный метод. В качестве объектов испытаний в полевых условиях на «шинном тестере» использовались серийно выпускаемые шины моделей Ф-81, ФД-12 и Ф-85, применяемые для комплектования ходовых систем тракторов пятого класса тяги. Результаты исследования. В результате теоретических и экспериментальных исследований определили зависимости тягового коэффициента ведущих колес на пневматических шинах при работе в общем случае движения. Обсуждение и заключение. В ходе аналитических и экспериментальных исследований, при общем виде движения ведущих пневматических колес мобильных энергетических средств пятого класса тяги, было установлено следующее: снижение тяговых свойств пневматических колес при их движении с уводом – даже при незначительных углах увода шины (1,5…2,5°) буксование увеличивается до 25 %; сопротивление самопередвижению ведущего пневматического колеса с увеличением угла бокового увода при качении с номинальной загрузкой больше как по величине, так и по темпу его роста, чем ведомого; потери мощности на буксование при качении колеса с шиной 30,5R-32 в ведущем режиме составляют 37…46 %, а на сопротивление самопередвижению – 54…63 % от всех затрат энергии. Результаты исследований необходимо учитывать при совершенствовании шин ходовых систем мобильных сельскохозяйственных агрегатов.
Бесплатно
Экспериментальная оценка параметров двухфазных течений в пневмосистеме посевного комплекса
Статья научная
Введение. В современных посевных комплексах транспортирование и распределение семян и удобрений происходит с помощью воздушного потока. При моделировании технологических процессов работы таких пневматических систем методами вычислительной гидродинамики и дискретных элементов важным этапом является определение параметров межфазного взаимодействия двухфазных течений «воздух – семена» и «воздух – удобрения». От интенсивности межфазного взаимодействия зависят как возможность реализации моделей вычислительными методами, так и сложность используемых моделей. Цель исследования. Экспериментальная оценка параметров двухфазных течений в пневматической системе посевного комплекса, где в качестве несущей фазы используется поток воздуха, а в качестве дисперсной фазы – смесь твердых частиц гранул удобрений. Материалы и методы. Исследование проводилось с использованием экспериментальных методов, включающих высокоскоростную видеосъемку, парусный классификатор и цифровые анемометры для анализа параметров воздушного потока и движения частиц. Методика содержала определение влажности материалов, скорости витания частиц, объемной концентрации фаз, а также расчет гидродинамических характеристик в различных участках пневмосистемы. Применялись современные подходы к анализу двухфазных течений с учетом взаимодействия между частицами и стенками транспортных каналов. Результаты исследования. Эксперименты выявили существенные различия в параметрах течения между горизонтальными и вертикальными участками пневмосистемы. Установлена зависимость аэродинамических характеристик частиц от их физико-механических свойств. Наблюдалось значительное изменение объемной концентрации дисперсной фазы по длине транспортных пневмопродов посевного комплекса, что указывает на переход между различными режимами течения. Коэффициенты сопротивления частиц демонстрировали четкую корреляцию с критериями подобия, характерными для промежуточной области кривой Рэлея. Обсуждение и заключение. Проведенные исследования позволили разработать методику оценки параметров двухфазных течений в пневмосистемах и выявить ключевые факторы, влияющие на эффективность транспортировки и распределения семян и удобрений. Результаты исследования имеют практическое значение для совершенствования конструкций посевной техники и разработки цифровых двойников технологических процессов. На основе проведенного анализа предложены направления дальнейших исследований, включая разработку комплексных CFDDEM моделей, учитывающих реальные условия работы пневмосистем. Работа вносит вклад в решение актуальной задачи повышения равномерности распределения посевного материала в современных почвообрабатывающих комплексах.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Утилизация растительных остатков в садоводстве является важной задачей, а малогабаритные измельчители - эффективным ее решением. Существующие малогабаритные измельчители веток и лозы часто демонстрируют низкую производительность и высокое энергопотребление, что ограничивает их широкое применение в малых хозяйствах. Влияние скорости резания на производительность и энергопотребление таких измельчителей остается недостаточно изученным, а имеющиеся сведения противоречивы. Данное исследование направлено на выявление оптимальных режимов работы дискового измельчителя, минимизирующих энергозатраты при достижении необходимой производительности. Цель исследования. Обосновать конструктивные и режимные параметры малогабаритного измельчителя путем определения зависимостей влияния скорости резания рабочего органа на производительность и энергозатраты.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Повышение производительности зерноуборочного комбайна при сохранении его приемлемой металло- и энергоемкости представляет собой одну из ключевых проблем в области развития зерноуборочной техники. Традиционные решения малоэффективны, поэтому одним из перспективных направлений является использование технологии очеса растений на корню. Цель исследования. Определить долю выделенных легких компонентов вороха в зависимости от высоты выходного канала очесывающей жатки. Материалы и методы. При исследовании очесывающей жатки с предварительным выделением мелкого вороха использован экспериментальный метод. В ходе эксперимента варьировалась высота выходного канала очесывающей жатки. Определены масса выделенного вороха и его состав. В результате обработки экспериментальных данных получены зависимости, соответствующие цели исследования. Эксперимент проводился при разных условиях: с установленными сплошными щитками на задней стенке очесывающего устройства и без сплошных щитков, когда задняя стенка представляет собой сетчатую поверхность. Результаты исследования. Разработана методика определения доли выделенных легких частиц. Получены зависимости доли выделенных легких компонентов и доли вынесенного зерна от высоты выходного канала. Определена зона оптимальных значений высоты выходного канала при демонтированных закрытых щитках на задней стенке очесывающего устройства. В диапазоне высоты выходного канала от 124 до 130 мм доля выделенных легких компонентов достигает 13 % при том, что потери зерна остаются на достаточно небольшом уровне. Обсуждение и заключение. В рамках выделения легких компонентов вороха получен значимый результат, позволяющий не только разгрузить систему очистки зерноуборочного комбайна и повысить ее производительность, но и улучшить эффективность выделения свободного зерна на предбарабанном сепарирующем устройстве либо непосредственно на решетчатом днище наклонной камеры.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Главным направлением развития отечественной экономики становится создание прорывных технологий и продуктов, способных конкурировать на мировом рынке. Производство продуктов растениеводства невозможно без использования самой энергозатратной технологии – основной отвальной обработки почвы, – влияющей на получение высокого урожая в регионах с малым количеством выпадающих атмосферных осадков. Цель исследования. Определение эксплуатационно-технологических показателей плуга ПНЛ-8-40 и разработанного ПБС-8М для снижения энергозатрат и улучшения агрофизических свойств обработанной почвы. Материалы и методы. Определение эксплуатационно-технологических показателей процесса обработки почвы серийным плугом ПНЛ-8-40 и разработанным плугом ПБС-8М осуществлялось с применением стандартных методов исследований. Согласно стандарту организации ассоциации испытателей сельскохозяйственной техники СТО АИСТ 4.1-2010 определялись функциональные показатели плугов: рабочая скорость; рабочая ширина захвата; производительность за один час основного времени; погектарный расход топлива. Согласно СТО АИСТ 001-2010 выполнялась агротехническая оценка работы плугов по показателям качества: глубине вспашки; гребнистости поверхности обработанной почвы; степени и глубине заделки стерни в пахотный слой. Результаты исследования. Установлена целесообразность использования широкозахватного плуга ПБС-8М в засушливых условиях левобережной зоны Поволжья. Теоретически рассчитаны и экспериментально проверены эксплуатационные показатели пахотных агрегатов. Восьмикорпусный плуг ПБС-8М при скорости 2,53 м/с и глубине вспашки 23 см производит за час работы больше на 30–33 %, чем восьмикорпусный плуг ПНЛ-8-40, при более низком (на 22 %) расходе топлива. По агротехнической оценке технологий сравниваемые плуги отличаются степенью заделки растительных и пожнивных остатков по глубине пахотного слоя почвы. Показатели плотности и водопроницаемости почвы практически равнозначны. Обсуждение и заключение. В результате использования разработанного лемешно-отвального плуга ПБС-8М на обработке тяжелосуглинистой почвы снижаются энергозатраты, улучшаются агрофизические свойства почвы. Пахотный агрегат К-701+ПБС-8М, двигаясь в загоне с рабочей скоростью 2,53 м/с, обеспечивает выполнение работ за час основного времени с производительностью 3,9 га/ч. При использовании агрегата К-701+ПНЛ-8-40 в этом же режиме движения производительность составляет 2,6 га/ч. На каждом гектаре топливо экономится до 3,8 кг при работе К-701+ПБС-8М, в сравнении с К-701+ПНЛ-8-40. Из исследований качества выполненной работы по обработке почвы агротехническая оценка показала, что у обоих плугов по всей ширине захвата равномерная глубина – 23,0...23,4 см. Также у каждого орудия отклонение рабочей ширины захвата от конструктивной получено на уровне 4,0 %. Показатель гребнистости поверхности поля 6,9...8,2 см находился в пределах требований агротехники, предъявляемых к технологии отвальной обработки почвы. Различались технологические показатели плугов только по степени заделки растительных и пожнивных остатков проса в почву. После прохода плуга ПБС-8М стерня распределена слоем 5...12 см на глубине 8...15 см, после прохода плуга ПНЛ-8-40 стерня находилась ближе ко дну борозды от 12 до 22 см. Показатели плотности и водопроницаемости почвы, измеренные после культивации пара и перед посевом озимой пшеницы, практически равны у исследуемых плугов, что и отразилось на полученной урожайности культуры – 23,5...24,0 ц/га.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Озимая пшеница – ключевая зерновая культура, продуктивность которой во многом определяется оптимальным азотным питанием. Оптимизация азотного питания озимой пшеницы в современных условиях крупного агрохолдинга требует дифференцированного внесения удобрений, однако агрономы сталкиваются с проблемой выбора доз и отсутствием комплексных, валидированных методик применительно к большому количеству полей. Существующие подходы не учитывают всего спектра факторов, что затрудняет принятие решений. Разработка методов валидации и моделей искусственного интеллекта для дифференцированного внесения азотных удобрений критически актуальна для повышения продуктивности и эффективности возделывания озимой пшеницы. Проблемой является отсутствие методов валидации и модели дифференцированного внесения азотных удобрений в работе нейросети для оптимизации процессов возделывания озимой пшеницы и повышения производительности сельскохозяйственных угодий. Цель исследования. Разработка и внедрение технологии дифференцированного внесения азотных удобрений для оптимизации процессов возделывания озимой пшеницы. Материалы и методы. Выполнялся сравнительный полевой эксперимент на полях АО «Рассвет» Усть-Лабинского района Краснодарского края дифференцированного внесения азотных удобрений (две подкормки). Для проведения исследований выбраны два поля с озимой пшеницей площадью 83 и 68 га. Каждое поле было разделено на три варианта: российская схема – в зону низкой продуктивности вносилось больше удобрений, европейская схема – в зону низкой продуктивности вносилось меньше удобрений, хозяйственная схема – единая доза удобрений. Разрабатывалась LSTM-модель на основе усредненных вегетационных индексов (EVI, NDWI, REP, SR) со спутниковых снимков Sentinel-2 за девять месяцев. Для увеличения обучающей выборки была предпринята попытка синтезирования данных на пиксельном уровне, а итоговые прогнозы продуктивности сглаживались и конвертировались в карты-задания для дифференцированного внесения удобрений с нормами, рассчитанными по исторической корреляции. Лабораторные исследования отбора растений проводились в Кубанском ГАУ и на опытной станции учебно-опытного хозяйства «Кубань». Объектом исследования являлся технологический процесс дифференцированного внесения удобрений по модели искусственного интеллекта и его влияние на вегетацию, урожайность и качественные показатели озимой пшеницы. Результаты исследования. Диапазон урожайности озимой пшеницы (комбайновой и биологической) по российской схеме на первом поле составил 90,9...101,5 ц/га; европейской схеме – 89,2...96,4 ц/га; хозяйственной схеме – 89,9...90,9 ц/га. На втором поле соответственно 87,4...99,6 ц/га; 92,4...98,5 ц/га; 87,8...93,6 ц/га. Усредненная урожайность по первому полю выше на 6,31 % по российской схеме и на 2,56 % по европейской схеме по сравнению с хозяйственной схемой. По второму полю выше на 5,25 % по европейской и на 3,08 % по российской по сравнению с хозяйственной схемой. Практически все исследованные варианты можно отнести к 3-му классу зерна. Увеличение натуры прямо пропорционально снижению содержания протеина и клейковины по обоим полям вариантов искусственного интеллекта. Содержание протеина по всем вариантам искусственного интеллекта (кроме варианта европейской схемы второго поля) ниже на 0,23–1,5 %. Содержание клейковины по всем вариантам искусственного интеллекта (кроме варианта европейской схемы второго поля) ниже на 0,53–3,3 %. Натура по вариантам искусственного интеллекта выше на 0,33–1,6 %. Содержание клейковины по всем вариантам искусственного интеллекта (кроме варианта европейской схемы второго поля) ниже на 0,53–3,3 %. Обсуждение и заключение. Экономический анализ хозяйства по комбайновой урожайности показал, что при использовании европейской технологии производственные затраты снизились на 400 тыс. руб. по сравнению с контрольной схемой, а затраты на удобрения уменьшились на 2 567 руб. с одного гектара. Выручка с одного гектара увеличилась на 6 401 руб. и условной прибыли на 9 546 руб. Валовая прибыль также увеличилась на 150 тыс. руб., а рентабельность выросла на 5,3 % по сравнению с контрольной схемой. Результаты предложенных методов валидации и созданной модели дифференцированного внесения азотных удобрений использовались в работе нейросети. Эффективность работы нейросети оценена в реальных условиях сельского хозяйства по урожайности путем создания шкалы работы по отношению с существующими методами внесения удобрений (повышение урожайности от 2,56 до 6,31 %). Представленные результаты полевых экспериментов демонстрируют высокую практическую значимость предложенной технологии дифференцированного внесения азотных удобрений, которая требует проверки производственных испытаний на большем количестве полей. Перспективы исследования включают дальнейшее расширение площади применения разработанной технологии и ИИ-модели.
Бесплатно
Эффективность применения шин низкого давления при возделывании озимого ячменя
Статья научная
Введение. Отсутствие комплексного анализа влияния шин низкого давления на рост и развитие зерновых культур (размерно-массовые характеристики различных частей растений, болезни и т. д.), урожайность по следу и вне следа с использованием наземных измерений, снимков с беспилотного летательного аппарата и из космоса остается актуальной проблемой. Цель работы - определить с использованием цифровых технологий, дистанционных и наземных измерений, на какой из элементов структуры урожая и на каком этапе оказывает наибольшее влияние давление в шинах при возделывании озимого ячменя. Материалы и методы. Наземный мониторинг всходов проводился с использованием стандартных методик полевого оыта. Дистанционный мониторинг всходов выполнялся в течение вегетации озимого ячменя беспилотными летательными аппаратами (Phantom 4 Pro, Mavic 2 Enterprise Dual) и космоснимками (системы OneSoil, SkyScout). Результаты исследования. В результате проведенного в течение одного года исследования доказана эффективность применения шин низкого давления при возделывании озимого ячменя. При сравнении эффективности использования шин низкого давления с шинами стандартного давления получили повышение биологической урожайности на 4,4 %, комбайновой - на 9,5 %. Обсуждение и заключение. Определено, что давление в шинах оказывает влияние на рост и развитие озимого ячменя, развитие болезней, а также урожайность. При этом заметна разница показателей при движении шины по следу и вне следа. Таким образом, важным вопросом интенсификации сельскохозяйственного производства, наряду с использованием современных технологий и технических средств, высокопродуктивных сортов и гибридов, средств защиты растений, является использование шин низкого давления.
Бесплатно
