Инженерные технологии и системы

Исследование движения клубней картофеля на элеваторе с интенсификатором сепарации

2024-03-27T14:20:12+00:00

Введение. При уборке картофеля на почвах с повышенной влажностью забиваются зазоры между прутками элеваторов, уменьшается полнота сепарации почвы, увеличивается повреждение клубней картофеля и потеря урожая. Для улучшения качества сепарации в данном исследовании авторы предлагают интенсификатор картофелеуборочного комбайна в виде лопастного транспортера. В отличие от предшественников он расположен под рабочей ветвью полотна основного элеватора.
Цель исследования. Теоретическое обоснование лопастного интенсификатора сепарации картофелеуборочного агрегата на переувлажненных почвах с целью снижения повреждаемости клубней картофеля при уборке.
Материалы и методы. Проанализирована работа интенсификатора сепарации с лопастным транспортером, расположенного под рабочей ветвью основного элеватора картофелеуборочного комбайна с упругими плоскими лопастями, движущимися навстречу полотну основного элеватора. Лопасть интенсификатора, установленного под рабочей ветвью элеватора, должна выполнять функции толкателя при залипании и попадании клубней в зазор между прутками при уборке картофеля на переувлажненных почвах.
Результаты исследования. Анализ движения клубня относительно прутка показал, что при заданных параметрах и условиях шаг лопастей, равный 210 мм, обеспечивает падение шарового комка с прутка и лопасти на ленту транспортера без удара. Во избежание трения с прутками клубней и примесей расстояние между лентой транспортера интенсификатора и прутками должно превышать зазор между прутками. При заданном расстоянии ленты транспортера от прутка, равном 30 мм, шаг лопастей с точностью 1 % определяется скоростью лопасти в движении относительно прутка.
Обсуждение и заключение. Проведенные теоретические исследования лопастного интенсификатора сепарации картофелеуборочного агрегата на переувлажненных почвах показали его эффективность, что подтверждено результатами полевых опытов.

Влияние угла наклона решетки на эффективность предварительной сепарации очесанного вороха

2024-03-27T14:20:13+00:00

Введение. Актуальной научной и практической задачей является обоснование выбора наиболее перспективного варианта устройства для предварительной сепарации очесанного вороха, а также оптимизация его конструкции.
Цель исследования. Оценка влияния угла наклона решетки на эффективность предварительной сепарации очесанного вороха.
Материалы и методы. Минимизировать поступление свободного зерна в молотилку можно посредством либо решетчатого днища наклонной камеры, либо горизонтального устройства предбарабанного типа. Для выбора оптимального варианта конструкции сепарирующего устройства был спланирован и проведен лабораторный эксперимент. Исследования проводились в два этапа. В первой серии экспериментов корпус элеватора устанавливали горизонтально, а во второй – под углом 45° к горизонту. Ширина отверстий решетчатого днища имела четыре уровня варьирования (6, 8, 10 и 12 мм), а скорость скребкового транспортера составляла 3 м/с. В качестве объекта исследования был выбран очесанный ворох озимой пшеницы сорта «московская 56». Влажность зерна составляла 12 %.
Результаты исследования. Установлено, что с увеличением ширины отверстий решетчатой поверхности интенсивность сепарации свободного зерна повышается. Максимальная пропускная способность (90 %) устройства соответствует горизонтальному положению решетчатого днища экспериментальной установки и ширине отверстий b = 12 мм. Экстраполяция графика убывания свободного зерна свидетельствует о том, что для обеспечения полного выделения свободного зерна длина сепарирующей решетки должна быть не менее L = 0,9 м.
Обсуждение и заключение. Использование горизонтальной решетки позволяет повысить сепарирующую способность устройства, а также снизить его металлоемкость на 14–16 %.

Технико-экономическая эффективность применения многофункциональных контейнеров в первичном семеноводстве зерновых культур

2024-03-27T14:20:13+00:00

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.
Материалы и методы. Для оценки влияния сокращения межоперационной перевалки больших объемов мешкотары и потерь семян в первичном семеноводстве зерновых культур был применен государственный стандарт экономической оценки сельскохозяйственной техники. В качестве исследуемой сельскохозяйственной культуры использовались семена пшеницы. Обслуживающей техникой были приняты селекционно-семеноводческий комбайн Wintersteiger Delta с шириной захвата жатки 2 м, системой затаривания семян в мешки или зерновым бункером 1,5 м3, трактор «Беларус-622» с полуприцепом 1ПТС-2, тельфер электрический TOR CD1 10916, конвективные зерносушильные установки на базе зерносушилки лотковой СЛ-0,3х2.
Результаты исследования. Авторами статьи была проведена оценка технико-экономической эффективности применения мешкотары и многофункционального контейнера на технологических операциях уборки, транспортировки и сушки семян. Так, при годовом условном объеме работ в 400,7 т экономия совокупных затрат денежных средств для селекционно-семеноводческого комбайна составляет в среднем 117,9 тыс. руб. Снижение себестоимости выполнения работы – 32,8 %, срок окупаемости составляет 2 года, снижение потребности в обслуживающем персонале и в комбайнах не выявлено. При этом снижение потребности в источниках энергии составило 32,3 %.
Обсуждение и заключение. Установлено, что во время технологических операций уборки, транспортировки и сушки наилучшие показатели обеспечиваются в производстве семян с применением многофункционального контейнера в условиях следующих показателей удельного грузооборота, p: U_i = 800 т/км2; L_г = 0,15 км; b = 0,01 км; L_п‒т = 0,5 км, начальная влажность семян – 21 %. В процессе использования данного контейнера снижается себестоимость выполнения работ, а также потребность в обслуживающем персонале, источниках энергии и технике.

Оптимизация параметров адаптивного распылителя сельскохозяйственного опрыскивателя

2024-03-27T14:20:14+00:00

Введение. При выращивании высокорослых сельскохозяйственных культур (зерновых на поздних фазах развития, кукурузы, подсолнечника и др.) используют штанговые опрыскиватели, оснащенные двухфакельными распылителями с неизменяемыми углами наклона к вертикали факелов распыла. Рабочая жидкость такими распылителями более интенсивно наносится на набегающую сторону листьев растений, а интенсивность покрытия рабочей жидкостью растений с тыльной стороны снижается. Повысить качество обработки культур штанговыми опрыскивателями позволит усовершенствование их распылителей.
Цель исследования. Экспериментальное определение алгоритма изменения углов наклона факелов распыла двухфакельного распылителя, обеспечивающего одинаковую интенсивность нанесения рабочей жидкости на листья высокорослых растений.
Материалы и методы. Исследования проводили на стенде, нанося подкрашенную воду на набегающую и тыльную стороны макета высокорослого растения, движущегося с задаваемой скоростью. Эксперимент выполняли по методике оптимального планирования. В качестве параметра оптимизации приняли разницу между содержанием следов капель на набегающей и тыльной сторонах макета. Варьируемыми факторами были углы наклона факелов распыла и рабочая скорость опрыскивателя.
Результаты исследования. Алгоритм изменения оптимальных значений углов наклона факелов распыла в зависимости от скорости опрыскивателя определили, исходя из равенства нулю первой производной параметра оптимизации по значению этих углов.
Обсуждение и заключение. Согласно алгоритму, с увеличением рабочей скорости опрыскивателя с 1,2 до 3,2 м/с оптимальный угол наклона к вертикали переднего факела линейно изменяется от 25 до 21⁰, а заднего – от 46,7 до 57⁰. Наличие алгоритма позволит обосновать техническое задание на создание процессора для автоматического управления углами наклона факелов распыла при работе опрыскивателя.

Определение геометрических параметров струи воды в зависимости от вида форсунки и режима работы струи

2024-03-27T14:20:14+00:00

Введение. В статье описан процесс рассмотрения геометрических параметров струи воды в зависимости от ее режима работы и вида форсунки. В рамках исследования гидравлической обработки почвы в приствольных зонах возникла необходимость изучить параметры струи при различных видах насадок. Требовалось определить геометрические параметры потока воды для расчета площади поперечного сечения и определения структурных особенностей формирования струи. Данные характеристики важны для полноценного описания, последующего исследования и расчета действия струи воды при гидравлической обработке почвы. Также они позволяют изучить реальную форму и структуру струи при различных видах форсунки.
Цель исследования.. Определение геометрических параметров струи воды в зависимости от вида форсунки и режима работы струи.
Материалы и методы. Для решения заданной цели был разработан стенд, представляющий собой подставку на четырех опорах, к которой закреплен адаптер подающей магистрали аппарата высокого давления со сменными форсунками (насадками). Для фиксации положения и формы струи воды с определенной частотой использовалась камера Basler acA1920. Также был использован аппарат высокого давления с максимальным давлением P = 140 МPa и расходом Q = 360 л/ч. В качестве насадок использовались: стандартная насадка с плоской струей, стандартная турбонасадка, турбонасадка разработанной конструкции. По полученным фотографиям измерялись геометрические параметры сечения струи воды. Проводился анализ структуры струи при разных режимах работы.
Результаты исследования. Удалось выяснить, что вращающийся поток воды, создаваемый в турбофорсунке собственной разработки и стандартной турбофорсунке, разбивается от быстрого вращения, образуя конус, площадь сечения которого составляет круг и воздействует на поверхность почвы. Для плоской струи характерна прямоугольная форма сечения.
Обсуждение и заключение. Форсунка предложенной конструкции позволяет создать струю воды наибольшей площади, что должно обеспечить увеличение ширины захвата и качества обработки поверхности почвы в приствольных насаждениях. Данное исследование также позволяет проанализировать структуру струи в процессе ее работы.

Моделирование и прогнозирование выноса биогенных элементов с сельскохозяйственных угодий в зависимости от агрофизических свойств почвы

2024-03-27T14:20:15+00:00

Введение. Предотвращение загрязнения окружающей среды, включая водные объекты, биогенными элементами (азотом и фосфором) при их выносе с сельскохозяйственных угодий с возможными стоками является актуальной проблемой современной агроинженерной науки, которая требует своевременного решения. Исследованиями установлено, что вынос биогенных элементов происходит в результате геохимических процессов, внесения на поле удобрений и иных факторов. В этой связи математическое моделирование процесса выноса биогенных элементов с сельскохозяйственных угодий и возможного их попадания в водные объекты является актуальной задачей агроинженерных исследований.
Цель исследования. Смоделировать и спрогнозировать процесс возможного выноса биогенных элементов с сельскохозяйственных угодий в водоемы.
Материалы и методы. При проведении исследования применялись известные методы моделирования; методика расчета выноса биогенных веществ в водоемы с сельскохозяйственных угодий (с опорой на минимальный объем исходной информации) для прогноза эвтрофирования водных объектов; агрохимические методики, учитывающие структуру и размеры полевых и сельскохозяйственных площадей, урожайность культур, вынос биогенных элементов с урожаем.
Результаты исследования. На основе анализа литературы и экспертной оценки был обоснован перечень наиболее значимых показателей, влияющих на процесс выноса азота и фосфора. Разработаны математические модели для определения и прогнозирования поступления биогенных элементов с сельскохозяйственных угодий в водные объекты. Установлены весомые показатели, влияющие на количество поступления биогенных элементов, а именно количество внесенных удобрений, объем влаги, влагоемкость почвы, площадь поля, глубина обработки и др. Приведен пример расчета количества поступления биогенных элементов в водные объекты при интенсивности выпадения осадков 50 мм в течение часа.
Обсуждение и заключение. Сущность предложенных математических моделей сводится к синтезу многочисленных показателей в сложном процессе выноса биогенных элементов и их влияния на качество воды. Предложенные математические модели позволят прогнозировать вынос биогенных элементов с сельскохозяйственных угодий, разрабатывать и внедрять технико-технологические решения, предотвращающие загрязнение окружающей среды.

Повышение равномерности внесения минеральных и известковых удобрений

2024-03-27T14:20:16+00:00

Введение. Современное сельскохозяйственное производство основано на применении ресурсосберегающих технологий производства растениеводческой продукции. Важным элементом данных технологий является применение минеральных удобрений, равномерности внесения которых уделяют особое внимание.
Цель исследования. Совершенствование процесса внесения минеральных и известковых удобрений путем разработки пневмоцентробежного рабочего органа.
Материалы и методы. В теоретических исследованиях использовались положения математики и теоретической механики. Экспериментальные исследования проводились на полигоне института механики и энергетики Мордовского государственного университета. Оценку качества работы агрегата, оснащенного экспериментальными рабочими органами, проводили согласно ГОСТ 28714-2007.
Результаты исследования. В целях более качественного распределения по поверхности поля минеральных удобрений, неоднородных по гранулометрическому составу, предложен рабочий орган, принцип работы которого основан на суммарном использовании механического и пневматического воздействия на частицы вносимого материала. Использование разработанных рабочих органов позволяет увеличить равномерность внесения удобрений на 17,6 %.
Обсуждение и заключение. В результате проведенных исследований доказана эффективность применения разработанного пневмоцентробежного рабочего органа, позволяющего увеличить равномерность распределения минеральных и известковых удобрений.

Научно-технические основы разработки установки с индукционным нагревом для пастеризации молока

2024-03-27T14:20:16+00:00

Введение. Индукционный нагрев является одной из предпочтительных технологий нагрева для промышленных, медицинских и бытовых систем, поскольку имеет ряд преимуществ перед традиционными методами передачи тепла. К достоинствам относятся энергоэффективность, быстрота нагрева, безопасность, чистота процесса, малая металлоемкость, а также простота конструкции и точный контроль температуры нагреваемого сырья. Особенно актуальна установка с индукционным нагревом для фермерских хозяйств, перерабатывающих молоко и производящих различные продукты на его основе.
Цель исследования. Создание установки длительной пастеризации молока с использованием нагреваемой индукционными токами емкости, а также подбор оптимальных условий работы созданного прототипа.
Материалы и методы. Для разработки основных узлов прототипа установки пастеризации молока с индукционным нагревом было применено 3D-моделирование в системе автоматизированного проектирования «КОМПАС-3D». Емкость для сырья, мешалка и крышка изготовлены из нержавеющих сталей марок AISI 304 и AISI 430. Индуктор представляет собой каркас из полимерного материала со спиралевидно расположенным в нем литцендратом. Корпус прототипа установки изготовлен из алюминиевого композитного материала. Разработка и отладка электронной схемы силовой части прототипа устройства проводилась в программе для проектирования Proteus 7.10. Для изготовления силовой части блока генерации электромагнитной индукции использовался микроконтроллер Mega 2560. Контроль регулируемой температуры осуществлялся с помощью водонепроницаемого датчика температуры DS18B20. Для визуализации распространения теплового поля по поверхности стенок емкости применялся тепловизор.
Результаты исследования. Приведен внешний вид схемы прототипа разрабатываемого устройства длительной пастеризации молока с индукционным нагревом объемом 75 л. Дано обоснование в составе установки необходимых элементов и исполнительных механизмов для пастеризации молока в емкости, нагреваемой индукционными токами. Приведены схема разработанной силовой части установки и результаты ее испытаний при нагреве емкостей из различных материалов. Также в результате данного исследования разработан алгоритм для управления работой и PID-регулирования процесса пастеризации молока в экспериментальной установке на базе микрокомпьютера Raspberry Pi. Приведены графики переходных процессов при изменении коэффициентов PID-регулирования температуры.
Обсуждение и заключение. В ходе испытаний принципа индукционного нагрева на нержавеющих сталях разного состава сделан вывод, что для эффективности нагрева емкости необходима накладка из ферромагнитной стали, навариваемая поверх основной емкости из пищевой нержавеющей стали. Разработанная система индукторов позволила создать прототип установки с двумя зонами нагрева в зависимости от объема обрабатываемого сырья, что актуально для малых крестьянских фермерских хозяйств, занимающихся переработкой молока и производством продуктов питания на его основе.

Применение лазерной точечной динамической термографии для контроля качества изделий из композиционных материалов

2024-03-27T14:20:17+00:00

Введение. Контроль наличия подповерхностных дефектов в изделиях из композиционных материалов необходим при верификации изделий после выпуска из производства и в процессе эксплуатации.
Цель исследования. Решение научной проблемы оценки параметров подповерхностных дефектов по результатам точечной лазерной термографии, пригодной для контроля качества как малогабаритных изделий, так и проблемных участков крупногабаритных объектов с криволинейной поверхностью.
Материалы и методы. Лабораторная установка, на которой проводились исследования, включала в себя робота-манипулятора, тепловизионную камеру COX CG640, источник лазерного воздействия мощностью до 3 Вт. Объектом исследования являлся тестовый образец из стеклоуглепластика, содержащий имитации дефекта типа «расслоение», расположенные на различном расстоянии от поверхности. На основании математического моделирования подобраны рациональные режимы проведения термографического контроля, обеспечивающие надежное выявление дефекта в подповерхностном слое (до 3 мм) композиционного материала.
Результаты исследования. В ходе исследования проведены численные расчеты температурного поля поверхности тестового образца с использованием пакета прикладных программ COMSOL после теплового воздействия движущимся лазером. Результаты расчетов позволили определить рациональную скорость 5 мм/с движения лазера мощностью 3 Вт, обеспечивающую требуемый температурный контраст для дефектов с глубиной залегания до 3 мм. Полученные экспериментальные данные удовлетворительно совпадают с численным экспериментом как качественно, так и количественно. При этом результаты экспериментов позволили определить регрессионную модель для расчета глубины залегания дефекта по максимальному температурному контрасту и времени достижения этого контраста.
Обсуждение и заключение. Результаты, полученные в ходе исследований, позволили предложить алгоритм обнаружения дефектов в изделиях из стеклоуглепластика, а также глубину их залегания. Коэффициент детерминации для полученной регрессионной модели оказался равным 0,95, а метрика MSE (средняя квадратическая ошибка) составила не более 0,016 мм². Использование робота-манипулятора для сканирования изделия позволит в будущем контролировать изделия со сложной криволинейной поверхностью.