Инженерные технологии и системы

Зондирование составов альтернативных топлив с целью определения электрических параметров

Сергей Александрович Плотников — 2024-08-15

Введение. В данной статье внимание уделяется исследованию электрических параметров пятнадцати составов альтернативных топлив. Актуальной является задача разработки бесконтактных методов анализа состава топлива.
Цель исследования. Получение данных диэлектрической проницаемости альтернативных топлив для дальнейшего поиска связи с показателями процесса сгорания.
Материалы и методы. Для проведения исследования был использован конденсатор, состоящий из двух алюминиевых пластин размером 175х102 мм, а также мультиметр Sinometex ZT-Y.
Результаты исследования. При сравнении значений диэлектрической проницаемости представленных составов альтернативного топлива между минимальным и максимальным содержанием добавленного спирта и растительных масел в смесь обнаруживается зависимость. Она проявляется в характере значений диэлектрической проницаемости, которые коррелируют с электроемкостью конденсатора при наличии смеси между обкладками, и наблюдается для всех трех добавляемых в смесь углеводородов: этанола, рапсового и сурепного масел. Отмечается, что диэлектрическая проницаемость возрастает в диапазоне от 10 до 50 % добавленного этанола; рапсового и сурепного масел, достигая значений от Ɛ = 3,05 до 45,31 для этанола, от Ɛ = 2,35 до 2,72 для рапсового масла и от Ɛ = 2,33 до 2,8 для сурепного масла.
Обсуждение и заключение. Анализ значений диэлектрической проницаемости различных составов альтернативных топлив показывает, что при увеличении содержания спирта и растительных масел в смеси от 10 до 50 % диэлектрическая проницаемость увеличивается. Это справедливо для всех трех углеводородов: этанола, рапсового и сурепного масел.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОМБИКОРМОВ-КОНЦЕНТРАТОВ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ СОСТАВА МАШИН И КОМБИКОРМОВЫХ АГРЕГАТОВ

Игорь Евгеньевич Припоров — 2024-08-15

Введение. Для небольших хозяйств, появляется задача, которая заключается в том, чтобы приспособить типовые комбикормовые агрегаты под указанные местные корма и имеется особенность. Из семечек подсолнечника необходимо получить масло и жирный жмых для КРС. Универсальных прессов, которые были надежны и подходили для получения жмыха нет, а жмых нуждается в измельчении, что является проблемным. Поэтому нужен набор машин под данный вид операции.

Цель статьи. Разработать математическую модель, которая увязывала приготовление жмыха подсолнечного на участке и комбикормов-концентратов на комбикормовом агрегате, которая позволяла определять оптимальный участок и агрегат с минимальными технико-экономическими показателями.

Материалы. В статье разработана математическая модель приготовления комбикормов-концентратов.

Результаты исследований. Разработанный алгоритм с учетом математической модели был реализован в программе Microsoft Office Excel 2016. Результаты расчеты по выбору рационального варианта машин для участка подготовки жмыха и комбикормового агрегата представлены в таблице. Технико-экономические показатели и затраты на помещение цеха и его эксплуатацию были рассчитаны согласно рекомендациям д.т.н., профессора В.В. Коновалова, но с учетом полученных выражений для технологического расчета.

Обсуждение и заключение. Проведенные расчеты по выбору рационального варианта участка и комбикормового агрегата показали перспективные схемы комбикормового агрегата и участка подготовки жмыха. Для рассматриваемых условий эффективным вариантом среди представленных участков с экономической точки зрения являются участок и комбикормовый агрегат согласно схеме 1. На основе разработанного алгоритма с учетом математической модели приготовления комбикорма-концентрата и программы для его реализации был проведен технологический расчет участка подготовки жмыха и комбикормового агрегата, а также рассчитаны их технико-экономические показатели, и затраты на помещение цеха и его эксплуатацию, выбраны рациональный вариант участка и комбикормового агрегата.

Обоснование оптимальных параметров функционирования рабочего органа парового культиватора по тяговому сопротивлению

Игорь Владимирович Божко — 2024-08-15

Введение. Технологическая операция обработки почвы является энергоемким процессом. Непосредственное влияние на показатель энергозатрат оказывает тяговое сопротивление почвообрабатывающих агрегатов. В связи с этим актуальной является задача разработки конструкции рабочего органа парового культиватора, обеспечивающего снижение тягового сопротивления.
Цель исследования. Поиск оптимальных параметров функционирования рабочего органа парового культиватора путем определения тягового сопротивления, создаваемого рабочим органом.
Материалы и методы. Исследование проводилось в полевых условиях на опытной установке с применением метода полного факторного эксперимента с рабочей моделью, основанной на трехуровневом плане.
Результаты исследования. Посредством регрессионного анализа экспериментальных данных была получена математическая модель, позволяющая определить оптимальные параметры функционирования рабочего органа парового культиватора при выполнении технологической операции обработки почвы.
Обсуждение и заключение. В ходе расчетов было установлено, что наименьшее тяговое сопротивление PТ = 0,72 кН, создаваемое рабочим органом, достигается при следующих значениях: глубина обработки почвы h = 4 см; угол крошения левостороннего и правостороннего плоскорежущих крыльев f = 0°; скорость движения агрегата v = 2,61 м/с. В качестве оптимальных параметров функционирования рабочего органа парового культиватора, определенных при помощи полученной математической модели, угол крошения левостороннего и правостороннего плоскорежущих крыльев рекомендуется принять как f = 0°, а скорость движения агрегата как v = 2,91 м/с. Также, учитывая рекомендуемые оптимальные параметры рабочего органа, возможно рассчитать значение показателя тягового сопротивления при различной глубине обработки почвы. Тяговое сопротивление будет изменяться в пределах 0,79–1,81 кН при глубине обработки почвы от 4 до 12 см. Полученная математическая модель тягового сопротивления, создаваемого рабочим органом, позволит более точно подходить к вопросу проектирования сельскохозяйственных машин.

Обоснование параметров комбинированного сошника в цифровом двойнике методом дискретных элементов

Салават Гумерович Мударисов — 2024-08-16

Введение. Наиболее перспективным для моделирования процессов обработки почвы является метод дискретных элементов. Моделирование методом дискретных элементов позволяет создать цифровой двойник технологического процесса взаимодействия рабочих органов с почвой и провести анализ работы почвообрабатывающих и посевных машин с разными конструктивно-технологическими параметрами, а также спрогнозировать энергетические и агротехнические показатели работы орудий. При этом для увеличения точности прогнозирования результатов, полученных в ходе реализации виртуальной модели, необходимо сопоставлять данные с результатами лабораторных и полевых исследований.
Цель исследования. Разработать цифровой двойник почвенного канала методом дискретных элементов и оптимизировать с помощью него основные конструктивнотехнологические параметры комбинированного сошника.
Материалы и методы. Для моделирования процесса взаимодействия сошника с почвой методом дискретных элементов в качестве образца контакта выбрана усовершенствованная модель Герца ‒ Миндлина. В таком случае создается виртуальный почвенный канал, который заполняется сферическими частицами диаметром 10 мм с заданными реологическими параметрами выбранной модели контакта. Основными конструктивными факторами для проведения компьютерных экспериментов в целях их оптимизации приняты угол наклона долота сошника α и угол наклона бороздообразователя β, в качестве выходного параметра оптимизации – тяговое сопротивление сошника R.
Результаты исследования. Реализация многофакторных экспериментов на цифровом двойнике почвенного канала в программе Rocky DEM позволила оптимизировать конструктивно-технологические параметры комбинированного сошника: угол наклона долота α = 75о, угол наклона бороздообразователя β = 21о, расстояние между долотом и бороздообразователем по вертикали ∆a = 11–14 мм.
Обсуждение и заключение. В результате моделирования установлено, что тяговое сопротивление сошника растет по квадратичной зависимости от его рабочей скорости. Увеличение поверхностной энергии контактной модели также ведет к росту тягового сопротивления сошника.

Параметры и режимы работы гидравлической мини-сеялки мелкосемянных овощных культур

Евгений Владимирович Труфляк — 2024-08-16

Введение. В области выращивания сельскохозяйственных растений с использованием воды и суспензий обозначена тенденция развития гидропосева газонной травы. Направление менее изучено для посева мелких проклюнувшихся и пророщенных семян овощей, поскольку специализируется на семенах арбуза, тыквы, огурцов и табака. Отсутствуют исследования для гидропосева семян моркови, петрушки, укропа, салата, томатов и сельдерея. Таким образом, актуальными являются теоретические изыскания, направленные на обоснование способа и технических решений посева мелкосеменных культур в условиях открытого и закрытого грунта. Проблема заключается в отсутствии конструктивно-технологической схемы резервуара для формирования посевной смеси мелкосемянных культур, конструктивно-режимных показателей гидравлической мини-сеялки рядкового посева для повышения его эффективности.
Цель исследования. Оптимизация параметров и режимов работы гидравлической мини-сеялки рядкового посева.
Материалы и методы. Выполнялись теоретические исследования процесса гомогенизации посевной смеси, потребной мощности при работе резервуара для формирования посевной смеси. Лабораторные исследования проводились в Кубанском государственном аграрном университете, полевые – в личных подсобных хозяйствах Крымского района Краснодарского края.
Результаты исследования. Получены выражения, описывающие зависимость величины средней окружной скорости потока посевной смеси, а также мощности при работе резервуара для ее формирования при различных сочетаниях конструктивных и режимных параметров. Представлена аналитическая зависимость, описывающая величину концентрации семян в несущей среде в заданный момент времени на фиксированной точке высоты резервуара.
Обсуждение и заключение. Оптимальные параметры и режимы работы универсальной гидросеялки по шагу посева: частота вращения мешалки – 92 мин–1; величина открытия крана – 47 %; скорость сеялки – 3,1 м/с при шаге посева 20,5 мм; по коэффициенту вариации шага посева: частота вращения мешалки – 87 мин–1; величина открытия крана – 56 %; скорость сеялки – 2,7 м/с при вариации шага посева 15 %. Перспективным и заслуживающим дальнейшего развития направлением является использование суспензий для гидропосева овощных культур.

Идентификация дефектов изделий из сотовых композиционных материалов методом инфракрасной сканирующей термографии

Дмитрий Юрьевич Головин — 2024-08-16

Введение. В последнее время получили широкое распространение сендвич-структурированные композиционные материалы на основе сотовых заполнителей в тонкой, но прочной оболочке. К сожалению, для таких материалов характерно образование производственных и эксплуатационных дефектов типа «непроклей» и «отслоение», заключающихся в нарушении связей между обшивкой и сотовым заполнителем, приводящих к ухудшению механических, акустических и тепловых свойств материала.
Цель исследования. Целью статьи является разработка эффективных методов обнаружения дефектов клеевого соединения обшивки с сотовым наполнителем сендвича.
Материалы и методы. В работе описан способ обнаружения дефектов при помощи сканирующей термографии с линейным источником тепла, основанный на вычислении и последующем анализе распределения локальных градиентов температурного поля на поверхности изделия.
Результаты исследования. Проведены эксперименты на модельном полимерном образце с заложенным искусственным дефектом, показаны основные источники возникающих шумов и ошибок контроля, способы снижения их влияния, предложен численный способ оценки точности метода определения дефекта.
Обсуждение и заключение. Проведенные на контрольном образце испытания показали, что доля ошибок при определении дефекта не превышает 12 %.

Оптические фотолюминесцентные свойства семян растений при заражении микопатогенами

Михаил Владимирович Беляков — 2024-08-16

Введение. Использование оптического мониторинга качества зерна позволит значительно снизить потери урожая зерновых, вызванные заражением микопатогенами.
Цель исследования. Изучение зависимости спектральных характеристик, параметров возбуждения и люминесценции семян зерновых при заражении микопатогенами с целью определения информативных спектральных диапазонов и последующей разработки методики контроля зараженности.
Материалы и методы. Для исследования были использованы инокулированные семена пшеницы и ячменя ряда Fusarium graminearum и Alternaria alternata. Спектры возбуждения и регистрации люминесценции измерялись с помощью дифракционного спектрофлуориметра СМ 2203 в диапазоне 230–600 нм. Интегральные и статистические параметры спектров вычислялись в программе Microcal Origin.
Результаты исследования. Удалось выяснить, что при заражении микопатогенами уменьшается спектральная поглощательная способность семян. Для пшеницы интегральные параметры поглощения существенно снижаются при заражении альтернарией. В случае с ячменем, наоборот, большее снижение происходит при заражении фузариозом. В области 230–310 нм у зараженных семян появляются новые максимумы возбуждения. При возбуждении излучением с длиной волны λ = 284 нм спектральные и интегральные характеристики и параметры зараженных семян превышают аналогичные для незараженных. При возбуждении излучением 424 нм и 485 нм количество здоровых семян пшеницы и ячменя превышает количество зараженных.
Обсуждение и заключение. Изменения в спектрах возбуждения и фотолюминесценции могут быть объяснены замещением полисахаридов и белков при поглощении и модификации микокультур. Для объективного контроля заражения семян микопатогенами целесообразно использовать диапазон фотолюминесценции 290–310 нм при возбуждении излучением около 284 нм. Для различения заражения фузариозом и альтернариозом следует использовать контроль фотолюминесценции в диапазоне 380–410 нм.

Компьютерное моделирование цифровой системы автоматического регулирования освещенности

Евгений Адимович Шабаев — 2024-08-19

Введение. В птицеводстве перспективным направлением является применение систем локального светодиодного освещения с изменяемой освещенностью и коррелированной цветовой температурой оптического излучения светильников в течение светового периода. Для точного поддержания интенсивности света на заданном уровне требуется система автоматического регулирования освещенности.
Цель исследования. Определение параметров пропорционально-интегрального регулятора цифровой системы автоматического регулирования освещенности в клетках для содержания сельскохозяйственной птицы, обеспечивающих требуемые показатели качества.
Материалы и методы.В работе использованы элементы математической статистики, теории планирования экспериментальных исследований, корреляционно-регрессионного анализа, теории автоматического управления и компьютерного моделирования. Натурные эксперименты проводились на лабораторном образце цифровой системы динамического локального освещения. Компьютерное моделирование было выполнено в среде SimInTech.
Результаты исследования. Разработана компьютерная модель цифровой системы автоматического регулирования освещенности. Выполнен расчет настроек ПИ-регулятора по методам CHR, ВТИ, Копеловича. Произведена сравнительная оценка качества процесса регулирования по графикам переходных процессов, полученных путем компьютерного моделирования. Достоверность результатов компьютерного моделирования системы автоматического регулирования освещенности подтверждена экспериментально.
Обсуждение и заключение. Высокие показатели качества регулирования цифровой системы автоматического регулирования освещенности обеспечил ПИ-регулятор с kP = 14,027 10−3 и TI = 145,72 мс, рассчитанными по методу Копеловича. Сравнительная оценка переходных процессов в реальной системе и в компьютерной модели данной системы позволяет сделать вывод о высокой точности разработанного образца и корректности выбора параметров моделирования в среде SimInTech. Экспериментально установлено, что требуемое качество процесса регулирования системы обеспечивается для широкого диапазона заданной освещенности от 1 до 25 лк.

Обоснование параметров СВЧ-установки для обезжиривания костей убойных животных

Галина Владимировна Новикова — 2024-08-19

Введение. Существующие способы обезжиривания костей животных малоэффективны и требуют высоких эксплуатационных затрат. Для решения данной проблемы авторами настоящей статьи предлагается установка со сверхвысокочастотным энергоподводом в резонатор, где измельченное сырье подвергается термомеханическому воздействию.
Цель исследования. Повышение эффективности извлечения жира из костей убойных животных с сохранением кормовой ценности продукта в СВЧ-установке непрерывно поточного действия с коаксиальным резонатором без экранирующего корпуса путем обеспечения высокой напряженности электрического поля и термомеханического воздействия на сырье.
Материалы и методы Трехмерное электромагнитное моделирование процессов распределения электромагнитного поля в коаксиальном резонаторе проводилось в системах проектирования CST Microwave Studio, Computer Aided Design (CAD) и Computer Aided Engineering (CAE).
Результаты исследования. Сверхвысокочастотная установка содержит неферромагнитный усеченный конус, внутри которого соосно расположен электроприводной бичевой ротор с неферромагнитным валом, образующей коаксиальный резонатор с коническим кольцевым пространством. На валу ротора со сдвигом по высоте за- креплены фторопластовые ступицы, к которым попарно с обеих сторон прикреплены корундовые била. С учетом исходных параметров измельченного костно-жирового сырья определена динамика нагрева при разных удельных мощностях СВЧ-генератора.
Обсуждение и заключение. Результаты исследования электродинамических параметров резонатора свидетельствуют о том, что напряженность электрического поля, достаточная для снижения бактериальной обсемененности продукта, составляет 2–5 кВ/см. Эффективный режим обезжиривания костного сырья достигается при удельной мощности генератора 0,71 кВт/кг, продолжительности воздействия сверхвысокочастотного электромагнитного поля 6,55 мин (при загрузке резонатора 9,3 кг), производительности 85 кг/ч, энергетических затратах 0,141 кВт·ч/кг и температуре нагрева 90–100 оС.