Введение. Развитие агропромышленного комплекса невозможно без создания инновационных технических средств и технологий. Ключевую роль при техническом обеспечении сельскохозяйственного производства играют машинно-тракторные агрегаты. Одной из их важнейших эксплуатационных характеристик является надежность, то есть способность выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в необходимых пределах. Материалы и методы. Объект исследования - процессы надежности работы машинно-тракторных агрегатов. При проведении исследований использовались методы математического моделирования. Общие законы применялись для частных случаев с учетом прогнозирования изменения параметров во времени. Аналитическое описание процессов работы надежности работы машинно-тракторного агрегата опиралось на стационарные случайные и корреляционные функции. Для построения математических моделей надежности использовались обобщенные закономерности с использованием результатов испытаний предшественника (аналога). Оптимальная надежность функционирования машинно-тракторного агрегата определялась на основе математической модели ресурса объекта. Результаты исследования. Получены аналитические зависимости прогнозирования изменения параметров во времени процессов надежности работы машинно-тракторных агрегатов. Разработаны методы построения математических моделей надежности. Определены условия, влияющие на функционирование объекта исследований. Обсуждение и заключение. Проведенный анализ и синтез исследований в этой области науки и полученные математические модели показывают, что для достижения высоких результатов необходимо уменьшать дисперсии факторов, влияющих на надежность работы машинно-тракторных агрегатов.
Инженерные технологии и системы
2020. — Выпуск 1
Содержание:
Введение. В статье приведены результаты исследований, целью которых являлось определение критерия для дальнейшего использования сельскохозяйственной техники, достигшей предельного состояния: проводить капитальный ремонт или утилизировать ее, максимально сохранив материальные ресурсы, как этого требуют принципы циркулярной экономики. Материалы и методы. Для решения поставленных задач были проведены исследования технического состояния и стоимости компонентов, входящих в состав техники, поступающей на ремонтные предприятия отрасли в 12 регионах России. Были определены зависимости изменения структуры деталей при различных сроках использования сельхозмашин. Результаты исследования. Полученные результаты показали, что цена ремонта машины зависит от уровня потери годности ее деталей, которые были разделены на три группы: годные без ремонта, годные после восстановления и утильные, которые не подлежат восстановлению. Были построены зависимости цены капитального ремонта машины и дохода от реализации компонентов утилизируемой машины при различной потере годности, которые позволили определить границы дальнейшего использования машины, достигшей предельного состояния. Обсуждение и заключение. Было установлено, что потеря годности практически всех машин, поступающих сейчас на ремонтные предприятия, находится за границами предельного состояния, и они должны утилизироваться. Предельное состояние машины наступает при потере годности в интервале 0,45...0,5. В этом интервале владелец машины может выбрать любой из двух вариантов дальнейшего ее использования: ремонтировать или утилизировать. При потере годности меньше 0,45 более предпочтительным является капитальный ремонт. При потере годности больше 0,5 потребуется утилизация, при которой будет обеспечиваться максимально возможное ресурсосбережение.
Ключевые слова
Введение. Актуальность исследования диктуется необходимостью оценки влияния смесевого топлива, включающего дизельное и биотопливо (рапсовое масло), на экологические показатели дизеля сельскохозяйственного трактора при выполнении полевых и тршспортньгх работ. Цель исследования - прогнозирование, получение и проверка количественных зависимостей выхода токсичных компонентов при работе дизеля трактора «Беларус-922» на смесевом топливе при выполнении операций в сельском хозяйстве. Материалы и методы. Для достижения цели проведены: определение количественных показателей компонентного состава образцов рапсового масла различного происхождения, теоретическая оценка, сравнение расчетных и экспериментальных экологических характеристик тракторного двигателя с использованием необходимого оборудования. Результаты исследования. Впервые получены количественные значения показателей компонентного состава образцов рапсового масла различного происхождения. Анализ показал, что наиболее предпочтительным для использования в качестве топлива является образец с максимальной долей непредельных кислот в его составе, что позволит иметь максимальную скорость и полноту сгорания. Расчеты показывают снижение рабочей температуры вследствие добавки рапсового масла на 200 К, что должно приводить к уменьшению константы скорости реакции и концентрации оксидов азота приблизительно в 2,7 раза. На концентрацию оксидов азота в отработавших газах существенно влияет эндогенное происхождение соединений азота. Обсуждение и заключение. На основе анализа механизмов образования оксидов азота при сгорании рапсового масла теоретически обосновано и экспериментально подтверждено выражение расчета константы скорости реакции, показывающее их результат на полуколичественном уровне.
Ключевые слова
Введение. В статье рассматривается задача корректировки регулировочных параметров рабочих органов зерноуборочного комбайна, функционирующего в меняющихся внешних условиях. Для технологической регулировки сложных иерархических многоуровневых систем, к которым относятся комбайны, широко применяются интеллектуальные информационные системы, основанные на нечеткой экспертной информации. При проведении технологической настройки комбайна в процессе уборки анализируется поступающая количественная, качественная и оценочная информация. Различные виды неопределенности при рассмотрении семантических пространств факторов внешней среды и регулируемых параметров машины обуславливают применение логико-лингвистического подхода и математического аппарата нечеткой логики для нахождения оптимальных начальных значений регулируемых параметров. Сложная система взаимосвязей между регулировочными параметрами, показателями качества уборки урожая и факторами внешней среды обуславливает необходимость корректировки параметров рабочих органов комбайна в процессе уборки. Эту функцию выполняет блок корректировки в интеллектуальной системе поддержки принятия решений. В настоящей статье подробно рассмотрены вопросы создания базы знаний для корректировки регулировочных параметров в случаях, когда наблюдаются отклонения значений показателей качества уборки от нормативных. Материалы и методы. Поскольку причин появления нарушения много и заранее неизвестно, какая из них привела к отклонению, то способов реагирования на них тоже достаточно много. Взаимосвязи между показателями качества работы и регулируемыми параметрами устанавливаются в основном эмпирическими правилами, полученными на основе сбора и анализа экспертной информации. Для оптимизации работы механизма вывода интеллектуальной информационной системы (сокращения времени принятия решения) возникает необходимость установления значимости используемых правил базы знаний. Для решения этой задачи привлечен теоретико-игровой подход, введены понятия матрицы показателей эффективности и матрицы рисков принятия неэффективного решения, позволяющие использовать критерии оптимальности. Результаты исследования. Приведен пример выбора стратегии поиска адекватного реагирования на появление нарушения показателей уборки в виде «потери щуплого зерна с половой». Рассмотрен выбор стратегий реагирования на нарушение на основе критериев Лапласа, математического ожидания и критерия Сэвиджа, используемых для принятия решений в «играх с природой». Проиллюстрирована методика процедуры принятия решения в рассматриваемой задаче с применением указанных критериев, проведен анализ полученных результатов. Обсуждение и заключение. Предложенный подход существенно повышает результативность работы блока корректировки интеллектуальной системы. Он позволяет структурировать базу экспертных знаний и устанавливать оптимальную последовательность применения продукционных правил, что обеспечивает эффективность процесса корректировки регулируемых параметров комбайна, а также сокращает время принятия решений. Данный подход может быть использован при решении проблем корректировки технологических настроек в различных технических системах и устройствах, а также для поиска причин возникающих в них неисправностей.
Ключевые слова
Введение. Статья посвящена описанию алгоритма определения системы допусков, основанного на использовании переменного допуска, обеспечивающего безотказную работу деталей на участке. Приведена блок-схема программы по определению переменного допуска. Установлены блоки исходной информации: ломанные и гладкие кривые контролируемого параметра; гистограмма и график распределения ресурса и определения активного участка контроля; блоки построения графиков «предельных веерных кривых изнашивания» и системы допусков для объектов исследования двух типов, в данном случае для универсального топливного насоса (УТН-5) и четырехсекционного малогабаритного топливного насоса с механическим регулятором. Предложены два способа определения системы допусков. В первом варианте графически - путем построения «предельных веерных кривых изнашивания» и определения допусков по значению ординат в контрольных точках. Во втором варианте - аналитически. Разработана формула, заменяющая графический вариант определения системы допусков. Материалы и методы. В качестве объекта исследования были выбраны два типовых насоса высокого давления. Для этих насосов были известны нормативные значения, то есть номинальное и предельное значения параметров, определены графики проведения проверок и уравнения кривых изнашивания. Устанавливались зависимости, описывающие кривые изнашивания плунжерных пар насосов, строились гистограмма и график определения ресурса насосов, определялся активный участок контроля при заданном коэффициенте вероятности безотказной работы, а также вычислялись и объединялись в систему допуска значения, вычисленные для различной наработки насоса. Результаты исследования. В результате исследования получены системы допусков для топливного насоса высокого давления двух типов, определены показатели надежности для одного из них. Разработан алгоритм определения системы допусков как графически, так и аналитически по специально разработанной формуле. Обсуждение и заключение. Исследование позволяет утверждать возможность использования переменного допуска, как основы для определения системы допусков и показателей надежности объекта диагностирования.
Ключевые слова
Введение. Переработка органических отходов для снижения антропогенной нагрузки на окружающую среду остается актуальной задачей, одним из способов решения которой является использование методов биоконверсии органического вещества органических отходов с получением газообразного энергоносителя и высококачественных органических удобрений. Одной из важнейших стадий анаэробной переработки органических отходов в биореакторах является стадия предварительной подготовки отходов к сбраживанию, которую возможно осуществить рядом методов. Однако в доступной научно-технической литературе сведения о предварительной обработке субстратов в аппарате вихревого слоя представлены в малом количестве. Целью работы является определение энергетической эффективности процесса предварительной обработки органических отходов в аппарате вихревого слоя перед анаэробным сбраживанием. Материалы и методы. Для исследования процесса предварительной обработки органических отходов создана экспериментальная установка. Субстратом для обработки в аппарате вихревого слоя служила смесь модели органической фракции твердых коммунальных отходов и воды холодного водоснабжения в соотношении 300 г/л. Результаты исследования. Проведенные расчеты подтвердили, что условие энергетической эффективности процесса предварительной обработки субстрата метантенка соблюдается, несмотря на дополнительные затраты на электрическую энергию в ходе интеграции этой стадии в систему анаэробной переработки. Обсуждение и заключение. Интеграция процесса предварительной обработки органических отходов в аппарате вихревого слоя перед сбраживанием в анаэробных биореакторах в систему анаэробной обработки органических отходов позволяет повысить как энергетическую эффективность системы, так и степень анаэробного разложения органического вещества органических отходов. Удельное количество энергии биогаза, полученного в процессе сбраживания в анаэробных биореакторах с применением предварительной обработки субстрата в аппарате вихревого слоя, полностью компенсирует затраты энергии на предварительную обработку субстрата в аппарате вихревого слоя. Практическая значимость работы обусловлена повышением удельного выхода товарной энергии на 70 % по сравнению с анаэробной обработкой в традиционных метантенках.
Ключевые слова
Введение. В настоящее время актуальной проблемой является высокий уровень травмирования зерна в процессе обмолота. Поэтому необходимо разработать щадящие способы выделения зерна из колоса, исключающие непосредственное ударное воздействие рабочих органов молотильных устройств на зерновки. Цель исследования - изучить процесс обмолота колоса пшеницы в пневматическом молотильном устройстве и оценить влияние режимных характеристик устройства на выделение и травмирование зерна. Материалы и методы. Экспериментальная установка представляет собой пневматическое молотильное устройство, в котором обмолот производится при взаимодействии колоса и деки, осуществляемом под чередующимся действием высокого и низкого давления воздуха, создаваемого лопастями ротора, а сепарация - посредством отвода легкой незерновой фракции в камеру пониженного давления. Результаты исследования. Установлено, что травмирование зерна уменьшается при снижении скорости движения лопастей ротора и соответственно скорости движения колосьев в молотильной камере. При минимальной скорости движения лопасти 13,5 м/с уровень травмирования зародыша и дробления зерна снижается практически до нуля. Диапазон скорости лопасти 13,5...20 м/с является наиболее благоприятным для пневматического обмолота зерна по показателю травмирования его зародыша. В результате пневматического обмолота на экспериментальной установке происходит эффективное разделение зерновой и легкой незерновой частей колосьев. Обсуждение и заключение. Процесс пневматического обмолота колосьев пшеницы дает удовлетворительные результаты, обеспечивая снижение травмирования эндосперма зерна на 10...12 %. Травмирование зародыша зерна снижается на 5 %, практически исключая его. Дробление зерна при минимальной скорости лопастей ротора составило не более 0,5 %. Сопоставление доли травмированного и дробленного зерна при пневматическом обмолоте с долей поврежденного зерна при традиционном комбайновом обмолоте показало, что предлагаемый способ обеспечивает снижение травмирования.
Ключевые слова
Введение. Существующие машины для уборки корнеплодов и лука не обеспечивают качественных показателей сепарации вороха корнеплодов, что и приводит к нарушению агротехнических требований при их уборке. Необходим поиск новых решений по увеличению качественных показателей сепарации корнеплодов, повышению полноты сепарации и снижению повреждений. Материалы и методы. В статье представлена конструкция машины для уборки лука-севка, оснащенная прутковым элеватором с асимметричным расположением встряхивателей. Описана методика проведения и результаты полевых исследований по определению качественных показателей сепарации вороха лука-севка на экспериментальном прутковом элеваторе. Результаты исследования. Результаты производственных исследований машины для подбора лука-севка, оснащенной прутковым элеватором с асимметрично установленными эллиптическим встряхивателем и поддерживающим роликом, показали качественное выполнение технологического процесса сепарации вороха лука-севка при оптимальных значениях параметров: межосевое расстояние между эллиптическим встряхивателем и поддерживающим роликом 0,36-0,4 м при полноте сепарации 97,0-97,2 % и повреждениями луковиц лука-севка 1,65-1,68 %; поступательная скорость v движения пруткового элеватора с асимметричным расположением эллиптического встряхивателя и поддерживающего ролика 1,6 м/с при полноте сепарации 98,5 % и повреждении продукции 1,3 %. Обсуждение и заключение. Применение пруткового элеватора с асимметричным расположением эллиптического встряхивателя и поддерживающего ролика позволяет, в сравнении с симметричным расположением встряхивателей, повысить полноту сепарации луковиц лука-севка на 2,0 %, а повреждения луковиц снизить на 1,1 %.
Ключевые слова
Введение. В статье представлен анализ различного применения кристаллов, описываются исторические и культурные основы использования минерального сырья для различных целей, в том числе медицинских. Показывается, что особое место в этом списке занимает нефрит, который является одним из самых распространенных минералов, применяемых в терапевтическом оборудовании. Причем стоимость этого оборудования определяется окраской применяемого материала, поэтому ставится задача провести исследования нефритов различной окраски физическими методами. Материалы и методы. Для исследования были выбраны образцы желтого, зеленого, черного и белого нефрита. Образцы различных цветов нефрита изготавливались по типу «шлиф» и имели плоскую поверхность. Фазовый анализ нефритов проводился на дифрактометре ДРОН-1. Регистрация дифракционной картины проводилась с помощью сцинтилляционного счетчика с амплитудной дискриминацией. Дифракционная картина регистрировалась последовательно по мере вращения образца и счетчика, которые расположены на гониометре ГУР-5. Отчет углов поворота производится с погрешностью до 0,005°. Результаты исследования. В статье приводятся результаты исследования химического анализа нефритов различной окраски, представлена дифрактограмма нефритов желтого, зеленого, черного и белого цветов. Авторами также приводится таблица расшифровки межплоскостных расстояний и интенсивности главных линий исследуемых образцов нефрита. Обсуждение и заключение. Исследования показали, что изучаемые образцы по химическому составу относятся к тремолитам. Химический анализ черного нефрита показал, что за счет возрастания закисного железа и снижения доли магния отмечается переход к актинолиту. В образце черного нефрита также наблюдается понижение на один порядок содержания фтора. Проведенные исследования открывают новые возможности по расширению общих понятий области создания здоровой среды, где все события связываются в единую логическую цепочку. Представленный материал дает возможность добавить в логическую цепочку исследования из области химии, биологии и медицины.
Ключевые слова
Введение. В работе проведено моделирование задачи о дозвуковом течении газа в проточном химическом реакторе. Численный алгоритм основан на методе конечных объемов, расчет проведен на неструктурированных треугольных сетках с использованием технологии параллельных вычислении Message Passing Interface (MPI). Материалы и методы. Для описания исследуемых течений многокомпонентного химически активного газа приняты в рассмотрение уравнения Навье - Стокса в приближении малых чисел Маха. Для решения данных уравнений используется метод конечных объемов на неструктурированных треугольных сетках. В работе применяется схема расщепления по физическим процессам, а именно: сначала решаются уравнения химической кинетики, отвечающие за превращения веществ, а затем ищется решение уравнений, описывающих законы сохранения импульса и энергии для каждой компоненты газовой смеси. Для нахождения численных потоков через ребра элементов сетки используется схема Лакса - Фридрихса - Русанова. Для решения уравнений химической кинетики применен алгоритм, предложенный коллективом под руководством Н. Н. Калиткина. Для разделения сетки на связные подобласти с примерно равным количеством ячеек используется библиотека METIS. Для организации параллельных вычислений применяется MPI. Результаты исследования. В статье представлены результаты моделирования течения многокомпонентного газа с учетом эффектов вязкости, диффузии, теплопроводности и химических реакций на неструктурированных треугольных сетках, а именно: было проведено численное моделирование течения дозвукового газа в проточном химическом реакторе на примере пиролиза этана, проведено сравнение полученных результатов с результатами эксперимента и известными численными решениями данной задачи. Обсуждение и заключение. Полученные в работе результаты по конверсии исходной газовой смеси хорошо согласуются с известными экспериментальными данными. Представленные картины распределения основных компонент смеси и газодинамические параметры соответствуют картине течения, наблюдаемой экспериментально. Дальнейшая работа в данном направлении предполагает моделирование дозвуковых газовых течений на неструктурированных тетраэдральных сетках с использованием алгоритмов повышенного порядка точности для исследования протекающих процессов.