Введение. Разработка интеллектуальных систем управления с помощью различных производственных и технологических процессов является актуальной проблемой. Обработка семян перед посевом - важный сельскохозяйственный процесс, без которого невозможно получение запланированного урожая высокого качества. Материалы и методы. Для создания интеллектуальной системы управления процессами смешивания в машинах для обработки семян перед посевом технологический процесс предпосевной обработки следует рассматривать как многоуровневую биотехническую систему. В процессе предпосевной обработки семян между объектами биотехнической системы существует взаимосвязь, которую можно представить в виде блок-схемы. Многоуровневая биотехническая система рассматривается как киберфизическая система - совокупность естественных и искусственных объектов, представляющих единое целое, способное к самосохранению и развитию. Результаты исследования. Компонентами интеллектуальной системы управления динамическими процессами смешивания будут: рабочая память, множество нечетких правил, описывающих выполнение операций перемешивания, и стратегия выбора правил в зависимости от состояния системы. При построении интеллектуальной системы управления процессами смешивания реализуется стратегия с возвращениями. Стратегия управления динамической системой смешивания реализуется по прямому выводу. Обсуждение и заключение. Интеллектуальная система управления биотехнической системой позволит контролировать процесс смешивания в режиме реального времени, корректировать кинематические параметры смесителя и своевременно предупреждать о вероятности повреждения высокоэластичного рабочего органа. Искусственная интеллектуальная система управления является цифровым двойником естественного интеллекта специалиста, призванным упростить взаимодействие типа «человек - машина». Предварительные экспертные оценки и лабораторные испытания показали, что использование интеллектуальной системы управления процессами обработки семян перед посевом позволит улучшить качество принимаемых решений, уменьшить время управления процессом смешивания более чем в 2 раза по сравнению с существующими методами управления, на 50 % снизить физическую нагрузку на оператора и до 20 % увеличить производительность процесса смешивания.
Инженерные технологии и системы
2020. — Выпуск 3
Содержание:
Введение. Комбайновый зерновой материал содержит кроме полновесного зерна сорные примеси, в том числе вредные, к которым относятся ядовитые склероции спорыньи. Существующие зерноочистительные машины не обеспечивают в ходе одного технологического процесса полное выделение ядовитых склероций спорыньи из-за схожести физических свойств. Полное выделение спорыньи из зерна за один технологический процесс возможно по плотности применением водных растворов неорганических солей. Поэтому актуальным вопросом является разработка машины выделения вредных примесей мокрым способом. Материал и методы. Рассматривается падение отдельных зерен ржи, пшеницы, ячменя и овса, имеющих форму, близкую к эллипсоиду, из выходного отверстия загрузочного бункера в жидкость плотностью 1,0; 1,05; 1,10 и 1,15 • 10 кг/м. Теоретические исследования выполнены при плотности зерен (1,2...1,5) • 10 кг/м, длине (5,0...10,0) • 10 м, ширине (1,4...3,6) • 10 м и толщине (1,2...3,5) • 10 м методами математического моделирования с применением законов механики и гидродинамики. Результаты исследования. Для разработки машины выделения вредных примесей мокрым способом проведена оценка высоты расположения выходного отверстия загрузочного бункера относительно поверхности водного раствора соли. Получены формулы для определения минимальной высоты, необходимой для преодоления эллипсоидальной зерновкой силы Архимеда, сил поверхностного натяжения и гидродинамического сопротивления жидкости с учетом закона сохранения энергии. Обсуждение и заключение. Установлено, что минимальная высота расположения выходного отверстия загрузочного бункера относительно поверхности жидкости зависит от ориентации зерновок в момент вхождения в нее, их линейных размеров и плотности, а также плотности водного раствора соли. Высота расположения выходного отверстия загрузочного бункера, необходимая для гарантированного преодоления поверхностного натяжения жидкости всеми зерновками, составляет 57,1 • 10 м.
Ключевые слова
Введение. Сельскохозяйственные машины и устройства, применяемые в уборке белого люпина, не обеспечивают полноту сбора семян, что приводит к нарушению агротехнических требований, предъявляемых к уборке зернобобовых культур. Необходим поиск новых технологических и технических решений, позволяющих уменьшить потери семян во время этого процесса. Наиболее перспективным вариантом решения проблемы уборки белого люпина видится применение индустриально-поточной технологии совместно с совершенствованием способа очеса растений на корню очесывающей жаткой. Материалы и методы. В статье представлена конструкция лабораторной установки с экспериментальными рабочими органами, позволяющая моделировать процесс уборки белого люпина способом отделения семенной части растений на поле. Обоснование параметров и режимов работы очесывающей жатки с гребенками для крупносемянных культур выполнено эмпирическим методом посредством использования теории многофакторного эксперимента. Представлен алгоритм выполнения и результаты экспериментальных исследований по определению полноты сбора семян. Результаты исследования. Приведены результаты камеральных исследований очесывающей жатки с гребенками для крупносемянных культур по определению качественных показателей полноты сбора семян белого люпина. Определено, что максимальная полнота сбора семян составляет 99,5 %. Обсуждение и заключение. При исследовании технологического процесса уборки семян белого люпина сорта «Дега» очесывающей жаткой с гребенками для крупносемянных культур в камеральных условиях были экспериментально изучены физико-механические свойства растений, уточнены их морфологические признаки, определены режимно-технологические параметры очесывающей жатки, позволяющие обеспечить потери семян в пределах агротехнических требований (0,5 %).
Ключевые слова
Введение. Рост производственных мощностей животноводческих предприятий приводит к увеличению экологической нагрузки на био- и агроценозы, создаваемой потенциальными энергоносителями, одним из которых является свиной бесподстилочный навоз. Параметрами, характеризующими энергетическую ценность, являются: общее содержание азота и его различных форм 3...8 кг/м, оксида фосфора 3...6 кг/м, оксида калия 2.4 кг/м (химическое потребление кислорода к массе органического вещества - 1,2, биохимическое - 0,42). Параллельно с этим экологическую нагрузку составляют группы кишечных палочек, стафилококков, энтерококков, аэробных спорообразующих микроорганизмов, различных форм яиц, цист простейших и ооцист эймерий. Кроме этого, физико-реологические свойства бесподстилочного навоза могут оказывать существенное влияние на энергетическую эффективность и направление дальнейшей его утилизации. Наиболее рациональным вариантом его утилизации с агрохимической точки зрения является фракционное использование в виде органического удобрения, что возможно только при условии санитарно-эпидемиологической безопасности, обеспечение которой является энергоемким процессом, зависящим от различных факторов. Целью настоящего исследования является разработка концептуальной модели энергетической эффективности операционных воздействий при получении экологически безопасного утилизационного цикла свиного бесподстилочного навоза. Материалы и методы. Объектом исследования являются операционные воздействия при получении экологически безопасного утилизационного цикла свиного бесподстилочного навоза; предметом - функция максимизации энергетической эффективности данного объекта в условиях санитарно-эпидемиологических и агрохимических ограничений. Проведен анализ факторов и их категоризация в зависимости от типа функционального воздействия. Использован инструментарий теории потенциальной эффективности, применение которой подразумевает формализацию цели, в данном случае - повышение энергетической эффективности за счет многопараметрического целеполагания, обеспечивающего требуемый условиями результат. Результаты исследования. Разработана концептуальная модель операционных воздействий при получении экологически безопасного утилизационного свиного бесподстилочного навоза, определяющая составляющие удельных энергозатрат, факторы, влияющие на них, и предъявляемые к ним ограничения. Модель представляет собой исходные данные для проведения факторного анализа и получения статистических моделей. Обсуждение и заключение. Практическая значимость работы обусловлена выявлением и категоризацией факторов в зависимости от типа функционального воздействия на операции подготовительного цикла свиного бесподстилочного навоза перед его утилизацией. Благодаря этому можно получить исходные данные для формирования частных методик исследования и создания статистических моделей.
Ключевые слова
Введение. Определение угла трения между гребенкой и колосом является важной задачей, направленной на поиск оптимальных параметров конструкции и режимов работ очесывающих устройств. При взаимодействии гребенки и колоса происходит уплотнение взаимного расположения колосковых чешуй, цветковых пленок и зерен, при этом изменяется шероховатость поверхности колосков. Материалы и методы. Для определения углов трения между стальной гребенкой и колосьями пшеницы была произведена серия опытов. Для исследования выбраны сорта пшеницы «Московская 40» и «Московская 56». Экспериментальная измерительная установка представляет собой каркас с установленной на нем поворотной площадкой с возможностью регулировки угла поворота. Угломерная делительная головка обеспечивает возможность фиксации значения угла поворота площадки. Вес гири, подвешенной к стеблю растения, имитировал силы, возникающие в процессе очеса. Также измерялись и фиксировались ширина и толщина колоса. Результаты исследования. Установлено влияние размеров колоса на угол трения. Результаты исследования разбиты на две группы. Получены следующие значения углов трения: 26,4-31,5° для пшеницы с шириной колоса менее 10,4 мм; 22,0-27,1° для пшеницы с шириной колоса более 10,4 мм. Обсуждение и заключение. Получены углы трения колосьев по гребенке для сортов пшеницы, характерных для Центрального региона. Установлена зависимость угла трения от соотношения геометрических размеров колоса и ширины щели очесывающей гребенки. При ширине колоса менее 10,4 мм наблюдался эффект защемления колосков между зубьями гребенки, при этом коэффициент трения заметно возрастал.
Ключевые слова
Введение. В условиях предприятий технического сервиса достоверная оценка технического состояния гидравлических шестеренных насосов навесных гидросистем тракторов является первоочередной задачей при внедрении в производство новых процессов ремонта. Отсутствие данных заводов-изготовителей о предельных значениях износов рабочих поверхностей деталей гидравлических насосов, при достижении которых принимается решение о ремонте, приводит к необходимости проведения дополнительных исследований. В связи с этим целью работы является поиск предельных значений износов рабочих поверхностей деталей круглых шестеренных гидронасосов. Материалы и методы. Лабораторные стендовые испытания бывших в эксплуатации круглых шестеренных гидронасосов осуществлялись по разработанной в ГНУ ГОСНИТИ Россельхозакадемии методике на гидравлическом стенде КИ-28097М-ГОСНИТИ. Контролируемым параметром при проведении стендовых испытаний является коэффициент подачи насоса. Результаты исследования. В работе представлены результаты лабораторных, стендовых и микрометражных исследований бывших в эксплуатации круглых шестеренных гидронасосов. Получена математическая зависимость (модель) коэффициентов подачи круглых шестеренных гидронасосов от износов рабочих поверхностей их деталей. Методом крутого восхождения по полученной математической модели определены предельные значения износов рабочих поверхностей деталей круглых шестеренных гидронасосов. Обсуждение и заключение. По результатам входного стендового контроля бывших в эксплуатации круглых шестеренных насосов установлено, что 81 % исследуемых агрегатов эксплуатировался в запредельном состоянии. Установленные методом крутого восхождения предельные значения износов рабочих поверхностей деталей круглых шестеренных гидронасосов позволяют сделать заключение о необходимости их восстановления при ремонте на предприятиях технического сервиса.
Ключевые слова
Введение. Сельское хозяйство включает одну из отраслей переработки сырья, конечным продуктом которой является производство хлеба. При этом наиболее сложной операцией в технологической цепочке производства хлеба является деление готового теста на заготовки одинаковой массы. За эту операцию отвечают тестоделительные машины вакуумно-поршневого типа. В условиях эксплуатации срок службы машин на 30-40 % ниже заявленного заводом-изготовителем. Из-за отсутствия в технической документации предельного состояния машин их эксплуатация продолжается с большими расходами технологических материалов, что отражается на себестоимости готового продукта. Таким образом, целью работы является определение критерия оценки работоспособности тестоделительных машин и предельного значения критерия. Материалы и методы. Оценка технического состояния тестоделительных машин вакуумно-поршневого типа проводится по расходу пищевого масла Foodline WP 32 (производитель AIMOL). Для измерения массы израсходованного масла и кусков теста применялись весы с точностью измерения ±0,1 г и ±1 г соответственно. Результаты исследования. По результату анализа принципа работы тестоделительных машин критерием работоспособности принят расход масла, который отвечает за точность развесовки теста, создавая в камере всасывания вакуум при заполнении зазоров в сопряжении деталей. При оценке технического состояния машин изготовлением 300 тестовых заготовок, настраиваемых на массу 500 г, получен предельный расход масла, равный 218 г. По предельному расходу масла определен допустимый расход, равный 109 г. Обсуждение и заключение. Установлено, что на хлебопекарных предприятиях около 30 % тестоделительных машин эксплуатируются в запредельном состоянии. Точность развесовки теста не удается восстановить увеличением расхода масла. Однако, начиная с расхода масла выше допустимого значения, равного 109 г, машины нуждаются в капитальном ремонте. Полученные значения предельного и допустимого состояния тестоделительных машин находят широкое применение на хлебопекарных предприятиях для оценки их технического состояния.
Ключевые слова
Введение. Национальные технологические инициативы, направленные на разработку и внедрение в инженерную практику средств High-Tech и основанные на концепции «Индустрия 4.0», требуют соответствующих технических решений для всех этапов жизненного цикла изделия от проектирования до утилизации. Реализация концепции предполагает формирование технологических групп и рынков по разным направлениям, в частности Auto.Net. При этом стадия проектирования изделия является базовой и должна быть реализована в форме, обеспечивающей весь жизненный цикл изделия на принципах этой концепции. Материалы и методы. В статье представлена методика и результаты проектирования электромобиля-трайка в среде интегрированных CAD/CAE-систем. Процесс проектирования представляет собой разработку цифровых параметрических моделей разного типа и уровня по принципу сверху-вниз и снизу-вверх. Параметрические свойства моделей обеспечивают возможности эффективной многовариантной разработки проектных решений, включая конструирование, анализ, оптимизацию. Проектные решения разработаны в среде CAD/CAE/CAM/PDM/PLM SolidWorks (Motion, Simulation). Результаты исследования. Результатами исследования являются рациональные траектории проектирования конструкций рассматриваемого класса в среде SolidWorks, а также проектное решение электромобиля-трайка в виде системы интегрированных параметрических моделей, включая 3D-модели деталей и сборок, модели теоретической механики, конечно-элементные модели для решения задач механики деформируемого твердого тела в виде линейной и нелинейной статики, линейной и нелинейной динамики. Для наглядности приводятся видеоролики, иллюстрирующие полученные результаты. Обсуждение и заключение. В исследовании представлена траектория проектирования электромобиля-трайка, основанная на корректной постановке задач проектирования и предусматривающая рациональный выбор средств, инструментов и технологий из штатного функционала SolidWorks. Траектория проектирования обеспечивает как эффективное решение задач проектирования, так и оценку адекватности полученных результатов. В части возможной перспективы этой работы следует указать решение оптимизационных задач по различным критериям эффективности проекта, разработку интегрированной (цифровой и натурной) модели электромобиля-трайка, в цифровой части отвечающей требованиям, предъявляемым к цифровым двойникам. При этом двунаправленные ассоциативные связи между виртуальной и натурной составляющими интегрированной модели позволят решить ряд дополнительных задач: контроль точности цифровых моделей, наделение цифровой модели синергетическими свойствами, планирование траектории движения и беспилотное управление на принципах IoT (интернета вещей).
Ключевые слова
Введение. Актуальной научной проблемой является повышение эффективности использования солнечной энергии в солнечных электростанциях. Цель работы - исследование методов повышения эффективности солнечных электростанций. Материалы и методы. Рассмотрены солнечные электростанции на основе модулей с двухсторонней рабочей поверхностью. Отражение солнечного излучения от земной поверхности обеспечивает увеличение производства электрической энергии на 20 % по сравнению с модулями, имеющими рабочую поверхность с одной стороны. Возможно повышение эффективности использования солнечной энергии путем увеличения годового производства электрической энергии за счет создания равных условий для использования солнечной энергии фронтальной и тыльной поверхностями двухсторонних солнечных модулей. Результаты исследования. В статье представлена солнечная электростанция с зеркальными отражателями на горизонтальной поверхности с вертикальным расположением двухсторонних солнечных модулей; солнечная электростанция с отклонением двухсторонних солнечных модулей от вертикального положения; солнечная электростанция с зеркальными отражателями на южном склоне холма с углом в наклона склона к горизонту. Приведены формулы расчета размеров отражателей солнечной энергии в меридиональном направлении, ширины отражателей солнечной энергии, угла наклона солнечных модулей к горизонтальной поверхности. Представлены результаты компьютерного моделирования параметров солнечной электростанции, работающей в окрестностях г. Луксора (Египет). Обсуждение и заключение. Показано, что производство электроэнергии в пределах мощности в 1 кВт принимает пиковое значение для вертикально ориентированных двухсторонних солнечных модулей с горизонтальными отражателями солнечного света при коэффициенте использования установленной мощности 0,45. Когда солнечное излучение становится параллельным плоскости вертикально расположенных модулей, наблюдается снижение выхода электроэнергии. Предложенная конструкция позволяет выравнивать и увеличивать выход электроэнергии в период максимума солнечной радиации. Вертикально ориентированные модули надежны и удобны в эксплуатации при максимальной экономии пространства между модулями. Ключевые слова: солнечная энергия, солнечный модуль, отражатели солнечной энергии, электроэнергия, солнечное излучение, отражатели солнечного излучения, коэффициент использования установленной мощности
Ключевые слова
Введение. Модель детерминированной оптимизации топологии способна привести к единому решению для пространства проектирования, а модель оптимизации топологии на основе надежности позволяет получить несколько макетов топологии на основе надежности с высокими уровнями производительности. Целью данной работы является разработка двух стратегий, которые могут предоставить исследователю две категории полученных топологий. Материалы и методы. Разработаны два альтернативных подхода, базирующиеся на обратной оптимальной безопасности: первый именуется объективным подходом IOSF, а второй - подходом IOSF, основанным на характеристиках. При работе с мостовыми конструкциями не следует игнорировать неопределенность входных параметров (граничных условий, свойств материала, геометрии и т. д.), а также выходных параметров (соответствия и пр.). Анализ чувствительности, являющийся основной идеей разработанных подходов, показывает роль каждого параметра в производительности конструкции. Выбор области оптимизации важен для того, чтобы можно было исключить материал, не влияя на производительность конструкции. Результаты исследования. Представлены два численных приложения на двухмерной мостовой структуре, показывающие эффективность разработанных подходов. После анализа уровня надежности можно сказать, что модель оптимизации топологии на основе надежности приводит к двум различным конфигурациям относительно детерминированной оптимизации топологии. При увеличении уровней надежности количество материалов уменьшается, что приводит к увеличению числа отверстий в конструкциях. Обсуждение и заключение. В дополнение к упрощенной реализации разработанные альтернативные подходы можно рассматривать как два порождающих инструмента для создания разных категорий (семейств) решений, в которых представлен альтернативный выбор между двумя функциями (задача/производительность).