Введение. Для пропашных культур оптимальной формой площади питания является квадратная, которая обеспечивается квадратно-гнездовым способом посева. В настоящее время из-за высокой металлоемкости и низкой производительности этот способ посева заменен на пунктирный. Но это не решает задачу рационального распределения семян на поле, и проблема точного размещения растений с оптимальной квадратной формой площади питания остается актуальной. Целью исследования является разработка и анализ имитационной модели квадратно-гнездового посева на основе алгоритма управления исполнительными механизмами секций сеялки с применением устройств для локального координирования посевного агрегата. Материалы и методы. Рассмотрен программируемый квадратно-гнездовой посев с применением локального координирования посевного агрегата и алгоритм для его осуществления. Описано построение имитационной модели посева в программной среде Simulink Matlab с обоснованием ее элементов. Учтены разброс семян в борозде и переменная величина скорости сеялки. Теоретически обосновано количество импульсов на один оборот вала энкодера. Результаты исследования. Построены графики пройденного пути, координаты позиций открытия заслонок и сигналов управления в зависимости от времени. Проведен анализ настроек энкодера. При изменении шага посева и координат первого открытия заслонок отклонение последнего гнезда семян варьируется в диапазоне от -2,6 ∙ 10-3 до 2,7 ∙ 10-3 м. С увеличением скорости сеялки от 1,5 до 3,0 м/с математическое ожидание отклонений гнезд семян увеличивается от 0,054 до 0,218 м, а коэффициент вариации снижается с 61,2 до 15,0 %. Обсуждение и заключение. Анализ имитационной модели квадратно-гнездового посева показал, что алгоритм управления исполнительными механизмами вместе с системой локального координирования работает адекватно и обеспечивает высокую точность размещения гнезд семян на поле. Определены зависимости оптимального количества импульсов на один оборот вала энкодера от заданного шага посева и радиуса путеизмерительного колеса. Выяснено, что величина максимального отклонения последнего гнезда семян не превышает 2,7 мм на 1 000 м (при x = 0,3 м и t = 0,7 м). Установлено, что точность распределения гнезд семян на поле определяется в большей степени скоростью сеялки, нежели настройками измерительного устройства.
Инженерные технологии и системы
2020. — Выпуск 4
Содержание:
Введение. Урожайность яровой пшеницы в значительной мере зависит от сорта, качества посевного материала, технологии возделывания и агроклиматических факторов. Установлено, что разделение семян пшеницы на фракции позволяет повысить уровень послеуборочной обработки, скорректировать качество зерна в зависимости от целевого назначения, а посев - увеличить урожайность. Целью статьи является исследование мембранного потенциала на оболочках зерен пшеницы, разделенных на фракции по аэродинамическим свойствам, сопоставление определенных признаков мембранного потенциала с аэродинамическими свойствами этих зерен и с урожайностью выбранных сортов. Материалы и методы. Семена, разделенные на фракции, отличаются разными посевными качествами. Биологически неполноценные семена дают плохую всхожесть. Проведенный обзор свидетельствует о том, что разделение семян на фракции дает положительные тенденции в повышении урожайности, однако основными показателями качества остаются всхожесть и энергия прорастания, поэтому был разработан подход, который позволит определить качество семян пшеницы, разделенных на фракции. Результаты исследования. Проведено исследование изменения мембранного потенциала семян пшеницы, разделенных на фракции по аэродинамическим свойствам. Представлены результаты апробации схемы включения зерна пшеницы в электрическую цепь с плоскими поверхностями электрода-зажима. Для исследования влияния сорта пшеницы, аэродинамических свойств зерен и урожайности на изменения мембранного потенциала были проанализированы следующие признаки: уровень потенциала покоя; 10-процентное время нарастания вариабельного потенциала; максимальное значение вариабельного потенциала. Обсуждение и заключение. В результате двухфакторного дисперсионного анализа результатов исследования определены новые информативные показатели, которые достоверно отражают аэродинамические свойства семян и могут быть использованы для прогнозирования урожайности. Использование полученных результатов позволит сельскохозяйственным предприятиям, фермерским хозяйствам определить качество послеуборочной обработки семян пшеницы, скорректировать качество в зависимости от целевого назначения, выполнить оценку и прогноз урожайных свойств со стороны семенного материла.
Ключевые слова
Введение. В настоящее время в различных областях техники бронза, чугун и другие металлы антифрикционного назначения заменяются полимерными композитами, обеспечивающими существенно больший ресурс трибосопряжений. Перспективным антифрикционным полимером является сверхвысокомолекулярный полиэтилен. Работа посвящена определению оптимальных удельных энергозатрат на механоактивацию сухосмешанных порошков данного полимера и наномодификаторов в планетарно-шаровой мельнице Pulverisette 7, обеспечивающих достижение лучшего комплекса физико-механических и реологических свойств нанокомпозитов. Материалы и методы. В работе использованы сверхвысокомолекулярный полиэтилен марки ГУР 4120 Ticona с молекулярной массой 5 млн г/моль, концентрат Tuball Matrix Beta активированных углеродных нанотрубок в концентрации 0,1 % в пересчете на углеродные нанотрубки и гидрофобный нанокристаллический диоксид кремния с дисперсностью 20 нм в такой же концентрации. Совместная механоактивация порошков полимера и наномодификаторов с варьированием удельных энергозатрат проводилась в планетарно-шаровой мельнице Pulverisette 7. Изготовление пленок из порошков для исследования упруго-прочностных и реологических характеристик нанокомпозитов проводилось на гидравлическом прессе Gibitre. Испытания проведены на разрывной машине UAI-7000 М и реометре Haake MARS III соответственно. Результаты исследования. Установлено, что при удельных энергозатратах на механоактивацию 3 000-3 200 Дж/г достигается лучший комплекс физико-механических и реологических свойств нанокомпозитов, что позволяет считать их оптимальными. Механоактивация порошка сверхвысокомолекулярного полиэтилена при незначительном снижении модуля упругости и предела прочности термопрессованных образцов не оказывает влияния на динамическую вязкость расплавов при энергозатратах 650-4 550 Дж/г. Обсуждение и заключение. Введение углеродных нанотрубок и нанокристаллического диоксида кремния в концентрации 0,1 % позволяет значительно улучшить физико-механические и реологические свойства полимера в планетарно-шаровых мельницах при энергозатратах 3 000-3 200 Дж/г на механоактивацию. Более эффективным модификатором является нанокристаллический диоксид кремния, что объясняется его лучшим диспергированием в полимерной матрице из-за меньшей склонности наночастиц к агломерации.
Ключевые слова
Введение. Шелушение перед помолом увлажненного зерна позволяет удалить с поверхности большую часть внешних оболочек с находящимися на них загрязнениями. Наиболее распространенными в настоящее время машинами для шелушения являются устройства, работающие по принципу «сжатие и трение», в которых зерновки перемещаются по фрикционным поверхностям рабочих органов. Целью данного исследования является установление и выбор конструктивных и кинематических параметров рабочих органов машины, при которых наиболее эффективно выполнялся бы процесс шелушения; проведение энергетической оценки процесса шелушения зерна. Материалы и методы. Для определения зависимости конструктивных и режимных параметров машины от угла наклона и угла высштамповки ситового цилиндра была составлена схема движения зерновки по наклонному цилиндру с использованием элементов теории движения точки по шероховатым поверхностям. Движение зерновки по поверхности цилиндра рассмотрено методами аналитической динамики. Результаты исследования. Выражены значения геометрических параметров положения частицы в точке А в функции от угла наклона цилиндра α и угла, характеризующего форму наклонной линии высштамповки цилиндра β. Проведена энергетическая оценка процесса шелушения зерна. При радиусе ситового цилиндра R0 = 0,135 м, ширине рабочего кольцевого зазора к = 0,01 м, длине цилиндра L = 0,4 м, горизонтальном расположении цилиндра, угловой скорости вала ω = 90 рад/с, угле наклона высштамповки β = 22º расчетная мощность составила Р = 4,5 кВт. Обсуждение и заключение. В результате проведенного анализа траектории движения зерна, находящегося на поверхности цилиндра, были получены выражения, связывающие форму наклонной линии высштамповки цилиндра, характеризуемую углом β, с углом наклона α и радиусом R0 цилиндра, угловой скоростью вала и фрикционными свойствами зерна. Полученные аналитические зависимости могут быть использованы для приближенного определения конструктивных и кинематических параметров шелушильной машины.
Ключевые слова
Введение. Повышение эффективности сельскохозяйственных работ, перемещение людей и грузов в условиях бездорожья невозможно без создания новой, высокоэффективной внедорожной техники, обладающей низким давлением на опорную поверхность. Универсальность применения данной техники накладывает на ее конструкцию дополнительные ограничения, связанные с обеспечением безопасности движения на дорогах общего пользования. Так, для обеспечения необходимой эффективности торможения при применении колес увеличенного диаметра требуются изменения в конструкции тормозных механизмов, так как для развития стандартного тормозного усилия, в соответствии с техническим регламентом о безопасности колесных транспортных средств, на колесах увеличенного диаметра нужно развитие большего тормозного момента. Материалы и методы. В статье предложена модель расчета параметров торможения транспортно-технологических машин сельскохозяйственного назначения, оснащенных колесами сверхнизкого давления. Модель отличается от применяемых ранее тем, что выходным параметром в ней является не эффективность торможения, а разница во времени возникновения блокировки передней и задней осей. Результаты исследования. Выполнение условия опережающей блокировки передней оси обеспечивает устойчивость движения трактора при экстренном торможении, что положительным образом сказывается на безопасности дорожного движения. Полученные результаты позволяют утверждать, что для обеспечения безопасности движения данной техники, оснащенной шинами сверхнизкого давления по дорогам общего пользования, необходимо, чтобы соотношение расстояния от центра масс до передней оси было как минимум не меньше, чем расстояние от центра масс до опорной поверхности движения. Обсуждение и заключение. Предложенная математическая модель показала свою адекватность. Полученные зависимости позволяют обосновать разные технические решения для обеспечения безопасности дорожного движения транспортно-технологических машин сельскохозяйственного назначения, оснащенных шинами сверхнизкого давления. Так, предельно допустимая величина высоты центра масс может быть принята равной 90 % от расстояния от расположения центра масс транспортно-технологической машины сельскохозяйственного назначения до его передней (управляемой) оси.
Ключевые слова
Введение. В статье решены проблемные вопросы по снижению силовых параметров при обработке тонкостенных втулок гидросистем сельскохозяйственных машин путем наложения ультразвуковых колебаний на режущий инструмент для достижения заданной точности обработки и шероховатости поверхности деталей. Материалы и методы. В работе использованы положения технологии ультразвукового резания. Для оценки изменения силы резания в тангенциальном направлении было разработано специальное приспособление для сообщения режущему инструменту ультразвуковых колебаний в тангенциальном направлении и проведены соответствующие эксперименты. Результаты исследования. Готовится к реализации модернизация токарно-винторезного станка со специальным устройством для осуществления процесса ультразвукового резания тонкостенных деталей невысокой жесткости. Модернизированный станок состоит из блоков обработки и измерения данных экспериментальных исследований, соединенных с персональным компьютером. Модернизированный станок позволяет дать оценку изменению сил резания при традиционном точении и ультразвуковом резании для реализации заданной точности и шероховатости процесса обработки поверхности детали. Обсуждение и заключение. Обработка деталей невысокой жесткости в рамках рассматриваемой технологической системы на модернизированном оборудовании показала, что при эффективных условиях изготовления тонкостенных втулок сельскохозяйственных машин (глубине резания и скорости резания) снижается радиальная и тангенциальная составляющие силы резания, что позволяет уменьшить энергозатраты процесса резания и стабилизировать качество обработки.
Ключевые слова
Введение. Транспортный процесс - это изменение места положения материалов. При этом, если перемещение груза между пунктами осуществляется напрямую, исключая технологические (полевые) операции, данный процесс можно рассматривать как чисто транспортный в виде частного случая транспортно-производственного процесса. В связи с этим предлагается этот процесс считать компонентом транспортно-технологического процесса, что в свою очередь требует корректирования применяемых методов нормирования работ. Целью исследования является разработка математической модели и алгоритма, позволяющих привести к единообразию расчет производительности разных видов, типов транспортных и транспортно-технологических средств на основании формулирования зависимости составляющих производительности от мощности средства как их основного классификатора. Материалы и методы. Определение норм выработки осуществлялось методами экстраполяции, интерполяции или аппроксимации по их расчетной производительности. Наряду с этим для определения экстремумов использовался классический метод дифференцирования функций. Результаты исследования. При длине транспортировки удобрений по прямоточной технологии LГ = 9 км и дозе внесения U = 0,06 кг/м2 получены следующие значения производительности (выработки) технических средств: а) для транспортных средств при доставке удобрений в хранилище автомобилем Урал-432065 (кузов) W = 9,1 т/ч, W = 6,3 т/ч для трактора с прицепом МТЗ-82.1+2ПТС-6; б) для транспортно-технологических средств при транспортировании и распределении удобрений автомобилем Урал-432065 (разбрасыватель Аmazone) W = 5,5 т/ч, W = 3,9 т/ч для трактора с разбрасывателем МТЗ-82.1+РУМ-6. Обсуждение и заключение. На основании анализа методик обоснована необходимость унификации, расчета нормированных объемов работ, выбора состава, сравнения эффективности использования мобильных средств в случае их функционирования в качестве как транспортного, так и транспортно-технологического назначения. В основе способа определения норм выработки лежит вывод зависимостей вне- и внутрицикловых составляющих баланса времени смены от мощности двигателя мобильного средства. Иллюстрируется блок-схема алгоритма расчета эксплуатационных показателей мобильных средств. Реализация алгоритма приводится на примере использования специализированного автомобиля на транспортных и транспортно-технологических операциях.
Ключевые слова
Введение. Необходимость классификации состояний рельсовых линий в условиях воздействия на чувствительный элемент датчика информации значительных возмущающих факторов с гарантированным обеспечением качества классификации при необходимой длине рельсовых линий участка контроля формирует задачу создания классификатора с расширенными функциональными возможностями. Для этого используются многомерные образы состояний с множеством информативных признаков, обучающих процедур моделей классификации. Применение классического принципа классификации с единственной моделью приводит к чрезмерному усложнению алгоритма группирования с невысокой точностью из-за неверного решения системы условных уравнений при многомерной аппроксимации многочленами Эрмита. Материалы и методы. Для решения поставленной задачи рассмотрены принципы сокращения размерности признакового пространства, процедуры обучения классификатора состояний с многомерными образами, выбора решающих правил классификации с иерархической группировкой классов, а также формирования множества моделей различной степени сложности, обученных решением несовместной системы уравнений. Благодаря применению в качестве моделей многочленов Эрмита в работе получены модели классификаторов состояний рельсовых линий различной степени сложности, используемые в адаптивном алгоритме. Результаты исследования. В статье представлены результаты формирования 57 моделей классификаторов с использованием многочленов Эрмита с признаками (аргументами) по 2, 3, 4, 5, 6. В качестве примера показана процедура формирования моделей с 2-6 признаками. Результаты исследований показали, что с увеличением количества признаков качество классификации улучшается, как при делении пространства состояний на несколько классов. Обсуждение и заключение. Результаты проведенных исследований подтверждают реализуемость принципа классификации состояний рельсовых линий множеством моделей классификации и алгоритм рекуррентного повышения сложности классификации путем использования модели повышенной сложности. Критерием предъявления новой, более сложной модели является несовпадение результатов вычисления класса i-й моделью и реальным классом, в котором находится рельсовая линия в рассматриваемый момент времени.
Ключевые слова
Введение. Рациональная утилизация сельскохозяйственной техники, отработавшей свой ресурс, является актуальной проблемой современного агропромышленного комплекса. В связи с этим реализация мероприятий по использованию физической модели утилизации отработавшей сельскохозяйственной техники является решением проблемы вторичного использования ресурсов. Материалы и методы. Статистические исследования экспериментальных данных и получение регрессионной модели осуществлялось с использованием метода парного линейного регрессионного анализа. С применением регрессионного уравнения проведен расчет значений показателя утилизируемости по всему номенклатурному составу сельскохозяйственной техники, а также его среднего значения. Результаты исследования. На основании анализа показателей технического состояния высвобождаемых изделий установлено, что для создания концептуальной модели утилизируемости сельскохозяйственной техники предпочтительно использовать четыре основные группы показателей: техническое состояние, материалоемкость, технологичность и безопасность комплектующих. Предложенная группа определяет возможность проведения утилизации объекта, придавая ему общее свойство утилизируемости. Приведены результаты исследований влияния показателей сложности конструкций и технического исполнения, состояния и номенклатурного-количественного состава сельскохозяйственной техники на показатель ее утилизируемости. Обсуждение и заключение. По результатам исследований разработана концептуальная физическая модель утилизируемости сельскохозяйственной техники, позволяющая планировать мероприятия по утилизации различных видов сельскохозяйственной техники при проведении сопоставительного анализа всего номенклатурного состава с наибольшей эффективностью. Принятые ограничения позволяют проводить оценку технического состояния и утилизируемости сельскохозяйственной техники с использованием концептуальной физической модели утилизируемости. Установлены закономерности между временем хранения, сложностью технического исполнения, материалоемкостью, количественным составом (объемом утилизации) и показателем утилизируемости сельскохозяйственной техники.
Ключевые слова
Введение. Ресурс почворежущих рабочих органов зависит от характеристик материалов, из которых они изготовлены. В частности, важными параметрами, влияющими на работоспособность и долговечность деталей почвообрабатывающих орудий, являются значения и отношения коэффициентов относительной износостойкости материалов двухслойных деталей, как правило, упрочняющего наплавленного слоя и материала основы (стали). Установлено, что характеристики относительной износостойкости материалов почворежущих деталей меняются в зависимости от свойств обрабатываемой почвы. Целью исследования стало изучение влияния почвенных условий на значения коэффициентов относительной износостойкости материалов двухслойных почворежущих деталей и сравнительная оценка их ресурса и эффективности применения. Материалы и методы. Приведена обобщающая зависимость пропорциональности износа значениям действующих удельных давлений. Даны характеристики изнашивающей способности почв. Научно обосновано изменение характеристик износостойкости материалов при различных значениях удельных давлений. Результаты исследования. Представлены результаты эксплуатационных ресурсных испытаний и исследований двухслойных и монометаллических почворежущих рабочих органов в различных почвенных условиях. Определено влияние значений действующих удельных давлений на коэффициенты относительной износостойкости материалов деталей почвообрабатывающих машин. Обсуждение и заключение. Выявлено, что коэффициенты относительной износостойкости материалов представляют собой не постоянную величину, а меняются в зависимости от действующих поверхностных удельных давлений. Установлена связь величин удельных давлений с параметрами почвенных состояний, в частности с твердостью почвенного пласта. При увеличении твердости обрабатываемой почвы коэффициенты относительной износостойкости различных материалов сближаются. Разница варьируется от 1,80 до 1,85 раза.
Ключевые слова
Введение. Целью работы является разработка основных положений цифровизации процессов организации диагностики и ремонта сельскохозяйственной техники. Материалы и методы. Спецификой функционирования сельскохозяйственной техники является работа в крайне неблагоприятных условиях, таких как значительное загрязнение абразивом (элементами грунта, пылью и др.), работа в условиях незащищенности от природных условий, напряженная работа в течение смены и др. Вследствие перечисленных факторов регулярно возникает необходимость в организации профилактических и ремонтных работ. Эти факторы в значительной степени удлиняют сроки проведения ремонтно-восстановительных работ, что негативно отражается на эффективности. Проведенный обзор состояния формирования информационной среды для планирования и распределения сельскохозяйственной техники по ремонтным предприятиям показал, что этот вопрос недостаточно проработан. Авторы предлагают свой вариант решения задачи рационального распределения сельскохозяйственной техники для проведения ремонтно-восстановительных работ. Результаты исследования. В данной статье установлены основные положения формирования структурных связей баз данных, используемых при нахождении рациональных решений организации ремонтно-восстановительных работ сельскохозяйственной техники. В связи с тем, что решение подобной задачи является трудоемким и осуществляется в условиях, динамически меняющихся во времени, предложена математическая модель производственной среды ремонтных организаций, которая реализуется средствами вычислительной техники. Определены требования к моделям, описывающим состояние производственной системы ремонтных организаций. Предложена модель обобщенной производственной системы. Обсуждение и заключение. Разработка, представленная в данной статье, позволяет повысить уровень автоматизации процессов распределения сельскохозяйственной техники по рабочим местам производственной системы ремонтных предприятий. Реализация подхода к планированию и распределению ремонтируемой сельскохозяйственной техники по рабочим местам ремонтных предприятий позволит повысить эффективность ремонтных работ, их качественные параметры, сократить время, оптимизировать структуру технологического оборудования ремонтных предприятий.