Введение. Накопленные объемы органосодержащих непереработанных отходов в России увеличиваются. Существующие технологии позволяют перерабатывать такие отходы путем анаэробного сбраживания с получением биогаза и удобрений. Органическая часть отходов, в большинстве своем, состоит из трудноразлагаемых лигнина, целлюлозы и внеклеточных полимеров, затрудняющих анаэробную переработку. Для обеспечения биодоступности сырья для микроорганизмов и более глубокого разложения необходимо проводить предварительную обработку. Существует множество вариантов различных видов обработки, имеющих свои особенности воздействия на сырье. Для более ясного понимания процессов предварительной подготовки органического сырья перед анаэробным сбраживанием и повышения качества принимаемых решений необходимо выявить и систематизировать методы предварительной обработки. Материалы и методы. Предметом исследования является воздействие методов, способов и частных приемов предобработки на анаэробное сбраживание. Основной метод исследования - анализ данных по применению различных методов для повышения биодоступности и степени разложения органических веществ отходов при анаэробном сбраживании. Результаты исследований. Разработана схема подготовительных операций и методов предобработки органических отходов перед анаэробным сбраживанием. Выявлено, что каждый метод (механический, термический, электромагнитный, химический, биологический и комбинированный) содержит множество способов, которые подразделяются на частные приемы. Описаны механизмы воздействия, улучшающие дальнейшую переработку. Обсуждение и заключение. Выбор того или иного метода и способа предобработки зависит от цели и выполняемых задач, физического и химического состава сырья, доступа к энергетическим, биологическим и химическим ресурсам. Преимущества и недостатки различных методов необходимо более подробно изучать и ранжировать на частные способы по энергетическим затратам и эффекту, который они дают. В ходе сопоставления результатов исследований выявлены недостатки и трудности.
Инженерные технологии и системы
2022. — Выпуск 1
Содержание:
Введение. Для организации системы безопасности автоматизированных технологий агропроизводства необходимо изучить проблему защиты средств автоматизации. Цель работы - обоснование нормативно-методических положений безопасной эксплуатации автоматизированной технологии регулирования мелиоративного режима агроэкосистемы на уровне хозяйствующего субъекта. Материалы и методы. Исследование базируется на ключевых положениях информационно-аналитического подхода. В ходе работы собраны и проанализированы нормативно-методические документы, систематизирован опыт хозяйствующих субъектов в сфере информационной защиты автоматизированных технологий. Были обобщены требования законодательных актов к промышленной безопасности объектов производства. Результаты исследований. Сформулированы задачи информационной и физической защиты систем автоматизированного управления мелиоративным агропроизводством. Систематизированы и охарактеризованы факторы информационной защиты: обновление программного обеспечения, управление доступом и внедрение паролей, регулирование инцидентов, контроль над сетевыми решениями, обучение персонала. Представлены требования к физической защите автоматизированных систем агропроизводства, соответствующие законодательным актам промышленной безопасности. Определена функциональная структура системы физической защиты автоматизированной системы управления технологическими процессами мелиоративного комплекса. Обсуждение и заключение. Применение сформулированных в работе рекомендаций поможет сохранить интеллектуальную собственность и коммерческую тайну, обезопасить персональные данные, обеспечить защиту информационных ресурсов, решить проблему безопасности информационных систем.
Ключевые слова
Введение. В настоящее время актуален вопрос производства оздоровительных молочных продуктов. Цель исследования - разработать технологию производства молочного продукта с заданной консистенцией, сбалансированным витаминным составом, обогащенным микроэлементами и антиоксидантами, и оптимизировать параметры процессов пастеризации и дробления косточек без попадания частиц скорлупы в продукт. Материалы и методы. Объектом исследования являются технология производства лечебно-оздоровительного продукта на молочной основе, процессы пастеризации молока и дробления компонента зизифуса без повреждения косточек. Для этого важно выбрать оптимальные конструктивно-режимные параметры дробилки. Методика проведения эксперимента на роторной дробилке заключалась в контроле скорости вращения ротора и зазора между подвижными и неподвижными ребрами дробилки. Предложена конструктивная схема, позволяющая производить измельчение плодов без повреждения косточки. Результаты исследования. Полученные данные позволили сформулировать рекомендации по оптимизации температуры пастеризации исходного молочного сырья с точки зрения формирования заданных реологических свойств. Предложено использовать пектинсодержащие плоды зизифуса для формирования необходимой консистенции йогурта (кефира). Определены кинематические показатели работы устройства для дробления плодов зизифуса без повреждения косточек. Обсуждение и заключение. Анализ зависимости вязкости продукта от температуры пастеризации показывает, что максимальная вязкость продукта получается при температуре пастеризации 81-85 °С. Чтобы предотвратить разрушение скорлупы косточек при отделении мякоти, скорость ребер дробилки не должна превосходить характерной скорости косточек, то есть находиться в диапазоне от 4,5 до 10,5 м/с.
Ключевые слова
Введение. Цель исследования - разработка комплексной методики расчета и ее апробация на материале пилотных свинокомплексов для подтверждения достоверности расчетов. Методика необходима для объективного учета движения питательных веществ на уровне хозяйства и корректировки доз внесения полученного твердого и жидкого органического удобрения на основе применяемых севооборотов, агрохимического анализа почв и конкретных культур для получения запланированного урожая. Материалы и методы. Расчеты содержания общего азота и общего фосфора в свином навозе до сепарации и в полученных твердой и жидкой фракциях осуществляли по разработанной методике. При этом использовали коэффициенты из соответствующих нормативных документов и результатов предыдущих исследований. Отбор исходного материала проводили в трех повторах на двух свинокомплексах замкнутого цикла, расположенных в Ленинградской области. Экспериментальные данные были статистически обработаны в программе StatGraphics Centurion v.16. Результаты исследования. Рассчитанные значения содержания питательных элементов в навозе до сепарации и в его твердой и жидкой фракциях сравнили с результатами лабораторных исследований физико-химического состава навоза и его фракций, полученных на выбранных свиноводческих комплексах. Разница между расчетными и средними фактическими значениями по всем рассмотренным показателям не превышала 10 %, причем различия по азоту оказались намного больше (до 10 %), чем различия по фосфору (до 5,7 %) в твердой и жидкой фракциях свиного навоза. Обсуждение и заключение. Выявленные различия можно объяснить допустимой погрешностью приборов и неоднородностью исходного сырья - смеси экскрементов с технологической водой. Результаты исследования подтвердили, что разработанный метод достоверен и его можно использовать для учета питательных веществ в получаемых твердых и жидких органических удобрениях при расчете и корректировке доз их внесения под определенные культуры для получения заданного урожая и снижения негативного воздействия на окружающую среду.
Ключевые слова
Введение. Развитие технического обеспечения сельскохозяйственного производства подразумевает создание новых рабочих органов и машин для обработки почвы, их совершенствование и исследование. Этот процесс связан с применением почвенных каналов и экспериментальных установок, помогающих определить характер взаимодействия рабочих органов и колесных движителей сельскохозяйственных машин, в том числе средств малой механизации, с почвой. Целью данного исследования является обоснование конструкции стенда для испытаний рабочих органов почвообрабатывающих агрегатов и колес транспортно-технологических машин в агропромышленном комплексе. Материалы и методы. С целью получения достоверных экспериментальных данных взаимодействия колесных движителей средств малой механизации с почвой был дан анализ базовой конструкции экспериментального стенда для исследования рабочих органов сельскохозяйственных машин. Определены требования, предъявляемые к экспериментальному стенду. Разработан и изготовлен экспериментально-измерительного комплекс «Почвенный канал» на базе производственных площадей кафедры мобильных энергетических средств и сельскохозяйственных машин имени профессора А. И. Лещанкина Института механики и энергетики МГУ им. Н. П. Огарёва. Результаты исследования. Проанализирован подвижный модуль экспериментального стенда, обосновано техническое решение по обеспечению равномерности его движения и произведен выбор типоразмера электромагнитного порошкового тормоза. Разработана кинематическая схема и опытный образец подвижного модуля экспериментального стенда для исследования ведущих колес мотоблоков. Обсуждение и заключение. Усовершенствование конструкции почвенного канала путем внедрения в него съемного модуля обеспечит проведение испытаний не только активных, тяговых и тягово-приводных рабочих органов почвообрабатывающих машин, но и позволит исследовать характер взаимодействия их ведущих колес с почвой, осуществляя одновременный контроль силы тяги и буксования. Эти данные могут быть использованы для модернизации существующих машин и рабочих органов, а также для разработки новых агрегатов.
Ключевые слова
Введение. Технологическая операция высева семян в селекционно-семеноводческом процессе играет одну из ведущих ролей. Ее точное выполнение является важнейшим агротехническим требованием, предъявляемым к посевным машинам для селекции и первичного семеноводства. Цель исследования - определение основных агротехнических показателей селекционной сеялки «Деметра». Материалы и методы. В ходе исследований применялись методы натурного эксперимента в лабораторных и полевых условиях. Определялись основные агротехнические показатели технологического процесса высева семян сеялкой. Результаты исследования. В результате исследований были определены основные агротехнические показатели сеялки: минимальная и максимальная высевающая способность сеялки и фактическая норма высева семян, отклонение высева от заданной нормы, неравномерность высева семян по семяпроводам, неустойчивость общего высева семян, а также дробление семян, глубина заделки семян при оптимальном заглублении сошников, количественная доля семян, заделанных на заданную глубину, высота гребней после прохода агрегата, число всходов и относительная полевая всхожесть. Обсуждение и заключение. Установлено, что сеялка селекционная «Деметра» с высокой точностью обеспечивает качественное выполнение технологического процесса высева семян установленной нормы как для минимальной (1,95 м), так и для максимальной (32,92 м) длины делянки. Отклонение фактического высева от заданного на культурах составляет 0,02-0,54 %. Неравномерность высева по культурам составляет 0,22-1,53 %. При этом неустойчивость общего высева по культурам варьировалась в пределах 0,1-1,1 %. Высота гребней после прохода сеялки составляет 2,6-3,0 см. Семена, не заделанные в почву рабочими органами сеялки, отсутствуют. Относительная полевая всхожесть по возделываемым культурам составляет 82,3-96,9 %.
Ключевые слова
Введение. Статья посвящена повышению эффективности энергонезависимых систем теплоснабжения в сельском хозяйстве на основе использования теплоутилизатора с тепломеханическим преобразователем энергии. Наиболее перспективным является тепломеханический преобразователь энергии с термодинамическим циклом периодического действия для привода мембранного насоса. Для отопительных приборов и котлов использование пульсирующего режима движения теплоносителя дает двойной эффект: увеличивает теплопередачу и снижает образование отложений на теплопередающих поверхностях. Материалы и методы. С использованием термодинамического метода, а также возможности импульсных технологий разработаны замкнутый цикл и устройство периодического действия, в котором последовательно реализуются три термодинамических процесса: изохорное нагревание и испарение рабочего вещества; адиабатическое совершение работы; изобарная конденсация. Построены термодинамические циклы для пяти известных рабочих веществ (R11; R21; R113; R114; R123) на lgP-h диаграммах термодинамического состояния и рассчитаны их параметры в характерных точках. Результаты исследования. Выполнено частотное согласование тепломеханического преобразователя с гидравлическими параметрами теплоисточника и теплопотребляющей установки. Такое согласование проводилось на частотных характеристиках. Для описания гидродинамики системы теплоснабжения применялась система дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами, которая решалась с использованием преобразования Лапласа. Установлена рациональная частота колебаний потока теплоносителя в пределах 1,38-2,76 рад/с. Обсуждение и заключение. Предложена схема системы теплоснабжения с независимым присоединением теплопотребляющих установок к теплоисточнику. На примере теплоисточника мощностью 100 кВт получены графические зависимости минимальных давлений на теплоисточнике от изменения расхода теплоносителя и активного гидравлического сопротивления тепловой сети. Разработан алгоритм определения приращения мощности от использования теплоутилизатора с тепломеханическим преобразователем. Установлено, что эффективность от такого теплоутилизатора будет выше на котлах малой мощности.
Ключевые слова
Введение. Основная причина кризисного состояния льноводства - потери волокнистой части при ее выделении из урожая. Это происходит из-за избыточной растянутости стеблей в слое. Установлено, что уменьшать растянутость наиболее удобно в поле при оборачивании лент стеблей путем нанесения ударов по комлевой части слоя в направлении осей стеблей. В статье предложено использовать для этой цели подборщик-оборачиватель с наклонным комлеподбивателем конвейерного типа. Цель исследования - повышение эффективности процесса выравнивания лент льна путем комлеподбивания стеблей при их оборачивании. Материалы и методы. Отмечено, что максимальный эффект обеспечит встречный удар в направлении осей стеблей. Для этого скорость движения комлеподбивающей поверхности относительно слоя тресты в поперечном к осям стеблей направлении должна иметь постоянное нулевое значение. Указанный режим может быть реализован конвейером с роликовыми активаторами. Отмечен случайный характер условий работы машинных агрегатов в поле, что является дополнительной помехой для обработки лент стеблей предложенным способом. Поэтому при проектировании комлеподбивателей рекомендовано использовать вероятностный и графоаналитический методы расчета. Результаты исследования. С помощью графоаналитического метода получена вероятностная модель, связывающая кинематику предложенного устройства с вероятностью нанесения встречных ударов по комлям стеблей. При этом установлено, что двухроликовые активаторы в совокупности с наклоном комлеподбивающей поверхности обеспечат ярко выраженные ударные воздействия, увеличат скорость и вероятность их нанесения. Экспериментальным путем обоснованы параметры и режимы работы наклонного комлеподбивателя конвейерного типа. Обсуждение и заключение. Применение предложенного способа, с учетом полученных результатов, позволит уменьшить растянутость стеблей льна в лентах на 5,6 % за одно оборачивание и выход длинного волокна на 2,5-3,0 %.
Ключевые слова
Введение. Ускоренное внедрение современной электроники способствует повышению эффективности сельскохозяйственной деятельности. Цель исследования - разработка автоматизированных машин для возделывания, уборки и послеуборочной обработки овощных культур и картофеля с цифровыми системами управления. Материалы и методы. Описана методика проведения аналитических исследований разработки автоматизированных машин для обработки почвы, посадки, уборки и послеуборочной обработки с автоматизацией отдельных технологических операций. Данная методика базируется на комплексной оценке качества выполнения технологических операций на основе количественных критериев оптимизации. Результаты исследования. Установлено, что для разработки системы управления и контроля технологического процесса необходимо обеспечивать автоматическую регулировку основных технологических параметров машин. К показателям оценки машин для посадки следует отнести равномерность плотности почвы при заделке посадочного материала, при регистрации силового воздействия рабочего органа на почвенный слой ниже или выше заданных границ поля допуска плотности почвы. Для уборочных машин важным критерием является изменение и поддержание частоты вибрации интенсификаторов сепарации, а для машин для сортирования - распознавание товарной продукции с помощью системы технического зрения в виде камеры. Обсуждение и заключение. Результаты проведенных исследований по разработке алгоритмов и программно-аппаратных средств функционирования отдельных элементов автоматизированных машин позволили обеспечить реализацию сегментов автоматизации по основным операциям производства сельскохозяйственных культур: обработка почвы, посев/посадка, уборка и послеуборочная обработка.