В статье приводится методика определения накопленной потенциальной энергии при импульсном физическом воздействии на семена. Анализ исследований, описывающих влияние импульсных воздействий, вызванных действием ударной волны на всхожесть семян различных культур, показал, что с увеличением ударного воздействия всхожесть семян вначале возрастает, достигая максимума, а затем снижается. При этом максимальная всхожесть наблюдается при различных значениях ударных нагрузок и зависит от размеров семян, сорта, материала ударяемой поверхности и других факторов. Несмотря на различные значения ударных нагрузок, характер протекания кривых всхожести имеет общую особенность. Сначала с ростом ударной нагрузки до некоторого определенного значения всхожесть семян возрастает, достигая максимума, а затем она убывает. При этом характер кривых всхожести имеет одинаковый вид. Это позволяет предположить, что на всхожесть семян и на другие жизненно важные процессы оказывает влияние энергия, накопленная семенами, при импульсном воздействии. На основании проведенных исследований сделан вывод о том, что на всхожесть и на другие жизненно важные процессы семян оказывает влияние накопленная семенами энергия, и существуют определенные режимы внешних импульсных воздействий различной природы (механические, магнитные и т.д.), способствующие увеличению биоэнергетического потенциала семян. В результате проведенных исследований определена накопленная потенциальная энергия и выявлены факторы, влияющие на всхожесть семян при импульсном воздействии. Полученная зависимость для определения накопленной потенциальной энергии при ударном действии внешней нагрузки позволяет рассчитать оптимальные режимы ударного воздействия на семена, способствующие увеличению биоэнергетического потенциала семян.
Вестник аграрной науки Дона
2018. — Выпуск 3
Содержание:
Механическая обработка почвы - одна из наиболее энергоемких операций в земледельческой механике. При этом применяемые технологии почвообработки позволяют выполнять разные технологические операций. Однако в почвообработке нет обоснованных критериев для энергетической оценки технологического процесса обработки почвы. Целью работы является необходимость разработки общего критерия энергетической оценки технологического процесса обработки почвы. В основе исследования лежит понятие нарушения целостной структуры почвенного массива, как результат разрушения не всего почвенного массива, а некоторой ее обрабатываемой части. Рассматривая технологический процесс обработки почвы как систему, показано, что подводимая энергия от трактора, передаваемая рабочим органом почвенной среде, тратится на изменения исходного состояния и получения требуемых свойств обрабатываемого почвенного пласта. Показано, что процесс преобразования подводимой энергии рабочим органом служит показателем оценки расхода энергии, идущей на деформацию обрабатываемого почвенного слоя. Этот показатель является основанием для выбора критерия оценки энергоемкости почвообработки. Рассмотрены составляющие понятия «КПД орудия» для различных типов рабочих органов: пассивные, активные и комбинированные. Установлено, что степень совершенствования применяемой технологии в почвообработке целесообразно оценивать с учетом энергии, затрачиваемой на выполнение агрономически полезной работы. Исходя из этого, составлены расчетные схемы процесса взаимодействия двугранного и трехгранного клина с почвенной средой. Получены составляющие тягового сопротивления клиньев, которые складываются из затрат энергии, обусловленных деформацией, разрушением и транспортированием пласта почвы. Проведен теоретический анализ полученных аналитических зависимостей и показано, что целесообразно обрабатывать почвенный слой до «критической» глубины hкр. Установлено, что доля удельных затрат энергии, расходуемой на процесс разрушения (крошения) почвы, может достигать 35-40% от всех затрат
Ключевые слова
Развитие оборудования для энергосберегающей сушки зерна не утрачивает своей актуальности. Для его эффективной реализации целесообразно применять наиболее перспективные решения в электротехнике, такие как использование различных электротехнологических воздействий. Высокая энергоемкость процессов тепловой обработки зерна при послеуборочной обработке обуславливается как стоимостью энергоносителей, так и связью влаги в зерне. Разработка режимов обработки с применением электротехнологий в общем и электромагнитных полей в частности может позволить снизить себестоимость указанных процессов. Тепловая обработка применяется к зерну различных культур на этапах сушки, обеззараживания, подготовки к скармливанию и т.д. При их разработке необходимо учитывать виды применяемых электротехнологий, таких как, например, инфракрасные (ИК) поля, поля сверхвысокой частоты (СВЧ) и т.д. Таким образом, данная работа направлена на определение диэлектрических свойств (фактора диэлектрических потерь) зерновоздушной смеси. В работе описаны лабораторная установка и эксперимент по исследованию взвешенного слоя зерна. Приведены результаты экспериментальных исследований по определению фактора диэлектрических потерь пшеницы, подвергающейся СВЧ-обработке. Полученные результаты для разных плотностей материала соответствуют общей динамике, но значительно отличаются по уровню. Так, для плотного слоя, что соответствует плотности 660 кг/м3 в диапазоне влажности 11÷30%, коэффициент диэлектрических потерь изменяется в диапазоне 0,18÷0,42; для псевдоожиженного слоя (440 кг/м3) 0,06÷0,15; для взвешенного (220 кг/м3) 0,1÷0,3. В заключение сделаны выводы о возможности применения полученных результатов для дальнейших работ в области тепловой обработки зерна.
Ключевые слова
Интенсификация сельскохозяйственного производства, в частности растениеводства, подразумевает повышение урожайности сельскохозяйственных культур. Увеличить продуктивность растений можно благодаря выявлению скрытого потенциала семян, а следовательно, благодаря улучшению их посевных качеств. Для этого могут использоваться как химические препараты, так и методы физического воздействия. Предпосевная стимуляция семян сельскохозяйственных культур за счет энергии ультрафиолетового излучения является одним из эффективных физических методов улучшения показателей, характеризующих их продуктивные качества. При правильном подборе параметров воздействия оптического излучения на семена, за счёт активизации биофизических процессов, можно добиться наилучших показателей, характеризующих посевные качества семян (энергии прорастания и всхожести). На равномерность, а следовательно, эффективность предпосевной обработки семян существенное влияние оказывают конструктивные особенности установки, в которой проводится такая обработка. Равномерность повышается в случае использования объемных электрооптических преобразователей, в которых семена перемещаются относительно источников излучения под действием силы тяжести. В этом случае поток семян имеет меньшую плотность, а следовательно обладает большим коэффициентом пропускания потока ультрафиолетового излучения. Повышению равномерности обработки способствует снижение коэффициента пульсации потока излучения. Для этого используются соответствующие схемы включения источников, обеспечивающие сдвиг времени между их потоками излучения. По мнению многих исследователей, ультрафиолетовое излучение в диапазоне длин волн 302-365 нм оказывает стимулирующее воздействие на семена сельскохозяйственных культур. Указанный диапазон соответствует области, в которой коэффициент поглощения излучения семенами достигает 80-85%, что также повышает эффективность обработки.
Ключевые слова
Появление на полях страны новых зерноуборочных комбайнов высокой производительности вызвало необходимость решения сложных инженерных задач по разработке способов и методов повышения показателей функционирования их ходовых устройств для улучшения качества выполняемого комбайнами рабочего процесса, снижения часового расхода горюче-смазочных материалов, повышения уровня условий труда операторов, а также уменьшения уплотнения почвы. Целью данной работы является получение сравнительных агротехнологических характеристик ходовых систем зерноуборочных комбайнов, укомплектованных пневматическими шинами с разным строением корда. Предмет научных исследований - закономерности изменения агротехнологических показателей диагональных и радиальных шин типоразмера 30,5-32 ведущих движителей зерноуборочных комбайнов. Метод исследования - экспериментальный с использованием серийного зерноуборочного комбайна, шинного тестера и специально разработанных приспособлений для определения деформаций почвенного опорного основания. Анализом проведённых экспериментальных исследований установлено, что при комплектации комбайна радиальными шинами оказывается меньшее негативное воздействие на почву: средние давления по контуру контакта для исследуемых моделей шин различны: большие у шины 30,5L-32, меньшие у шины 30,5R-32; значения максимальных давлений на почву, полученные по методике ГОСТ 26953-86, показывают, что максимальные давления меньше на 18% у радиальной шины, по сравнению с шиной диагональной конструкции; значения напряжений, возникающих в пахотном горизонте почвы (0-30 см), под действием этих шин более чем на 26% меньше, чем под диагональными шинами; плотность сложения почвы после прохода зерноуборочного комбайна в пахотном горизонте увеличилась по сравнению с фоном почти от 7,8% при комплектации радиальными шинами до 8,6% - диагональными; применение шин 30,5R-32 позволяет снизить энергозатраты при последующей после прохода комбайна пахоте почвы на 20% и более. На основании анализа экспериментальных исследований рекомендуется устанавливать на зерноуборочных комбайнах большой мощности шины радиальной конструкции.
Ключевые слова
Преобразование электроэнергии с применением полупроводниковой техники в системах электроснабжения сталкивается с большими трудностями. Во-первых, это связано с искажением формы, возрастанием гармонических составляющих напряжения и тока. Во-вторых, современные полупроводниковые элементы не способны коммутировать напряжения высокого уровня (свыше 10 кВ). Поэтому работы, направленные на разработку и совершенствование схемных решений преобразователей напряжения и тока, остаются и будут актуальными еще на протяжении долгого времени. В настоящее время к подобным разработкам можно отнести концепции построения многоуровневых инверторов. Данные устройства, с одной стороны, позволяют применять полупроводниковые элементы низкого класса напряжения и с их помощью производить коммутации напряжения высокого уровня, а с другой стороны, дают возможность значительно снизить или вовсе исключить искажение формы выходного сигнала, не прибегая к использованию активных или пассивных фильтров. Анализ работы одного из таких типов инверторов - преобразователя напряжения, построенного на Н-мостовых ячейках, - представлен в данной статье. Рассмотрены схемные решения для обеспечения электроэнергией однофазных и трехфазных потребителей, комбинации работы ключей, позволяющие формировать на выходе устройства переменное напряжение, а также способ построения каскадного инвертора на Н-мостовых ячейках. С помощью программной среды Matlab построена модель пятиуровневого каскадного инвертора на Н-мостовых ячейках, произведено моделирование работы устройства, в ходе которого получены формы выходного напряжения и результаты их спектрального анализа. Полученные результаты моделирования позволяют говорить о привлекательности данной технологии, возможности её использования в высоковольтных электроприводах или в системах электроснабжения. Уже сегодняшние разработки в области преобразования электроэнергии с помощью многоуровневой концепции построения инверторов дают возможность снизить требования к фильтрам на выходе устройства. Дальнейшее развитие этих технологий позволяет и вовсе отказаться от фильтрующих элементов в данных инверторах
Ключевые слова
При выполнении технологических операций мобильная сельскохозяйственная техника воздействует своими движителями на почву. При проходе сельскохозяйственных тракторов и машин в почве возникают нормальные напряжения, которые способствуют уплотнению её в пахотном и подпахотном горизонтах. Снижение негативного влияния на почву зависит от изыскания и реализации мероприятий по созданию на основе каучук-олигомерных композиций высокоэластичных пневматических шин. Объективных данных о влиянии олигомерных шин на агротехнические показатели почвы недостаточно. Целью исследований и испытаний предусматривалось определение агротехнических показателей олигомерных типоразмера 66×43-25 и серийных шин 21,3R24, предназначенных для колёсных тракторов класса 3. Объект исследования - олигомерная шина типоразмера 66×43,00-25 и серийная шина типоразмера 21,3R24. Предмет научных исследований - агротехнические показатели олигомерных шин типоразмера 66×43-25 и серийных шин 21,3R24 ведущих движителей колёсных тракторов класса 3. Метод исследования - аналитически-экспериментальный с использованием шинного тестера и трактора класса 3 с различными вариантами шин. Установлено следующее: олигомерная шина 66×43-25 полностью удовлетворяет, а серийная шина 21,3R24 не удовлетворяет требованиям ГОСТ 26955-86 по показателям, рассчитанным по ГОСТ 26953-86 и ГОСТ 26954-86; величина нормальных напряжений в пахотных горизонтах почвы при проходе олигомерной шины в два раза ниже по сравнению с серийной шиной 21,3R24; на глубине 50 см напряжения при проходе обеих шин одинаковы и составляют 8 и 25 кПа на поле, подготовленном под посев, и на стерне озимой пшеницы соответственно; основное влияние на величину нормальных напряжений в почве на глубине более 40 см оказывает масса, приходящаяся на движитель, а не размеры контактного отпечатка. По агротехническим показателям олигомерная шина для комплектации движителей сельскохозяйственных тракторов является предпочтительней.
Ключевые слова
Предметом исследования является процесс функционирования дисковых рабочих органов и лемеха почвообрабатывающей рыхлительно-сепарирующей машины, которые осуществляют подъём почвы. При перемещении лемеха на малых глубинах (0,03-0,12 м) движение почвы по нему затруднено из-за почвенного валка, образующегося перед лемехом. Почва при этом вспушивается и рассыпается в стороны, не обеспечивая должного подпора, необходимого для перемещения её к рыхлительно-сепарирующему устройству. Для того чтобы почва не сгружалась и не рассыпалась в стороны, с обеих сторон лемеха установлены пассивные вращающиеся диски. Объектом исследования являются дисковые элементы подъемно-подрезающего устройства, которые позволяют существенно повысить эффективность технологического процесса движения почвы по лемеху при одновременном снижении удельной энергоемкости процесса. Исходная информация для обоснования исследования получена путем анализа литературных источников. Определено, что увеличение радиуса параллельно расположенных свободно вращающихся плоских дисков с 0,175 до 0,270 м приводит к повышению толщины слоя почвы на лемехе не более чем на 17%. С увеличением кинематического параметра вращения дисков от 0 до 0,6 сгруживание почвы на лемехе снижается в 2,73 раза, с 0,6 до 1,0 - в 1,25 раз и с 1,0 до 1,2 - в 1,04 раза. Экспериментально доказано, что наибольшее влияние на предельное расстояние между дисками, при котором подъем пласта почвы лемехом осуществляется без заклинивания между ними, оказывает влажность почвы. Актуальность состоит в том, что одновременное использование пассивных дисковых рабочих органов вместе с лемехом позволит усовершенствовать методы предпосевной обработки почвы для улучшения ее агротехнических качеств.
Ключевые слова
Эффективность растениеводческой отрасли в нашей стране напрямую зависит от качества и своевременности проведения послеуборочной обработки зерна, которая является чрезвычайно затратной, трудоемкой и энергоемкой операцией в процессе зернового производства. Для этой операции в основном используются зерноочистительные машины, в конструкции которых используются плоские качающиеся решета. Эффективность работы таких решет зависит от качества очистки отверстий, для этого в конструкции решетного стана зерноочистительной машины используются специальные механизмы очистки решет. В настоящее время для очистки решет в зерноочистительных машинах в основном используются шариковые очистители, которые имеют свои преимущества и недостатки. В качестве альтернативы шарикам, сотрудниками кафедры сельскохозяйственных машин, тракторов и автомобилей Воронежского ГАУ разработан очиститель в виде пружины, использование которого исключает недостатки очистителя. Исследования забиваемости решет с прямоугольными отверстиями 2,6 мм проводили при производительности 20 и 40 т/ч, ширина ячейки была 200 мм и оставалась постоянной. Длину клетки изменяли в пределах от 30 до 70 мм, шариковые очистители и очистители в виде пружин имели диаметр 24,0, 26,0 и 28,0 мм. Вал привода решетного стана имел частоту 400 мин-1 и амплитуду колебаний решетного стана 28,0 мм. Определено, что с увеличением длины ячейки от 30,0 до 70,0 мм при различных подачах коэффициент использования живого сечения решета (К) сначала возрастает, а затем снижается. Максимальное значение К наблюдается при длине ячейки, равной 50 мм, и производительности машины 40 т/ч. Для шариковых очистителей К=0,94-0,96, очистителей в виде пружины К=0,98-0,99.Применение для очистки плоских решет очистителей в виде пружин позволит существенно повысить качество очистки решет и производительность зерноочистительных машин.
Ключевые слова
Одним из вариантов снижения энергоёмкости продукции сельского хозяйства является использование схем теплонасосных установок. Проблемой использования тепловых насосов в зимний период времени является обмерзание теплообменников. Аналогичные ограничения возникают и при использовании в качестве источника энергии теплоносителей с низкой температурой. Для решения этой проблемы предложено использовать промежуточный теплообменник с гибкой мембраной. Это позволяет очищать поверхность мембраны от намерзающего льда. Такая конструкция теплообменника также позволяет использовать энергию фазового перехода «вода - лёд». В этом случае намерзание льда на мембране является основным процессом получения энергии тепловым насосом. Такой вариант получения энергии тепловым насосом позволяет использовать его эффективно в тех технологических процессах, где одновременно требуется нагрев и охлаждение. К таким процессам относится пастеризация продукции, например молока. В этом случае тепловая энергия идет на нагрев воды для пастеризации. Холодная вода используется для охлаждения молока после пастеризации. В этом случае температура холодной воды может быть ниже 1 ºC, что позволит увеличить производительность установки и снизить энергоёмкость процесса. Это возможно за счёт регулирования толщины намораживаемого в воде льда. Толщина льда влияет на скорость его растворения, а следовательно, на скорость получения холодной воды. В работе представлены результаты предварительного эксперимента проверки использования низкотемпературных теплоносителей для получения тепла и намораживания льда. В экспериментальную установку заливали воду различной температуры, соответствующую температурам технологического процесса. При её охлаждении регулировали скорость подачи и удаления хладагента под мембраной. Этим обеспечивалась скорость её колебаний. Контролировали толщину образовывавшегося льда и температуру воздуха на выходе теплообменника. В результате получена регрессионная зависимость для толщины льда. Показано, что при образовании льда выделяется энергия, которая позволяет подогреть воздух, проходящий через теплообменник, на 5-6 ºC.
Ключевые слова
В статье раскрываются технологические процессы обслуживания КРС, в которых используется, как ресурсная составляющая, вода, применяемая в общем процессе производства конечной продукции и во вспомогательных процессах обслуживания животного. Даются требования к подсистемам, выполняющим разные технологические функции и требования к воде по температурным показателям. Рассматриваются конструктивно-технологические параметры базового элемента системы накопительного бака воды, выполняющего функции резервирования воды, генерирования тепла и распределения подготовленной воды по подсистемам с учетом технологической направленности ее использования. Предлагаются конструктивно-технологические схемы баков-накопителей воды, направленные на снижение теплопотерь с наружной поверхности бака. Аналитически рассматривается процесс теплопередачи через сложную многослойную стенку корпуса бака. На основании экспериментальных исследований обосновываются и рекомендуются расчетные показатели коэффициентов теплопередачи. Рассматриваются и предлагаются к использованию конструктивно-технологические решения внутреннего пространства бака как теплогенерирующего устройства, где источником тепла является электрический теплонагревательный элемент. Аналитически исследуется процесс теплообмена через разделительную стенку между двумя объемами воды, предназначенными для использования в разных технологических процессах обслуживания крупного рогатого скота (процесс автопоения КРС; процесс подмывания вымени коров). Результаты аналитических исследований подтверждаются экспериментальными исследованиями и приводятся в графическом виде, описательном и в виде расчетных зависимостей. По результатам исследований даются выводы. Общая концепция - многофункциональная схема построения теплогенерирующего устройства (бака-накопителя и распределителя теплой воды) возможна при рациональном разделении внутреннего объема и обоснованно подобранных теплопередающих конструктивных элементов. При этом может быть получен технологический эффект (повышение продуктивности животных и качества продукции) и экономический за счет снижения расхода электроэнергии как источника тепла.
Ключевые слова
Использование беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) является одним из устойчивых трендов их развития и повышения эффективности экологически чистых агротехнологий (полеводство, животноводство, природопользование). Традиционно БПЛА в сельском хозяйстве применяют для мониторинга озимых, сопровождения мелиорации, инвентаризации земель, контроля параметров агротехнологических процессов, опрыскивания химикатами, охраны объектов и т.п. Спектр этих приложений может быть существенно расширен за счёт оснащения специальными рабочими органами для непосредственного выполнения технологических операций. В рамках фундаментальной научной проблемы увеличения эффективности агропроизводства для использования БПЛА в агротехноценозах необходимо дальнейшее его совершенствование, интенсификация и выявление новых поисково-преобразовательных функций в современных агротехноценозах и агроландшафтах. Условия применения в составе агротехнологий с развивающимися в агроценозах биообъектами сельскохозяйственного производства приводят к необходимости совершенствования лётно-посадочных, поисково-распознающих и манипуляционно-роботизированных действий БПЛА. Разработка проекта многофункционального высокоманёвренного модуля БПЛА обеспечит выполнение поисково-преобразовательных агротехнологических функций в условиях ведения точного аграрного производства на пространственно-распределённых территориях. В животноводстве для индивидуального ухода за животными и эффективного управления стадом предполагается создание «видеопастуха» на основе многофункционального событийно-сигнализирующего блока БПЛА, с операциями самообучения, самопрограммирования и саморегулирования. В растениеводстве при реализации технологии дифференцированного земледелия, учитывающего состояние каждого растения, предполагается создание «видеотехнолога полей» на основе разработки многофункционального мехатронно-исполнительного блока БПЛА с элементами самонаведения и самоорганизации. В природопользовании, особенно в лесных, рыбных и охотничьих хозяйствах, предполагается создание «видеоинспектора территорий» на основе разработки многофункционального разведывательно-поискового блока БПЛА с алгоритмами самообучения, самопрограммирования и самоорганизации.
Ключевые слова
Обоснована целесообразность задачи определения оптимальной периодичности предупредительного ремонта с учетом таких факторов, как расходы на запчасти и работу по восстановлению работоспособности оборудования, экономические потери от остановки технологического процесса производства, расходы на устранение ущерба, нанесенного окружающей среде, в том числе расходы на локализацию и утилизацию отходов эксплуатации и ремонта. Приведены выражения для расчета интенсивности плановых и аварийных ремонтов оборудования. Получены выражения, позволяющие оптимизировать периодичность предупредительного ремонта по критерию минимума ежегодных затрат, включающих ущерб от аварий. Получена зависимость удельных затрат, включающих ущерб от аварий, от периодичности проведения предупредительного ремонта. Получены зависимости для определения оптимальной периодичности предупредительного ремонта оборудования от издержек на аварийный ремонт и ущерба от аварий. Построен график, описывающий влияние исследуемых факторов на удельную массу отходов эксплуатации. Установлено, что в рассматриваемом примере удельная масса образования отходов эксплуатации увеличивается в 4,16 раза. Проведен математический анализ полученных зависимостей для различных распределений вероятности отказа. Выявлено, что увеличение удельной массы образования отходов эксплуатации может составить до 4,447 т/год, то есть в 11,3 раза. Доказано, что экономический и экологический ущерб, наносимый аварийным отказом оборудования, существенно влияет на удельные показатели образования отходов эксплуатации. Предложено, что при определении норматива образования отходов следует учитывать такие факторы, как затраты на восстановление работоспособности оборудования, величина экономического и экологического ущерба от аварии.
Ключевые слова
В статье приведены результаты исследований по потребителям электрической энергии в экономике страны. Обращено внимание на то, что в связи с особенностями технологических процессов производственных объектов и коммунально-бытовых потребителей электрической энергии невозможно равномерно распределить нагрузку по фазам и обеспечить равномерность графика потребления нагрузки по фазам. Неравномерная нагрузка сети по фазам приводит к искажению фазных и линейных напряжений у потребителей с нарушением симметрии токов в фазных проводах и появлению тока в нейтрали, равного векторной сумме фазных токов. Появляющаяся несимметричность приводит к потере мощности и энергии в два и более раз по сравнению с работой в симметричном режиме. Обращено внимание на тепловые процессы в электрооборудовании в связи с изложенным. Асимметрия более 5 приводит к вибрации из-за появления знакопеременных вращающихся моментов и пульсирующих с двойной частотой сил. Существующие методы устранения негативных явлений в связи с изложенным не в полной мере решают проблему асимметрии, поскольку характер нагрузки социально-бытового сектора однофазный и нелинейный, в промышленно-индустриальном секторе нелинейность нагрузки составляет около 50%. В результате распределительные сети и трансформаторы нагружены асимметрично. В итоге потери электроэнергии в стране достигают 15-20%. Этому способствует оснащение аграрного сектора страны морально устаревшим и изношенным в значительной степени электрооборудованием. Для устранения указанных и других недостатков в рассматриваемой сфере авторами предложено на патентном уровне устройство для повышения пропускной способности распределительных электросетей, надёжности электроснабжения и безопасности однофазных потребителей тока при симметричном распределении однофазной нагрузки по фазам трёхфазной сети, решающее обсуждаемую проблему.