Том 34, № 4 (2024)

Введение. Овощеводство является одной из важнейших отраслей сельскохозяйственного производства. Оно осуществляется как на сельскохозяйственных предприятиях, так и сельскохозяйственных личных подсобных и других индивидуальных хозяйствах населения. Возделывание овощных культур в условиях личных подсобных хозяйств всегда сопряжено с обработкой почвы: вспашкой, культивацией, фрезерованием и т. д. Для осуществления разных видов обработки почвы активно используются средства малой механизации, в частности мотоблоки, опыт эксплуатации которых, наряду с исследованиями в области эффективности их функционирования, позволяет определить ряд способов для повышения качества обработки почвы. Анализ способов повышения эффективности функционирования мотоблоков выявил, что на показатель производительности существенное влияние оказывают конкретные почвенные условия работы агрегатов, а именно твердость обрабатываемой почвы.
Цель исследования. Определение твердости среднесуглинистой серой лесной почвы на различных почвенных горизонтах, характерных для выращивания основных плодово-овощных культур в условиях личных подсобных и индивидуальных хозяйств населения.
Материалы и методы. Твердость почвы измеряется твердомерами различных типов действия: ударными, статически нагруженными и принудительно вдавливающими в почву деформатор (конус, цилиндр, шар). В ходе исследования был проведен анализ приборов и устройств для измерения твердости почвы. Схема определения твердости почвы включала в себя измерения после уборки овощных культур: картофеля, выкопанного при помощи мотоблока с пассивным картофелевыкапывателем; картофеля, выкопанного при помощи ручного инструмента (лопаты); свеклы кормовой; тыквы столовой; репчатого лука. Твердость почвы определяли с помощью твердомера (пенетрометра) фирмы Wile Soil.
Результаты исследования. Использование твердомеров в условиях личных подсобных и индивидуальных хозяйств населения затруднено из-за дороговизны, а также из-за того, что такие приборы в основной своей массе являются специализированной лабораторной техникой, требующей определенных навыков при использовании. Определение твердости почвы земельных участков населения в послеуборочный период является актуальной задачей, так как влияет на функционирование мотоблоков, а именно – позволяет операторам проводить обработку почвы на максимально эффективных режимах, повышая тем самым производительность почвообрабатывающего агрегата. 
Обсуждение и заключение. На основании анализа результатов экспериментальных исследований получены уравнения регрессии, позволяющие определить значение твердости среднесуглинистой серой лесной почвы (на глубине до 20 см) после уборки сельскохозяйственных культур, наиболее распространенных для выращивания в условиях личных подсобных хозяйств у населения Республики Мордовия.

Введение. Одним из значимых источников антропогенных выбросов является аграрный сектор. Корректный учет эмиссии парниковых газов в этом секторе зависит от применяемых технологий переработки навоза и помета. На сегодняшний день отмечается недостаток исследований по уточнению выбросов метана и закиси азота от существующих систем хранения навоза и помета ввиду разнообразия используемых соответствующих технологий, поэтому разработанный методический подход к расчетной оценке годовой эмиссии метана и закиси азота является актуальным.
Цель исследования. Определить влияние технологий переработки навоза и помета на годовые эмиссии метана и закиси азота.
Материалы и методы. Для определения эмиссии закиси азота и метана рассчитана масса получаемого навоза и помета, содержание в нем общего азота и углерода; проанализированы технологии переработки навоза: длительное выдерживание навоза/помета, пассивное компостирование, активное компостирование, биоферментация, сушка и грануляция, сжигание. Выполнен расчет для двух вариантов: 1) по данным Национального кадастра антропогенных выбросов с учетом доли навоза, перерабатываемой каждой технологией за 2022 г.; 2) по фактическим данным распределения технологий за 2022 г. Выполнена прогнозная оценка на период до 2030 г. Исследования выполнены на примере субъектов Северо-западного федерального округа РФ.
Результаты исследования. Проанализированы технологии содержания животных и птицы на трех типах предприятий: сельскохозяйственные организации, крестьянско-фермерские хозяйства, хозяйства населения. Рассчитана масса навоза и помета для каждого типа предприятий и проанализированы технологии переработки, определена доля навоза, перерабатываемая по каждой технологии. Рассчитаны эмиссии метана и закиси азота на примере Северо-западного федерального округа с пересчетом на CO2 эквивалент для 2022 г.
Обсуждение и заключение. Определено влияние технологий сбора и хранения навоза на выбросы метана и закиси азота. Полученные значения превышают по метану на 35,6 % и закиси азота на 14,2 % значения, рассчитанные по методологии, используемой в Национальном кадастре, что говорит о целесообразности ее уточнения. Категорирование предприятий позволяет упростить расчет при оценках на уровне регионов и страны. Уточненные данные об используемых технологиях сбора и хранения навоза и присущих им эмиссиях позволят проводить прогнозные расчеты и определять возможные направления технико-технологической модернизации, направленной на снижение выбросов парниковых газов.

Введение. Высокий спрос на полимерную продукцию обеспечивает необходимость постоянной модернизации технологических аспектов ее производства, повышение эффективности которого невозможно без модельного описания и решения задач оптимизации его основных технологических стадий. В условиях имеющихся сегодня потребностей по получению продуктов с заданной структурой и свойствами вопрос по созданию инструментов решения задач оптимизации является весьма актуальным. Одним из инструментов управления молекулярной массой продукта является использование режима дробной подачи регулятора, состав и дозировка которого часто подобраны эмпирически.
Цель исследования. Разработка методов и алгоритмов, позволяющих определить режим многоточечной подачи регулятора в непрерывном производстве полимерных продуктов с целью формирования заданных молекулярных характеристик.
Материалы и методы. Для решения задачи поиска оптимального режима подачи регулятора используется эвристический подход, представленный генетическим алгоритмом оптимизации. Данный алгоритм основан на механизме создания популяции потенциальных решений, которые подвергаются операциям скрещивания, мутации и отбора, имитируя процессы наследования и эволюции в природе. С целью оценки молекулярных характеристик продукта сополимеризации применяется кинетический подход к моделированию, основанный на использовании моментов молекулярно-массового распределения. Для математического описания непрерывного производства используются рекуррентные соотношения, характеризующие перенос реакционной массы между реакторами идеального перемешивания.
Результаты исследования. Согласно условиям организации непрерывного производства добавление регулятора возможно в начале процесса, а также в третий и шестой по ходу батареи полимеризаторы. С целью определения режима подачи регулятора критерий оптимизации был сформирован в виде функционала, отражающего абсолютную разницу расчетных и заданных значений среднечисленной и среднемассовой молекулярных масс. Программная реализация разработанного метода и алгоритма оптимизации, проведенные вычислительные испытания позволили идентифицировать ряд решений, каждое из которых способствует получению продукта с заданными молекулярными характеристиками. Визуализация части полученных решений демонстрирует различную динамику молекулярной массы в течение всего процесса.
Обсуждение и заключение. С использованием разработанного метода и алгоритма была решена задача идентификации режима трехточечного регулирования молекулярной массы для непрерывного процесса получения бутадиен-стирольного сополимера. Выбор генетического алгоритма при исследовании и оптимизации сложных многофакторных физико-химических систем обоснован тем, что он позволяет осуществлять поиск одного или нескольких параметров системы как в дискретном, так и непрерывном множестве переменных и способствует нахождению глобального оптимума благодаря случайному характеру при поиске решений. Разнообразие полученных решений задачи дает возможность управления процессом синтеза полимеров в случае постоянного мониторинга физико-химических характеристик продукта.

Введение. Одним из наиболее значимых факторов, обеспечивающих успешную реализацию технологии производства различных молочных продуктов, является гомогенизация. При проведении указанного процесса изменяются основные составляющие сырья – структура и свойства белков. В том числе уменьшается размер мицелл казеина, которые распадаются на субмицеллы. После чего вероятно их скопление на поверхности жировых частиц. Повышение давления гомогенизации усиливает механическое воздействие на частицы, поэтому снижается средний размер жировых шариков.
Цель исследования. Разработать способ сокращения энергетических затрат на производство молочных продуктов при обеспечении условий максимального сохранения качеств продукта.
Материалы и методы. Проведено изучение влияния давления гомогенизации на технические показатели процесса, а именно мощность, затрачиваемую на привод гомогенизатора, а также на динамику изменения свойств продукта при хранении. Рассмотрены аналитические зависимости, описывающие основные параметры гомогенизации.
Результаты исследования. Соблюдение рекомендуемых параметров гомогенизации, а также других параметров, в частности тепловой обработки, позволяет значительно увеличить продолжительность хранения продукта без существенного изменения первоначальных качественных показателей. Если условия процесса позволяют измельчить первоначальные жировые частицы до размера около 1,0 мкм, затем равномерно распределить их по всему объему, то можно получить существенное улучшение вкуса, а также консистенции получаемой продукции. Изучено влияние параметров гомогенизации на срок хранения йогурта предложенной нами рецептуры изготовления с использованием южных плодов, в частности кизила.
Обсуждение и заключение. Учитывая полученные результаты, можно утверждать, что на величину затрат энергии существенно влияет величина давления гомогенизации (абсолютная величина), а также соотношение величин давления на разных ступенях гомогенизации. Продукт, полученный по предложенному рецепту с добавлением измельченного кизила, сохраняет хорошие вкусовые и микробиологические свойства, а также физико-химические показатели в пределах нормативных параметров на протяжении двух недель (14–15 сут). Из этого следует, что предельный срок хранения такого йогурта составляет не более 15-ти суток при температуре не более +6 °C.

Введение. Электролитическое осаждение наночастиц вызывает все больше интереса с увеличением их востребованности в сфере восстановления поверхностных слоев деталей машин и механизмов. Для создания композиционных покрытий необходимо решить две основные задачи: обеспечить достаточное количество частиц в покрытии и предотвратить их агломерацию в растворах для нанесения. При этом полученные покрытия с содержанием наночастиц являются износостойкими и применяются, например, в создании автомобильных и тракторных двигателей. В данном исследовании изучается процесс электролитического получения композиционных покрытий на основе никелевой матрицы с микронными и субмикронными частицами карбида кремния (SiC) из растворов никеля Уоттса, а также изучается сопротивление износу скольжения композиционных покрытий никеля.
Цель исследования. Провести детальное исследование влияния размера и количества частиц, находящихся в растворе для покрытия, на количество кодепонированных частиц. Изучить, как размер частиц влияет на процесс кодепонирования частиц неброуновского типа. 
Материалы и методы. Для нанесения композиционных покрытий на основе никеля с добавлением SiC использовался обычный электролит для никелирования. У каждого раствора, используемого для нанесения покрытия, была измерена численная плотность частиц. Предполагалось, что частицы имеют одинаковый размер и форму сферы. Концентрация частиц в растворах для нанесения покрытия варьировалась от 0,28 до 104 г/л. Электроосаждение проводилось на вертикальных электродах, а раствор для нанесения покрытия перемешивался магнитной мешалкой. Были измерены микротвердость по Виккерсу с нагрузкой 30 г и проведены испытания на износ при однонаправленном и двунаправленном скольжении.
Результаты исследования. Получены результаты исследования сопротивления износу композиционных покрытий никеля при скольжении. Представлены результаты кодепонирования и модель, основанная на плотности кодепонированных частиц. Дано заключение о влиянии кодепонированных частиц на сопротивление износу композиционных покрытий Ni-SiC. 
Обсуждение и заключение. Определено, что наилучшая износостойкость при скольжении получена в случае использования композиционных покрытий Ni-SiC, содержащих 4–5 объемных процента субмикронных частиц SiC. Исследование показало, что размер и плотность частиц SiC в растворе для покрытия имеют важное значение при получении гальванически износостойких композиционных покрытий, так как основываются на связи между плотностью осажденных частиц и плотностью частиц в растворе.

Введение. Питание магнитных систем мощных микроволновых генераторов, таких как релятивистские лампы обратной волны и клистроны, постоянным током до 1 000 А в течение нескольких секунд осуществляется от суперконденсаторных накопителей. При проектировании источников питания для таких магнитных систем всегда возникает необходимость в определении энергетических характеристик накопителя. Аналитический расчет этих характеристик затруднен по причине динамического изменения некоторых параметров магнитной системы и накопителя во время протекания тока. 
Цель исследования. Создание и экспериментальная проверка математической модели, описывающей процесс питания многосекционной магнитной системы постоянным током от суперконденсаторного накопителя.
Материалы и методы. При составлении модели учитывается динамическое изменение параметров магнитной системы при протекании тока, а суперконденсаторный накопитель представляется в виде простой RC-цепи, параметрами которой являются паспортные значения его емкости и внутреннего сопротивления. Процесс разряда накопителя описывается на основании энергетического баланса. Модель реализована в программном пакете National Instruments LabView 2012 и имеет удобный графический интерфейс. Результаты моделирования были проверены на оборудовании, состоящем из источника питания на основе суперконденсаторного накопителя и двухсекционной магнитной системы.
Результаты исследования. В процессе моделирования были выявлены сходства с экспериментальными данными. По результатам эксперимента форма тока и напряжения накопителя, а также максимальная продолжительность стабилизации тока оказались близкими к результатам моделирования. При этом паспортные значения емкости и внутреннего сопротивления накопителя качественно отражают его реальные характеристики с учетом особенностей работы совместно с регулятором тока и импульсным характером потребления энергии.
Обсуждение и заключение. Небольшое отличие в результатах объясняется отклонением реальных параметров накопителя от паспортных значений, а также различием температуры обмоток в эксперименте и моделировании. Использование энергетического баланса для расчета выходного напряжения накопителя позволяет масштабировать нагрузку путем добавления любого количества потребителей энергии с независимой стабилизацией тока в каждом.