Инженерные технологии и системы

Введение. Ключевой задачей, стоящей перед работниками сельского хозяйства в Российской Федерации, является обеспечение продовольственной безопасности страны на основе эффективного конкурентноспособного агропромышленного производства и успешное интегрирование в мировой рынок сельскохозяйственной продукции. В решении этой задачи особое место занимает техническое перевооружение агропромышленного комплекса путем оснащения его новой и модернизированной колесной мобильной сельскохозяйственной техникой с установленными движителями на пневматических шинах, что дает возможность получения большей мобильности и производительности.

Цель исследования. Установить зависимости энергетических показателей шины в общем случае качения колеса мобильного сельскохозяйственного средства.

Материалы и методы. При исследовании энергетических показателей ведущих пневматических колес мобильной техники нами использован теоретико-экспериментальный метод. В качестве объектов испытаний в полевых условиях на «шинном тестере» использовались серийно выпускаемые шины моделей Ф-81, ФД-12 и Ф-85, применяемые для комплектования ходовых систем тракторов пятого класса тяги.

Результаты исследования. В результате теоретических и экспериментальных исследований определили зависимости тягового коэффициента ведущих колес на пневматических шинах при работе в общем случае движения.

Обсуждение и заключение. В ходе аналитических и экспериментальных исследований, при общем виде движения ведущих пневматических колес мобильных энергетических средств пятого класса тяги, было установлено следующее: снижение тяговых свойств пневматических колес при их движении с уводом – даже при незначительных углах увода шины (1,5…2,5°) буксование увеличивается до 25 %; сопротивление самопередвижению ведущего пневматического колеса с увеличением угла бокового увода при качении с номинальной загрузкой больше как по величине, так и по темпу его роста, чем ведомого; потери мощности на буксование при качении колеса с шиной 30,5R-32 в ведущем режиме составляют 37…46 %, а на сопротивление самопередвижению – 54…63 % от всех затрат энергии. Результаты исследований необходимо учитывать при совершенствовании шин ходовых систем мобильных сельскохозяйственных агрегатов.

Введение. Внедрение автоматических метеостанций с применением технологий Интернета вещей (IoT) является новым этапом развития интеллектуального сельхозпроизводства. Современные веб-сервисы и приложения, использующие данные с IoT автоматических метеостанций обеспечивают пользователей репрезентативной информацией о климатических условиях в режиме реального времени, что способствует более эффективному планированию полевых работ и снижению рисков, связанных с изменением погодных условий. Важным аспектом получения и анализа актуальной метеорологической информации является разработка удобных для пользователей интерфейсов.

Цель исследования. Выполнить обзор современных метеостанций и технологий разработки программного обеспечения для оперативного отображения климатических данных для сельского хозяйства; разработать и апробировать программно-аппаратный комплекс с веб-интерфейсом отображения данных мониторинга локальных метео­условий с частотой отображения данных не менее одного раза в час.

Материалы и методы. В качестве методов и инструментов решения поставленной задачи использовался современный инструментарий веб-разработки на платформе ASP.NET Core MVC. Разработан экспериментальный образец бюджетной IoT автоматической метеостанции для получения данных о локальных метеоусловиях в течении вегетационного периода. Составлена аппаратная и программная архитектура IoT автоматической метеостанции. Микрокомпьютер Raspberry Pi Zero обеспечивает выполнение скриптов опроса многоканального совмещенного метеодатчика на языке Java для записи в локальную и удаленную систему управления базами данных PostgreSQL. Графики динамики локальных метеоусловий созданы с помощью JavaScript-библиотеки ApexCharts. Исследованы энергопотребление и динамика заряда аккумулятора IoT автоматической метеостанции от солнечной панели в полевых условиях.

Результаты исследования. Представлен обзор современных метеостанций и проведен сравнительный анализ технологий разработки программного обеспечения для оперативного отображения данных. Создан и апробирован алгоритм извлечения информации из базы данных и отображения графиков и таблиц на веб-сайте с помощью веб-приложения. Обозначены ключевые блоки кода с пояснениями, описан алгоритм развертывания веб-приложения в интернете. Разработан фронтэнд веб-приложения для наглядной визуализации данных IoT автоматической метеостанции. Представлены динамика метеоусловий, полученная IoT автоматической метеостанцией, результаты сравнения отдельных показателей с данными из открытых источников. Веб-приложение протестировано и развернуто на аппаратном сервере с доступом в интернет.

Обсуждение и заключение. Результаты полевых испытаний IoT автоматической метеостанции и веб-приложения в 2024 г. показали высокую производительность системы, минимизацию задержек при негативных условиях внешней среды (сильный дождь, ветер, низкие и высокие температуры), стабильное наполнение базы данных и отображение графиков метеоусловий на сайте. Разработанная IoT автоматическая метеостанция, построенная по модульному принципу, с совмещенным метеодатчиком является более компактной и бюджетной в сравнении с готовыми решениями, существующими на рынке. Непрерывный поток информации, открытая аппаратная архитектура обеспечивают автономность системы за счет подзарядки аккумулятора от солнечной батареи и алгоритма режима сна. В дальнейшем предполагается проведение градуировки совмещенного датчика в лабораторных условиях для повышения точности показаний или замены совмещенного датчика на классические механические датчики с незначительным изменением аппаратной и программной платформы. Для работы с динамическими моделями продукционного процесса в систему планируется добавить интерфейс и полевые датчики.

Введение. В настоящее время расчет эмиссии парниковых газов осуществляется в соответствии с оценками Межправительственной группы экспертов по изменению климата, которые не отражают в полной мере ситуацию в сельском хозяйстве из-за укрупненных методов расчета и отсутствия детализации внутри стран. Оценка во многом зависит от точности расчетов, которую можно повысить за счет учета специфики в разрезе технологий в Российской Федерации, и от проведения фактических замеров при переработке навоза.

Цель исследования. Изучение выделения парниковых газов с применением установки, имитирующей реальные условия переработки подстилочного навоза молодняка крупного рогатого скота.

Материалы и методы. На обоснованной экспериментальной установке, включающей герметичную вентилируемую камеру, имитировали технологию компостирования навоза телят в части его естественного разогрева и замеряли концентрацию выделяемых климатически активных веществ в трех повторностях и в четырех температурных режимах. Исследование включало подготовительный этап – химический анализ, взвешивание и загрузка навоза; основной этап – запуск имитационных условий переработки и фиксирование концентрации загрязняющих веществ в выбросах; заключительный этап – выгрузка и взвешивание навоза. Содержание газов в выбросах определяли на четырехканальном газоанализаторе ЭЛАН плюс. Экспериментальные данные обрабатывали в программе Microsoft Excel. Для определения предельного значения случайной погрешности использовали критерий Стьюдента.

Результаты исследования. На экспериментальной установке были определены концентрации аммиака, сероводорода, метана и углекислого газа в выбросах из навоза молодняка крупного рогатого скота в четырех режимах исследования. Значения средних величин концентрации попадают в интервал среднеквадратичных отклонений, следовательно, полученные данные достоверны.

Обсуждение и заключение. По результатам аналитического обзора выбрана наиболее рациональная конструкция экспериментальной установки. Полученные на ней концентрации газов показали сходимость с результатами аналогичных исследований сторонних авторов. Далее необходимо разработать расчетную модель, учитывающую различные технологии обращения с навозом и позволяющую перейти от концентраций парниковых газов к удельным выбросам.

Введение. Главным направлением развития отечественной экономики становится создание прорывных технологий и продуктов, способных конкурировать на мировом рынке. Производство продуктов растениеводства невозможно без использования самой энергозатратной технологии – основной отвальной обработки почвы, – влияющей на получение высокого урожая в регионах с малым количеством выпадающих атмосферных осадков.

Цель исследования. Определение эксплуатационно-технологических показателей плуга ПНЛ-8-40 и разработанного ПБС-8М для снижения энергозатрат и улучшения агрофизических свойств обработанной почвы.

Материалы и методы. Определение эксплуатационно-технологических показателей процесса обработки почвы серийным плугом ПНЛ-8-40 и разработанным плугом ПБС-8М осуществлялось с применением стандартных методов исследований. Согласно стандарту организации ассоциации испытателей сельскохозяйственной техники СТО АИСТ 4.1-2010 определялись функциональные показатели плугов: рабочая скорость; рабочая ширина захвата; производительность за один час основного времени; погектарный расход топлива. Согласно СТО АИСТ 001-2010 выполнялась агротехническая оценка работы плугов по показателям качества: глубине вспашки; гребнистости поверхности обработанной почвы; степени и глубине заделки стерни в пахотный слой.

Результаты исследования. Установлена целесообразность использования широкозахватного плуга ПБС-8М в засушливых условиях левобережной зоны Поволжья. Теоретически рассчитаны и экспериментально проверены эксплуатационные показатели пахотных агрегатов. Восьмикорпусный плуг ПБС-8М при скорости 2,53 м/с и глубине вспашки 23 см производит за час работы больше на 30–33 %, чем восьмикорпусный плуг ПНЛ-8-40, при более низком (на 22 %) расходе топлива. По агротехнической оценке технологий сравниваемые плуги отличаются степенью заделки растительных и пожнивных остатков по глубине пахотного слоя почвы. Показатели плотности и водопроницаемости почвы практически равнозначны.

Обсуждение и заключение. В результате использования разработанного лемешно-отвального плуга ПБС-8М на обработке тяжелосуглинистой почвы снижаются энергозатраты, улучшаются агрофизические свойства почвы. Пахотный агрегат К-701+ПБС-8М, двигаясь в загоне с рабочей скоростью 2,53 м/с, обеспечивает выполнение работ за час основного времени с производительностью 3,9 га/ч. При использовании агрегата К-701+ПНЛ-8-40 в этом же режиме движения производительность составляет 2,6 га/ч. На каждом гектаре топливо экономится до 3,8 кг при работе К-701+ПБС-8М, в сравнении с К-701+ПНЛ-8-40. Из исследований качества выполненной работы по обработке почвы агротехническая оценка показала, что у обоих плугов по всей ширине захвата равномерная глубина – 23,0...23,4 см. Также у каждого орудия отклонение рабочей ширины захвата от конструктивной получено на уровне 4,0 %. Показатель гребнистости поверхности поля 6,9...8,2 см находился в пределах требований агротехники, предъявляемых к технологии отвальной обработки почвы. Различались технологические показатели плугов только по степени заделки растительных и пожнивных остатков проса в почву. После прохода плуга ПБС-8М стерня распределена слоем 5...12 см на глубине 8...15 см, после прохода плуга ПНЛ-8-40 стерня находилась ближе ко дну борозды от 12 до 22 см. Показатели плотности и водопроницаемости почвы, измеренные после культивации пара и перед посевом озимой пшеницы, практически равны у исследуемых плугов, что и отразилось на полученной урожайности культуры – 23,5...24,0 ц/га.

Введение. Развитие агропромышленного комплекса требует повышения эффективности использования машинотракторного парка. При этом необходимо учитывать коррозионные процессы, ускоряющие износ техники. Существующие методы оценки состояния основаны на эмпирических данных и не обеспечивают точного прогнозирования. Внедрение искусственного интеллекта и цифровых решений позволит автоматизировать испытания, сократить затраты и повысить точность оценки деградации, вызванной коррозионными процессами.

Цель исследования. Определить соответствие экспериментальных данных по влиянию солевого тумана на коррозию узлов сельхозтехники закону распределения на примере выключателей заднего хода.

Материалы и методы. Объектом исследования выбраны выключатели света заднего хода, широко используемые в сельскохозяйственной технике. Исследования проводились в камере солевого тумана с параметрами, соответствующими ГОСТ Р 52230 и ГОСТ 9.302, в течение 200 ч с промежуточными осмотрами каждые 48 ч. Во время испытаний определена степень коррозии, вычисленная по площади поврежденных участков. Математические методы включали вычисление среднего, медианы, дисперсии, стандартного отклонения, асимметрии, эксцесса и размаха выборки.

Результаты исследования. В результате испытаний была подтверждена работоспособность образцов и проведена оценка соответствия данных закону распределения Вейбулла. Экспериментально удалось установить, что активная фаза деградации поверхности выключателей заднего хода возрастает начиная с 96 ч экспозиции в камере солевого тумана, что связано с разрушением защитных покрытий и развитием питтинговой коррозии. Использование квадратичной регрессионной модели позволило описать зависимость коррозионных повреждений от времени экспозиции.

Обсуждение и заключение. Статистический анализ выборки подтвердил соответствие распределения Вейбулла, что позволяет прогнозировать дальнейшее распространение коррозии и улучшить оценку работоспособности изделий в условиях солевого тумана. Полученные параметры позволяют прогнозировать ресурс узлов. Результаты исследования создают основу для создания цифровых двойников и адаптивных систем обслуживания с использованием искусственного интеллекта, минимизирующих простои техники.

Введение. Фотоэлектрические тепловые коллекторы являются перспективной технологией, способной генерировать электроэнергию и рекуперировать тепловую энергию. Однако, как правило, рабочие температуры фотоэлектрических элементов слишком высоки для эффективной работы. Одним из способов решения этой проблемы является использование фазовых материалов и проводящих структур для улучшения терморегулирования и повышения эффективности.

Цель исследования. Целью данной работы является оценка использования ребер из пеноалюминия и фазных материалов для улучшения характеристик фотоэлектрического коллектора с воздушным охлаждением и, что более важно, влияния этих материалов на выход тепла и электричества. Для отвода тепла изготовлен каркас из пеноалюминия, который был размещен на задней части солнечной панели.

Материалы и методы. Испытания проводились как в летних, так и в зимних условиях эксплуатации. Также были проверены рабочие параметры и проведено сравнение с уже имеющимися данными исследований.

Результаты исследования. Результаты показали, что общая производительность фотоэлектрического теплового коллектора варьировалась от 43,07 до 50,35 % летом и от 47,94 до 51,53 % зимой. Эти результаты демонстрируют, что использование ребер из пеноалюминия оказывает значительное влияние на управление температурой и эффективность преобразования энергии по сравнению с обычными фотоэлектрическими тепловыми системами.

Обсуждение и заключение. Данное исследование показывает, что фотоэлектрические тепловоздушные коллекторы с фазированными материалами представляют собой практичный и эффективный подход к использованию возобновляемых источников энергии, обеспечивающий повышенную стабильность работы и увеличение выработки энергии. Исследование также демонстрирует потенциал гибридных фото­электрических тепловых систем как платформы для устойчивого развития энергетики.