В статье представлено исследование свойств износостойкости конструкции лапы культиватора, разработанной в системе Inventor Pro, со средой взаимодействия. Средой взаимодействия рабочего органа культиватора являются почвы и почвогрунты. В рамках исследований в системе Inventor Pro спроектирован вариант рабочего органа культиватора - лапы культиватора с криволинейной рабочей поверхностью с возможностью крепления с корпусом рамы посредством болтовых соединений. Проанализирована среда взаимодействия лапы культиватора, в которой определены ее возможные послойные составляющие и неравномерность их распределения. Ежегодная вспашка и обработка в определенной степени приводит к перемешиванию верхних и нижних слоев, и строгой границы между ними нет. Анализ показывает, что рабочая поверхность и режущая кромка культиватора взаимодействует с различными категориями почвогрунтов, обладающих разной степенью сопротивления резанию. Кроме того, рабочий орган сталкивается с сопротивлением со стороны разрезаемой и накапливающейся на его поверхности травянистой сорняковой растительности. По разрабатываемым лапой культиватора слоям почв определена их категория по трудности разработки. Преимущественно почвы относятся к I или II категориям. В системе Inventor Pro проведен прочностной расчет разработанной конструкции лапы культиватора с определением смещений, деформаций и коэффициента запаса прочности. Анализ напряженного состояния также показал его наиболее нагруженные участки, а также зоны повышенного износа.
В статье рассматриваются вопросы, связанные с режимами работы городских электрических сетей крупных мегаполисов. Приведены сведения о росте энергопотребления в мегаполисах и современных тенденциях построения электросетей мегаполисов, включая и кабельные линии с напряжением 20 кВ, работающие с низкоомным резистивным заземлением нейтрали. Такое построение электрических сетей создает токи однофазных замыканий большой величины, сопровождающиеся протеканием в сети значительных токов нулевой последовательности. На разработанной авторами статьи нейронной сети может производиться анализ работы электрических сетей с низкоомным заземлением нейтрали, в том числе определение одного из важных параметров работы таких линий, как напряжение повреждения, возникающее на заземляющих устройствах распределительных пунктов, находящихся в конце этих линий и влияющее на качество электрической энергии и обеспечение условий электробезопасности. Применение нейронных сетей для этой цели позволяет сравнительно просто обрабатывать разнородные и дискретные данные параметров рассматриваемых сложных электрических сетей. Поэтому такие нейронные сети обеспечивают сравнительно простой контроль значений напряжений повреждений, возникающих на сопротивлениях заземляющих устройств распределительных пунктов, что позволяет получать такие данные без использования сложных программных комплексов.
В статье рассматриваются вопросы, связанные с обеспечением нормативного качества электроэнергии в системах электроснабжения в случаях нарушения симметрии трехфазной электрической сети. Приведена в виде суточных графиков информация о существовании подобного режима с нарушением нормативного значения показателя качества электроэнергии - коэффициента несимметрии напряжений по нулевой последовательности, полученная авторами статьи при выполнении работ по исследованиям процессов обеспечения качества электроэнергии на энергетических объектах с напряжением 0,4 кВ. Показана возможность определения мест возникновения несимметричных режимов при нарушении симметрии в трехфазной электрической сети с глухозаземленной нейтралью и нулевым проводником (электрическая сеть энергоснабжающей организации или же электросеть потребителя электроэнергии) с использованием значений фазных токов и напряжения нулевой последовательности и дополнительным контролем значений фазных токов. При отсутствии возможности постоянного контроля за напряжением и токами нулевой последовательности возможно производить предварительный контроль напряжений фаз электрической сети и тока в нулевом проводе. Если данные электрические параметры будут иметь достаточно большие значения, то в этом случае требуется контроль напряжения нулевой последовательности и определение коэффициента несимметрии напряжений по нулевой последовательности.
Статья посвящена исследованию влияния температуры низкопотенциального источника теплоты на эффективность работы тепловых насосных установок (ТНУ). Задачами исследования являются: расчет режима работы ТНУ при различных температурах низкопотенциального источника теплоты; анализ полученных результатов и построение графика зависимости эффективности ТНУ от температуры низкопотенциального источника теплоты. Рассмотрены особенности функционирования ТНУ, выявлены факторы, определяющие производительность установок и уровень энергопотребления. Особое внимание уделено взаимосвязи между температурой сетевой воды системы теплоснабжения и показателями энергоэффективности ТНУ. Анализируя мировые тенденции и российские реалии, авторы отмечают ограниченность распространения ТНУ в России, несмотря на существенный экологический и экономический потенциал технологии. Приведены расчетные данные, демонстрирующие прямую зависимость эффективности ТНУ от характеристик используемого низкопотенциального источника и обратную связь с температурой сетевой воды. Например, при температуре низкопотенциального источника теплоты, равной +8 °С, и при температуре сетевой воды, равной +30 °С, максимальное значение COP равно 7,21. При той же температуре сетевой воды, но с температурой низкопотенциального источника теплоты, равной -15 °С, COP снижается до 3,02. Наименее эффективным режимом работы ТНУ является температурный режим сетевой воды +45 °С, при котором максимальное значение COP = 3,86, минимальное значение COP = 1,99. Показано, что оптимальное сочетание указанных параметров обеспечивает максимальную экономичность работы устройства. Полученные результаты имеют прикладное значение для проектирования эффективных систем отопления, способствующих снижению энергозатрат и повышению экологической устойчивости регионов.
В статье представлены результаты исследования применимости вертикального размещения секций фотоэлектрических модулей фотосолнечной электростанции, функционирующей в автономной энергосистеме на северных территориях России. Определена оптимальная комбинация вертикального размещения секций модулей - 10/80/10 % и 15/70/15 % (Восток/Юг/Запад) при условии комплексного применения с плоскими отражательными системами. Оптимальная комбинация вертикального размещения модулей с данными системами позволяет увеличить среднегодовую выработку электроэнергии на 5 и 13 % соответственно при сопоставлении с линейным размещением со 100 %-ным ориентированием на южную сторону. Вертикальное размещение модулей позволяет увеличить среднесуточный период выработки электроэнергии в утренние и вечерние фазы на 0,3…0,6 ч при сравнении с линейным размещением. В случае комплексного применения отражательных систем и вертикального размещения модулей при комбинации 25/50/25 % выработка электроэнергии от фотосолнечной электростанции выше, чем при линейном размещении в течение 3,0…3,5 месяцев в год - с середины апреля до середины июля. Данный эффект позволяет поддерживать оптимальный рабочий режим для систем накопления электроэнергии и уменьшить необходимую площадь размещения. Имитационные вычисления проведены на базе цифровой платформы «Global Solar Atlas» путем выполнения сравнительной оценки различных комбинаций размещения модулей. Результаты работы могут быть применены при выборе оптимального способа размещения модулей в объектах гелиоэнергетики.
Использование сооружений защищенного грунта для цели семеноводства полевых культур может обеспечить ускоренное размножение семян новых сортов основных сельскохозкультур, с получением высоких посевных и сортовых качеств. Для развития перспективного направления по обеспечению круглогодичного семеноводства возникает необходимость построения локальной энергетической системы для сооружений защищенного грунта, адаптированных под семеноводство полевых культур. В целях повышения эффективности энергообеспечения фитотронно-тепличных комплексов семеноводческих предприятий в работе рассмотрен тепловой и световой режимы сооружения защищенного грунта на примере выращивания кукурузы. Дана оценка энергопотребления для поддержания температурного режима и режима досвечивания в осенне-зимний и зимне-весенний периоды выращивания культуры. Выполнен анализ зависимости теплового потребления с учетом фаз развития кукурузы, включающего поддержание оптимального диапазона температуры, контроль физиологического минимума на разных фазах развития и недопущение снижения температуры до критических. Проведена оценка графика потребления электроэнергии системой досвечивания по месяцам в разные фазы развития кукурузы с учетом фактической продолжительности дня и недостатка естественного света. Предложена схема энергоцентра для фитотронно-тепличного комплекса. Дана оценка неравномерности потребления энергоресурсов, приведены рекомендации по количеству когенерационных установок и пиковых источников тепла.
В статье рассматрены вопросы влияния различных факторов на качество чайной продукции, для этого приводится наглядная технологическая схема, в которую включены основные его показатели. Следующим шагом был осуществлен анализ всех технологических процессов (механизированная подрезка чайных кустов, перекопка междурядий, корчевка кустарных сорняков, расчистка дренажных каналов, обеспечение правильного и равномерного внесения удобрений) возделывания чайной продукции и определены качественные их критерии, соблюдение которых позволит обеспечить максимальную урожайность и высочайший уровень исходного продукта. Дополнительно рассмотрено влияние уровней внесения различных удобрений на качество производимой продукции и экологию. Определены показатели состояния чайной продукции на всех этапах производства и представлен алгоритм оценки объема и качества продукции. Благодаря данному алгоритму произойдет повышение контроля и качества технологических процессов на всех этапах производства чайной продукции. Помимо этого, рассмотрена целесообразность восстановления низкоурожайных старых чайных плантаций. С целью контроля эффективности применения восстановительных мероприятий применены марковские случайные процессы. Для определения стратегии (алгоритма) восстановления рассмотрены свойства случайных процессов, которые могут оказать влияние в зависимости от состояния плантации.
Актуальность исследования обусловлена критическим состоянием парка сельскохозяйственной техники в России, характеризующимся высоким физическим и моральным износом, а также дефицитом машин относительно нормативной потребности. В этих условиях оптимизация мощностных параметров машинно-тракторных агрегатов (МТА) становится стратегической необходимостью для обеспечения продовольственной безопасности. Ключевыми факторами, детерминирующими энергонасыщенность агрегатов, выступают структурные параметры угодий, в частности, длина гона и удельное сопротивление почвы, варьирующиеся в зависимости от почвенно-климатических зон. Целью работы является разработка научно обоснованных рекомендаций по выбору оптимальной мощности МТА для основных типов сельскохозяйственных угодий России на основе комплексного анализа влияния этих параметров. Для определения оптимальных мощностных параметров выполнено математическое моделирование в среде MathCAD, где задача оптимизации решалась как функция длины гона, удельного сопротивления и глубины обработки, сведенных к интегрированному показателю - удельному тяговому сопротивлению агрегата (KА). Расчеты проводились с использованием критерия минимума приведенных затрат и алгоритмов нелинейной оптимизации. На основе моделирования определены функциональные зависимости и конкретные диапазоны оптимальной и компромиссной мощности двигателей тракторов для пахотных и других почвообрабатывающих агрегатов в зависимости от класса длины гона и величины KА. Полученные результаты подтверждают известные принципы агроинженерии: с увеличением длины гона требуемая мощность снижается за счет сокращения непроизводительных затрат времени на повороты, а рост удельного сопротивления почвы закономерно требует увеличения мощности силового агрегата. Установлено, что универсального значения мощности для всех хозяйств не существует, и выбор должен основываться на детальном анализе структуры собственных угодий. Результаты имеют практическую значимость для формирования парка техники и определения приоритетов в машиностроении.
В современном картофелеводстве актуальной задачей является повышение эффективности уборочных работ, особенно на тяжелых и переувлажненных почвах. Модернизация картофелекопателя КСТ-1,4А путем установки активного предварительного рыхлителя представляет собой перспективное решение, позволяющее не только подкапывать пласт, но и предварительно его рыхлить, что значительно улучшает качество сепарации и снижает потери урожая. Исследование основано на разработке и обосновании конструктивных параметров модернизированного картофелекопателя и технологии его применения в сложных почвенных условиях. Методология включает теоретические расчеты, основанные на положениях теоретической механики и сопротивления материалов, а также полевые эксперименты с целью определения оптимальных режимов работы (скорость движения, частота вращения рыхлителя, глубина хода). Результаты испытаний показали, что модернизированный картофелекопатель является эффективным техническим средством для уборки картофеля на связных почвах. Применение активного рыхлителя позволило снизить тяговое сопротивление на 15…20 %, повысить полноту подкопки до 98…99 % и уменьшить поврежденность клубней до 3…4 %. Технология обеспечивает лучшее отделение почвы и минимизирует забивание рабочего органа. Для достижения максимальной эффективности необходимо корректировать режимы работы в зависимости от влажности и плотности почвы. Разработана математическая модель, описывающая взаимодействие активного рыхлителя и основного рабочего органа с почвенным пластом, учитывающая ключевые факторы. Это позволяет оптимизировать процесс проектирования и настройки агрегата. Внедрение модернизации обеспечивает значительный агротехнический и экономический эффект.
Работа посвящена актуальной проблеме повышения долговечности рабочих органов сельскохозяйственных машин, эксплуатирующихся в условиях интенсивного абразивного износа и коррозии. В качестве объекта исследования выступает функционально градированная двухслойная система «Сормайт/TiN», предназначенная для защиты плужных лемехов. Ее архитектура объединяет высокохромистый износостойкий наплавленный сплав в качестве основы и химически инертное, твердое покрытие из нитрида титана в качестве финишного барьерного слоя. Целью работы являлось установление количественной взаимосвязи между режимами финишного вакуумного отжига, эволюцией микроструктуры и морфологией межфазной границы. Методология исследования включала многоэтапный технологический процесс наплавки и вакуумно-дугового напыления, вакуумный отжиг с варьируемой выдержкой, комплексный микроструктурный анализ с помощью сканирующей электронной микроскопии, а также количественную оценку морфологии границы раздела «Сормайт/TiN» методом фрактального анализа. Впервые для данной системы установлено, что отжиг в течение 180 мин является оптимальным, обеспечивая пик дисперсионного упрочнения наплавленного слоя за счет максимальной плотности наноразмерных карбидов хрома и формирование морфологически сложной, но структурно стабильной межфазной границы. Это состояние характеризуется пиковым значением фрактальной размерности Df = 1,42 ± 0,04. Короткие выдержки приводят к неполному упрочнению, а чрезмерные - к стадии пристраивания, коагуляции выделений и дестабилизации границы. Доказано, что фрактальная размерность служит чувствительным численным индикатором структурного состояния и функциональной зрелости многослойной системы, связывая микроскопические процессы диффузии и фазообразования с макроскопическими эксплуатационными свойствами.
Работоспособность любой машины обусловлена техническим состоянием ее деталей узлов и агрегатов. Восстановление работоспособности изношенных деталей, узлов и агрегатов машин в настоящее время стоит особенно остро ввиду сложности обеспечения импортной техники оригинальными запчастями. Достаточно большая часть элементов отечественной техники либо имеет низкое качество, либо завышенную цену, либо изготавливаются зарубежными производителями. Особо стоит выделить восстановление корпусных деталей узлов и агрегатов машин. Среди основных дефектов корпусных деталей машин особое место занимают дефекты посадочных отверстий корпусных деталей. Показаны принципиальные схемы конструкции исполнительных устройств для реализации предлагаемой технологии восстановления. Описан принцип действия, устройство и работа предлагаемых конструкций. Дана номенклатура деталей и марки машин, на которые она устанавливается, которые рекомендуется восстанавливать предлагаемым способом. Приведена информация по технологическим и организационным рекомендациям ремонтному производству по применению проточного гальваномеханического цинкования при восстановлении деталей сельскохозяйственных машин путем осаждения гальванического слоя цинка на посадочные поверхности корпусных деталей. Описан технологический процесс восстановления с указанием режимов проточного гальваномеханического цинкования, позволяющих получать на чугунной подложке осадки высокого качества, адгезией, близкой к величине прочности цинка на разрыв при высокой производительности процесса осаждения. Приведены преимущества предлагаемой технологии.
В статье рассмотрена актуальная на сегодняшний день проблема - создание защиты системы тягового электроснабжения постоянного тока с применением искусственного интеллекта. Произведен анализ уже существующих на сегодняшний день методов защит, выполненных на релейно-контактных элементах, и современных микропроцессорных защит. Обозначены их достоинства и недостатки, оценена их надежность и возможность применения в условиях увеличения темпов развития систем тягового электроснабжения постоянного тока. Проведен краткий анализ использования искусственного интеллекта в электроэнергетике, на основании чего обоснованы актуальность и новизна разработки интеллектуальной защиты. В статье выдвинуто положение о необходимости создания обучающей выборки для интеллектуальной защиты и уделено особое внимание поиску необходимых параметров и закономерностей. Приводятся примеры моделей, на основании которых имитируется работа электросети в момент прохождения электроподвижного состава, что позволяет применить метод имитационного моделирования нормального и аварийного режимов работы контактной сети, то есть режима короткого замыкании, в программном комплексе Matlab Simulink. Результатом работы имитационной модели являются значения токов подстанций и электровоза, их форма и скорость изменения, на основании чего выявляются основные закономерности, которые становятся основой для обучения интеллектуальных систем защит.