В статье представлен прочностной расчет лапы культиватора, выполненный методом конечных элементов в системе Inventor Pro. Определены виды и характер нагрузок, приходящихся на режущую кромку и поверхность конструкции лапы, а также места ее крепления, т. е. опорные зависимости. Величина нагрузок выяснена в зависимости от коэффициента удельного сопротивления резанию и от категории почвогрунтов, разрабатываемых лапой в процессе движения без оборота пласта. Определены также условия работы культиватора, которые могут повлиять на качество производства работ и на прочность конструкции лапы. Исследованы виды напряжений, возникающие в конструкции лапы в процессе производства работ, с учетом которых проектируются новые конструкции с достаточным коэффициентом запаса прочности. По результатам исследований рекомендованы конструкции с оптимальной конфигурацией и требуемым запасом прочности для конкретных условий эксплуатации. Определены максимальные напряжения в наиболее нагруженных участках конструкции культиваторной лапы, для которых необходимо проводить уточненный прочностной расчет. При исследованиях прочностной расчет конструкции проведен методом конечных элементов. Прочность конструкции задана с учетом качественного выполнения рабочей операции по обработке почвы, выполняемой исследуемым рабочим органом.
Исследована интеграция пьезоэлектрических элементов с морским буем. Растущий глобальный интерес к возобновляемым источникам энергии привел к значительным исследованиям в области использования энергии морских волн для устойчивого применения. В данном исследовании представлена маломощная пьезоэлектрическая система, разработанная для использования волнового движения морских буев. Предлагаемая система объединяет пьезоэлектрический элемент с буем для оптимизации преобразования энергии. Структура буя была протестирована в контролируемой волновой среде, продемонстрировав, что колебания, вызванные волнами, усиливают пьезоэлектрический выход. Результаты экспериментов показали, что пиковое выходное напряжение составляет 6,3 В при различных волновых условиях, а максимальная мощность достигает 0,22 мВт при высоте волны от 9 до 19 см. Исследование подчеркивает целесообразность использования пьезоэлектрического сбора энергии с помощью волн для автономных морских аппаратов, особенно в гибридных конфигурациях для мониторинга прибрежных и морских районов, обеспечивая надежную генерацию энергии в неблагоприятных погодных условиях. Экспериментальные результаты показывают, что система достигла максимальной мощности 220 мкВт при мощности волны 24,55 Вт на частоте 30 Гц.
Использование рабочих веществ с постоянными температурными условиями кипения и конденсации в децентрализованных теплонасосных системах для нагрева и охлаждения сред с ограниченным тепловым потенциалом приводит к сокращению теплоты, поступающей от низкотемпературных источников и снижению коэффициента преобразования. В связи с этим актуальным является разработка метода повышения коэффициента преобразования децентрализованных теплонасосных систем, использующих среды с ограниченным тепловым потенциалом. В работе предложен метод, согласно которому коэффициент преобразования децентрализованных теплонасосных систем находится на основе определения минимальной разности температур зеотропной смеси между конденсатором и испарителем теплового насоса, путем подбора мольного содержания компонента, имеющего более низкую температуру испарения. Предложена зависимость по определению действительного коэффициента преобразования децентрализованных энергетических теплонасосных систем, использующих зеотропные смеси. Предложенный метод значительно увеличивает коэффициент преобразования децентрализованных теплонасосных систем, использующих среды с ограниченным тепловым потенциалом, температура которых меняется в процессе нагрева и охлаждения. Так, для децентрализованных теплонасосных систем по воздушной сушке строительной продукции получено значение коэффициента преобразования, равное 11,6, что в 2,35 раза выше, чем для такой же установки, работающей на чистом рабочем веществе.
Основной тенденцией последних лет в энергообеспечении потребителей, находящихся вдали от централизованных систем газоснабжения, является широкое применение децентрализованных систем, использующих пропан-бутановые смеси сжиженного углеводородного газа на нужды основного или резервного газоснабжения. Системы автономного энергоснабжения потребляют сжиженный углеводородный газ, с принудительным переводом его из жидкого состояния в газообразное, применением специализированных промышленных электрических испарителей, характеризующихся значительной материалоемкостью. В этой связи целью данной работы является разработка новой конструкции промышленного электрического испарителя с минимальной материалоемкостью. В целях повышения эффективности разработки новых ресурсоэнергосберегающих ПЭИ предлагается универсальный метод, который опирается на системный подход при разработке сложных технических устройств с заранее установленными требованиями, базирующийся на методических разработках по созданию новых технических моделей и конструкций. При системном подходе к созданию ресурсосберегающего испарителя сжиженного углеводородного газа в статье предлагается определенный алгоритм действий, позволяющий установить минимально допустимые значения управляющих параметров, что позволит создать модель промышленного электрического испарителя с минимальной материалоемкостью. В результате создана модель, на основе которой разработана конструкция промышленного электрического испарителя сжиженных углеводородных газов, отличающаяся минимальными показателями материалоемкости и высокой эффективностью теплообмена. Использование системного подхода в процессе разработки новых устройств существенно снижает вероятность негативных последствий при реализации инвестиционных проектов, сопряженных с высоким уровнем рисков, что, в свою очередь, способствует увеличению надежности капитальных вложений в новые технические устройства, особенно в условиях венчурного финансирования.
В статье представлены результаты комплексного исследования влияния вакуумного отжига на микроструктурные и механические свойства стали Л-53, перспективной для изготовления оборудования животноводческих комплексов. Методами металлографии, сканирующей электронной микроскопии и микротвердометрии изучена эволюция структуры материала при отжиге при 1000 °C с выдержкой 60…300 минут. Установлено, что оптимальные эксплуатационные характеристики достигаются после 180-минутной обработки, когда формируется стабильная зеренная структура (25…45 мкм) с микротвердостью 2,26 ГПа. Показано, что наиболее интенсивное снижение микротвердости (на 43 %) происходит в первые 60 минут за счет рекристаллизации и снятия внутренних напряжений. Выявлено образование наноструктурированного поверхностного слоя (20…40 мкм) с повышенной на 15…20 % микротвердостью, обеспечивающего устойчивость к коррозионно-механическому изнашиванию. Особое внимание уделено анализу поведения материала в условиях, имитирующих эксплуатацию в системах навозоудаления, кормораздачи и доильных аппаратах. Результаты демонстрируют, что сталь Л-53 после оптимального режима термической обработки сочетает высокую коррозионную стойкость к органическим кислотам и дезинфицирующим растворам с устойчивостью к абразивному износу и циклическим нагрузкам. Экономическая эффективность применения подтверждается сравнением с традиционными нержавеющими сталями - при сопоставимых эксплуатационных характеристиках стоимость Л-53 существенно ниже.
Представлены способы создания деталей машин мелиоративного назначения и исследование их напряженного состояния с определением коэффициента запаса прочности методом конечных элементов в отечественной системе трехмерного моделирования КОМПАС-3D v21 Учебная версия. Данная версия широко используется студентами, обучающимися по техническим и машиностроительным направлениям. В системе КОМПАС-3D v21 имеются все возможности создания объемных деталей, принятые в современных отечественных и импортных графических пакетах. Объемные детали создаются выдавливанием, вращением, оболочкой и лофтингом предварительно сформированных эскизов. Любая вновь созданная конструкция или деталь, несущая на себе определенную нагрузку в рамках узла или агрегата мелиоративной или сельскохозяйственной машины требует проведения прочностного расчета, т. е. исследования напряженного состояния. Главной характеристикой для принятия решения о возможности применения исследуемой детали в узлах технологической машины является коэффициент запаса прочности, который при проведении предварительных прочностных расчетов для стальных конструкций может находиться в пределах от 1,5 до 2,0 единиц. Для более ответственных конструкций данный показатель может быть и выше, например, для элементов грузоподъемных машин эта величина может достигать 9 и более единиц. Если коэффициент окажется больше указанного диапазона, то, очевидно, имеет место большой расход металла, если ниже диапазона, то конструкция не выдерживает нагрузок.
В статье рассмотрены основные подходы к применению моделей оценки надежности технических систем, таких как сельскохозяйственное электрооборудование и агрегаты, энергоблоки, системы электроснабжения, системы пожарной сигнализации и извещения о пожаре. Выявлены основные показатели их надежности. Рассмотрены экспоненциальная, нормальная гамма-модель и модели Вейбулла оценки показателей надежности технических систем, проанализированы возможные пути их применения при создании новых систем мониторинга электропожаробезопасности объектов АПК (МЭОА) с заданными параметрами надежности с учетом основных причин снижения последней. Рассмотрен функционально-структурный метод оценки надежности применительно к проектированию новых систем МЭОА. Разработана базовая структура системы МЭОА, включающая блоки мониторинга функций электропожаробезопасности объекта АПК, с учетом их взаимного влияния друг на друга. Предложена графическая интерпретация такого метода в виде аналитического графа. Разработана методика проведения функционально-надежностного анализа, позволяющая спроектировать систему МЭОА с заданными показателями надежности и экономическими характеристиками. Сформулированы аспекты применения функционально-надежностного подхода при проектировании систем МЭОА с учетом требуемого уровня надежности, критерия минимума затрат.
Значительное повышение температуры обмоток статора при циклических нагрузках отрицательно сказывается на надежности асинхронных электродвигателей, особенно в условиях агропромышленного комплекса, в которых качество электроснабжения часто нестабильно. В статье представлен сравнительный экспериментальный анализ тепловых и электрических характеристик асинхронных двигателей, работающих в условиях циклической (повторно-повторяющейся) нагрузки, с классическими обмотками и с совмещенными обмотками. Испытания были проведены при трех уровнях питающего напряжения (342 В, 380 В, 418 В), которые отражают реальные эксплуатационные условия в сельскохозяйственной отрасли. Измерения включали регистрацию токов, напряжений, потребляемой мощности, коэффициента мощности, а также косвенное определение температуры обмоток посредством измерения изменения их сопротивления. Дополнительно была изучена динамика нагрева двигателей в течение нескольких последовательных циклов нагрузки. Результаты показали, что двигатель с совмещенными обмотками характеризуется снижением температуры обмоток статора на 11…12 °C, уменьшением активных потерь, снижением потребляемого тока и повышением энергоэффективности по сравнению с асинхронным двигателем с классической схемой соединения обмоток. Полученные данные подтверждают, что применение совмещенных обмоток может способствовать повышению надежности и долговечности асинхронных двигателей в условиях циклической нагрузки и нестабильного электроснабжения.
В современном мире проблема лесных пожаров приобретает все большую актуальность, что стимулирует поиск новых и эффективных методов и технологий для их обнаружения и ликвидации. Огонь может охватывать огромные территории за считанные часы, становясь неуправляемой силой, с которой не могут справиться даже самые современные средства пожаротушения. Применение беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) является одним из перспективных направлений в этой сфере. Данная статья посвящена исследованию и анализу использования БПЛА для обнаружения лесных пожаров, а также созданию управляющего приложения на языке программирования Python. Основное внимание уделено созданию уникального приложения, которое позволяет осуществлять комплексный контроль над БПЛА, включая планирование маршрутов, мониторинг параметров полета и обработку данных в реальном времени. Практическая значимость работы заключается в создании универсального инструмента для управления БПЛА, который может быть использован в различных сферах применения: от сельскохозяйственного мониторинга до поисково-спасательных операций. Разработанное приложение позволяет существенно повысить эффективность использования беспилотных технологий и расширить возможности их применения в современных условиях.
В условиях современного мира надежность электроснабжения становится критически важной для функционирования как бытовых, так и промышленных систем. Отключения электроэнергии могут привести к значительным экономическим потерям и нарушению работы жизненно важных инфраструктур. Внедрение резервных источников питания может значительно повысить устойчивость к отключениям. Однако для эффективного управления этими источниками необходимо разработать интеллектуальные системы, способные предсказывать и автоматизировать включение резервных источников питания в ответ на изменения в потреблении или отказ основного источника. В данной статье исследование посвящено разработке и применению нейронной сети для автоматизации процесса включения резервных источников питания на трансформаторной подстанции. Актуальность работы обусловливает повышение требований к надежности электроснабжения, особенно в условиях эксплуатации, требующих особого внимания. В традиционной системе управления резервом сформированные на фиксированных пороговых значениях и релейной логике ограничивают адаптивность работы к изменяемым режимам работы электросети и не обеспечивают прогнозирования аварийных ситуаций. А нейронная сеть, в свою очередь, обучается c данных электросети (напряжение, ток, частота, активная и реактивная мощность и другие) и способна прогнозировать необходимость переключения на резервные источники питания на основе анализа динамики этих параметров, что в результате позволяет значительно повысить надежность электроснабжения и снизить риск возникновения аварийных ситуаций. Поэтому в представленной работе предложен подход, основанный на использовании простого Feedforward нейронной сети (многослойного персептрона (MLP)), реализованного с применением библиотек Keras и TensorFlow на языке Python.
В работе предложена гипотеза, предполагающая, что сокращение облачности в настоящее время обусловливается уменьшением потока воздуха и растворенных в нем водяных паров через слой парниковых газов вследствие увеличения их температуры на 1,1 °С в связи с потеплением. Увеличение температуры парниковых газов в настоящее время приводит к повышению их кинематической вязкости и аэродинамических потерь, по сравнению с доиндустриальным периодом (1959 год). Целью работы является разработка механизма уменьшения облачности, связанного с повышением температуры парникового газа в атмосфере Земли и потеплением климата. Получено выражение по оценке аэродинамических потерь, из которого следует, что значение объемного расхода воздуха с растворенными в нем водяными парами при его течении в среде парникового газа уменьшается при увеличении температуры атмосферы в результате потепления климата. Следствием этого является уменьшение облачности на всех высотных отметках. Повышение температуры атмосферы в будущем периоде времени приведет к еще большему снижению потока воздуха и растворенных в нем водяных паров и, как следствие, к уменьшению облачности на всех высотных отметках и ускорению темпа потепления климата.
Статья посвящена исследованию возможности выявления неисправности топливной аппаратуры тракторного дизеля путем анализа состава выхлопных газов. В работе рассмотрена проблема диагностики неисправностей, связанных с эффектом «льющей форсунки», который возникает в том числе при снижении давления подъема иглы форсунки. Авторы предлагают использовать стационарный газоанализатор для измерения концентрации вредных компонентов в выхлопных газах, таких как CO, CO₂ и NOx, при проведении низших видов ТО. Эксперимент проводился на тракторе МТЗ-82 с дизельным двигателем Д-240. Были измерены концентрации выхлопных газов в двух состояниях: исправном и с искусственно созданной неисправностью (снижение давления подъема иглы форсунки). Результаты показали, что концентрация NOx увеличивается в 4 раза при низкой частоте вращения вала и в 1,5 раза при высокой, что свидетельствует о значительном влиянии неисправности на экологические показатели двигателя. Концентрации CO и CO₂ остались практически неизменными. Авторы предлагают использовать полученные данные для разработки экспертных систем диагностики, а также для мониторинга состояния топливной аппаратуры во время технического обслуживания. Это позволит своевременно выявлять неисправности, снижать перерасход топлива и улучшать экологические характеристики двигателя.