909

Литература

1.Земсков В.И., Александров И.Ю. Проектирование технических систем производства биогаза в животноводстве: учебное пособие. СПб.: Лань. 2017. - 312 с.

2.Ковалев А.А. Технологии и технико – энергетическое обоснование производства биогаза в системах утилизации навоза животноводческих ферм [Текст]: дис…..докт. техн. наук.

Москва. 1998. - 320 с.

3.Стандарт СТО 00044807 – 001 – 2006. Теплозащитные свойства ограждающих конструкций зданий [Электронный ресурс]. URL: files/stoyinf.ru/Data 1/46/46772/#i123081 (дата обра-

щения: 03.10.2020).

УДК 631.17:004

Е.А. Лялин, М.А. Трутнев,

ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ, г. Пермь, Россия

E- mail: kaftog@pgsha.ru

ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ РОБОТОВ

Аннотация. Проведен краткий обзор сельскохозяйственных роботов. Рассмотрены их возможности по выполнению различных операций. Сформулированы принципы построения сельскохозяйственных роботов. Отмечено о необходимости проведения исследований в области проектирования устройств передвижения сельскохозяйственных роботов и манипуляторов с учетом особенностей сельскохозяйственных операций.

Ключевые слова: сельскохозяйственный робот, сельскохозяйственное производство, сельскохозяйственные машины, роботизация.

Введение. Рост мирового населения поставил сельскохозяйственные угодья в тяжелое положение. Они испытывают огромное давление, заставляя производить все больше и больше продуктов питания для удовлетворения потребностей миллиардов людей. В то же время они сталкиваются с серьезными экологическими и экономическими проблемами. Правительство и потребители все чаще ожидают, что производители фруктов и овощей будут использовать меньше пестицидов. Кроме того, наем сезонных рабочих становится все более сложной задачей, а острая нехватка рабочей силы мешает сельскохозяйственным предприятиям во многих странах. В результате этой проблемы и в качестве альтернативы человеческому труду все больше и больше сельскохозяйственных компаний обращаются к внедрению автономных машин. Рассмотрим некоторые из них.

Роботизированные рои Fendt сажают семена

Немецкая ферма Fendt и Ульмский университет прикладных наук совместно разработали семенной робот Fendt Xaver (рис. 1). Финансирование Европейского Союза позволило дуэту разработать технологию, которая позволяет фермерам размещать рой маленьких роботов на поле для выполнения различных задач по посеву. Роботизированная система состоит из нескольких частей. Подразделение логистики в высокотехнологичном трейлере отвечает за зарядку аккумулятора, доставку семян и управление маленькими четырехколесными роботами через облако. Используя планшет, фермеры могут планировать задачи роботов и контролировать данные посева [7, 8].

261

Благодаря системе GPS на борту робота, Dino может самостоятельно отслеживать определенную траекторию и точно выполнять заранее определенные еженедельные задачи. Это экономит фермерам огромное количество времени и денежных средств, позволяя им вкладывать больше энергии в более сложные сельскохозяйственные задачи. Dino также является экологически чистым. Машина работает от электричества и использует минимальное количество химических средств уничтожения сорняков. Мощный аккумулятор обеспечивает работу в течение восьми часов, что особенно важно при использовании на больших полях.

FarmWise помогает фермерам бороться с сорняками без химикатов

Как и компания по производству роботов Naïo Technologies, компания FarmWise разрабатывает роботов для борьбы с сорняками, но для американского рынка. Компания из Сан-Франциско производит автономных роботов, которые

используют механические части, управляемые ИИ, для удаления сорняков (рис. 3). Алгоритмы глубокого обучения гарантируют, что машина найдет свои зеленые цели и предотвратит повреждение возделываемых культур. Роботы могут работать на разных типах местности и перемещаться между культурами, такими как салат, морковь, брокколи и т. д., Чего никогда не было с момента изобретения трактора в первой половине 20 века.

Рис. 3. Робот FarmWise в поисках сорной растительности

Роботы FarmWise работают без использования средств уничтожения сорняков. Таким образом, аграрии, использующие роботов, могут оправдать ожидания потребителей и защитить целостность почвы. Роботы также являются идеальным решением проблемы нехватки рабочей силы [3].

Технология сканирования и распыления от ecoRobotix

Швейцарский проект ecoRobotix принимает совершенно иной подход к удалению сорняков путем разработки автономного робота, который использует сканирование и распылить технологии. Программное обеспечение системы ИИ анализирует прямую трансляцию с камеры, и как только система обнаруживает сорняки, она распыляет очень небольшую дозу пестицида на целевой участок. Машина проверяет 3 гектара земли в день, весь процесс полностью автоматизирован и по сравнению с традиционными методами эта система использует в 20 раз меньше пестицидов. Верхняя часть робота покрыта фотоэлектрическими солнечными панелями шириной 2 метра, которые обеспечивают постоянное энергоснабжение [4, 6].

263

5.Шаныгин С.В. О необходимости создания в России сельскохозяйственных роботов // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. - 2013. - № 1. - С. 9—11.

6.EcoRobotix [электронный ресурс] – Режим доступа:

http://robotrends.ru/robopedia/ecorobotix (Дата обращения: 04.10.2020)

7.Fendt [электронный ресурс] – Режим доступа: https://www.fendt.com/ru/2-fendt-xaver

(Дата обращения: 03.10.2020)

8.Gokul S., Dhiksith R., Sundaresh S.A., Gopinath M. Gesture controlled wireless agricultural

weeding robot // Proceedings of the 2019 5th International Conference on Advanced Computing and Communication Systems; San Mateo, CA, USA. - 4–8 Novembe. – 2019. - pp. 926–929.

9.Rajbhoj A., Deshpande S., Gubbi J., Kulkarni V., Balamuralidhar P. fs have already been under development over the last years, and there are also a number of commercial robots on the market. //

Most of the major problems related tg. Volume 352. Springer; Rome, Italy: 2019. - pp. 295–310

10. Thorvald – autonomous modular robot delivering agricultural services [электронный ресурс] – Режим доступа: https://sagarobotics.com/ (Дата обращения: 04.10.2020)

УДК 622.3.(086)

В.Ф. Миллер,

ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ, г. Пермь, Россия e-mail: detali@pgsha.ru

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТИМАЛЬНОГО КОЛИЧЕСТВА ГАРАЖНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ СТО ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН

Аннотация. Объектом данного исследования является гаражное оборудование станции технического обслуживания подъемно-транспортных машин. Для

повышения качества обслуживания и снижения трудоемкости необходимо оснастить посты ТО и Р оптимальным количеством оборудование. Представлена зависимость и определены условия для решения данной задачи.

Ключевые слова: гаражное оборудование, пост технического обслуживания, подъемно-транспортные машины, затраты, экономическая эффектив-

ность, себестоимость.

Для развития отечественной промышленности предусматривается дальнейшее повышение уровня эффективности использования ПТМ и сокращение срока производства работ. В соответствии с этим рассматривается задача совершенствования технического обслуживания и ремонта (ТО и Р) и использования гаражного оборудования (ГО) по двум этапам: исходя из величины вложений на период работы ГО и вложений от начала работ, до момента окончания работы оборудования. Для чего, используя математический аппарат, установим алгоритм расчета количества ГО. Каждый из двух этапов в зависимости от наличия исходных данных может быть решен по одному из трех направлений: -общему количеству смен при работе ГО (N) и сроку работ по ТО и Р (tm ); -общему количеству

смен при учете совместной работе оборудования и среднему времени работы на посту ТО (tcp ); -общему объему работ (to ), эксплуатационной производительно-

сти оборудования (Пэ ) и сроку работ по ТО и Р. Объем работ, выполняемый на оборудовании, следует определять экономическим и математическим расчетом на основе критерия оптимальности, т. е. данная продолжительность работ должна быть экономически выгодной по отношению ко всем иным срокам. В предлагаемой методике за критерий оптимальности принимается наименьшая совокупность

265

затрат. Затраты подразделяются на следующие виды: 1 - независящие от продолжительности стока- себестоимости работ без учета единовременных затрат; 2 - зависящие от продолжительности ТО и Р: а) условно - постоянная часть наклад-

ных расходов; б) накладные расходы, зависящие от численности рабочих; в) потери накоплений (прибыли) от пребывания средств в незавершенном технологическом процессе; г) потери прибыли из-за неполучения или уменьшения дополни-

тельной продукции на постах ТО. Оптимальная продолжительность и количество ГО с учетом фактора времени, исходя из размера общих капитальных вложений на период работы ГО. При этом взаимосвязь в сокращении продолжительности работ ТО и Р со сроками обслуживания ПТМ, учетом коэффициентом q, который изменяется в пределах от 0 до1, т.е.: q = 0 соответствует случаю когда продолжительность видов ТО и Р не влияет на общий срок обслуживания ПТМ; q = 1 случай, когда сокращение продолжительности работ ТО и Р дает такое же сокращение общего срока обслуживания ПТМ; 0 < q < 1 соответствует промежуточному значению, установленному на основании практических данных ( опыта обслуживания ПТМ на аналогичных СТО.

Совокупность затрат и потерь (С) при обслуживании ПТМ при наличии капитальных вложений может быть установлена в виде

С = Км + ae1К1 + e2Коtмρ. (1)

В выражении (1) составляющие в правой части соответственно определя-

ют:

-стоимость работ ТО и Р;

-потери прибыли от незавершенного обслуживания за период от начала до окончания обслуживания ПТМ;

-потери прибыли из-за неполучения дополнительной продукции на вели-

чину полных капитальных вложений.

Уравнения (1) может быть представлена в развернутой форме С = [Ν (См-см + Ск ) + nСe + Н1tсрd + Т(3 +Нр) / (dtср)] 1,06 +

+ ae1[Cп + Ν(См-см + Ск ) + Н1 + Нttсрd + Т(3 +Нр) / (dtср)] 1,06 tсрd +

вычетом стоимости работ ТО и Р , Cп = С1 - Ν (См-см + Ск ) ;

См-см - себестоимость машино-смены без учета единовременных и накладных расходов , См-см = ( См-см)ср - Сe ;

Ск - заработная плата рабочих на постах ТО и Р без учета накладных рас-

ходов;

(См-см)ср - средняя стоимость машино-смены; Сe - единовременные затраты;

n - количество оборудования на постах ТО и Р, n = (Ν /(tср опт m ); m - число смен работы оборудования в течение суток;

266

продолжительности ТО и Р и сметной стоимости работ, γ1 = αα1 /(1,06 (1+ α));

α - коэффициент, учитывающий долю накладных расходов от прямых за-

трат;

α1- коэффициент, учитывающий долю накладных расходов, зависящих от

продолжительности ТО и Р; Нр - размер накладных расходов, связанных с привлечением одного ра-

бочего в сутки, Нр = (0,35 Н tм) / Т;

З - затраты, связанные с привлечением одного рабочего в день; Т - общая трудоемкость работ ТО и Р;

a - коэффициент, характеризующий вид финансирования;

e1 - нормативный коэффициент экономической эффективности для СТО;

e2 - нормативный коэффициент экономической эффективности, установ-

ленный для системы технического обслуживания, к которой относится СТО; 1,06 - коэффициент плановых накоплений;

Ко - общие капитальные вложения, включающие стоимость общих работ

по СТО, технологического оборудования и его монтаж.

При анализе уравнения (2) следует отметить, что оптимальное количество гаражного оборудования nопт можно определить как при условии одновременной работе ГО (tм ), так и при совместной (tср ).

При обоих условиях средняя продолжительность работы одной единицы оборудования не должна превышать минимальной технологически возможной, т.е. tср опт ≤ tср min или tм опт ≤ d tср min .

УДК 629.021

А.П. Миллер 1, К.Г. Пугин,1,2 Р.Ф. Шаихов 1, Д.В. Бондаренко 1, 1ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ, г. Пермь, Россия; 2Пермский филиал Волжского государственного университета

водного транспорта, г. Пермь, Россия e-mail: aleksandrmillera@mail.ru.

ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН С ГИДРАВЛИЧЕСКИМИ СИСТЕМАМИ

Аннотация. Низкие температуры окружающей среды формируют повы-

шенную скорость износа и вероятность заклинивания сопрягаемых элементов в гидросистемах технологических машин, что снижает эксплуатационную надежность. Это обусловлено изменением их размеров при изменении температуры. Предлагается для определения деформаций и температурных полей в составных элементах различных гидромашин использовать метод компьютерного моделирования с использованием метода конечных элементов.

267

Ключевые слова: гидропривод, надежность, технологические машины,

низкие температуры, моделирование.

Использование гидравлических систем в составе технологических машин позволяет повысить их технико-экономические показатели, расширить техноло-

гические возможности машины в целом. Использование гидрофицированных машин в условиях низких температур окружающей среды накладывает ряд ограничений, связанных с повышением вязкости рабочей жидкости и изменением размеров и формы элементов гидромашин и гидроагрегатов, связанных с температурным расширением при изменении температуры[1]. В настоящее время использование синтетических рабочих жидкостей, у которых минимизировано изменение вязкости при изменении температуры, позволяет решать проблему повышенной вязкости в условиях низких температур. Использование подогревателей в гидробаке, так же позволяет контролировать вязкостьрабочей жидкости на отрезке гидробак - насос – распределитель [2]. Однако вопрос температурных деформа-

ций и изменения размерови формы при резких колебаниях температуры сопрягаемых деталей гидромашин в настоящее время не имеет однозначного решения[3]. Это связано с таким фактом, что ранее гидравлические машины и гидроаппаратура выпускались и проектировались с большими технологическими зазорами и повышенным запасом прочности. Снижение материалоемкости и габаритов требуют более точного учета температурных изменений размеров и форм деталей, находящихся в прямом контакте [3-5].

Это подтверждается исследованиями, проведенными польским исследователем из Гданьского технологического университета на примере аксиально-

поршневого гидромотора [6, 7]. На основании анализа нескольких циклов нагрева плунжера, достигнутых в нескольких сериях испытаний, было определено, что скорость нагрева самого плунжера всегда ниже или равна скорости гидростатического нагрева элемента крепления плунжера к упорному диску. Эти исследования послужили для установления основных параметров, которые влияют на правильный запуск гидравлических систем в условиях большой разницы температур рабочей жидкости и элементов гидромашин. Эти параметры включают: расход и температура рабочего тела (рабочей жидкости используемой в гидроситеме), начальная температура элементов гидромашин, которая чаще всего соответствует температуре окружающей среды. В целом данные параметры определяют изменение размеров осевого и радиального зазоров между взаимодействующими элементами гидромашин. Был предложен метод, который позволяет определить области правильной и неправильной работы элементов гидромашины во время пуска при значительной разнице температуры гидроавлической жидкости и элементов гидромашин и гидроагрегатов. Области правильных параметров запуска могут быть оценивается не только на основе экспериментальных исследований, которые могут привести к повреждению компонентов, но также и численными методами, которые рекомендуются как дешёвые и быстрые.

Установление технологического регламента запуска гидросистем в условиях низких температур окружающей среды позволит снизить вероятность катастрофического износа и заклинивания элементов гидропривода с одновременным повышением эксплуатационной надежности гидропривода в целом.

268

Для определения параметров, которые бы обеспечили запуск гидравлического компонента при низких температурах окружающей среды, возможно, использовать экспериментальный метод, аналитический метод и метод компьютерного моделирования.

Дополнительный анализ научных источников информации позволил сделать вывод, что для повышения эксплуатационной надежности технологических машин с гидравлическими системами необходимо учитывать: коэффициент теплопередачи между рабочей жидкостью и составными элементами гидромашин; скорость и объем рабочей жидкости. Для установления граничных условий запуска гидросистем в условиях низких температур необходимо использовать метод компьютерного моделирования, который позволяет оценить исправность компонента при запуске в условиях теплового удара с высокой точностью, выше, чем аналитический метод.

В дальнейшем авторами статьи будет использован метод компьютерного моделирования с использованием метода конечных элементов для определения деформаций и температурных полей в составных элементах различных гидромашин и гидроаппаратуры.

Литература 1. Тимохов Р.С. Исследование влияния отрицательных температур на изменение показа-

телей гидравлических систем / Тимохов Р. С., Шоль Н. Р., Бурмистров В. А. // Успехи современной науки. – 2017. – № 6 т. 2. – С. 95–99.

Тимохов Р.С. Зависимость теплофизических свойств жидкостей и материалов гидравлических приводов от температуры / Тимохов Р. С., Шоль Н. Р., Бурмистров В. А. // Успехи современной науки. – 2017. – № 6 т. 2. – С. 204 – 208.

3. Повышение надежности и ресурса гидросистем сельскохозяйственных машин /

У. А. Пираматов, К. Г. Пугин // Агротехнологии XXI века Agrotechnologiesofthe XXI century: материалы Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием (Пермь, 26-28 февр. 2019 г.), посвящ. 100-летию высш. аграрного образования на Урале. В 3 ч. ч. 1. / М-во сел. хоз-ва Рос. Федерации, Перм. гос. аграр- но-технолог. ун-т им. акад. Д. Н. Прянишникова. - Пермь: Прокростъ, 2019. – С. 354-356.

4.Пираматов У.А., Пугин К.Г. Корректировка методов диагностирования гидравлических систем строительно-дорожных машин // Строительные и дорожные машины. - 2019. – № 5. – С. 37-41.

5.Пираматов У.А., Пугин К.Г.Повышение надежности гидропривода строительно- дорожных машин // Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе. - 2019. - Т.

1.- С. 104-107.

6.Jasiński R.: Problems of the starting and operating of hydraulic components and systems in

low ambient temperature (Part 1), Polish Maritime Research. – 2008. - Vol 15. - pp. 61-72.

7. Jasiński R.: Problems of the starting and operating of hydraulic components and systems in low ambient temperature (Part 2), Polish Maritime Research. – 2009. - Vol 16. - pp. 22-31.

УДК 631.363

Е.В. Пепеляева, ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ, г. Пермь, Россия; А.В. Костицин,

АО «ОДК Стар», г. Пермь, Россия

ИССЛЕДОВАНИЕ ГОЛОВКИ ЭКСТРУДЕРА ДЛЯ ОТЖИМА МАСЛА

Аннотация. В статье приведены исследования головки экструдера с коль-

цевым поперечным сечением канала, конструкция которой позволяет регулировать зазор в процессе работы. В результате исследований получены зависимости давления в предматричной зоне экструдера и производительности от ширины кольцевого канала и частоты вращения шнека в виде уравнений регрессии.

269

Ключевые слова: экструдер, головка экструдера, отжим масла, давление, производительность.

Одним из основных способов для производства масла из различных масличных культур на сегодняшний день является шнек-прессовый отжим в экстру-

дерах [3]. От конструкции экструзионной головки зависят производительность и энергоёмкость экструдера, технологические параметры процесса отжима (давление, температура в рабочей зоне) и как следствие качество получаемого масла. Наиболее предпочтительными являются прямоточным головкам с кольцевым поперечным сечением канала, позволяющие регулировать зазор в процессе работы и как следствие режимы процесса отжима масла в экструдере [1].

Методика. Исследования проводились на лабораторном экструдере [2] с усовершенствованной экструзионной головкой в лаборатории инженерного факультета ФГБОУ ВО ПГАТУ. В качестве исследуемого материала использовали семена рапса.

В процессе эксперимента задавали и контролировали ширину кольцевого канала головки экструдера, а также частоту вращения шнека. При этом фиксировали давление в предматричной зоне и замеряли производительность по жмыху весовым методом.

Исследования работы головки экструдера для отжима масла проводили классическим методом, с варьированием одного из факторов при постоянстве других, а также с использованием методики планирования эксперимента.

Факторы, основные уровни и интервалы варьирования выбирали на основании ранее проведенных исследований, а также на основании поисковых опытов.

Результаты. В ходе экспериментальных исследований в диапазоне параметров получены результаты приведенные в таблице.

Таблица

Результаты эксперимента по исследованию работы головки экструдера для отжима масла

Обработка опытных данных производилась на ЭВМ с помощью програм-

мы STATGRAPHICS Plus 3.0.

На основе данных проведенного двухфакторного эксперимента и их обработки получено следующие уравнения регрессии описывающие влияние частоты вращения шнека и ширины кольцевого канала на давление в предматричной зоне экструдера (1) и производительность по жмыху (2)

270