910

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Пермский государственный аграрно-технологический университет имени академика Д. Н. Прянишникова»

МОЛОДЕЖНАЯ НАУКА 2022: ТЕХНОЛОГИИ, ИННОВАЦИИ

Материалы Всероссийской научно-практической конференции

молодых ученых, аспирантов и обучающихся, посвященной 120-летию со дня рождения профессора А.А. Ерофеева

(Пермь, 28 марта – 1 апреля 2022года)

Часть 2

Пермь ИПЦ «ПрокростЪ»

2022

ИНЖЕНЕРНЫЕ НАУКИ

УДК 631.588

В.К. Бадеев М.Н. Лядов – студенты; Л.В. Занфирова – научный руководитель, канд .п. наук, доцент,

ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева г. Москва, Россия

ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ГОРОДСКОГО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

Аннотация. В статье рассмотрено явление городских ферм, их особенности, перспективы их дальнейшего развития, с точки зрения возможностей поддержания продовольственной безопасности городов и проблемы, возникающие при их развитии в черте города.

Ключевые слова: городские фермы; сельскохозяйственное производство; продовольственная безопасность; технологии закрытого грунта.

Традиционно сложилось, что производство сельскохозяйственной продукции располагается далеко от больших городов, несмотря на то, что именно в них находится большая часть потребителей.

Идея создания городских ферм – выделения участков для выращивания продуктов питания в черте города – не нова, она существует с начала 19 века, но в связи со всемирной пандемией и санкционными ограничениями, она вновь приобрела актуальность [1, 2].

Вцелом, городское сельское хозяйство – это использование небольших территорий в городах, для производства продуктов питания путём их выращивания в питательном субстрате. Поскольку, пространство города весьма ограничено и не всегда подходит для масштабного ведения селькохозяйственного производства, то городские фермы могут иметь различные масштабы: от общественных проектов в городских районах, крыш и подвалов многоэтажных домов, до комнатных гроубок-

сов [5].

Вцелом, по масштабам и способам использования технологий культивации растений, можно выделить три группы городских ферм: производственные участки открытого грунта, одноэтажные производственные объекты закрытого грунта, многоуровневые производственные объекты закрытого грунта (вертикальные фермы) [7].

Цель создания городских ферм – улучшение уровня жизни в условиях урбанизации, производство свежих фруктов, ягод, овощей, макро и микро зелени, грибов, улучшение экологической обстановки, повышение осведомлённости жителей мегаполисов о сельском хозяйстве и земледелии, внесение посильного вклада в продовольственную безопасность страны [2, 7].

Конечно, осуществить производство съедобной продукции в условиях загрязненной городской среды, применяя технологии открытого грунта, возможно не всегда, так как страдает экологическая безопасность производимого продукта. Но использование технологий закрытого грунта, позволяет создавать оптимальные условия для роста и развития растений и грибов, обеспечивая их контролируемую экологичность.

3

Каким образом может функционировать многофункциональная городская ферма и сколько она производит продукции, проиллюстрируем на примере вертикальных городских ферм компании Urban Organics, работающих в США. Главной особенностью этих городских ферм – является совмещение растительной и рыбной продукции. Водный цикл в этом производстве, представляет собой замкнутую аквапоническую систему: вода, в которой содержатся рыба, поступает к растениям. Затем, вода проходит через овощной блок, очищается от различных примесей, неся растениям питательные вещества, а потом вновь возвращается в бассейны с рыбой. Благодаря такой технологии, Urban Organics минимизирует водные расходы и ежегодно производит более 200 000 килограммов капусты, листовых овощей и приправ, а также более 120 000 килограммов рыбной продукции [4].

В нашей стране городские фермы тоже активно развиваются, например – «РусЭко», «iFarm», «Агрорус», и их продукцию мы уже можем видеть на прилавках магазинов.

Приведенные примеры показывают, что городские фермы вполне окупаемы и перспективны. Их можно размещать не только в работающих и заселённых зданиях, но и в брошенных или не пригодных для жизни человека. Конечно, организация многофункциональных и рентабельных городских ферм – это сложная, многоаспектная задача, требующая не только наличия места и финансовой поддержки, но и обеспечения высококвалифицированными специалистами, обладающими инженерными, агрономическими и экономическими знаниями [3, 6, 8]. Комплексный подход к развитию городских ферм, позволит обеспечивать население городов свежей продукцией и уменьшит логистические издержки по ее доставке от производителя к потребителю.

Литература

1.Городское сельское хозяйство / FAO. URL: http://www.fao.org/urban-agriculture/ru/ (дата обращения: 07.03.2022)

2.Занфирова, Л. В. City-farming как одно из направлений оптимизации производства сельскохозяйственной продукции / Л. В. Занфирова, Е. А. Овсянникова, А. Х. Габаев // Инновационные решения в строительстве, природообустройстве и механизации сельскохозяйственного производства: Сборник научных трудов всероссийской (национальной) научно-практической конференции, Нальчик, 04 июня 2021 года. – Нальчик: ФГБОУ ВО Кабардино-Балкарский ГАУ, 2021. – С. 178-180.

3.Занфирова, Л. В. Особенности становления общего и экономического мировоззрения студентов / Л. В. Занфирова // Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина". – 2014. – № 1(61). – С. 81-84.

4.Комплекс Urban Organics: уникальная городская ферма по выращиванию овощей и рыбы

/URL: https://travelask.ru/blog/posts/16711-kompleks-urban-organics-unikalnaya-gorodskaya-ferma-po- vyras (дата обращения: 01.03.2022)

5.Н. М. Руткин, Л. Ю. Лагуткина, О. Ю. Лагуткин. Урбанизированное агропроизводство (сити-фермерство) как перспективное направление развития мирового агропроизводства и способ повышения продовольственной безопасности городов // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Рыбное хозяйство. – 2017. С. 95-108.

6.Чистова, Я. С. Интенсификация процесса подготовки инженеров для агропромышленного комплекса / Я. С. Чистова, Л. В. Занфирова, Т. П. Коваленок // Технологические новации как фактор устойчивого и эффективного развития современного агропромышленного комплекса: Материалы Национальной научно-практической конференции, Рязань, 20 ноября 2020 года. – Рязань: Рязанский государственный агротехнологический университет им. П.А. Костычева, 2020. – С. 492-498.

7.Dickson Despommier. Vertical Farm: Feeding the World in the 21st Century. L.: Picador, 2011.

8.Simulation of the problem determination of dynamic characteristics of measuring / V. P. Iosifov, V. A. Kamaev, D. M. Korobkin, A. V. Melikov // IISA 2015 - 6th International Conference on Information, Intelligence, Systems and Applications : 6, Corfu, 06–08 июля 2015 года. – Corfu, 2015. – P. 7388077. – DOI 10.1109/IISA.2015.7388077.

4

УДК 621.65/.69:531.43/.46

А.С. Васёв – магистрант; Е.В. Пепеляева – канд. техн. наук;

С.Г. Гурьянов – научный руководитель, доцент, ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ, г. Пермь, Россия

ПОДБОР ОПТИМАЛЬНЫХ ПАР ТРЕНИЯ В НАСОСЕ ДЛЯ СОЗДАНИЯ РАЗРЯЖЕНИЯ

Аннотация. В статье приведены результаты лабораторных исследований пар трения «углепластик – чугун СЧ20», «сталь У8 – чугун СЧ20». В ходе проведения эксперимента на машине трения моделировались условия работы в паре трения «пластина – внутренняя поверхность корпуса» насоса для создания разряжения. В результате исследований выяснилось, что сталь У8 в несколько раз более износостойкая, чем углепластик.

Ключевые слова: износостойкость, износ, трение, углепластик, насос для создания разряжения.

Введение. Срок эксплуатации механизмов в основном определяется скоростью износа его деталей, особенно в парах трения. Недостаточная износостойкость материалов пар трения насоса сопровождается изменением линейных размеров трущихся поверхностей деталей, которые влекут за собой ухудшение производительности с увеличением наработки [1, 2].

Одной из основных неисправностей вакуумных насосов для создания разряжения является износ текстолитовых лопаток (пластин) и внутренней поверхности корпуса, в результате чего межремонтный период для насосов данного типа составляет 800…900 часов [3, 4], что очень мало при работе насоса и значительно ограничивает срок эксплуатации изделия.

В связи с данной проблемой целью работы является подбор альтернативных, более износостойких материалов для пары трения «пластина-корпус» в насосах для создания разряжения. Это позволит повысить ресурс и эксплуатационные характеристики, тем самым снизить затраты на обслуживание и ремонт.

С этой целью, на основании физико-механических свойств, были подобраны более износостойкие материалы для изготовления лопаток – углепластик и сталь У8 [3].

Методика исследования. Износостойкость материалов в парах трения исследовали на машине трения ИИ-5018 (рисунок 1, 2) по схеме «диск-колодка». Были изготовлены образцы материалов пар трения «углепластик – чугун СЧ20», «сталь У8 –чугун СЧ20». Диск изготовлен из серого чугуна марки СЧ-20 идентичного корпусу насоса, а колодки (контртело) изготавливались из углепластика и стали марки У8. Размеры образцов приведены на рисунке 3.

При проведении эксперимента [1] соблюдались следующие условия: непараллельность поверхности А и Б не более 0,02 мм, радиальное биение поверхности В относительно оси отверстия не более 0,03 мм. Торцевое биение поверхности А относительно оси отверстия не более 0,02 мм. Контроль проводился измерительным приспособлением синдикатором часового типа ИЧ-10.В процессе исследования предусматривался весовой метод контроля износа по ГОСТ 30480-97.Для определения величины износа использовались аналитические весы марки HМ-202.

5

Рис. 1. Машина трения ИИ-5018

Рис. 2. Измерительный блок машины трения ИИ – 5018

Рис. 3. Эскиз образцов по схеме «диск-колодка»

До начала эксперимента все пары трения притирались в течение пяти минут для уменьшения времени прирабатывания, а затем промывались ацетоном и устанавливались на машину трения. Частота вращения диска должна соответствовать частоте вращения ротора вакуумного насоса при работе n=1440 мин-1. В процессе эксперимента на пару трения по капиллярной трубке подавалось моторное масло М10ДМ со скоростью 2 капли в минуту. После прогрева (5-6 минут), используя нагрузочный механизм, прикладывалась нагрузка N = 280 H на колодку. Эксперимент проводился таким образом, чтобы путь трения во всех сравниваемых вариантах был одинаков. Температура пар трения замерялась пирометром Raynger «ST» через интервалы времени – 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5 часа работы машины трения.

6

Результаты эксперимента. Показатели износа (изменение массы контртела), температура в зоне трения контрольных образцов в зависимости от длительности испытаний при нагрузке N=280 Н приведены в таблице. Графические зависимости износа образцов и температуры в ходе эксперимента представлены на рисунках 4, 5.

Рис. 4. График зависимости износа образцов от времени испытаний

Рис. 5. График зависимости температуры в зоне контакта пар трения

В процессе проведения эксперимента на машине трения показатели износа деталей сопряжений не сохраняют постоянных значений. По результатам проведенных экспериментов, следует отметить, что износ образца из стали У8 значительно меньше чем из углепластика при одних и тех же условиях.

Наглядно видно (рис. 4), что износ стали У8 имеет линейную зависимость и за время эксперимента 150 минут (2,5 часа) составит 0,0152 гр., а из углепластика за этот же период времени 0,0788 гр. Образец из углепластика имеем значительный износ в процессе притирания с сопрягаемым материалом. Также следует отметить, что температура в паре трения «углепластик – СЧ-20» в 2 раза выше по сравнению

7

с парой трения «сталь У8 – СЧ-20» (рис. 5). Скорее всего поэтому и наблюдается более интенсивный износ в паре трения «углепластик – СЧ-20».

По результатам проведенного экспериментального исследования износостойкости пар трения было установлено, что более износостойким материалом для изготовления лопаток насоса для создания разряженияявляется сталь У8.

Литература

1.Багмутов В.П., Савкин А.Н., Паршев С. Н. Изнашивание деталей узлов трения наземных транспортных средств: учебное пособие. Волгоград. :ВолгГТУ, 2011.– 56 с.

2.Борисов Г.А., Колодяжная И.Н., Слепова А.Ш. Повышение надежности сложных технических систем путем применения современных полимерных композиционных материалов // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. 2018. № 2. С. 14–18.

3.Васёв, А.С., Обоснование выбора конструкционных материалов пар трения насоса для создания разряжения. Молодёжная наука 2021: технологии, инновации, Всероссийская науч.-прак- тическая конф. Молодых ученых, аспирантов и обучающихся (2021; Пермь): В 3ч. Ч 2, 2021. – С.

176-179.

4.Влияние величины торцевого износа пластин на работу вакуумного насоса пластинчатого типа / Н.А.Марьин, П.А. Лебедев, Р.В. Павлюк, А.В. Захарин // Состояние и перспективы развития агропромышленного комплекса. Ростов н/Д.: Донской, 2019. С. 368–370с.

УДК 593.3

С.В. Гладких – студент; В.Ф. Миллер – научный руководитель, канд. техн. наук, доцент,

ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ, г. Пермь, Россия

РАСЧЁТ КАБЕЛЬНОГО ПОДЪЕМНОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ РЕМОНТНОЙ ЗОНЫ ТРАКТОРОВ И АВТОМОБИЛЕЙ

Аннотация. В статье рассмотрен вопрос расчёта и выбора основных элементов кабельного подъёмника. Определена зависимость усилия натяжения несущего каната по условию максимального его провиса.

Ключевые слова: кабельный кран, несущий канат, грузоподъёмность, провис каната, усилие натяжения каната, разрывное усилие.

Кабельные краны наибольшее применение нашли в малоэтажном строительстве и реконструкции промышленных зданий. Это обусловлено их универсальностью, простотой конструкции и незначительным временем монтажа, что позволяет применять их в труднодоступных местах. Поэтому имеется возможность использовать кабельные краны грузоподъёмностью до 5 т в условиях ремонтных мастерских агропредприятий. Шаг расположения колонн в зданиях мастерских составляет 9...18 м и высотой 6 м. Высота подъёма груза для кабелькрана определяется условием максимально допустимого провиса несущего каната, позволяющего транспортировать груз над оборудованием и ремонтируемой техникой, находящихся на маршруте его движения.

Для расчёта несущего каната как основного элемента кабель-крана необходимо принять следующие допущения:

- канат является тяжёлой гибкой нитью, нагруженной распределённой нагрузкой q от собственного веса и сосредоточенной нагрузкой от веса груза 2 и тележки Т, перемещающейся по канату = 2 + ;

8

-длина дуги прогиба принимается равной длине каната, соединяющего точки опоры А и В;

-максимальный прогиб каната находится посредине пролёта ℓ. Расчётная схема каната (рис.1) составлена для основного варианта исполь-

зования крана, когда опоры А и В находятся на одной высоте. при принятых допущениях рассматриваемая задача сводится к симметричной системе и из условия её

Рисунок. Расчётная схема несущего каната

Рассмотрим условие равновесия левой части пролёта ∑ М(Б)=0, из которого

момент Б будет равен

М(Б) = 0,5 ∙ УА ∙ ℓ − ХА ∙ − ∙ ℓ2/8=0.

После преобразования горизонтальная реакция в т.А будет равна

ХА=ℓ·(УА · 0,5 · ℓ − ℓ2/8)/ .

Видно, что для уменьшения стрелы провиса, горизонтальную составляющую необходимо увеличивать. Максимальная величина стрелы провиса рекомен-

где с - коэффициент пропорциональности, с = (5...7).

Для создания необходимого усилия в опоре А необходимо подобрать канат, по разрывному усилию раз = · А, [1]

где k- коэффициент запаса прочности каната, для кранов k = 4...5.

Литература 1. Подъемно-транспортные машины/ М.Н. Ерохин, С.П.Казанцев [и др.] -Москва : Колос

С, 2010, - 335с. : ил.

9

УДК 631.362

А.С. Делидов, М.Е. Панфилов – студенты; В.Д. Галкин – научный руководитель, д-р техн. наук, ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ, г. Пермь, Россия

ПЕРСПЕКТИВЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ВОЗДУШНО-РЕШЕТНЫХ ЗЕРНООЧИСТИТЕЛЬНЫХ МАШИН

Аннотация. В статье представлены схемы, и направления совершенствовования зерноочистительных машин для очистки влажного и высушенного зерна отечественного и зарубежного производства. Основными тенденциями совершенствования зерноочистительных машин являются: расширение их функциональных возможностей за счет обеспечения работы в режимах предварительной, первичной и вторичной очистки или осуществление первичной и вторичной очистки в одной машине.

Ключевые слова: воздушно-решётные зерноочистительные машины, схемы, характеристики, перспективы совершенствования

Введение. В настоящее время одной из важнейших задач является увеличение урожайности зерна.

Для повышения урожайности, при прочих равных условиях, необходимо иметь районированный в конкретной зоне высококачественный посевной материал, соответствующий ГОСТ Р 52325-2005. Для получения семенного материала требуемого качества используют комплексы машин, в составе которых, на трех операциях по отделению примесей из пяти, используют воздушно - решетные зерноочистительные машины. [1]. Поэтому, исследований является выявление тенденций совершенствования машин, используемых при очистке влажного (предварительная очистка) и высушенного (первичная и вторичная очистка) зернового вороха.

Разработкой воздушно-решетных зерноочистительных машин занимаются в нашей стране творческие коллективы федерального научного агроинженерного центра ВИМ, ФАНЦ Северо-Востока имени Н.В.Рудницкого, ООО «Воронежсельмаш», Донского ГТУ, Воронежского ГАУ, Вятского ГАУ и др. [3,4,5,6].

Воздушно-решетные машины можно разделить на две группы – машины, очищающие зерно до сушки (первая группа) и после сушки (вторая группа). Машины первой группы, в соответствие с ГОСТ 33735-2016, должны проводить очистку от крупных и легких примесей комбайнового вороха любой влажности. Машины, устанавливаемые после сушилки предназначены для отделения легких, крупных и мелких сорных примесей и мелкого и щуплого зерна (машины первичной очистки). Машины вторичной очистки, устанавливаемые, как правило, после машин первичной очистки, используют при получении семян.

Заслуживает внимания машина предварительной и первичной очистки комбайнового вороха МПО-25Ф, созданная в лабораторией зерно- и семяочистительных машин под руководством профессора А.И.Буркова.

10