Инженерные технологии и системы

Введение. Современное электромобилестроение активно развивается по многим направлениям. Разработка и реализация проектного решения для электромобиля являются актуальными задачами, включающими в себя множество частных взаимосвязанных исследовательских, конструкторских и технологических задач. В данной статье рассматривается прототип электромобиля, реализующий проектное решение, основанное на комбинированном управлении, включающем в себя ручное, дистанционное и программное управление.
Цель исследования. Разработать и реализовать проектное решение для прототипа электромобиля с системой комбинированного управления в ручном, дистанционном (по радио) и беспилотном режимах с возможностью для пилота легко и безопасно менять режим управления.
Материалы и методы. В качестве методов и инструментов решения поставленной задачи используются современные методы моделирования и проектирования, основанные на интегрированном подходе, предполагающем разработку виртуальных (CAx) и натурных моделей, построенных на базе конструктора Bigo.Land и ArduPilot.
Результаты исследования. Результатом исследования является интегрированная модель прототипа электромобиля в целом и, в частности, натурная модель, CAx-модели, система управления, обеспечивающая комбинированное дистанционное, программное и ручное управление. Компоненты (натурные и виртуальные) интегрированного объекта связаны этой же системой управления.
Обсуждение и заключение. Разработанная интегрированная программно-аппаратная модель прототипа электромобиля, система траекторного управления и результаты анализа этой модели обеспечивают функционал комбинированной системы управления электромобилем и могут быть использованы разработчиками и производителями данного вида техники.

Введение. Рост производительности современных сельскохозяйственных машин не возможен без использования более производительных транспортирующих рабочих органов. В связи с этим одной из актуальных задач машиностроения является создание транспортирующих рабочих органов не только с высокой производительностью, но и оптимальными геометрическими параметрами, влияющими на процесс транспортировки. Однако отсутствует обоснованная методика моделирования и оценки эффективности перемещения сыпучего материала шнековыми транспортерами, позволяющая определить наиболее оптимальный конструктивный вариант на стадии проектирования.
Цель исследования. Обоснование методики моделирования и исследования процесса транспортирования сыпучей среды шнековыми транспортерами.
Материалы и методы. В качестве объекта исследования взята система выгрузки зерноуборочного комбайна. Представлена методика формирования цифровой модели системы транспортирования с возможностью имитационного моделирования процесса перемещения сыпучей среды методом дискретно-элементного моделирования.
Результаты исследования. Предложена и обоснована методика сравнительной оценки эффективности транспортирования сыпучей среды шнековыми транспортерами с учетом возможности широкой вариации технологических свойств сыпучей среды, поступающей на транспортирование, и кинематических режимов работы, позволяющих проводить сравнение различных вариантов и выявлять наиболее эффективный вариант по критерию минимизации совокупного пути перемещения отдельных частиц и минимальной удельной затрачиваемой мощности на перемещение.
Обсуждение и заключение. Полученная методика может быть использована для разработки новых и оценки эффективности функционирования существующих транспортирующих шнековых рабочих органов. Она позволяет более широко проводить анализ технологического процесса перемещения сыпучей среды, в том числе выгрузки зерновой массы из зерноуборочного комбайна.

Введение. В современных посевных комплексах транспортирование и распределение семян и удобрений происходит с помощью воздушного потока. При моделировании технологических процессов работы таких пневматических систем методами вычислительной гидродинамики и дискретных элементов важным этапом является определение параметров межфазного взаимодействия двухфазных течений «воздух – семена» и «воздух – удобрения». От интенсивности межфазного взаимодействия зависят как возможность реализации моделей вычислительными методами, так и сложность используемых моделей.
Цель исследования. Экспериментальная оценка параметров двухфазных течений в пневматической системе посевного комплекса, где в качестве несущей фазы используется поток воздуха, а в качестве дисперсной фазы – смесь твердых частиц гранул удобрений.
Материалы и методы. Исследование проводилось с использованием экспериментальных методов, включающих высокоскоростную видеосъемку, парусный классификатор и цифровые анемометры для анализа параметров воздушного потока и движения частиц. Методика содержала определение влажности материалов, скорости
витания частиц, объемной концентрации фаз, а также расчет гидродинамических характеристик в различных участках пневмосистемы. Применялись современные подходы к анализу двухфазных течений с учетом взаимодействия между частицами и стенками транспортных каналов.
Результаты исследования. Эксперименты выявили существенные различия в параметрах течения между горизонтальными и вертикальными участками пневмосистемы. Установлена зависимость аэродинамических характеристик частиц от их физико-механических свойств. Наблюдалось значительное изменение объемной концентрации дисперсной фазы по длине транспортных пневмопродов посевного комплекса, что указывает на переход между различными режимами течения. Коэффициенты сопротивления частиц демонстрировали четкую корреляцию с критериями подобия, характерными для промежуточной области кривой Рэлея.
Обсуждение и заключение. Проведенные исследования позволили разработать методику оценки параметров двухфазных течений в пневмосистемах и выявить ключевые факторы, влияющие на эффективность транспортировки и распределения семян и удобрений. Результаты исследования имеют практическое значение для совершенствования конструкций посевной техники и разработки цифровых двойников технологических процессов. На основе проведенного анализа предложены направления дальнейших исследований, включая разработку комплексных CFD-DEM моделей, учитывающих реальные условия работы пневмосистем. Работа вносит вклад в решение актуальной задачи повышения равномерности распределения посевного материала в современных почвообрабатывающих комплексах.

Введение. Эффективность льноводства во многом зависит от степени механизации уборочных процессов. Высокая производительность льноподборщиков с минимальными потерями продукции может быть обеспечена только при работе на прямолинейных лентах растений.
Цель исследования. Повышение качества расстила лент льна при выполнении механизированных уборочных процессов.
Материалы и методы. Разработано новое устройство для принудительного расстила ленты растений, рабочее пространство которого образовано активной боковой кромкой плоского ремня с выступами и прижимным механизмом, состоящим из прутков, шарнирно закрепленных друг за другом с возможностью подъема своих прижимных поверхностей под воздействием перемещаемого слоя растений льна. Для оценки эффективности инновационного технического решения предлагаемое устройство смонтировано на подборщик-оборачиватель ОКП-1,5К и проверено в производственных условиях.
Результаты исследования. Установлено, что отсутствие принудительного сопровождения массы стеблей при расстиле генерирует беспорядочные искривления ленты стеблей в диапазоне частот от ɷср = 0,512 до ɷср = 0,712 м–1. Расширение частотного спектра происходит в результате действий ветра и колебаний машины на подсушенную массу стеблей с незначительным сохранением прямолинейности ленты на уровне 45 %. Применение нового расстилочного устройства полностью защищает процесс расстила от указанных воздействий и более эффективно сохраняет прямолинейность обработанных лент (на уровне 73 %). В этом случае появление новых низкочастотных колебаний обусловлено только траекторией движения подборщика-оборачивателя.
Обсуждение и заключение. Влияние нового расстилочного устройства на сохранение прямолинейности ленты стеблей оценивается положительно и может обеспечить повышение производительности льноподборщиков, пропорциональное снижение эксплуатационных затрат на единицу наработки и уменьшить себестоимость продукции.

Введение. Актуальность темы исследования связана с проблемой снижения выбросов климатически активных веществ на используемых сельскохозяйственных угодьях. По оценкам ученых 25–40 % выделяемых газов (особенно оксида азота и углекислого газа ) имеют почвенное происхождение. На величину их выделения с пахотных земель, наряду с температурой и влажностью, оказывают существенное влияние способы обработки почвы. В связи с этим математическое моделирование эмиссии углекислого газа при различных системах обработки почвы является актуальной задачей.
Цель исследования. Разработка математической модели для определения и прогнозирования эмиссии углекислого газа в результате различных способов обработки почвы.
Материалы и методы. Применялись методы математического моделирования процесса эмиссии углекислого газа с учетом данных по измерению выделения газа с использованием метода камер и датчика CDD 24 HTL.
Результаты исследования. Разработана математическая модель для определения и прогнозирования эмиссии углекислого газа при различных способах обработки почвы. На основе экспериментальных данных получены значения постоянных величин и угловых коэффициентов, характеризующих интенсивность эмиссии углекислого газа в конкретных условиях проведения основной отвальной обработки почвы. Для рассматриваемого технологического процесса основной отвальной обработки почвы эмиссия углекислого газа находилась в пределах от 11,3 до 92,4 кг с 1 га площади (или от 1,13 до 9,23 г с 1 м2 ).
Обсуждение и заключение. Эмиссия углекислого газа, поступающего в атмосферу вследствие деятельности человека и применения им разных способов обработки почвы при производстве продукции растениеводства, оказывает негативное влияние на состояние окружающей среды. На величину эмиссии воздействуют почвенно-климатические особенности региона, поэтому ее величина может существенно отличаться. Это обстоятельство требует проведения работ по изучению величины эмиссии для условий конкретного региона. Проводимые исследования направлены на совершенствование методов оценки прогнозирования эмиссии газов и могут быть использованы в растениеводстве.

Введение. Фотоэлектрическая система, подключенная к сети, состоит из двух основных контуров управления: внешнего контура, отвечающего за контроль напряжения в звене постоянного тока, и внутреннего контура управления, регулирующего напряжение инвертора. Основным элементом любого контура управления является пропорционально-интегральный регулятор (ПИ-регулятор), но подбор соответствующих коэффициентов усиления этого регулятора является сложной задачей.
Цель исследования. Настроить коэффициенты усиления ПИ-регуляторов при статическом и динамическом облучении для улучшения напряжения в цепи постоянного тока с помощью двух гибридных методов оптимизации: «генетический алгоритм – искусственный отжиг» и «генетический алгоритм – поиск по шаблону».
Материалы и методы. Для настройки коэффициентов усиления ПИ-регуляторов при статическом и динамическом облучении для улучшения напряжения в цепи постоянного тока использовали два гибридных метода оптимизации: «генетический алгоритм – имитация отжига» и «генетический алгоритм – поиск по шаблону».
Результаты исследования. Сравнили напряжения в цепи постоянного тока в шести случаях использования ручной настройки ПИ-регулятора, при настройке ПИ-регулятора с помощью гибридных методов «генетический алгоритм – имитация отжига», «генетический алгоритм – поиск шаблонов», генетического алгоритма, «имитации отжига и поиска шаблонов». Сравнение показало, что при использовании гибридного метода «генетический алгоритм – имитация отжига» пиковое значение напряжения в цепи постоянного тока составляет 829,3 В, а при управлении напряжением в цепи постоянного тока с помощью ручной настройки пиковое превышение напряжения в цепи постоянного тока достигант 1 052 В ПИ, также наблюдается значительное уменьшение времени пикового напряжения и времени урегулирования напряжения в цепи постоянного тока.
Обсуждение и заключение. Полученные результаты по усилению напряжения в цепи постоянного тока в условиях статического и динамического облучения позволяют поддерживать постоянное напряжение в цепи постоянного тока, что важно для фотоэлектрических систем, подключенных к сети. Сравнение показало, что при использовании метода «генетический алгоритм – имитация отжига» пиковое превышение напряжения в цепи постоянного тока составляет 829,3 В, в это же время пиковое превышение напряжения в цепи постоянного тока при управлении напряжением в цепи постоянного тока с помощью ручной настройки составляет 1 052 В.