Перспективы использования компьютерных устройств в воздушно-решётных зерноочистительных машинах

on its productivity. The purpose of the study is to determine the influence of various factors on the productivity of the apparatus by methods of active experiment. The object of the study is the process of operation of the apparatus for grinding root-roots. The results of the experiments were studied using active experiment methods. Analysis of the obtained data was carried out using the non-parametric Mann-Whitney criterion. Multiple regression analysis was used to determine the target quantitative variable based on a number of factors. The value of experience error was adopted at 5 per cent. Statistical 10 and SAS JMP 11 applications were used in experimental data processing. The study of the productivity of the root tree grinder and the processing of the experimental data were carried out by means of an active experiment. The operation of a grinder with two horizontal knives has a higher level of forecast quality than with a single knife.

Key words: root crop chopper, productivity, analysis, active experiment.

-♦-

УДК 631.362:004.942

Перспективы использования компьютерных устройств в воздушно-решётных зерноочистительных машинах

И.Е. Припоров, канд. техн. наук; Ю.В. Слепченко, соискатель ФГБОУ ВО Кубанский ГАУ

Существующие зерноочистительные машины с пневмофракционным разделением компонентов зернового материала имеют ряд конструктивно-технологических недостатков: большие габаритные размеры и металлоёмкость, сложность настройки воздушной системы на рабочий режим, высокие удельные затраты энергии на процесс пневмофракционирования из-за применения большого количества вентиляторов и значительной протяжённости элементов пневмосистемы. В настоящее время отсутствуют разработки устройства для определения очистки семян масличных культур совместно воздушно-решётной зерноочистительной машиной типа МВУ-1500 в реальном времени. Цель исследования - снижение затрат времени и трудозатрат на определение качества семенного материала в реальном времени воздушно-решётных зерноочистительных машин за счёт применения компьютерных устройств. Провёденный анализ научных работ свидетельствует, что при создании перспективных зерноочистительных машин отсутствуют теоретические исследования и экспериментальные данные по обоснованию конструктивно технологических параметров ввода зернового материала в пневмосепарирующий канал и др. Рассмотрены приёмно-распределительные устройства зерноочистительной машины, недостатком которых в большинстве случаев является подбор зернораспределителя для определённого типа зерноочистительной машины (воздушная, воздушно-решётная), приводящий к затратам времени и увеличению габаритов пневмосепарирующего канала. Проанализированы недостатки машин вторичной очистки семян подсолнечника, у которых отсутствуют возможности определения качества семенного материала в реальном времени, что приводит к увеличению затрат времени и трудозатрат. Дано описание разработанной в Кубанском ГАУ усовершенствованной воздушно-решётной зерноочистительной машины, которая позволяет устранить недостатки серийных.

Ключевые слова: воздушно-решётная зерноочистительная машина, компьютерное устройство, семена подсолнечника, устройство для определения очистки семян, решётная система, трудозатраты.

Для внедрения технологий точного земледелия необходимы сенсоры и информационные системы обработки и анализа данных. В последних всё чаще применяются технологии интеллектуального анализа данных (datamining), основанные на машинном обучении. Технологии точного земледелия стимулируют развитие сразу нескольких технологических направлений.

1. Геоинформационные системы. Это основа для использования и пространственного анализа всех данных, имеющих пространственную составляющую (а в сельском хозяйстве объём таких данных достигает 90 %). Имеется тенденция разработки веб-решений с клиент-серверной архитектурой, доступных через Интернет.

2. Космическая съёмка. Ежедневно можно получать актуальные космические снимки высокого разрешения любых точек поверхности Земли, по которым ведётся наблюдение за процессами, происходящими на полях.

3. Беспилотные технологии. Беспилотные летательные аппараты (БПЛА) становятся все более доступными. Совершенствуются сенсоры на базе БПЛА (мультиспектральные, гиперспектральные, микроволновые) и другая полезная нагрузка.

4. Аппаратура онлайн-анализа почвы. Предназначена для совместного использования с сельскохозяйственными агрегатами (при предпосевной обработке почвы, непосредственно при посеве и других агротехнологических операциях) [1].

В настоящее время отсутствуют разработки устройства для определения очистки семян масличных культур совместно воздушно-решётной зерноочистительной машиной типа МВУ-1500 [2 - 4], например подсолнечника, в реальном времени. В большинстве случаев для определения качества семян необходимо отдавать полученные семена с зерноочистительной машины на экспертизу или проверять самому, но время,

затраченное на выполнение данной операции, очень длительное и трудозатратное.

Цель настоящего исследования - снижение затрат времени и трудозатрат на определение качества семенного материала в реальном времени на воздушно-решётных зерноочистительных машинах путём применения компьютерных устройств.

Материал и методы исследования. Для

предотвращения глобальных вызовов в сфере продовольственной и биологической безопасности человечеству необходимо сельское хозяйство [5] нового типа. Вопросам перехода к новой экономической модели и к «интеллектуальному» сельскому хозяйству, как её неотъемлемому компоненту, уделяют всё большее внимание ведущие международные организации и национальные правительства. «Интеллектуальное» сельское хозяйство основано на применении автоматизированных систем принятия решений, комплексной автоматизации и роботизации производства, а также технологиях проектирования и моделирования экосистем [6, 7].

Проведённый анализ научных работ свидетельствует, что при создании перспективных зерноочистительных машин отсутствуют теоретические исследования и экспериментальные данные по обоснованию конструктивно-технологических параметров ввода зернового материала в пнев-мосепарирующий канал и др.

Проведём патентный анализ зерноочистительных машин и выявим их конструктивные особенности, недостатки (табл. 1).

Результаты исследования. В Кубанском ГАУ разработана воздушно-решётная зерноочисти-

тельная машина 1 (рис. 1), которая содержит пневматические каналы предварительной и окончательной аспирации, решётную систему (на рисунке не показаны). Машина имеет устройство 2 для определения качества очистки семян с весовыми дозаторами 3, мультимедийные устройства 4, транспортёры 5, машины 6 для дополнительной очистки семян, ёмкости 7 для хранения семян, персональный компьютер 8. При этом пневматический канал (не показан) окончательной аспирации соединён с устройством 2 для определения качества очистки семян с помощью конического распределителя 9 семян с заслонкой 10. Устройство 2 содержит конический усечённый бункер 11, отводящие каналы 12 (рис. 2), крайние из которых выполнены по форме гиперболы, а центральный имеет прямоточную цилиндрическую форму. На внутренней поверхности всех каналов 12 по всей длине и по периметру вразброс расположены выступы 13, выполненные в виде лепестков, одним концом они закреплены на внутренней поверхности, а другим - опущены вниз по направлению движения семян подсолнечника. Расстояние между соседними выступами 13 по горизонтали равно ширине семечки, по вертикали - длине семечки и изготовлены из резины. На выходе из отводящих каналов 12 под углом 40 - 45° расположены лотки 14 (рис. 3) для отвода семян в весовые дозаторы 3, которые изготовлены из материала с низким коэффициентом трения, например из фторопласта, и имеют заслонки 15 [8].

Выходные отверстия весовых дозаторов 3 расположены над транспортёрами 5, которые

1. Патентный анализ зерноочистительных машин, конструктивные особенности, недостатки

Название Описание Недостатки

Устройство для подачи зерновой смеси (пат. 2385777) Вертикальный пневмосепарирующий канал, поперечное окно для ввода материала и клапан Неэффективный процесс разделения компонентов зерновой смеси

Машина вторичной очистки семян подсолнечника (пат. 172 915) Верхний решётный стан, в нижней части которого прикреплён лоток для отвода семян на нижний стан; общая осадочная камера, соединённая с вентилятором; пневматические каналы предварительной и окончательной очисток; питающий валик, клапан, шнеки вывода тяжёлых и лёгких примесей; заслонки тонкой регулировки пневматического канала предварительной и окончательной аспирации; заслонка грубой регулировки подачи воздуха; вытяжной патрубок; течки. Лоток для отвода семян на нижний стан расположен под углом 40 - 45° к горизонту внутри вертикального пневматического канала окончательной аспирации и изготовлен из материала с низким коэффициентом трения, например из фторопласта [9] Низкое качество разделения вороха семян подсолнечника вследствие поступления сплошного потока вороха в пневматический канал окончательной аспирации, приводящий к тому, что вертикальный воздушный поток не способен его продуть. Отсутствие возможности определить качество семенного материала в реальном времени, что приводит к увеличению затрат времени и трудозатрат

Приёмно-распределительное устройство зерноочистительной машины (пат. 148656) Зернораспределитель в виде входного патрубка с делителем потока и двух симметрично расходящихся выходных патрубков, датчики давления Подбор зернораспределителя для определённого типа зерноочистительной машины (воздушная, воздушно-решётная), приводящий к затратам времени и увеличению габаритов пневмосепарирующего канала

соединены с машинами 6 для дополнительной очистки семян, над каждым транспортёром 5 расположены мультимедийные устройства 4, сообщённые с персональным компьютером 8. В верхней части конического усечённого бункера 11 устройства 2 для определения качества очистки семян установлен автоматический датчик 16 уровня его загрузки, электрически связанный с заслонкой 10, расположенной на выходе из конического распределителя 9 семян [8].

Технологический процесс работы воздушно-решётной зерноочистительной машины по патенту № 2706193 при сортировании семян подсолнечника осуществляется следующим образом.

Семенной материал, пройдя очистку в пневматических каналах предварительной и окончательной аспирации на решётной системе, поступает из пневмосепарирующего канала окончательной аспирации в конический усечённый бункер 11 устройства 2 для определения качества очистки семян.

вид А

Рис. 2 - Отводящий канал устройства для

определения качества очистки семян

ВИД Б

14

40-45'

Рис. 3 - Лотки для отвода семян

В верхней части бункера 11 устройства 2 для определения качества очистки семян установлен автоматический датчик 16 уровня его загрузки, связанный с заслонкой 10, расположенной на выходе из конического распределителя 9 семян. В корпусе автоматического датчика 16 выполнен жёлоб (на рисунке не показан), по которому проходят вороха семян подсолнечника. По мере наполнения бункера 11 в желоба просыпается ворох, последовательно перекрывая оптические каналы (на рисунке не показаны) автоматического датчика 16. Электрические выходы автоматического датчика 16 включены в выходной контур, меняющий свою проводимость под действием изменения уровня зерна в бункере 11. Если бункер 11 наполнен компонентами вороха семян подсолнечника (фрагменты корзинок и стеблей, битые, щуплые и целые семена) выше уровня, то автоматический датчик 16 уровня ДУЗ-1/10 (Датчик уровня зерна. Паспорт. - ООО СКБ «Маяк», 2012. 9 с.) его загрузки подаёт сигнал, и заслонка 10 перекрывается. Далее семена подсолнечника поступают в отводящие каналы 12 устройства 2, где скорость перемещения семян по выступам 13 должна быть в 1,5 - 2 раза больше скорости ввода их в отводящие каналы 12. Семена поступают в весовые дозаторы 3 и осуществляют их взвешивание, а лишние компоненты вороха семян подсолнечника через клапан (не показан) выводятся наружу в бункер (не показан). Время взвешивания семян на весовых дозаторах 3 составляет 1/2 времени движения семян по лоткам 14. При этом полученную навеску семян массой 100 г на весовых дозаторах 3 сканируют мультимедийные устройства 4 и подвергают компью-

терной обработке на персональном компьютере 8 с программным обеспечением Mathcad для определения качества очистки. При удовлетворении агротехническим требованиям к чистоте семян подсолнечника они поступают в ёмкости 7 для их хранения. При несоответствии агротехническим требованиям проводится дополнительная их очистка на машинах 6.

Выводы. Усовершенствованная воздушно-решётная зерноочистительная машина позволяет снизить затраты времени и трудозатраты на определение качества семенного материала в реальном времени, повысить качество очистки семенного материала.

Предложенная машина может быть использована в сельском хозяйстве для сортирования семян масличных культур. В большинстве случаев подбор зернораспределителя для определённого типа зерноочистительной машины (воздушная, воздушно-решётная) приводит к затратам времени и увеличению габаритов пневмосепарирующего канала.

Проведённый патентный анализ позволяет выявить отсутствие компьютерных устройств в воздушно-решётных зерноочистительных машинах.

Литература

1. К вопросу о цифровизации российского сельского хозяйства (обзор информационных материалов) / Б. А. Воронин, О.Г. Ло-ретц, А.Н. Митин [и др.] // Аграрный вестник Урала. 2019. № 2 (181). С. 46 - 52.

2. Припоров И.Е., Иванасов Н.М. Направления совершенствования воздушно-решётных зерноочистительных машин для сортирования семян // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2019. N° 3 (77). С. 144 - 151.

3. Припоров И.Е. Механико-технологическое обоснование процесса разделения компонентов вороха семян подсолнечника на воздушно-решётных зерноочистительных машинах: монография. Краснодар: КубГАУ, 2016. 212 с.

4. Припоров И.Е., Шепелев А.Б., Асеева А.В. Совершенствование процесса очистки семенного материала на воздушно-решётных зерноочистительных машинах // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2017. № 131. С. 29 - 44.

5. Пат. на изобретение № 2177216 RUS. Устройство для поверхностного рассева минеральных удобрений и других сыпучих материалов // Якимов Ю.И., Иванов В.П., Припоров Е.В., Заярский В.П., Волков Г.И., Селивановский О.Б. Заявл. 14.03.2000, № 2000106333/13. Опубл. 27.12.2001.

6. Труфляк Е.В., Креймер А.С., Курченко Н.Ю. Точное сельское хозяйство: вчера, сегодня, завтра // British Journal of Innovation in Scienceand Technology. 2017. Т. 2. № 4. С. 15 - 26.

7. Саитов В.Е. Повышение эффективности функционирования зерноочистительных машин путём совершенствования их основных рабочих органов и пневмосистем с фракционной сепарацией: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. Чебоксары: Чувашская ГСХА, 2014. 40 с.

8. Пат. 2706193 Российская Федерация: МПК В07В4/08. Воздушно-решётная зерноочистительная машина / И.Е. При-поров, В.С. Курасов; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет им. И.Т. Трубилина». № 2018147790; заявл. 29.12.2018; опубл. 14.11.2019. Бюл. № 32.

9. Пат. 172915 на полезную модель Российская Федерация: МПК A01F 12/44. Машина вторичной очистки семян подсолнечника / И.Е. Припоров; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет им. И.Т. Трубилина». № 2017106234; заявл. 22.02.2017; опубл. 31.07.2017. Бюл. № 22.

Припоров Игорь Евгеньевич, кандидат технических наук, доцент Слепченко Юрий Владимирович, соискатель

ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина» Россия, 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13 E-mail: mail@kubsau.ru

Prospects for the use of computer devices in air-sieve grain cleaning machines

Priporov Igor Evgenievich, Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor

Slepchenko Yuri Vladimirovich, research worker

Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilina

13 Kalinina St., Krasnodar, 350044, Russia

E-mail: mail@kubsau.ru

Modern grain cleaning machines with pneumatic fractionation of grain material components also have a number of structural and technological disadvantages: large overall dimensions and metal content, the complexity of setting the air system to the operating mode, high specific energy costs for the process of pneumatic fractionation due to the use of a large number of fans and a significant length of the pneumatic system elements. Currently, there is no development of a device for determining the cleaning of oilseeds together with an air-sieve grain cleaning machine of the MVU-1500 type, for example, sunflower in real time. In most cases, to determine the quality of seeds, it is necessary to give the received seeds from the grain cleaning machine for examination or check yourself, but the time spent on performing this operation is very long and labor-intensive. Therefore, the aim of the study is to reduce the time and labor costs for determining the quality of seed material in real time in air-sieve grain cleaning machines through the use of computer devices. The analysis of scientific works shows that when creating promising grain cleaning machines there are no theoretical studies and experimental data to substantiate the structural and technological parameters of the input of grain material into the pneumatic separation channel, etc. Considered the receiving-distribution device grain cleaning machines, the lack of which in most cases is the selection of terrorismrelated for a particular type of grain-cleaning machines (air, air-sieve), leading to time-consuming and increasing the size pneumocephalus channel. The disadvantages of the machine of secondary cleaning of sunflower seeds are given, which do not have the ability to determine the quality of seed material in real time, which leads to an increase in time and labor costs. At the Department «Tractors, cars and technical mechanics» Kuban SAU developed an improved air-sieve grain cleaning machine, which eliminates the shortcomings of serial.

Key words: air-sieve grain cleaning machine, computer device, sunflower seeds, device for determining the

cleaning of seeds, sieve system, labor costs.

-♦-

УДК 621.929.7

Возможный резерв повышения эффективности процесса вибросмешивания

A.П. Иванова1'2, д-р техн. наук, профессор; М.А. Васильева1, канд. техн. наук;

B.В. Делигирова1, канд. техн. наук; Е.И. Панов2, канд. техн. наук

1 ФГБОУ ВО Оренбургский государственный университет

2 ОрИПС - филиал ФГБОУ СамГУПС

Цель исследования - изучение возможностей повышения эффективности процесса вибросмешивания при приготовлении кормосмеси для кур. Объектом исследования был процесс смешивания сыпучих кормов в вибрационном смесителе с использованием стимулирующих виброактивных поверхностей. Выбранная модель поведения сыпучих ингредиентов при вибрациях позволяет создать структуру математической модели технологического процесса, наиболее точно его отражающую. Показано, что во многом возможности резерва повышения эффективности процесса вибросмешивания зависят от выбора смешивающего оборудования. В ходе экспериментального исследования использовались различные сменные виброактивные поверхности, помещаемые стационарно в центре корпуса смесителя, которые различались размерами площадей и конфигурацией формы. Установлено, что при приготовлении кормосмеси влажностью до 15 % для молодняка кур получается смесь выше по степени однородности на 1,1 - 1,55 %, если используются виброактивные поверхности сложной конфигурации. Возможный резерв повышения эффективности процесса вибросмешивания определяется разработкой методического и технического обеспечения элементов смесеприготовления, выбором модели поведения сыпучей среды для математического описания и прогнозирования качественно-энергетических результатов и формированием конструктивного рабочего пространства смешивающих аппаратов.

Ключевые слова: вибросмешивание, вибрационный импульс, виброактивная поверхность, смешивающий аппарат, однородность.