Измерения геометрических параметров штамбов и плодов садовых культур

выявить комфортные для размещения оленей районы при подойти к планированию сезонного размещения стад

тех или иных значениях погодно-климатических условий и использованию пастбищ при возможных тенденциях

в разные сезоны года. В отношение диких северных оле- изменений климата. Подобный подход может быть при-

ней это позволит повысить эффективность мониторинга, менен к другим популяциям северных оленей Евразии и

охраны популяции и промыслового использования ее Северной Америки, а после модификации модели теплоресурсов. В домашнем оленеводстве - обоснованно вого баланса - к животным других видов.

Литература.

1.КолпащиковЛ.А., Михайлов В.В., Мухачев А.Д. Экоситема «человек-олень-пастбища». СПб: ГТУ, 2011. 386 с.

2. http://nsidc.org/data/go2141.html

3. Соколов А.Я., Кушнир А.Р. Терморегуляция и биоэнергетика северного оленя. Новосибирск: Изд. СО РАН, 1997. 178 с.

4. Cuyler C., Oristland N. Effect of wind on Svalbard reindeer fur insulation. Rangifer. 2002. 22 (1). P. 93-99.

5. www.caff.is/carma

6 Михайлов В. В., Мордовин В. Ю. Модель энергозатрат животных и климат // Труды СПИИРАН. СПб: «Наука», 2005. Вып.

2, т.2. С. 407-417.

7 Mikhailov V. Simulation of Animal’s Heat Balance. Trans. of IV Int. Conf. Problems of Cybernetics and Informatics (PCI’2012). Baku, 2012. P. 47-63.

8. Иванов К.П. Биоэнергетика и температурный гомеостазис. ЛО.:Наука, 1972. 168 с.

9. Макеев В.А., Клоков К.Б., КолпащиковЛ.А., Михайлов В.В. Влияние климата на популяции северного оленя. СПб.: 2013. (в печати).

10. Михайлов В.В., Филь Ю.Ю. Автоматизированная система для проведения биоклиматических расчетов // Наука в современном мире -XI Международная конференция: сб. научн. трудов. М.: Спутник, 2012. С.203-211.

11. Щербаков В.М. Экспертно-оценочное ГИС-картирование. СПб.: Проспект науки, 2011. 192 с.

GIS-MAPPING OF THE REINDEER HABITAT USING THE HEAT BALANCE MODEL V.V. Mikhailov, L.A. Kolpaschikov, V.M. Scherbakov

Summary. The direct effect of climatic factors on the animal - is the impact on the animal’s body heat exchange with the environment and the work of its thermoregulatory system. Favorable to the existence of animals are thermo-neutral zone of the area in which the maintenance of thermal balance is achieved through the work of the physiological system of thermoregulation. The sources of heat production in the animal thermo neutral zone is the energy of the ‘normal’ metabolism. Additional energy costs or limit its revenue from food, aimed solely at maintaining the heat balance are absent. Abroad, the energy balance is disturbed thermo-neutral zone, providing stabilization (or slight decrease) in weight in the winter and its intense growth in the summer, so that the deer for a long time under such conditions can not exist. The work of the thermoregulatory system characterizes the generalized thermal resistance of the animal, an equal ratio of the difference in rectal temperature and air temperature to the total heat loss of the body. As an indicator of the intensity of weather-climatic conditions adopted by the normalized value of the generalized thermal resistance, which is equal to zero at the upper thermo-neutral zone, and one - on the bottom. The territorial distribution of the tension indicator, depending on the values of solar radiation and meteorological factors form zooklimatic field of the habitat and determines the boundaries of the thermo neutral zone. Building zooklimatic field includes three tasks. First - this is the formation of an array of input data for the model calculations. The second problem - settlement on the model of the heat balance to determine the strength of the thermo regulatory system in the local area locations. The third task - building zooklimatic field of the habitat and the delimitation of the thermo neutral zone using GIS technology. As an example, shows the results of a stress exponent of the thermoregulatory system of reindeer and maps zooklimatic fields in Jamal and Taimyr in summr. Shows the location of the boundaries thermo neutral zones for adult animals in the average weather conditions in 1986, as well as the shifting boundaries when the climatic conditions of the area.

Key words: bioklimatic distribution, thermoneutral zone, heat balance, model, reindeer, the thermoregulatory system, meteorological and solar radiation factors.

УДК 634.7:621:53.08

ИЗМЕРЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ШТАМБОВ И ПЛОДОВ САДОВЫХ КУЛЬТУР

A.Ф. АЛЕЙНИКОВ, доктор технических наук, зам. директора

B.В. МИНЕЕВ, зав. сектором В.А. ЗОЛОТАРЁВ, зав. отделом В.Б. МОРОЗОВ, ведущий инженер СибФТИ Россельхозакадемии E-mail: fti2009@yandex.ru

Резюме. Показана необходимость создания приборов для оценки качества саженцев и плодов путём измерения их геометрических параметров. Существующие методики такой оценки, основанные на применении механических инструментов, вызывают деформацию объекта измерения, которая снижает точность при определении геометрических параметров садовых культур. Цель исследований - обоснование принципа измерений прибора для определения геометрических параметров

штамбов и плодов, повышающего точность и производительность процедуры контроля садовых культур. Сформулированы основные технические требования для выбора и обоснования принципа измерений геометрических параметров штамбов и плодов. Предложен высокоточный бесконтактный оптический принцип измерения линейных размеров с широкими функциональными возможностями и динамическим диапазоном определения диаметров плодов и штамбов. На основе бесконтактного оптического теневого датчика фирмы BALLUFF разработан и изготовлен экспериментальный образец прибора. Представлена его структура и работа составных частей. Результаты исследовательских испытаний экспериментального образца показали достаточно высокие технические характеристики: диапазон измерений от 6,5 до 24 мм; номинальная цена единицы наименьшего разряда 0,1 мм; время измерения не более 10 с; габаритные размеры 250x85x95 мм. Применение прибора для определения геометрических показателей качества плодов и штамбов садовых культур на практике окажет результативную

помощь селекционерам при выведении новых сортов садовых культур, приспособленных к машинной обработке, а также при разработке интенсивных технологий их возделывания, сократив затраты времени на контрольные операции при оценке качества саженцев.

Ключевые слова: промышленное садоводство, принцип измерения, диаметр штамбов саженцев и плодов, датчик, переносной прибор.

Приборы для контроля диаметров штамбов деревьев и индекса формы (отношения максимального и минимального размеров) плодов широко используются в процессах, обеспечивающих эффективное ведение промышленного садоводства; в селекции новых высокоурожайных крупноплодных сортов, пригодных к машинной уборке, транспортированию, сортировке и длительному хранению в свежем виде до переработки [1...3]; при выполнении исследований по разработке интенсивных технологий [4]; при выращивании посадочного материала, соответствующего требованиям нормативных документов [5,6]; при уходе за садом и уборке урожая [7]. Однако существующие методики измерения названных геометрических параметров, опубликованные в стандартах и программах сортоизучения плодовых и ягодных культур [6, 8], ориентированы на использование малопроизводительных инструментов общего назначения - линеек, штангенциркулей и микрометров, а в некоторых случаях, при больших объемах партий саженцев, допускают и глазомерную оценку [8]. Кроме того, измерительное усилие штангенциркулей и микрометров вызывает деформацию плодов и штамбов, что приводит к дополнительным погрешностям.

Цель наших исследований - обоснование принципа измерений прибора для определения геометрических параметров штамбов и плодов, повышающего точность и производительность процедуры контроля садовых культур.

Для ее достижения решали следующие задачи: разработать технические требования к обоснованию и выбору принципа измерений [9...10];

осуществить синтез наиболее рационального принципа измерения линейных размеров штамбов и плодов;

изготовить экспериментальный образец нового средства измерения и провести исследовательские испытания для подтверждения его функционального назначения.

Условия, материалы и методы. Под принципом измерений понимаются физический эффект или явление, положенное в основу того или иного типа средств измерений [9].

Обоснование принципа действия прибора для измерения геометрических параметров штамбов и плодов садовых культур осуществляли с использованием методов анализа и синтеза, теории аналогий и подобия, теории измерительных преобразователей и руководств фирм-производителей по применению микропроцессорной техники [11...16].

Для выбора указанных принципов были разработаны следующие технические требования:

бесконтактность и отсутствие дополнительных механических воздействий на объект исследований, в том числе, его деформации;

высокая чувствительность при восприятии входной величины;

обеспечение необходимого диапазона восприятия и преобразования входной величины;

стабильная линейная функция преобразования в заданных условиях эксплуатации;

низкая систематическая погрешность измерения;

возможность реализации портативного средства измерения с высоким быстродействием.

Оценку технических характеристик экспериментального образца прибора проводили в Инженерном центре ГНУ СибФТИ Россельхозакадемии с использованием методов теории вероятностей и математической статистики, изложенных в нормативно-технической документации [17.19]. Процедуру оценки осуществляли путем исследований геометрических параметров разработанных физических моделей штамбов и плодов. В качестве моделей использовали калиброванные металлические цилиндры различных диаметров [15]. Измерения диаметров проводили цифровым штангельциркулем ШЦЦ-1 с диапазоном 0.150 мм и основной абсолютной погрешностью измерения 0,03 мм. Выходной сигнал датчика при исследовании его индивидуальной функции преобразования определяли с помощью прецизионного вольтметра В7-40 № 716988 (диапазон 0.20 В, цена единицы наименьшего разряда 0,001 В, приведённая погрешность измерения 0,1 %). Номинальную функцию преобразования рассчитывали по полученным данным методом наименьших квадратов.

Эргономические свойства экспериментального образца прибора определяли путем бесконтактного измерения диаметров ветвей, штамбов и плодов садовых культур на территории лаборатории экспериментальных исследований ГНУ СибФТИ Россельхозакадемии.

Результаты и обсуждение. В результате проведённых исследований установлено, что наиболее полно техническим требованиям, определяющим бесконтактное измерение геометрических параметров плодов и штамбов, соответствует оптический принцип. Действительно, он обеспечивает создание бесконтактных средств измерений с широким динамическим диапазоном измерения. Из всех известных бесконтактных методов и принципов измерений оптические измерения относятся к наиболее точным. Пороговая чувствительность и точность их классических методов находится на уровне длины волны применяемого излучения, которая для видимого (светового) излучения составляет порядка 0,5 мкм [12, 20].

На основе оптического принципа измерения линейных размеров штамбов и плодов был создан экспериментальный образец прибора для определения диаметров штамбов и плодов «КАЛИБР».

Он разработан на базе бесконтактного оптического теневого датчика фирмы BALLUFF (рис. 1). На контактах разъёма датчика формируется сигнал в виде напряжения постоянного тока, значение которого пропорционально размеру тени (равной диаметру) от штамба саженца или

Рис. 1. Внешний вид датчика прибора «КАЛИБР» для определения диаметров штамба саженца и плода садовых культур.

Таблица. Зависимость выходного напряжения датчика от диаметра физической модели штамба

Параметр Модель

1 2 1 3 1 4 5

Диаметр физической модели штамба 6, мм Выходное напряжение датчика и, В 6,45 0,240 7,79 0,884 11,74 17,85 2,685 5,625 23,83 8,155

плода, помещённого в широкий тонкий луч, создаваемый излучателем датчика. Тень от штамба формируется на линейке фотоприёмников с разрешающей способностью 0,08 мм. К датчику крепится электронный блок с цифровым индикатором и ручкой для перемещения прибора относительно штамба саженца. Основной элемент электронного блока - аналого-цифровой преобразователь, преобразующий выходной сигнал датчика в цифровой код для отображения значения диаметра на индикаторе.

Питание прибора осуществляется от аккумулятора напряжением 24 В и ёмкостью 2,4 А-ч, размещаемого в кожухе с ремнём, подвешенном на плече или поясе оператора. Напряжение аккумулятора подаётся на электронный блок по быстросъёмному спиралевидному кабелю. Для определения диаметра достаточно переместить прибор за ручку так, чтобы контролируемый объект оказался внутри луча излучателя, нажать кнопку «Измерение» и считать результат с экрана цифрового индикатора.

Учитывая то, что метрологические характеристики прибора зависят, в основном, от свойств используемого датчика [21], экспериментально определяли его индивидуальную функцию преобразования: зависимость выходного напряжения датчика от диаметра, воспроизводимого физическими моделями штамба (металлическими цилиндрами).

В таблице приведены среднеарифметические значения измеренных десятикратно диаметров С каждого из пяти цилиндров и среднеарифметические значения выходных напряжений датчика и. При этом выходные напряжения измеряли при установке цилиндров в трех положениях: в центре луча датчика; около излучателя; около приёмника излучения (по десять измерений в каждом положении).

На основании этих данных методом наименьших квадратов приведено была установлена номинальная функция преобразования датчика прибора «КАЛИБР» (рис. 2).

Далее были определены его основные технические характеристики:

диапазон измерений - от 6,5 до 24 мм;

Рис. 2. Графики номинальной функции преобразования бесконтактного оптического теневого датчика фирмы BAL-Ш^: и = 0,4581С - 2,6818.

номинальная цена единицы наименьшего разряда -0,01 мм;

продолжительность процедуры определения квазидиаметра объекта (штамба, ветви, побега, плода) - не более 10 с;

питание - два отдельных (переносимых оператором в сумке на поясе или плече) аккумулятора 12 В общей ёмкостью 2,4 А-ч;

габаритные размеры (без аккумуляторов) - 250х90х 30 мм;

масса (без аккумуляторов) - не более 800 г;

габаритные размеры аккумуляторов - 95х85х50 мм;

масса аккумуляторов - не более 950 г.

Испытания экспериментального образца прибора «КАЛИБР» на ветвях и плодах садовых культур (облепиха, калина и др.) показали, что выбранная форма, расположение органов управления, масса и габаритные размеры удовлетворяют требованиям удобства и комфортности применения в полевых условиях.

Выводы. На основании проведенных исследований установлено, что для эффективного промышленного садоводства необходимы средства контроля геометрических параметров плодов и штамбов растений, как показателей их качества.

Наиболее полно техническим требованиям, определяющим бесконтактное измерение геометрических параметров, соответствует оптический принцип, на основе которого разработан экспериментальный образец прибора для определения диаметров штамбов и плодов.

Проведённые исследовательские испытания экспериментального образца прибора продемонстрировали достаточно высокие технические, метрологические и эргономические показатели.

Литература.

1. Пантелеева Е. И. Облепиха крушиновая (Н1ррорЬае гЬатпоСеэ L.): монография; Рос. акад. с.-х. наук. Сиб. отд-ние, Науч.-исслед. ин-т садоводства Сибири им. М. А. Лисавенко. Барнаул, 2006. 249 с.

2. Минеев В.В., А.Ф. Алейников Совершенствование элементов технологического процесса производства при черенковании облепихи // Сибирский научный вестник. 2011. № 15. С. 156-160.

3. Алейников А.Ф. Информационное обеспечение сельскохозяйственной науки: итоги, перспективы// Сиб. вестник с.-х науки. 2004. №4. С.85-89.

4. Ермаков Б.С., Фаустов В.В. Технология выращивания облепихи. М.: Россельхозиздат, 1983. 63 с.

5. Производство и сертификация посадочного материала плодовых, ягодных культур и винограда в России. Контроль качества: (методические указания)/сост. А.А. Борисова [и др.]; под общ. ред. И.М. Куликова. М., 2005. Ч. 1. 155 с.

6. ГОСТ Р 53135-2008. Посадочный материал плодовых, ягодных, субтропических, орехоплодных, цитрусовых культур и чая. Технические условия. М.: Стандартинформ, 2009. 42 с.

7. Франчук Е.П. Товарные качества плодов. - М.: Агропромиздат, 1986. - 269 с.

8. Программа и методика сортоизучения плодовых, ягодных и орехоплодных культур/под общей редакцией Е.Н. Седова, Т.П. Огольцовой. Орел: Изд-во ВНИИСПК, 1999. - 608 с.

9. Алейников А.Ф., Гридчин В.А., Цапенко М.П. Датчики (перспективные направления развития / под ред. М.П. Цапенко. Новосибирск, 2001. 176 с.

10. Алейников А.Ф., Минеев В.В. Золотарёв В.А. Обоснование принципов действия средств контроля параметров водяной плёнки на листьях зелёных черенков // Ползуновский вестник. 2011. № 2-1. С.224-229.

11. Алейников А.Ф. Автоматизация создания инструмента исследований в сельскохозяйственной науке // Достижения науки и техники АПК. 2006. № 11. С. 10-12.

12. Алейников А.Ф., Гридчин В.А., Цапенко М.П. Датчики (перспективные направления развития) / под ред. М.П. Цапенко. Новосибирск, 2003. 2S6 с.

13. Алейников А.Ф., Чанышев Д.И., Чаплина М.А. Автоматизированный синтез патентоспособных технических решений // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2009. №.2 С. S6-91.

14. Алейников А.Ф., Минеев В.В. Силоизмерительный прибор для промышленного садоводства // Датчики и системы. 2012. №6. С. 39-42.

15. Минеев В.В., Алейников А.Ф., Золотарёв В.А. Применение методов силоизмерительной техники при промышленном производстве облепихи // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2010. № 11. С. 79-S5.

16. Руководство по применению микроконтроллеров среднего семейства PIC16FS76. [Электронный ресурс]: http://www. microchip.com.

17. ГОСТS.207-76 ГСИ. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. М.: ИПКИздательство стандартов, 2001. 7с.

1S. ГОСТ S.50S-S4 ГСИ. Метрологические характеристики средств измерений и точностные характеристики средств автоматизации. Общие методы оценки и контроля. М.: Издательство стандартов, 19S4. 53 с.

19. ГОСТ S.009-S4 ГСИ. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений. М.: Издательство стандартов, 19S6. 23 с.

20. 15 Лысенко О. Триангуляционные датчики расстояния // Электронные компоненты. 2005. № 11. С. 111-115.

21. Цапенко М.П., Клисторин И.Ф., Алейников А.Ф. Датчики (функции восприятия входных величин и формирование измерительных сигналов) //Датчики и системы. 1999. №1. С. 17-1S.

MEASUREMENT OF GEOMETRICAL PARAMETERS OF FRUIT-TREES A.F. Aleynikov, V.V. Mineev, V.A. Zolotarev, V.B. Morozov

Summary. The requirement of creation of devices of an assessment of quality of young trees and fruit is proved by measurement of their geometrical parameters. Existing methods of an assessment of quality use mechanical sensors. They cause deformation of object of measurement which reduces control accuracy. The purpose of researches - a justification of the principle of measurements of devices for measurement of geometrical parameters of trunks of young trees and fruit, increasing the accuracy and productivity of procedure of control of cultures of a garden. The main technical requirements for a choice and a justification of the principle of measurements of geometrical parameters of young trees and fruit are formulated. The contactless optical principle of measurement of the linear sizes, with high metrological features, is chosen. On the basis of the contactless optical shadow sensor of BALLUFF firm (Germany) the experimental sample of the device is developed and made. It is described structural structure of an experimental sample of the device and work of its components. Results of tests of research of an experimental sample showed its quite high technical characteristics: range of measurements is from 6,5 to 24 mm; nominal price of unit of the smallest category of 0,1 mm; measurement time is more, than 10 with; overall dimensions 50xB5x95 mm. Device use for definition of geometrical indicators of quality of cultures of a garden actually, will give the productive help to sorters during receiving new estimates of cultures of the garden adapted for machining, development of intensive technologies of their cultivation, will reduce expenses of time of operations on control in an assessment of quality of young trees. Keywords: industrial gardening, principle of measurement, diameter of trunks of young trees, diameter of fruit, sensor, portable gage.

УДК 631.363.2:633.521

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ ПЕТЛИ ИЗ БЕСКОНЕЧНЫХ РЕМНЕЙ В ПРЕССОВАЛЬНОЙ КАМЕРЕ РУЛОННОГО ПРЕСС-ПОДБОРЩИКА

Н.А. ТОЛСТУШКО, ассистент

Луцкий национальный технический университет

E-mail: Lab-amb@ukr.net

Резюме. Статья посвящена вопросам механизации процесса формирования рулона из стеблевой ленты льна в пресс-подборщике. Приведена характеристика работы рулонного пресс-подборщика с усовершенствованной прессовальной камерой переменного объема. Подробно рассмотрена одна из основных операций в рабочем процессе - формирование рулона, которая разбита на три отдельные фазы, отличающиеся диаметрами рулона. Особое внимание уделено последней фазе. Приведена схема, на которой петля из бесконечных ремней разделена на отдельные участки. Для определения зависимостей между параметрами прессовальной камеры рулонного пресс-подборщика сформулирован ряд допущений и использованы методы высшей математики и теории механизмов и машин. С помощью разработанной программы на ПЭВМ в среде универсальной системы компьютерной математики Maple V проанализировано влияние ряда параметров на формирование рулона и длину петли из бесконечных ремней,

а также на угол охвата ими рулона в прессовальной камере. При изменении радиуса рулона в пределах от 0,31 до 0,65 м длина петли из бесконечных ремней в прессовальной камере изменяется от 1,7 до 3,55 м, при этом угол охвата рулона бесконечными ремнями увеличивается от203до 2900. Построены графические зависимости величины, на которую увеличивается длина бесконечных ремней в зоне прессовальной камеры, и угла охвата рулона бесконечными ремнями от радиуса рулона. Получены зависимости для определения сил натяжения ветвей бесконечных ремней и обоснования параметров рулонного пресс-подборщика с прессовальной камерой переменного объема.

Ключевые слова: пресс-подборщик, прессовальная камера, бесконечные ремни, рулон, лента льна.

Для уборки льна применяют рулонные пресс-подборщики с прессовальными камерами переменного объема, которые образуются с помощью систем бесконечных ремней. При этом в таких прессовальных камерах происходит недостаточное уплотнение наружных слоев ленты