CC BY
42
ченными из отношения для каждого года
[3]: к = С1+'
, где п — порядковый номер каждого года жизни проекта, за исключением первого года, который берется за единицу.
При жизненном цикле проекта в течение
5 лет нормативный коэффициент окупаемости капитальных вложений будет на уровне E = 0,2.
Эинт = NPV = 5730 ■ 1 + 5730 ■ 0,83 + 5730 ■ ■ 0,69 + 5730 ■ 0,58 + 5730 ■ 0,48 — 20196 = = 2240 руб.
Дисконтированный срок окупаемости составит:
LRR = 20196/[(5730 ■ 1 + 5730 ■ 0,83 +
+ 5730 ■ 0,69 + 5730 ■ 0,58 +
+ 5730 ■ 0,48)/5] = 4,5 года.
Выводы
С учетом инфляционных рисков срок окупаемости предлагаемого варианта сис-
темы горячего водоснабжения и отопления дома фермера площадью 240 м2 на две семьи с использованием гелиосистемы составит 4,5 года. Применение солнечных коллекторов приведет к экономии 1417 м3 газового топлива в год, что составит около 7000 руб. Использование гелиосистем является энергосберегающей экономически оправданной технологией.
Библиографический список
1. Амерханов Р.А., Бессараб А.С., Дра-ганов Б.Х., Рудобашта С.П., Шишко Г.Г. Теплоэнергетические установки и системы сельского хозяйства / под ред. Б.Х. Драга-нова. — М.: Колос-Пресс, 2002. — 424 с.
2. Федоренко В.Ф., Сорокин Н.Т., Бук-лагин Д.С. Инновационное развитие альтернативной энергетики: науч. изд.— М.: ФГНУ «Росинфорагротех», 2010. — Ч. 1. — 348 с.
3. Василькова Т.М. и др. Справочник экономиста-аграрника. — М.: КолосС, 2006.
— 367 с.
УДК 534.2.26:620.22:677.017 А.Ф. Костюков
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ВОЛОКОН В МАССЕ
Ключевые слова: волокно, зрелость,
контроль, ультразвук, технологические параметры, характеристики, устройства.
Уже сообщалось о проводимых исследованиях по разработке нового оперативного неразрушающего метода контроля параметров сельскохозяйственных волокон в массе [1, 2]. Сельскохозяйственное волоконное сырье в своей массе (множестве волокон) обладает типично анизотропными свойствами по степени созревания, вследствие существенных отличий почв, освещенности, места произрастания, сроков посева, уборки и других факторов. Поэтому объективные контролируемые параметры в пределах партии волокна могут быть получены лишь статистически. Тогда на основе метрологических показателей данная селекционная партия волокна может быть отнесена к тому или иному промышленному сорту. Существующие стандартные методы статистическую обработку обеспечить не могут, вследствие чрезвычайно высокой длительности и трудоемкости процесса контроля.
Контроль должен быть:
- неразрушающим, для того, чтобы любой контролируемый образец мог быть зондирован многократно, для обеспечения возможности статистической обработки результатов измерения, исключающей случайность результата при контроле данного образца;
- оперативным, позволяющим получать необходимый массив данных в приемлемые сроки;
- не требовал сложных, многократных технологических переходов;
- не требовал длительной подготовки образцов;
- позволял использовать проконтролированный материал в дальнейшей переработке.
Указанным требованиям в наилучшей степени отвечает контроль с применением ультразвука. Ранее проведенными исследованиями установлено, что при прозвучива-нии волокон наиболее информативными параметрами ультразвукового сигнала являются амплитуда и фаза колебаний [1].
Суть этого метода заключается в том, что при прохождении УЗ-волны через многослойный волоконный образец происходит модификация акустического сигнала: амплитуда меняется вследствие отражения и рассеяния волны от излучателя к приемнику; изменение фазы вызывается дифракцией, и величина её искажения зависит от количества волокон в образце.
Целью данной работы является создание экспериментального устройства ультразвукового контроля метрологических параметров растительных волокон в массе.
Задачами проводимой работы являются:
- разработка технологической блок-схемы контроля;
- разработка УЗ-камеры и кассеты для закладки образцов волокон;
- разработка конструкции устройства контроля.
Исходя из результатов теоретических и экспериментальных исследований, была составлена программа конструктивной разработки экспериментального образца устройства ультразвукового контроля метрологических параметров растительных волокон в массе (УЗКВ) [1-4]. Технологическая блок-схема контроля предусматривает не только последовательность процесса контроля, но и схемно-конструктивные особенности устройства.
Экспериментальное ультразвуковое устройство УЗКВ было разработано по принципу прямого фазового контроля. Вместо координатно-верньерного устройства [3, 5] предусмотрена кассета с двумя ячейками для закладки эталонного и контролируемого образцов. Причём, эталонный образец формируется так, чтобы его поверхностная количественная плотность была на 10% выше, чем у образца с самым незрелым волокном данного селекционного сорта. В этом случае показания эталонного образца будут находиться на конце контролируемого диапазона, что позволит перекрыть весь диапазон относительных значений сигнала. Разумеется, для каждого вида и селекционного сорта волокон приготавливается свой эталонный образец.
Разработанная в соответствии с технологической блок-схемой контроля (рис. 1) блок-схема устройства имеет следующий вид (рис. 2).
Устройство работает следующим образом. Генератор высокочастотных колебаний
1 подает синусоидальный сигнал на усилитель
2, с которого колебания поступают на излучающий пьезоэлемент 3 и усилитель-ограничитель 12. Ультразвуковые колебания, пройдя последовательно, по мере перемещения кассеты, через слой волокна эталона
6 и контролируемого образца 7, попадают на приемный датчик ультразвука 8, преобра-
зуются и усиливаются усилителем-ограничителем 9. Далее сигнал подается на схему выделения информации 15. Одновременно на другой вход этой схемы последовательно через дифференцирующую цепь 13 и усилитель-формирователь 14 подается опорный сигнал с генератора 1. Выделенная информация поступает на аналого-цифровой преобразователь 16, а затем в оперативное запоминающее устройство 17, где ожидает поступление аналогичного сигнала, прошедшего через контрольный образец. При поступлении сигнала срабатывания с микропереключателя 11 производится вычисление отношения сигналов эталон/контроль в узле
18 и результат передается в узел 19, для определения требуемого параметра и текущего вычисления статистических значений выборки. По команде, поданной с передней панели устройства соответствующей клавишей, на табло 20 отображается соответствующий параметр.
Для обеспечения приемлемой точности и достоверности контроля разработке конструкции УЗ-камеры и кассеты для закладки образцов было уделено особое внимание.
Ультразвуковая камера представляет из себя коробообразный корпус 1, у которого отсутствует одна торцевая стенка. На боковинах 7 сделаны два соосных круговых отверстия, в которые закреплены два датчика ультразвука — соответственно, излучающий
2 и принимающий 3. Датчики закреплены на корпусе с помощью фиксирующих колец 4. На боковине 8 сделаны два прямоугольных отверстия, в которые закреплены два микропереключателя типа М2-1 таким образом, чтобы при вводе в камеру кассеты происходило поочередное нажатие кнопок микропереключателя 5, затем 6. На задней торцевой стенке установлен ещё один микропереключатель М2-1 (поз. 11), запускающий отсчёт отношения сигналов эталон/контроль.
Кассета для закладки образцов состоит из корпуса 12 и двух боковых щечек 13 и 14, из которых щечка 13 является одновременно крышкой (рис. 4). Квадратные отверстия в корпусе и щечках сосны и имеют различные размеры. Размер отверстий в корпусе 45х45 мм, в нижней щечке — 30х30, в крышке — 90x30 мм. Для фиксации образца в установленном положении служит рамка 15 с наружными размерами 45х45 мм и внутренними размерами 30х30 мм. Отверстия в щечке 14 и рамке 15 закрыты металлическими сетками 16, которые являются одновременно обкладками воздушного конденсатора. Для правильной фиксации кассеты в ультразвуковой камере служит паз 17 на боковой стенке кассеты, в который при вложении кассеты в камеру входит штырь 10.
Рис. 1. Технологическая блок-схема работы устройства контроля волокон УЗКВ
1
->
12
£
V
20
19
■ё-
\У у
11
Ж
18
17
_Ж_
16
Рис. 2. Блок-схема устройства УЗКВ:
1 — генератор синусоидальных колебаний; 2 — усилитель; 3 — излучающий датчик;
4 — кассетодержатель; 5 — кассета; 6 — эталонный образец; 7 — контролируемый образец;
8 — приёмный датчик; 9 — усилитель-ограничитель; 10 — дифференцирующая цепь;
11 — усилитель-формирователь; 12 — усилитель-ограничитель; 13 — дифференцирующая цепь; 14 — усилитель-формирователь; 15 — триггер; 16 — аналого-цифровой преобразователь (АЦП); 17 — оперативное запоминающее устройство (ОЗУ);
18 — вычислитель отношения сигналов эталон/контроль;
19 — вычислитель параметров волокна; 20 — устройство отображения информации
Рис. 3. Ультразвуковая камера с кассетоприёмником и кассетой для закладки образцов
Таким образом, конструкция кассеты и ультразвуковой камеры позволяют жестко зафиксировать положение образца относительно ультразвуковых датчиков, обеспечив при этом заданную объемную и поверхностную плотность для всех образцов.
Эталонный и контролируемые образцы изготавливаются из многослойных прочёсов, получаемых с чёсальной машины или с ват-ночёсальных машин, выпускаемых серийно. В данной работе использовалась специально разработанная приставка к серийной чё-сальной машине [3].
Электронная схема устройства представляет из себя единый блок и состоит из печатных плат генератора, приемника, схемы выделения информации, включая табло цифрового отображения информации, и источник питания.
Расположенные на передней панели УЗКВ клавиши (рис. 4) имеют следующее обозначение:
X — математическое ожидание контролируемой величины, о — дисперсия ожидаемой величины, 5 — статистическая точность результата (%), z — зрелость волокна (в относительных единицах), L — линейная плотность волокна мГ/м, N — достоверность результата (%), п/п — режим корректировки отношения эталонного и контролируемого сигналов.
Клавиши <^» и <^» фиксируемы в нажатом состоянии и взаимосвязаны, т.е. при нажатии одной из них другая приходит в отжатое состояние. Все остальные клавиши не фиксируемы и независимы друг от друга. Вывод результата контроля в устройстве
производится на 4-разрядное цифровое табло, расположенное на передней панели устройства. Первые два разряда отображают целочисленные показатели, последующие два разряда — дробные значения.
Устройство циклического действия. Время измерения, включая закладку образца, не превышает 10 сек. Время, необходимое для подготовки устройства к работе, подразумевая включение, прогрев и настройку, не превышает 30 мин. Устройство обеспечивает определение средней зрелости образцов волокна всех растительных селекционных сортов в диапазоне от 1,0 до 2,4 относительных единиц зрелости. С помощью устройства возможно получение статистической информации о партии волокна — дисперсии, доверительной вероятности и статистической ошибке.
В результате испытаний УЗКВ установлены его технические возможности:
- масса контролируемого образца — 1±0,01 г;
- диапазон контролируемой поверхностной количественной плотности 5,0 —
160,0Ч06 1/м2;
- собственная погрешность устройства
±1%;
- погрешность контроля при машинной подготовке образца ±2,5%;
- погрешность контроля при ручной подготовке образца ±4%.
Время, необходимое для подготовки 200 образцов одной пробы волокна к работе, включая отбор пробы, прочес и вырезку, не превышает 1 ч 30 мин.
Рис. 4. Внешний вид устройства УЗКВ
Выводы
1. Разработанная технологическая блок-схема контроля позволяет минимизировать погрешность контроля, за счет использования системы относительных единиц, исключающих влияние климатических и других внешних факторов, которые воздействуют на контролируемый и эталонный образцы одновременно.
2. Конструкция УЗ-камеры и кассеты для закладки образцов позволяют жестко фиксировать объем и позиционировать их относительно излучающего и приемного датчиков, обеспечивая практически одновременную регистрацию эталонного и контролируемого образцов.
3. Устройство обеспечивает:
- определение средней зрелости образцов волокна всех растительных селекционных сортов в диапазоне 1,0 до 2,4 относительных единиц зрелости;
- контроль образцов массой — 1±0,01 г;
- диапазон контролируемой поверхностной количественной плотности 5,0 —
160,0-106 1/м2;
- собственную погрешность устройства ±1%;
- погрешность контроля при машинной подготовке образца ±2,5%;
- погрешность контроля при ручной подготовке образца ±4%.
Библиографический список
1. Костюков А.Ф. Модель регистрации признаков многослойной структуры с помощью акустических колебаний // Вестник АГАУ. — 2010. — № 3. — С. 94-98.
2. Костюков А.Ф. Исследование влияния упорядоченного множества волокон на волновые соотношения ультразвука // Вестник АГАУ. — 2011. — № 5. — С. 90-94
3. Костюков А.Ф. Приборы и методы лабораторного контроля основных технологических параметров сельскохозяйственных волокон с помощью ультразвука // Вестник АГАУ. — 2011. — № 3. — С. 95-98.
4. Способ лабораторного контроля параметров волокон. Патент № 2398224,
00Ж29/00,2009г Российская Федерация, МПК 00ж29/00 / Костюков А.Ф., заявитель и патентообладатель. —
№ 2009122763/28; заявл.15.06.2009 г.
5. Способ контроля средних параметров компактного множества волокон. Патент № 2380697, 00Ж29/00, Российская Федерация, МПК 001 N29/00 / Костюков А.Ф.; заявитель и патентообладатель. — № 2008145339/28, заявл. 17.11.2008 г.
