МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ МАШИН К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧИ ВЫБОРА ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЕГО КАЧЕСТВА Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

Bolshakov Yuri Nikolaevich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor

Tyumen Higher Military Engineering Command School named after Marshal of Engineering Troops

A.I. Proshlyakov

1 (10 military town), L. Tolstoy St., Tyumen, 625001, Russia E-mail: tvviku@mil.ru

The technology of protecting crops and plants using electro-optical converters is analyzed, which is aimed at the production of environmentally friendly crop products by reducing the use of pesticides in the plant protection system, reducing environmental pollution. The main theoretical provisions are considered, allowing to optimize the main characteristics of electro-optical converters, contributing to the solution of a major scientific problem in the field of agricultural electrification. The article considers a device that belongs to electrophysical means, in particular, to devices for monitoring the number and species of insects and improving the quality of monitoring. This is achieved due to the uninterrupted power supply of the video light trap power equipment. The proposed device is a contribution to the development of unconventional methods to combat insect pests without the use of chemicals. The prospects for the creation of new highly productive installations and machines for the protection of agricultural crops and plants, combining traditional, non-traditional and new methods of combating various pests in agriculture, are outlined.

Key words: insect pests, control methods, electrophysical protection method, video light trap, electro-optical converters.

-♦-

УДК 629.114.2.004

Математическое описание процесса технического обслуживания машин к решению задачи выбора экологических показателей его качества

В.Н. Хабардин, д-р техн. наук, профессор

ФГБОУ ВО Иркутский ГАУ

В настоящее время в теории и практике технического обслуживания машин все большее внимание уделяют экологической безопасности. Это обусловлено тем, что ТО тракторов и других машин проводят как в стационарных, так и полевых условиях. В соответствии с ГОСТом 20793 - 2009 проведение смазочно-заправочных операций (СЗО) должно исключать попадание топливно-смазочных материалов (ТСМ) на почву. Однако осуществить это практически достаточно сложно по ряду причин. На первом этапе решения этой проблемы требуется создание научно обоснованной методики оценки качества ТО по экологическим показателям. До настоящего времени такая методика не разработана, что сдерживается прежде всего отсутствием соответствующей теоретической базы, в основу которой на первом этапе должно быть положено обоснование экологических показателей качества. Для решения этой задачи выполнено математическое описание процесса ТО, на основе которого установлено, что коэффициент качества ТО машин в полевых условиях с учётом последствий функциональных отказов при СЗО представляет собой отношение допускаемой к фактической удельной суммарной массы пролитых ТСМ на почву при ТО и соответствует коэффициенту экологической опасности, а его обратная величина - коэффициенту экологической безопасности. На этой основе представляется возможным разработать методику определения экологической безопасности СЗО, которая может быть востребована для оценки экологической безопасности ТО тракторов при их создании, совершенствовании, а также при выборе лучшей модели.

Ключевые слова: машина, техническое обслуживание, смазочно-заправочная операция, топливно-смазочные материалы, полевые условия, экологическая безопасность, методика, определение.

В настоящее время в теории и практике технического обслуживания (ТО) машин, используемых в сельском хозяйстве, всё большее внимание уделяют вопросам экологической безопасности [1 - 10]. Это обусловлено тем, что в соответствии с ГОСТом 20793 - 2009 [11] ТО тракторов и других машин проводят как в стационарных условиях, так и в поле - на местах их работы - в контакте с живой природой. Стандарт регламентирует ТО машин в полевых условиях, но при этом должны соблюдаться требования охраны окружающей среды. В частности, проведение смазочно-заправочных работ должно исключать попадание нефтепро-

дуктов (топливно-смазочных материалов) на почву. Однако осуществить это практически достаточно сложно по ряду причин, к которым относятся: слабая приспособленность машин к ТО в полевых условиях, недостаточная надёжность механизированных средств ТО, ошибки, а нередко и низкая экологическая культура оператора, а также несоответствие условий труда в поле требованиям технической безопасности. В связи с этим на первом этапе решения проблемы экологической безопасности ТО машин требуется создание научно обоснованной методики оценки качества процесса ТО по экологическим показателям. До настоящего времени такая методика

не разработана, что сдерживается прежде всего отсутствием соответствующей теоретической базы, в основу которой на первом этапе должно быть положено обоснование экологических показателей качества [5 - 10]. Решение этой задачи, несомненно, актуально.

Материал и методы исследования. Цель исследования - обоснование экологических показателей качества ТО машин с учётом последствий функциональных отказов при выполнении смазочно-заправочных операций.

Объект исследования - процесс технического обслуживания машин в полевых условиях.

В основу методики положены события (функциональные отказы - события, заключающиеся в попадании топливно-смазочных материалов (ТСМ) на почву) и закономерности их проявления при выполнении смазочно-заправочных операций (СЗО) в полевых условиях. При этом процесс ТО представлен многомерно-одномерной схемой исследования - системой на основе «чёрного ящика» с входными и выходными сигналами исследуемого объекта. В этом случае задача моделирования состоит в построении вход-выходного отображения, задающего математическую (количественную) зависимость между двумя пространствами функций, элементами которых являются входные и выходные сигналы. Входные сигналы (внешние воздействия) - удельная суммарная стоимость устранения последствий отказа при проливе ТСМ и удельная суммарная стоимость издержек от нарушения требований охраны окружающей среды при ТО машины в поле - при попадании ТСМ в почву. Выходные сигналы (реакция на внешние воздействия) - экологические показатели качества ТО. Кроме того, в методике исследования использованы методы синтеза, анализа, аналогии и сравнения.

Результаты исследования. Коэффициент качества ТО 7-й марки трактора (/-объекта) в полевых условиях равен:

Кк/ -

-Д/

С,

(1)

Ф/

при Сф/ > Сд/,

где Сд/, СФ/ - допускаемая и фактическая удельная суммарная стоимость (в руб. на моточ.) потерь устранения последствий функциональных отказов при проведении ТО /-объекта. При этом Сд/ и СФ/ в общем виде могут быть представлены формулой: N

С = 1С, (2)

I-1

где Сц - совокупность (Л) технико-экономических показателей I по /-объекту.

При ТО машин на местах их использования (в поле) С / (2) примет вид:

С / = Сот/ + Иэ/, (3)

где СОТ / - удельная суммарная стоимость устранения последствий отказа при проливе ТСМ по /-объекту;

ИЭ / - удельная суммарная стоимость издержек от нарушения требований охраны окружающей среды при ТО -объекта в поле - при попадании ТСМ в почву. Далее выразим СОТ/ и ИЭ/. Удельную суммарную стоимость устранения последствий отказа при проливе ТСМ по -объекту выразим как:

Сот/ = 3тр/ + Пп/ + Зм/ + Зв/ + 3ум/ + 3ув /, (4) где ЗТР/, ПП/ - удельные суммарные затраты труда и потери от простоев машин; ЗМ/, ЗВ/ - дополнительные удельные суммарные затраты на ТСМ и ветошь; ЗУМ/, ЗУВ / - удельные суммарные затраты на утилизацию ТСМ и ветоши. При

ЗТР / = СТ,

Пп/ = То( Сп,

ЗМ/ = тМ/ рм[ Цм,

Зв / = тм/Нв Цв, 3ум / = тм / Ум Cyм, ЗУВ/ = тМ/НВ Сув, уравнение (4) примет вид:

СОТ / = ¿О/ СТ + ТО/ Сп + тМ / рм1цм +

+ тм Нв Цв + тм / Ум Сум + тм / Нв Cyв, где 1Ои ТО/ - удельная суммарная трудоёмкость и продолжительность устранения последствий отказа при ТО /-объекта (чел.-ч/моточ, ч/моточ);

СТ - часовая тарифная ставка специалиста, выполняющего ТО;

СП - стоимость потерь за час простоя машины;

тМ/ - удельная суммарная масса пролитых ТСМ на почву при ТО /-объекта, кг/моточ; рМ - плотность ТСМ (масла); ЦМ - цена одного литра масла, руб.; Нв - расход ветоши в кг на 1 кг собранного на неё масла;

Цв - цена 1 кг ветоши, руб.; уМ - относительная доля масла, собранного с почвой при устранении последствий отказа; СУМ, СУВ - стоимость утилизации 1 кг ТСМ с почвой и 1 кг промасленной ветоши, руб. В полученном уравнении (11) представим /О / и ТО / следующим образом:

Ь / = тм/Ни (12)

То / = тм/Ни (13)

что возможно при ТО/ = О где Ht - норма времени на устранение последствий отказа - на удаление с почвы 1 кг масла.

(5)

(6)

(7)

(8) (9)

(10)

(11)

(16)

С учётом формул (12) и (13) уравнения (5) и (6) примут вид:

Зтр/ = тм, Н Ст, (14)

Пп = тм,Н( Сп. (15)

Теперь подставим в (11) правые части уравнений (14) и (15) вместо слагаемых ЗТР (5) и ПП/ (6), и тогда выражение (11) после несложных преобразований примет вид:

Сот = тм, [Н ( Ст + Сп)+ рМ1Цм + +Нв Цв + Ум Сум + нв Сув]. Удельную суммарную стоимость издержек от нарушения требований охраны окружающей среды при ТО /-объекта в поле (от попадания ТСм в почву) определим следующим образом.

На первом этапе найдём экологический ущерб от загрязнения земель, который в общем виде определяется по формуле [12, 13]:

Ут = 5 Нс Кэ Кп Кхп, (17)

где 5 - площадь почв и земель, сохранённая от деградации за отчётный период времени в результате проведённых природоохранных мероприятий, га;

НС - норматив стоимости земель, руб/га или

руб/м2;

Кэ - коэффициент экологической ситуации и экологической значимости территории; Кп - коэффициент для особо охраняемых территорий;

КХп - повышающий коэффициент за предотвращение (ликвидацию) загрязнения земель несколькими (п) химическими веществами. Приведённое выражение (17) преобразуем следующим образом. Выразим 5 по формуле:

М м,

м (18)

5ТО/ -

М П

5ТО/ -"

т

(19)

П

где 5ТО, - площадь почв и земель, подверженная деградации при ТО /-объекта, руб/м2; тП - предельная масса ТСм на единицу наработки (моточ) /-объекта, достаточная для того, чтобы привести к полной деградации почву на площади 1 м2, кг/моточ-м2.

Теперь подставим найденное 5ТО/ (19) в (17) и получим искомую удельную суммарную стои-

мость издержек ИЭ/, обусловленную попаданием ТСм в почву при ТО /-объекта:

Иэ/ = тм, тП1Нс Кэ Кп К^п. (20)

Если учесть коэффициент ум - относительную долю масла, собранного с почвой при устранении последствий отказа, то формула (20) примет вид:

Иэ/ = тм, тП1 Не Кэ Кп Кхп (1 - Ум). (21)

Зная СОТ, (16) и ИЭ , (21), в соответствии с (3) после несложных преобразований получим С :

С / = тм, [Н ( Ст + Сп)+ рм1Цм + +Нв Цв + Ум Сум + НВ Сув + (22) + тП1Не Кэ Кп Кхп (1 - Ум)].

Выражение в квадратных скобках этого уравнения примем за постоянную величину, например С:

С = Н ( Ст + Сп)+ р^Цм +

+ НВ Цв + Ум Сум + нв Сув +

(23)

+ тП1Не Кэ Кп Кхп (1 - Ум).

Тогда формула (22) с учётом (23) примет вид:

С / = тм, С. (24)

В завершение найдем К / (1). Для этого сначала выразим Сд/ и СФ , по аналогии с (24):

Ф

тдм, С, тфм, С,

(25)

(26)

где тдми тфм/ - допускаемая и фактическая удельная суммарная масса пролитого масла на почву при ТО ,-объекта. Значения Сд/ (25) и СФ/ (26) подставим в (1) и после сокращения получим:

КК/ -"

т

Дм/

т.

(27)

Фм/

где 5ТО - площадь почв и земель, подверженная деградации при ТО ,-объекта, руб/м2; Мм/ - суммарная масса пролитых ТСм на почву за цикл ТО -объекта, кг; МП - предельная масса ТСм, достаточная для того, чтобы привести к полной деградации почву на площади 1 м2, кг/м2. Поделим числитель и знаменатель правой части уравнения (18) на наработку за цикл ТО -объекта и получим:

тм/

при том/ > тДм/.

Сопоставляя полученное выражение с экологическими показателями [13], получим:

тТ

...... (28)

кэо, - ■

'Дм/

том/

кэб/ -

т

Дм/

т,

ом/

-1

(29)

где КЭО/, Кэб, - коэффициенты экологической опасности и безопасности выполнения смазочно-заправочных операций при ТО машин в полевых условиях.

Таким образом, коэффициент качества ТО машин в полевых условиях с учётом последствий функциональных отказов при выполнении смазочно-заправочных операций представляет собой отношение допускаемой к фактической удельной суммарной массе пролитых ТСм на почву при ТО и соответствует коэффициенту экологической опасности, а его обратная величина - коэффициенту экологической безопасности.

Выводы

1. Выполнено математическое описание процесса ТО, на основе которого установлено, что коэффициент качества ТО машин в полевых условиях с учётом последствий функциональных отказов при проведении смазочно-заправочных операций представляет собой отношение допускаемой к фактической удельной суммарной массе пролитых ТСМ на почву при ТО и соответствует коэффициенту экологической опасности, а его обратная величина - коэффициенту экологической безопасности.

2. На этой основе представляется возможным разработать методику определения экологической безопасности смазочно-заправочных операций, которая может быть востребована для оценки экологической безопасности ТО тракторов при их создании и совершенствовании, а также при выборе лучшей по экологическим показателям качества модели прибора.

Литература

1. Пат. 2519287 Рос. Федерация, МПК В62D 1/00 (2006.01), B60S 5/00 (2006.01). Способ определения экологической безопасности технического обслуживания автотранспортных машин / Хабардин В.Н., Горбунова Т.Л., Чубарева М.В., Шелкунова Н.О.; заявит. и патентооблад. Иркутская ГСХА; № 2012157351/11; заявл. 26.12.2012; опубл. 10.06.2014; Бюл. № 16.

2. Пат. 2545475 Рос. Федерация, МПК В60S 5/00 (2006.01), G01М 15/00 (2006.01). Способ определения экологической безопасности выполнения смазочно-заправочных операций при техническом обслуживании машин / Хабардин А.В., Хабардина А.Ю., Болоев П.А., Горбунова Т.Л., Чубарева М.В.; заявит. и патентооблад. Иркутская ГСХА; № 2013157121/11; заявл. 23.12.2013; опубл. 27.03.2015. Бюл. № 9.

3. Пат. 2723524 Рос. Федерация, В60S 5/00 (2006.01). Способ определения экологической безопасности применения смазочно-заправочных приборов при техническом обслуживании машин в полевых условиях / Хабардина А.В., Горбуно-

ва Т.Л., Мирзоян Н.Г.; заявит. и патентообладат. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный аграрный университет имени А.А. Ежевского. № 2019131797; заявл. 08.10.2019; опубл. 11.06.2020. Бюл. № 17.

4. Пат. 2731069 Рос. Федерация, G01M 15/00 (2006.01). Способ определения экологической безопасности приборов для смазочно-заправочных операций / Хабардина А.В., Хабардин В.Н., Кожевникова Н.И.; заявит. и патентообладат. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный аграрный университет имени А.А. Ежевского. № 2020107815; заявл. 20.02.2020; опубл. 28.08.2020. Бюл. № 25.

5. Новые сливные устройства для технического обслуживания машин, методика и результаты их экспериментального исследования / В.Н. Хабардин, М.В. Чубарева, Н.О. Шелкунова [и др.] // Достижения науки и техники в АПК. 2013. № 9. С. 70 - 72.

6. Хабардина А.В., Хабардин В.Н., Чубарева М.В. Смазочно-заправочные операции обслуживания машин и технические средства их выполнения в полевых условиях // Вестник ИрГСХА. 2017. Вып. 78. С. 164 - 174.

7. Хабардин В.Н. Современные направления развития технического обслуживания машин // Техника в сельском хозяйстве. 2009. № 5. С. 28 - 30.

8. Условия труда, качество и эффективность технического обслуживания машин в поле / В.Н. Хабардин, А.В. Хабардина, Н.В. Чубарева, М.В. [и др.] // Естественные и технические науки. 2016. № 2. С. 153 - 163.

9. Хабардин В.Н. Определение экологической безопасности применения мобильных средств технического обслуживания машин // Дальневосточный аграрный вестник. 2019. № 3. С. 116 - 121.

10. Хабардин В.Н. Проблемы и концепция технического обслуживания машин в сельском хозяйстве: монография. Иркутск: Изд-во ИрГАУ, 2020. 124 с.

11. ГОСТ 20793 -2009. Тракторы и машины сельскохозяйственные. Техническое обслуживание. Взамен ГОСТа 20793 - 86; введ. 2011 - 05-01. М. : Стандартинформ, 2011. 19 с.

12. Временная методика определения предотвращённого экологического ущерба / Л.В. Вершкова [и др.]; утвержд. Госкомэкологии РФ 09.03.99. М., 1999 [Электронный ресурс]. URL: http://xreferat.com/7/882-1 -opredelenie-usherba-i-strahovogo... kul-tur.html.

13. Техническое обслуживание и ремонт машин в сельском хозяйстве: учеб. пособие для вузов / В. И. Черноиванов [и др.]; под ред. В. И. Черноиванова. М.: ГОСНИТИ; Челябинск: ЧГАУ, 2003. - 992 с.

Хабардин Василий Николаевич, доктор технических наук, профессор

ФГБОУ ВО «Иркутский государственный аграрный университет имени А.А. Ежевского»

Россия, 664038, Иркутская область, Иркутский р-н, п. Молодёжный,

E-mail: rector@igsha.ru; g.tatyana68@mail.ru

Mathematical description of the machine maintenance process for solving the selection problem environmental indicators of its quality

Khabardin Vasily Nikolaevich, Doctor of Technical Sciences, Professor Irkutsk State Agrarian University named after A.A. Ezhevsky Molodezhny vill., Irkutsk district, Irkutsk region, 664038, Russia E-mail: rector@igsha.ru; g.tatyana68@mail.ru

Currently, in the theory and practice of maintenance (MAINTENANCE) of machines, more and more attention is paid to environmental safety. This is due to the fact that the MAINTENANCE of tractors and other machines is carried out both in stationary and field conditions. In accordance with GOST 20793 - 2009, the conduct of lubrication and refueling operations (SPO) should exclude the ingress of fuel and lubricants (TSM) to the soil. However, this is practically quite difficult to implement for a number of reasons. In our opinion, at the first stage of solving this problem, it is necessary to create a scientifically based methodology for assessing the quality of MAINTENANCE by environmental indicators. To date, such a methodology has not been developed, which is hindered, first of all, by the lack of an appropriate theoretical base, which should be based on the justification of environmental quality indicators at the first stage. This paper is devoted to solving this problem. This is mathematical description of the process the basis on which it is established that the quality factor of the cars in the

известия оренбургского государственного аграрного университета

2020 ■ № 6 (86)

field taking into account the consequences of technological failures SZO represents the ratio of permissible to actual specific total mass shed of TSM on soil under and corresponds to the factor of ecological danger, and it is the reciprocal of the coefficient of ecological security. On this basis, it is possible to develop a methodology for determining the environmental safety of the NWO, which can be used to assess the environmental safety of tractors WHEN they are created, improved, and when choosing the best model.

Key words: machine, maintenance, lubrication and refueling operation, fuel and lubricants, field conditions,

environmental safety, methodology, definition.

-♦-

УДК 621.3

Приобъектный ветроэлектрический агрегат

В.Г. Петько1, д-р техн. наук, профессор; М.А. Христиановская2, соискатель;

А.В. Кузьмин2, соискатель

1 ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ

2 ФГБОУ ВО Санкт-Петербургский ГУВМ

Статья посвящена разработке ветроэлектрического агрегата малой и средней мощности, предназначенного для установки в сельской местности в непосредственной близости от приёмников электрической энергии. Это позволит частично разгрузить довольно протяжённые и зачастую перегруженные сельские электрические сети и в результате снизить потери электрической энергии. Условия размещения и эксплуатации таких ветроагрегатов требуют, чтобы ветроагрегат имел простую конструкцию и, как следствие, высокую надёжность, низкую стоимость, удобство технического обслуживания. Это достигается за счёт размещения асинхронного генератора непосредственно в опоре ветроагрегата соосно с осью вращения головки, а соединение вала генератора с валом ветротурбины осуществляется через конический редуктор и обгонную муфту. Для ориентации и ограничения мощности ветротурбины использована механическая система на базе крыльчатки с вертикальной осью вращения и шторки с приводом от боковой лопаты, воспринимающей давление ветра. В результате удалось избавиться от склонного к закручиванию гибкого кабеля, упростить систему управления ветротурбиной при скоростях ветра как ниже, так и выше расчётной скорости.

Ключевые слова: асинхронная машина, электрическая сеть, редуктор, ветротурбина, ограничение мощности, система ориентации, обгонная муфта.

В настоящее время в подавляющем большинстве случаев как за рубежом, так и в РФ используются ветроагрегаты, ветротурбина которых через редуктор приводит во вращение асинхронную машину, работающую в режиме генератора, подключённую к электрической сети трёхфазного переменного тока [1]. При этом явно наблюдается тенденция к увеличению единичной мощности ветроагрегатов такого типа, как и ветроагрегатов других конструктивных исполнений. При этом происходит их удаление в электрической сети от потребителей электрической энергии, особенно от территориально рассредоточенных потребителей, каковыми являются потребители в сельской местности. Это не способствует разгрузке, как правило, изношенных и зачастую морально устаревших сельских линий электропередачи низших ступеней напряжения (0,4 и 10 кВ) [2], а также снижению потерь энергии в них. В этой связи заманчиво выглядит идея применения ветроагрегатов, максимально приближённых к местам потребления энергии (приобъектных ветроагрегатов). Понятно, что мощность таких ветроагрегатов должна быть соизмерима с мощностью отдельных потребителей, в качестве которых в сельской местности могут выступать мелкие

фермерские хозяйства, пункты доения коров на отгонных пастбищах, сельские подворья, а в некоторых случаях и дачные участки. Естественно, что ветроагрегаты такого назначения должны быть максимально простыми по конструкции и надёжными в эксплуатации.

Цель работы - разработать предложения по конструкции такого ветроагрегата и методику расчёта основных его узлов.

Материал и методы исследования. Классической компоновкой ветроагрегатов с горизонтальной осью вращения является компоновка, при которой блок ветротурбина - редуктор - генератор располагаются в головке ветроагрегата, вращающейся вслед за направлением ветра вокруг вертикальной оси [3]. Размещение генератора непосредственно в головке увеличивает её размеры и вес, а для соединения генератора с электрической сетью требуется использовать гибкий кабель, который со временем требует периодической раскрутки. Для устранения указанных недостатков предлагаем установить генератор соосно с осью вращения головки непосредственно внутри опоры ветроагрегата, желательно в нижней её части. Помимо облегчения головки это приведёт к повышению устойчивости опоры ветроагрегата.