CC BY
71
велики (в отдельных случаях достигают до 90°), что существенным образом способствуют уменьшению результирующей силы реакции почвы на отдельные участки траектории движения почвенных частиц.
Выводы
1. Изменяя в предложенной математической модели траектории движения почвенных частиц по исполнительной поверхности рабочего органа, значения координат их исходного положения, можно осуществлять структурный анализ характеристик движения почвенных объемов, принадлежащих надлемешной части обрабатываемого пласта.
2. Из анализа результатов геометрической интерпретации математической модели сложного движения почвенных частиц по лемешно-отваль-ной поверхности плуга следует, что не только статические внутрипластовые напряжения (при изгибе, кручении, сжатии, растяжении, сдвиге), но и динамические составляющие силы (ускорение, вес, внешнее трение) обусловливают сложную внутрипочвенную деформацию.
3. Закономерности изменения угла между векторами скорости и ускорения движения частиц почвы по эллипсогеликоидальной траектории, а также углов между вектором скорости и вектором ускорения достаточно велики и могут быть использованы для уменьшения результирующей силы реакции почвы и тягового сопротивления рабочего органа почвообрабатывающего орудия.
Литература
1. Путрин, АС. Основы проектирования рабочих органов для рыхления почв, находящихся за пределами физически спелого состояния: автореф. дис. ... д.т.н. Оренбург, 2003. 47 с.
2. Горячкин, В.П. Собрание сочинений в семи томах. Т. 3. М.: Сельхозгиз, 1937. 160 с.
3. Бледных, В.В. Совершенствование рабочих органов почвообрабатывающих машин на основе математического моделирования технологических процессов: автореф. дис. ... д.т.н. Ленинград, 1989. 39 с.
4. Лаврухин, B.A. Механико-технологические основы проектирования развертывающихся лемешно-отвальных поверхностей: автореф. дис. ... д.т.н. Челябинск, 1991. 37 с.
5. Цыклер, В.В. Проектирование энергосберегающих рабочих органов. YSTM’96: «Молодежь и наука — третье тысячелетие»: труды международного конгресса / В.В. Цыклер, А.С. Путрин, Э.А. Цибарт. М.: НТА «АПФН», 1997. С. 25-27.
Модели и моделирование биотехнологических процессов в животноводстве
В.Д. Поздняков, д.т.н., профессор, В. А. Рогова, преподаватель, Оренбургский ГАУ
Детальное, если не принципиальное, изучение любого явления, процесса вообще, и тем более, биотехнических систем (БТС), включающих «клиента обслуживания» (животное) посредством инструмента (машины, агрегата, установки) при активном взаимодействии «оператора» (человека), невозможно без разработки моделей, описывающих поведение звеньев, и моделирования состояний звеньев, характера их взаимодействия и количественно-качественной оценки деятельности управляющего, организационного действия (деятельности) человека [1,2].
При выборе способа моделирования необходимо следовать принципу: «метод важнее результата», а основой полных представлений о функционировании БТС является классификация, где наряду с упорядоченным систематизированным характером межэлементных связей (прямых, обратных, контролирующих, управляющих, свободных и т.д.) проявляется вторая функция — предсказательная [2, 3].
Не менее важным при моделировании биотехнических систем является выбор иерархии звеньев. Нетрудно заметить, что на первое место претендует звено, возбуждающее систему к действию, определяющее закон, программу, прави-
ло действия. Это человек-оператор, который может быть представлен в БТС как оператор машинного доения коров, стригаль овец, чесальщик пуха коз, младший ветзооспециалист, техник-осеменатор и т.д.
В конце цепи находится звено «клиент», на которого направлены действия других звеньев — как человека, так и машины (доильного аппарата, станка, стригальной машинки, гребней и гребенок для вычесывания пуха и обработки кожного покрова, специальных ветеринарно-санитар-ных технических средств и Т.Д.).
Удачно выбранная концепция моделирования позволяет провести не только глубокий анализ функционирования БТС, подсистем и ее звеньев, но и решить обратную задачу — рациональный синтез рассматриваемой сложной системы из более простых подсистем и звеньев.
На основе вышеизложенного и статистического анализа функционирования основных БТС в животноводстве и их вариантов мы предлагаем иерархическую схему возможных вариантов моделирования и моделей, которые могут быть реализованы на различных этапах научных исследований [4—5] (рис. 1).
В последнее время в связи с совершенствованием ПЭВМ и программного обеспечения на одно из ведущих мест претендует имитационно-вир-туальное моделирование [3].
Рис. 1 - Иерархическая схема возможных вариантов моделирования и моделей: *, ** - уровень разработки и реализации
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
100
Рис. 2 - Приборы и оборудование для исследования трудовой деятельности
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
Алгоритм моделирования может быть представлен в таком варианте:
1. Построение схемы БТС.
2. Установление границ между звеньями.
3. Установление иерархии звеньев БТС.
4. Воспроизведение логико-математической модели БТС в режиме ее работы.
5. Методом «мысленного эксперимента» по разработанной модели БТС для каждого звена определить минимальное число функционально полезных степеней свободы для возбуждения работы БТС.
6. Расчет числа валентности ведущего звена (оператора).
7. Составление числового кода БТС и запись чисел в порядке кортежа звеньев.
8. Выявление конкурирующих пар БТС (альтернативных вариантов системы) и построение матрицы состояний.
9. Решение задач для достижения стратегической цели: профессиональная диагностика, обучение, тренировка, формирование групп-аналогов.
Необходимые количественные значения отдельных факторов для модели можно заимствовать из специальных источников информации
[4, 5, 6, 7] или с помощью технических средств в ходе активных экспериментов в лабораторных и производственных условиях (рис. 2).
Таким образом, изучение сложных биотехнических систем (к ним относятся системы «человек-машина-животное») требует научно обоснованных подходов выбора моделей, способов моделирования, использования стандартных приборов (оборудования) и разработки оригинальных нестандартных технических решений.
Литература
1. Шибанов, Г.П. Количественная оценка деятельности человека в системах человек — техника. М.: Машиностроение, 1983. 263 с., ил.
2. Карташов, Л.П. Методы расчета биологических и технических параметров системы «Человек — машина — животное». Оренбург: Издательский центр ОГАУ, 2007. 152 с., ил.
3. Поздняков, В.Д. Повышение надежности и эффективности функционирования операторов механизированных процессов животноводства: диссертация на соиск. уч. степ. д-ра.тех.н. Оренбург, 2006. 355 с., ил.
4. Карташов, Л.П. Методические материалы по совершенствованию технических средств для чески пуха коз / Л.П. Карташов, В.Д. Поздняков. Москва — Оренбург, 2006. 24 с., ил.
5. Дж. Франс, Дж. Х.М. Торнли. Математические модели в сельском хозяйстве / перевод с английского АС. Каменского; под ред. Ф.И. Ерешко. М.: Аргопромиздат, 1987. С. 36-110, ил.
6. Воронов, А.В. Имитационное биомеханическое моделирование, как метод изучения двигательных действий человека // Теоретическая биомеханика. 2004. № 2. С. 22—27.
Математическое моделирование теплофизических процессов в автоматических установках производства композиционных материалов для сельскохозяйственной техники
ИЛ Акимов, д.т.н., профессор, Оренбургский ГПУ
Композиционные материалы широко используются в современной сельскохозяйственной технике. Они по прочностным свойствам и долговечности превосходят даже некоторые параметры металлических изделий. Многие детали и агрегаты сельскохозяйственной техники изготовлены из композиционных материалов.
Управление процессом полимеризации связано с разработкой теплофизических математических моделей. Основные трудности при создании таких моделей возникают из-за необходимости учета:
— многослойное™ конструкций с различными теплофизическими свойствами;
— фазовых переходов при полимеризации, которые описываются моделями Стефана;
— многостадийное™ процесса нагрева.
На рис. 1 приведен обобщенный график зависимости температуры от времени, наиболее часто реализующийся в установках АВТП. Температур-
ный процесс полимеризации разделяется на III этапа.
На первом этапе (1,5—2 ч.) происходит повышение температуры изделия от температуры среды до температуры полимеризации под действием источников тепла с одновременным повышением давления в технологическом мешке до 9—10 кг/см2.
При достижении температуры 60° скорость изменения температуры понижается до нуля и в течение 30 минут поддерживается постоянная температура (предварительный разогрев). В этот период происходит размягчение, уплотнение по-лимеризующейся массы, удаление воздушных пузырей и излишней влаги.
На втором этапе (6 ч.) образуется фронт полимеризации, который продвигается внутрь конструкции до технологического мешка.
Процесс полимеризации сопровождается выделением тепла фазового перехода, так что для поддержания заданной температуры необходимы специальные управляющие устройства.
