CC BY
8Xhtml?faces-redirect=true&id=24d563fbc6b67ecc3a6269e4133d73d5
11.Karimhodzhaev N., Numonov M.Z. Sravnitel'nyj analiz toksichnosti vyhlopnyh gazov avtomobilej i puti ee snizheniya // Universum: tekhnicheskie nauki elektron. nauchn. zhurn. 2020 URL: https://7universum.com/ ru/tech/archive/item/10963 (data obrashcheniya: 25.05.2021).
12.Process for the removal of impurities from gas streams/Hwang Shuen-Cheng, Saxena Neeraj, Suchak Naresh, Ferrell Robert J. Patent №US-6649132-B1,2003 URL:https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/patent/ US6649132
13.Concept and models for evaluation of black and white smoke components in diesel engine exhaust/ Blyankinshteinl., AskhabovA., VoevodinE., KashuraA., MalchikovS./Transport problems 2017 Volume 12 Issue 3DOI: 10.20858/tp.2017.12.3.8D0I: 10.20858/tp.2017.12.3.8
14.Giechaskiel, B. & Schiefer, E. & Schindler, W. &Axmann, H. &Dardiotis, C. Overview of SootEmission Measurements Instrumentation: From Smoke and Filter Mass to Particle Number. SAEInternational Journal of Engines. 2013. Vol. 6. No. 1. P. 10-22.D0I:10.4271/2013-01-0138
15.Rubinoa, L. &Bonnel, P. &Carriero, M. &Krasenbrink, A. Portable Emission Measurement System (PEMS) for Heavy Duty Diesel Vehicle PM Measurement: The European PM PEMS Program. SAE International Journal of Engines. 2010. Vol. 2. No. 2. P. 660-673.D0I:10.4271/2009-24-0149
16.Perez, A. & Ramos, R. & Montero, G. & Coronado, M. & Garcia, C. &Perez, R. Virtual instrument for emissions measurement of internal combustion engines. Journal of AnalyticalMethods in Chemistry. 2016. No. 4. P. 1-13. DOI: 10.1155/2016/9459516.
17.Badshah, H. &Khalek, I.A. Solid particle emissions from vehicle exhaust during engine start-up.SAE International Journal of Engines. 2015. Vol. 8. P. 1492-1502.D0I:10.4271/2015-01-1077
БОРЫЧЕВ Сергей Николаевич, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой строительства инженерных сооружений и механики, 89066486088@mail.ru
ЛИМАРЕНКО Николай Владимирович, канд. техн. наук, учебный мастер кафедры технической эксплуатации транспорта Рязанского государственного агротехнологического университета имени П.А. Костычева, доцент кафедры электротехники и электроники Донского государственного технического университета, limarenkodstu@yandex.ru
РАКУЛ Елена Анатольевна, канд. техн. наук, доцент кафедры автоматики, физики и математики Брянского государственного аграрного университета, wmf@bgsha.com
УСПЕНСКИЙ Иван Алексеевич, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой технической эксплуатации транспорта, ivan.uspensckij@yandex.ru
ЮХИН Иван Александрович, д-р техн. наук, доцент, зав. кафедрой автотракторной техники и теплоэнергетики, ivan.uspensckij@yandex.ru
Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева
Работа выполнена в рамках реализации гранта ФГБУ "Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере", договор № 3822ГС1/63200 от 19.12.2020
Проблема и цель. Одним из перспективных факторов энергетически эффективного и экологически безопасного использования ресурсов является цифровизация процессов, позволяющая прогнозировать и оценивать состояние системы в зависимости от её исходных свойств. Утилизация бесподстилочного навоза тесно связана с этим фактором. Известно, что безопасно использовать энергетический потенциал бесподстилочного навоза невозможно без подавления имеющихся в нём патогенных биомасс, а выбор оптимального подхода к обеззараживанию во многом зависит от их исходной концентрации. Соответственно, исследование влияния технологических свойств бесподстилочного навоза - температуры, рН, влажности на число колониеобразующих единиц патогенов в нём является актуальной задачей для науки и техники. Целью настоящего исследования является разработка элементов системы цифровизированной оценки уровня экологической нагрузки животноводческих предприятий в зависимости от уровня влажности образуемых отходов на примере сви-
УДК 631.22.018
DOI 10.36508/RSATU.2021.50.2.011
МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВЛАЖНОСТИ БЕСПОДСТИЛОЧНОГО НАВОЗА НА УРОВЕНЬ ЕГО САНИТАРНО-ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ
© Борычев С. Н., Лимаренко Н. В., Ракул Е. А., Успенский И. А., Юхин И. А., 2021 г
ного бесподстилочного навоза.
Методология. Использованы методы статистической обработки экспериментальных данных с учётом модели ферментативной кинетики патогенных биомасс в свином бесподстилочном навозе, произведена оценка достоверности полученных математических зависимостей. Результаты. Получены исходные данные в виде квадратичных уравнений, позволяющие прогнозировать уровень исходной концентрации колониеобразующих единиц (КОЕ) бактерий группы кишечных палочек (ОКБ), аэробных спорообразующих микроорганизмов (СПМО), стафилококков (СТФ), яиц аскариды, трихоцефала, эзофагоста, фасциола, личинок стронгилята, клещей (АСК), цист простейших и ооцистэймерий (ЦИО), а также энтерококков (ЭНТ) в зависимости от влажности бесподстилочного навоза.
Заключение. На основании полученных математических зависимостей разработан элемент системы цифровизации оценки уровня экологической нагрузки, создаваемой свежим бесподстилочным навозом. Развитием полученных результатов будет являться разработка базы данных закономерностей технологических свойств бесподстилочного навоза и их влияния на концентрации патогенной биомассы, как элемента программной среды цифровизации и прогнозирования санитарно-эпидемиологической нагрузки, создаваемой им.
Ключевые слова: утилизация, бесподстилочный навоз, прогнозирование концентрации патогенных биомасс, ферментативная кинетика.
Введение
Бесподстилочное содержание животных приводит к образованию большого числа жидких отходов: бесподстилочного навоза, навозных стоков и т.п., представляющих существенную антропогенную и сантарно-эпидемиологическую нагрузку. Уровень санитарно-эпидемиологического воздействия оценивается концентрацией патогенной биомассы и зависит от большого числа факторов, к наиболее существенным из которых можно отнести: соотношение половозрастных групп животных, способ их содержания, тип кормления, продолжительность выращивания, агроклиматические условия, направления дельнейшего использования образованных отходов, их влажность и др. [1-5].
Для эффективной оценки потенциала и экологически безопасного использования образованных отходов необходимо знание зависимостей, позволяющих определять влияние тех или иных факторов на уровень экологической нагрузки, что также позволит разработать элементы цифрови-зированной системы её оценки и прогнозирования по санитарно-эпидемиологическим свойствам. Разработка данной системы является актуальной задачей для науки и техники. Известно, что сформировать обобщённую систему рекомендаций по утилизации бесподстилочного навоза для всех типов животных затруднительно ввиду многофакторности природы объекта, поэтому в рамках данного исследования рассматривался свиной бесподстилочный навоз. Анализ источников [6-9], показал, что влажность свежего бесподстилочного навоза оказывает существенное влияние на концентрации колониеобразующих (КОЕ) единиц патогенной биомассы, а зависимости, позволяющие формализовать их, в данный момент отсутствуют, что делает исследование данного вопроса важным для практики. На рисунке 1 представлен пример бесподстилочного содержания свиней с комбинированной скребково-гидросмывной системой удаления отходов через щелевые полы. Преимуществом данного подхода к содержанию является относительная безопасность содержания животных, недостатком - высокий расход жид-
кости для удаления отходов (от 23 до 30 литров/ сутки/голову), большой объём опасных с санитарно-эпидемиологической точки зрения жидких отходов, обладающих биогенным энергетическим потенциалом.
Рис.1 - Пример бесподстилочного содержания со скребково-гидросмывной системой удаления навоза
Цель исследования - разработка элементов системы цифровизированной оценки уровня экологической нагрузки животноводческих предприятий в зависимости от уровня влажности образуемых отходов.
Материалы и методы
Объект исследования - факторы, оказывающие влияние на прогнозирование уровня экологической нагрузки, образуемой органическими отходами животноводства, предмет - зависимость числа колониеобразующих единиц (КОЕ) патогенной биомассы от влажности бесподстилочного навоза.
В качестве наиболее представительных параметров, характеризующих уровень экологической нагрузки бесподстилочного навоза, были приняты: число КОЕ бактерий группы кишечных палочек
(ОКБ), шт; число КОЕ бактерий группы аэробных спорообразующих микроорганизмов (СПМО), шт; число КОЕ бактерий группы стафилококков (СТФ), шт; число КОЕ яиц: аскариды, трихоцефала, эзо-фагостом, фасциол, личинок стронгилят, крысиного цепня, клещей (АСК), шт; число КОЕ цист простейших и ооцистэймерий (ЦИО), шт.; число КОЕ энтерококков (ЭНТ), шт.
Материалами для построения формализованных зависимостей, являющихся исходными данными для разработки цифровизированной системы оценки и прогнозирования уровня экологической нагрузки, создаваемой свежим бесподстилочным навозом, выступили результаты экспериментальных и лабораторных исследований [4, 9], а также данные Росстата.
В качестве критерия оценки достоверности при обработке результатов исследований был принят коэффициент детерминации, физический смысл которого сводится к следующей зависимости:
.2 _
= 1
Ч<±1.
ч
(3)
где а- дисперсии случайной ошибки;
где у - средняя скорость роста патогенных микроорганизмов при данных условиях, шт/мин/л;
- максимальная скорость роста патогенных микроорганизмов при данных условиях, шт/ мин/л;
S - концентрация субстрата, моль/л; во - концентрация субстрата, поступившего в накопитель навоза, моль/л;
х - концентрация КОЕ в анализируемом объёме;
К - константа, численно равная концентрации субстрата, при которой скорость роста культуры равна половине максимальной;
а - коэффициент приращения КОЕ патогенной биомассы, поглощённой субстратом.
Повысить достоверность представления динамики роста КОЕ патогенной биомассы в бесподстилочном навозе возможно также путём учёта её изменения законом пропорциональности популяций, вытекающим из дифференциального представления модели Моно, свести который можно к следующему виду:
Ах п
Тг = Кх>
(3)
ау - дисперсии зависимой переменной.
Установлено [2, 5, 10-13], что в зависимости от технологии утилизации органических отходов, образованных на животноводческом предприятии, исходная концентрация патогенных организмов будет варьироваться. Данный фактор необходимо учитывать при оценке исходной концентрации в совокупности с такими составляющими как продолжительность накопления, а также доступность аэробных/анаэробных условий. Соответственно, разработка цифровизированной платформы оценки и прогнозирования экологической нагрузки, создаваемой бесподстилочным навозом, требует формализации данного свойства исследуемой среды.
Описание механизма изменения числа патогенных микроорганизмов в зависимости от влажности бесподстилочного навоза, продолжительности его накопления, а также аэробных/анаэробных условий возможно с использованием уравнений ферментативной кинетики [14]. В общем виде суть формализации моделей ферментативной кинетики можно свести к следующему: изменение численности той или иной бактериальной формы в субстрате может наступить при исчерпании одного из её компонентных ресурсов, а не полной токсикации или лизиса всей структуры. Данный постулат является моделью Моно, позволяющей в динамике определять уровень остаточной концентрации патогенов в бесподстилочном навозе - субстрате. Аналитически данная зависимость может быть представлена в виде дифференциальных уравнений:
(2)
где Rx - функция изменения численности КОЕ патогенной биомассы в бесподстилочном навозе в зависимости от времени, описываемая экспоненциальной зависимостью вида:
Кх = хавп;
х0 = х(10). (4)
Несмотря на приведенные выше закономерности, разработка достоверных элементов циф-ровизации оценки уровня экологической нагрузки животноводческих предприятий в зависимости от уровня влажности образуемого бесподстилочного навоза затруднительна без статистических моделей.
Результаты и обсуждение
Результаты [17-20] исследования влияния влажности бесподстилочного навоза на число КОЕ патогенных организмов представлены следующими зависимостями:
- для числа КОЕ ОКБ:
КОЕ ОКБ=-483653,85W2+78959038,46W--3072474175,85; (5)
- для числа КОЕ СПМО:
КОЕ СПМО=68118,13W2-22703565,59W+ +1568314120,88; (6)
- для числа КОЕ СТФ:
КОЕ СТФ=-32864,01W2+5575995,88W--225320741,76; (7)
- для числа КОЕ АСК:
КОЕ АСК =2084,48W2-1428738,32W+ +120295178,57; (8)
- для числа КОЕ ЦИО:
КОЕ ЦИО=0,4808W2-149,98W+10337; (9)
- для числа КОЕ ЭНТ:
КОЕ ЭНТ=229622,25W2- 2557567,3Ш+ +2948233928,57. (10)
Анализ квадратичных уравнений (5), (6), (7), (8), (9), (10) показал, что влажность образуемого бесподстилочного навоза оказывает существенное
влияние на исходное число КОЕ и, как следствие, на уровень создаваемой им экологической нагрузки. Число КОЕ всех рассматриваемых микроорганизмов снижается с увеличением влажности. Для КОЕ ОКБ и ЭНТ происходит снижение числа в диапазоне влажности 94-95 %, для КОЕ СТФ - при влажности 95-96%, для КОЕ АСК и КОЕ ЦИО - при 96%. Статистическая обработка данных производилась с использованием подходов, описанных в [21, 22], инструментом реализации выступил пакет Statistica. Установлено, что уравнения (5), (6),
(7), (8), (9), (10) адекватно, по критерию Фишера, характеризуют зависимость числа КОЕ патогенных организмов от влажности бесподстилочного навоза при соответствующем уровне значимости, что подтверждается значениями коэффициента детерминации. Значения коэффициентов детерминации для каждого из уравнений при соответствующем уровне значимости а представлены в таблице. Графическая интерпретация полученных результатов представлена на рисунках 2а и 2б
Таблица - Результаты статистической оценки достоверности формализации экспериментальных
данных по коэффициенту детерминации
№ Параметр Коэффициент детерминации г2 Уровень значимости а
1 Число КОЕ ОКБ 0,90
2 Число КОЕ СПМО 0,92
3 Число КОЕ СТФ 0,95 0,05
4 Число КОЕ АСК 0,99
5 Число КОЕ ЦИО 0,91
6 Число КОЕ ЭНТ 0,97
о
о "
=гр ш 3 О
о Ц
800
600
400
200
А
" 1 ** А
_
Д
86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 Влажность свиного бесподстилочнсго навоза IV. %
Рис. 2а - Исходная концентрация бактерий цист и ооцист в зависимости от влажности
бесподстилочного навоза
По результатам исследований влияния влажности бесподстилочного навоза на концентрацию КОЕ патогенной биомассы формализованную моделями (5), (6), (7), (8), (9), (10) с учётом уравнений их ферментативной кинетики (2), (3), (4) был разработан модуль цифровизированной системы оценки экологической нагрузки. Интерфейс мо-
дуля представлен на рисунке 3. В зависимости от типа половозрастной группы животных, нормы расхода жидкости для удаления отходов, периода накопления навоза и его влажности можно определить ориентировочные значения концентраций КОЕ патогенной биомассы в нём.
Рис. 2 б - Влияние влажности бесподстилочного навоза на число КОЕ патогенных микроорганизмов
Хряки
Свиноматка
Супвдосной
Подсосной
Поросята
Поросята (43-60 дней) Поросята (61-106 дней) Откорм свиней (до 70 дмей) Откорм свиней (ОТ 70 дней) Результат
ф Подстил га
36
0 Подстил га 9Й 10
0 ПЗДСГИЛН!
15?
ф Падет*л га 92 в
Ф Подстил га
Рсрослгв 1ФМ)
ф Пкдепнв 96
О-воры 1Г111 ||'| 1» 54 Отщрм с|1» ||Д дч
100 160
ф Подстил м
Рис. 3 - Интерфейс программного пакета цифровизированной оценки уровня экологической нагрузки, создаваемой свежим бесподстилочным навозом
Выводы
1. Обоснована необходимость учёта ферментативной кинетики числа КОЕ патогенной биомассы в свежем бесподстилочном навозе с помощью модели Моно при описании их исходных концентраций и разработке цифровизированных систем оценки и прогнозирования создаваемой им экологической нагрузки.
2. Установлены математические зависимости влияния на концентрацию КОЕ патогенной биомассы влажности бесподстилочного навоза при коэффициенте детерминации r2> 0,9 для всех типов рассмотренных патогенов.
3. Развитием полученных результатов является разработка базы данных закономерностей технологических свойств бесподстилочного навоза и их влияния на концентрации патогенной биомассы, как элемента программной среды цифровизации и прогнозирования санитарно-эпидемиологической нагрузки, создаваемой им.
Список литературы
1. Попов, В.Д. Приоритеты экологического развития животноводства России и пути их реализации / В.Д. Попов, В.Ф. Федоренко, А.Ю. Брюханов // Техника и оборудование для села. - 2020. - № 12 (282). - С. 2-5. DOI: 10.33267/2072-9642-202012-2-5
2. Борычев, С.Н. Экосистема утилизации органических отходов животноводства / С.Н. Борычев, И.А. Успенский, И.А. Юхин, Н.В. Ли-маренко // Вестник Рязанского агротехнологиче-ского университета им. П.А. Костычева. - Рязань. - 2020. - № 4. - С. 83-91. https://doi.org/10.36508/ RSATU.2020.48.4.012
3. Лачуга, Ю.Ф. Развитие интенсивных машинных технологий, роботизированной техники, эффективного энергообеспечения и цифровых систем в агропромышленном комплексе / Ю.Ф. Лачуга, А.Ю. Измайлов, Я.П. Лобачевский, Ю.Х. Шогенов // Техника и оборудование для села. -2019. - № 6 (264). - С. 2-9. DOI: 10.33267/20729642-2019-6-2-8
4. Лобачевский, Я.П. Аспекты цифровизации системы технологий и машин / Я.П. Лобачевский, В.М. Бейлис, Ю.С. Ценч // Электротехнологии и электрооборудование в АПК. - 2019. - № 3 (36). - С. 40-45. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=41192528
5. Бышов, Н.В. Концептуальная модель энергетической эффективности получения экологически безопасного утилизационного свиного бесподстилочного навоза / Н.В. Бышов, И.А. Успенский, И.А. Юхин, М.Н. Чаткин, Н.В. Лимаренко // Инженерные технологии и системы. - 2020. - № 3. - С. 394-412. DOI: 10.15507/2658-4123.030.202003.394-412.
6. Личман, Г.И. Оценка влияния качества внесения удобрений на урожайность сельскохозяйственных культур / Г.И. Личман, А.А. Личман// Сельскохозяйственные машины и технологии. - 2017. - № 5. - С. 16-21. DOI: 10.22314/207375992017.5.1621
7. Брюханов, А.Ю. Метод решения экологических проблем при обращении с навозом и помётом / А.Ю. Брюханов, Э.В. Васильев, Е.В. Шалавина, Р.А. Уваров, И.А. Субботин // Молочнохозяйствен-ный вестник. - 2017. - № 3 (27). - С. 84-96. URL:
https://elibrary.ru/item.asp?id=30275937
8. Хмыров, В.Д. Эффективность системы применения удобрений в органическом земледелии /
B. Д. Хмыров, Б.С. Труфанов, О.И. Журавлева // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. - 2019. - № 3 (58). - С. 14-18. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=39554986
9. Брюханов, А. Ю. Экологоэнергетический показатель внедрения наилучших доступных технологий утилизации куриного помета/ Брюханов А. Ю., Субботин И.А., Тимофеев Е.В., Эрк А.Ф. // Экология и промышленность России. 2019. Т. 23. № 12. С. 29-33. DOI: 10.18412/1816-0395-2019-1229-33
10. Шигапов, И. И. Модель биотехнической системы процесса уборки, транспортировки и переработки навоза / И. И. Шигапов // Аграрная наука. -2017. - № 3. - С. 27-31. URL: https://www.elibrary. ru/item.asp?id=28881573
11. Киров Ю. А. Повышение эффективности разделения на фракции стоков пивоваренного производства в гидроциклоне-сгустителе / Ю. А. Киров, Н. В. Батищева, В. С. Шкрабак // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2018. - № 1 (50). - С. 207-213. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=32741885
12. Федоренко, В.Ф. Тенденции биотехнологического развития сельского хозяйства / В.Ф. Федоренко // Сельскохозяйственные машины и технологии. - 2019. - № 4 (13). - С. 8-15. DOI: 10.22314/2073-7599-2019-13-4-8-15
13. Брикова, О.И. Исследование влияния параметров внешней среды на процессы биологической очистки сточных вод / О.И.Брикова, Е.К.Грудяева, С.Е.Душин //Всероссийская научная конференция по проблемам управления в технических системах. - 2017. - № 1. - С. 259-263. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=30604380
14. Кормиш-Боуден, Э. Основы ферментативной кинетики / Пер. с англ. и предисл. Б.И. Курганова. -М.: Мир, 1979. - 280 с. URL: https://booksee. org/book/473571
15. Коваленко, В.П. Механизация обработки бесподстилочного навоза / В.П. Коваленко. - М.: Колос, 1984. - 159 с. URL: https://search.rsl.ru/ru/ record/01001189311
16. Тарасов, С.И. Влияние длительного регулярного применения бесподстилочного навоза в интенсивном режиме на урожайность и качество костреца безостого /С.И.Тарасов,М.Е. Кравченко, Т.А.Бужина, И.А. Архипченко // Техника и технологии в животноводстве. - 2020. - № 3 (39). - С. 79-88. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=44038239
17. Бышов, Н.В. Исследование распределения плотности вероятностей патогенных маркеров свиного бесподстилочного навоза / Н.В. Бышов, Н.В. Лимаренко, И.А. Успенский, С.Д. Фомин, М.Ю. Чаткин, И.А. Юхин / Известия нижневолжского аг-роуниверситетского комплекса. - 2019. - № 4 (56). - с. 215-227. DOI: 10.32786/2071-9485-2019-04-26.
18. Петрова, С.А. Стабилизация анаэробного сбраживания отходов животноводства в условиях низких температур окружающей среды /
C.А.Петрова, В.П. Друзьянова, М.К. Охлопкова //
Международный сельскохозяйственный журнал. -2019. - № 6. - С. 36-38 DOI: 10.24411/2587-67402019-16101
19. Тарасов, С.И.Проблемные аспекты использования побочной продукции животноводства / С.И.Тарасов // Техника и технологии в животноводстве. - 2020. - № 3 (39). - С. 89-97. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/problemnye-aspekty-ispolzovaniya-pobochnoy-produktsii-zhivotnovodstva
20. Суржко, О.А. Исследования обеззараживания осадков бесподстилочного навоза от яиц гельминтов / О.А.Суржко, К.О.Оковитая// Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации. - 2019. - № 4 (36). -С. 178-187. URL: https://cyberleninka.ru/ article/n/issledovaniya-obezzarazhivaniya-osadkov-bespodstilochnogo-navoza-ot-yaits-gelmintov
21. Karl Siebertz. StatistischeVersuchsplanung. Design of Experiments (DoE) / Karl Siebertz, David van Bebber, Thomas Hochkirchen. -London. New York: Springer Heidelberg Dordrecht, 2010. - 326 p.URL: https://www.researchgate. net/publication/2 90436229_Statistische_ Versuchsplanung_Design_of_Experims_DoE
22. Цымбал, А.А. Моделирование эпидемиологических свойств бесподстилочного навоза при подготовке физико-химическим обеззараживанием / А.А. Цымбал, И.А. Успенский, И.А. Юхин, Н.В. Лимаренко // Вестник Рязанского агротехно-логического университета им. П.А. Костычева. -Рязань. - 2020. - № 3. - С. 89-98. D0l:10.36508/ RSATU.2020.28.75.016
MODELING THE INFLUENCE OF THE LIQUID MANURE MOISTURE ON THE LEVEL OF ITS SANITARY AND EPIDEMIOLOGICAL LOAD Borychev Sergey N., Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department of Construction of Engineering Structures and Mechanics, 89066486088@mail.ru
Limarenko Nikolay V., Candidate of Technical Sciences, training master of the department technical operation of transport Ryazan State Agrotechnological University named after P.A. Kostychev, Associate Professor of the Department of electrical engineering and electronics, Don state technical university, limarenkodstu@yandex.ru
RakyL Elena A., Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Automation, Physics and Mathematics, Bryansk State Agrarian University, wmf@bgsha.com
Uspenskiy Ivan A., Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department of technical operation of transport, ivan.uspensckij@yandex.ru
Yukhin Ivan A., Doctor of Technical Sciences, associate Professor, Head of the Department of automotive engineering and heat power engineering, ivan.uspensckij@yandex.ru Ryazan state agrotechnological university named after P. A. Kostychev
The work was carried out within the framework of the grant of the Federal State Budgetary Institution of the Fund for Assistance to the Development of Small Forms of Enterprises in the Scientific and Technical Sphere, contract No. 3822GS1 / 63200 dated 19.12.2020
Problem and purpose. One of the promising factors of energy efficient and environmentally safe use of resources is the digitalization of processes, which makes it possible to predict and evaluate the state of the system depending on its initial properties. Utilization of liquid manure is closely related to this factor. It is known that it is impossible to safely use the energy potential of liquid manure without suppressing the pathogenic biomasses present in it, therefore, the choice of the optimal disinfection approach largely depends on their initial concentration. Accordingly, the study and formalization of the influence of the technological properties of liquid manure of temperature, pH, humidity on the number of colony-forming units of pathogens in it is an urgent task for science and technology. The purpose of this study is to develop elements of a system for digitalized assessment of the level of environmental load of livestock enterprises depending on the level of moisture in the generated waste, using the example of liquid pig manure.
Methodology. Methods of statistical processing of experimental data were used, taking into account the model of enzymatic kinetics of pathogenic biomasses in liquid pig manure, the reliability of the obtained mathematical dependencies was assessed.
Results. Initial data were obtained in the form of quadratic equations that allow predicting the level of the initial concentration of colony-forming units of bacteria of the Escherichia coli group, aerobic spore-forming microorganisms, staphylococci, ascaris eggs, trichocephalus, esophagostomas, fasciolas, strongylate larvae, ticks, cysts of protozoa and oocysts of the eimer from the moisture of liquid manure. Conclusion. On the basis of the obtained mathematical relationships, an element of the digitalization system for assessing the level of the environmental load created by fresh liquid manure was developed. The development of the results obtained will be the creating of a database of other regularities of technological properties of liquid manure and their influence on the concentration of pathogenic biomass, as an element of the software environment for digitalization and forecasting of the sanitary and epidemiological load created by it.
Key words: utilization, liquid manure, prediction of the concentration of pathogenic biomasses, enzymatic kinetics.
Literatura
1. Popov, V.D. Prioritety ekologicheskogo razvitiya zhivotnovodstva Rossii i puti ih realizacii / V.D. Popov,
V.F. Fedorenko, A.YU. Bryuhanov // Tekhnika i oborudovanie dlya sela. - 2020. - № 12 (282). - S. 2-5. DOI: 10.33267/2072-9642-2020-12-2-5
2. Borychev, S.N. Ekosistema utilizacii organicheskih othodov zhivotnovodstva / S.N. Borychev, I.A. Uspenskij, I.A. YUhin, N.V. Limarenko // Vestnik Ryazanskogo agrotekhnologicheskogo universiteta im. P.A. Kostycheva. - Ryazan'. - 2020. - № 4. - S. 83-91. https://doi.org/10.36508/RSATU.2020.48A.012
3. Lachuga, YU.F. Razvitie intensivnyh mashinnyh tekhnologij, robotizirovannoj tekhniki, effektivnogo energoobespecheniya i cifrovyh sistem v agropromyshlennom komplekse / YU.F. Lachuga, A.YU. Izmajlov, YA.P. Lobachevskij, YU.H. SHogenov// Tekhnika i oborudovanie dlya sela. - 2019. - № 6 (264). - S. 2-9. DOI: 10.33267/2072-9642-2019-6-2-8
4. Lobachevskij, YA.P. Aspekty cifrovizacii sistemy tekhnologij i mashin /YA.P. Lobachevskij, V.M. Bejlis, YU.S. Cench // Elektrotekhnologii i elektrooborudovanie v APK. - 2019. - № 3 (36). - S. 40-45. URL: https:// elibrary.ru/item.asp?id=41192528
5. Byshov, N.V. Konceptual'naya model' energeticheskoj effektivnosti polucheniya ekologicheski bezopasnogo utilizacionnogo svinogo bespodstilochnogo navoza / N.V. Byshov, I.A. Uspenskij, I.A. YUhin, M.N. CHatkin, N.V. Limarenko // Inzhenernye tekhnologii i sistemy. - 2020. - № 3. - S. 394-412. DOI: 10.15507/2658-4123.030.202003.394-412.
6. Lichman, G.I. Ocenka vliyaniya kachestva vneseniya udobrenij na urozhajnost' sel'skohozyajstvennyh kul'tur/G.I. Lichman, A.A. Lichman//Sel'skohozyajstvennye mashiny i tekhnologii. - 2017. - № 5. - S. 16-21. DOI: 10.22314/207375992017.5.1621
7. Bryuhanov, A.YU. Metod resheniya ekologicheskih problem pri obrashchenii s navozom i pomyotom /
A.YU. Bryuhanov, E.V. Vasil'ev, E.V. SHalavina, R.A. Uvarov, I.A. Subbotin // Molochnohozyajstvennyj vestnik. - 2017. - № 3 (27). - S. 84-96. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=30275937
8. Hmyrov, V.D. Effektivnost' sistemy primeneniya udobrenij v organicheskom zemledelii / V. D. Hmyrov,
B.S. Trufanov, O.I. ZHuravleva // Vestnik Michurinskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - 2019. -№ 3 (58). - S. 14-18. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=39554986
9. Bryuhanov, A. YU. Ekologoenergeticheskij pokazatel' vnedreniya nailuchshih dostupnyh tekhnologij utilizaciikurinogopometa/Bryuhanov A. YU., SubbotinI.A., TimofeevE.V., ErkA.F.//Ekologiyaipromyshlennost' Rossii. 2019. T. 23. № 12. S. 29-33. DOI: 10.18412/1816-0395-2019-12-29-33
10. SHigapov, 1.1. Model' biotekhnicheskoj sistemy processa uborki, transportirovki i pererabotki navoza /1. I. SHigapov//Agrarnaya nauka. -2017. - № 3. - S. 27-31. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=28881573
11. Kirov YU. A. Povyshenie effektivnosti razdeleniya na frakcii stokov pivovarennogo proizvodstva v gidrociklone-sgustitele / YU. A. Kirov, N. V. Batishcheva, V. S. SHkrabak // Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - 2018. - № 1 (50). - S. 207-213. URL: https://www.elibrary.ru/ item.asp?id=32741885
12. Fedorenko, V.F. Tendencii biotekhnologicheskogo razvitiya sel'skogo hozyajstva / V.F. Fedorenko // Sel'skohozyajstvennye mashiny i tekhnologii. - 2019. - № 4 (13). - S. 8-15. DOI: 10.22314/2073-7599-201913-4-8-15
13. Brikova, O.I. Issledovanie vliyaniya parametrov vneshnej sredy na processy biologicheskoj ochistki stochnyh vod / O.I.Brikova, E.K.Grudyaeva, S.E.Dushin //Vserossijskaya nauchnaya konferenciya po problemam upravleniya v tekhnicheskih sistemah. - 2017. - № 1. - S. 259-263. URL: https://elibrary.ru/item. asp?id=30604380
14. Kormish-Bouden, E. Osnovy fermentativnoj kinetiki / Per. s angl. i predisl. B.I. Kurganova. -M.: Mir, 1979. - 280 s. URL: https://booksee.org/book/473571
15. Kovalenko, V.P. Mekhanizaciya obrabotki bespodstilochnogo navoza / V.P. Kovalenko. - M.: Kolos, 1984. - 159 s. URL: https://search.rsl.ru/ru/record/01001189311
16. Tarasov, S.I. Vliyanie dlitel'nogo regulyarnogo primeneniya bespodstilochnogo navoza v intensivnom rezhime na urozhajnost' i kachestvo kostreca bezostogo /S.I.Tarasov,M.E. Kravchenko, T.A.Buzhina, I.A. Arhipchenko // Tekhnika i tekhnologii v zhivotnovodstve. - 2020. - № 3 (39). - S. 79-88. URL: https://elibrary. ru/item.asp?id=44038239
17. Byshov, N.V. Issledovanie raspredeleniya plotnosti veroyatnostej patogennyh markerov svinogo bespodstilochnogo navoza /N.V. Byshov, N.V. Limarenko, I.A. Uspenskij, S.D. Fomin, M.YU. CHatkin, I.A. YUhin / Izvestiya nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa. - 2019. - № 4 (56). - s. 215-227. DOI: 10.32786/2071-9485-2019-04-26.
18. Petrova, S.A. Stabilizaciya anaerobnogo sbrazhivaniya othodov zhivotnovodstva v usloviyah nizkih temperatur okruzhayushchej sredy / S.A.Petrova, V.P. Druz'yanova, M.K. Ohlopkova // Mezhdunarodnyj sel'skohozyajstvennyj zhurnal. - 2019. - № 6. - S. 36-38 DOI: 10.24411/2587-6740-2019-16101
19. Tarasov, S.I.Problemnye aspekty ispol'zovaniya pobochnoj produkcii zhivotnovodstva / S.I.Tarasov // Tekhnika i tekhnologii v zhivotnovodstve. - 2020. - № 3 (39). - S. 89-97. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/ problemnye-aspekty-ispolzovaniya-pobochnoy-produktsii-zhivotnovodstva
20. Surzhko, O.A. Issledovaniya obezzarazhivaniya osadkov bespodstilochnogo navoza ot yaic gel'mintov /O.A.Surzhko, K.O.Okovitaya//Nauchnyj zhurnal Rossijskogo NII problem melioracii. - 2019. - № 4 (36). -S. 178-187. URL: https://cyberleninka.ru/article/niissledovaniya-obezzarazhivaniya-osadkov-bespodstilochnogo-navoza-ot-yaits-gelmintov
21. Karl Siebertz. StatistischeVersuchsplanung. Design of Experiments (DoE) / Karl Siebertz, David van
Bebber, Thomas Hochkirchen. - London. New York: Springer Heidelberg Dordrecht, 2010. - 326 p.URL:
https://www.researchgate.net/publication/290436229_Statistische_Versuchsplanung_Design_of_Experims_
DoE
22. Cymbal, A.A. Modelirovanie epidemiologicheskih svojstv bespodstilochnogo navoza pri podgotovke fiziko-himicheskim obezzarazhivaniem / A.A. Cymbal, I.A. Uspenskij, I.A. YUhin, N.V. Limarenko //Vestnik Ryazanskogo agrotekhnologicheskogo universiteta im. P.A. Kostycheva. - Ryazan'. - 2020. - № 3. - S. 89-98. D0l:10.36508/RSATU.2020.28.75.016
УДК 631.173:658.58 DOI 10.36508/RSATU.2021.50.2.012
ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ МИКРОСИСТЕМНОГО СИГНАЛИЗАТОРА СОСТОЯНИЯ ТОРМОЗНОЙ КОЛОДКИ РОБОТИЗИРОВАННОГО АВТОМОБИЛЯ
КОСТЕНКО Михаил Юрьевич, д-р тех. наук, профессор кафедры технологии металлов и ремонта машин, kostenko.mihail2016@yandex.ru
СЕМЫНИН Михаил Владимирович, аспирант кафедры технической эксплуатации транспорта, glamsonic@yandex.ru
Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева ВОЛКОВ Степан Степанович, д-р физ-мат. наук, профессор кафедры автомобильной техники, volkovstst@mail.ru
СЕМЫНИН Владимир Викторович, канд. техн. наук, доцент, научный сотрудник научно- исследовательского отдела, vsemynin@yandex.ru
Рязанское гвардейское высшее воздушно-десантное командное училище имени генерала Армии В.Ф. Маргелова
Проблема и цель. С развитием и широким применением колесной наземной транспортной техники выдвигаются повышенные требования к устройству машин, их управляемости с одновременным упрощением требований к водителю по управлению машиной и обеспечению ее функционирования в широком диапазоне технических возможностей. Целью исследований явилось теоретическое обоснование и практическая реализация способа непрерывного мониторинга состояния накладок тормозных колодок автомобиля КамАЗ.
Методология. Разработано микросистемное устройство для контроля состояния тормозной колодки, отвечающее требованиям автоматизации и роботизации. Электрическая схема устройства построена по аналоговой форме с непрерывной регистрацией неэлектрического сигнала о состоянии (толщине износа) накладки в преобразованной электрической форме. Принцип действия сигнализатора состояния тормозной колодки автомобиля построен на использовании явления изменения электрической емкости конденсатора с изолирующей прокладкой между электродами при изменении толщины этого изолятора. Если встроить в керамическую (изолирующую) накладку тормозной колодки металлический электрод, то он образует электрическую емкость с поверхностью тормозимого металлического тела. Это позволяет в качестве изолирующей прокладки использовать изнашивающийся слой фрикционной накладки тормозной колодки. В таком датчике первичным источником информации будет являться непосредственно контролируемый параметр - остаточный рабочий слой фрикционной накладки тормозной колодки
Результаты. Разработано индикаторное устройство, позволяющее водителю, находящемуся в кабине автомобиля, не отрываясь от управления осуществлять непрерывный мониторинг состояния тормозных накладок (толщины рабочего слоя) вплоть до критического, при котором дальнейшая эксплуатация транспортного средства становится небезопасной.
Заключение. Применение разработанного индикаторного устройства для визуального функционального контроля водителем состояния тормозных колодок автомобиля делает возможным предотвращение нештатных ситуаций, которые могут возникнуть из-за невозможности эффективного использования рабочей тормозной системы автомобиля по причине предельно допустимого или неравномерного износа фрикционных накладок тормозных колодок.
Ключевые слова: автоматизация, микросистемное устройство, тормозная колодка, электрод, индикация.
© Костенко М. Ю., Семынин М. В., Волков С. С., Семынин В В., 2021 г.
