CC BY
113
19. Gorbavczov V.A. Vliyanie ionizirovannogo vozdukha i postoyannogo elektricheskogo polya na postuplenie uglekislogo gaza v listya rastenij: avtoreferat dissertacii na soiskanie uche-noj stepeni kandidata biologicheskikh nauk [The influence of ionized air and a constant electric field on the flow of carbon dioxide into the leaves of plants], 03.101, Moscow, 1971, 30 p. (In Russian)
20. Medvedev S.S. Znachenie raznosti potenczialov mezhdu mezokotilem i kornevoj sistemoj dlya rostovykh pro-czessov i nakopleniya mineralnykh elementov prorostkami kuku-ruzy [The value of the potential difference between the mesocotyl and the root system for growth processes and the accumulation
of mineral elements of maize seedlings], Vestnik LGU. 1980, No 21, vyp. 4, pp. 85-90. (In Russian)
21. Medvedev S.S. Aktivacziya rosta rastyazheniem ko-leoptilej kukuruzy i mezhdouzlij gorokha pod dejstviem slabogo elektricheskogo toka [Activation of growth by stretching the corn coleoptiles and interstitial peas under the action of a weak electric current], Vestnik LGU, 1986, No 4, pp. 109-113. (In Russian)
22. Medvedev S.S. Rost mezhdouzlij gorokha pri izme-nenii ikh nativnoj polyarnosti [The growth of pea internodes with a change in their native polarity], Bioelektricheskaya aktivnost' i membrannyj transport u rastenij, Gor'kij, 1988, pp. 42-48. (In Russian)
Сведения об авторах
Ксенз Николай Васильевич - доктор технических наук, профессор кафедры «Техносферная безопасность и физика», Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зерно-граде (Ростовская область, Российская Федерация). Тел.: 8 (86359) 38-4-06, +7-908-504-35-34. E-mail: [email protected].
Сидорцов Иван Георгиевич - кандидат технических наук, доцент кафедры «Техносферная безопасность и физика», Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зерно-граде (Ростовская область, Российская Федерация). Тел.: 8 (86359) 42-5-19, +7-928-194-47-55. E-mail: [email protected].
Степанчук Геннадий Владимирович - кандидат технических наук, доцент кафедры «Эксплуатация энергетического оборудования и электрические машины», Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Российская Федерация). Тел.: +7-928-957-16-43. E-mail: [email protected].
Белоусов Александр Васильевич - кандидат физико-математических наук, доцент кафедры «Техносферная безопасность и физика», Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Российская Федерация). Тел.: 8 (86359) 43-4-14, +7-928-778-47-14. E-mail: [email protected].
Information about the authors
Ksenz Nikolai Vasilyevich - Doctor of Technical Sciences, professor of the Technosphere safety and physics department, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russian Federation). Phone: 8 (86359) 38-4-06, +7-908-504-35-34. E-mail: [email protected].
Sidortsov Ivan Georgievich - Candidate of Technical Sciences, associate professor of the Technosphere safety and physics department, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russian Federation). Phone: 8 (86359) 42-5-19, +7-928-194-47-55. E-mail: [email protected].
Stepanchuk Gennady Vladimirovich - Candidate of Technical Sciences, associate professor of the Operation of power equipment and electric machines department, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russian Federation). Phone: + 7-928-957-16-43. E-mail: [email protected].
Belousov Aleхandеr Vasilyevich - Candidate of Physical-Mathematical Sciences, associate professor of the Technosphere safety and physics department, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russian Federation). Phone: 8 (86359) 43-4-14, +7-928-778-47-14. E-mail: [email protected].
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.
УДК 631.81
ОБОСНОВАНИЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ © 2019 г. А.А. Белов, А.А. Мусенко, А.Н. Васильев, В.Н. Топорков
Одним из основных факторов, определяющих рост и развитие растений в условиях защищенного грунта, является их полив питательными водными растворами для обеспечения необходимыми и достаточными микроэлементами. Авторами предлагается способ повышения эффективности процесса полива за счет активации водных растворов путем электрогидравлической обработки, что позволяет как увеличивать растворимые полезные вещества в них, так и стимулировать их усваивае-мость растениями. Для реализации электрогидравлической обработки водных растворов авторами разработано техническое средство для электрогидравлической обработки водных растворов, что заявлено в качестве цели работы. Для устранения недостатков применяемых аналогичных приспособлений разработано устройство, которое является одной из составляющих установки электрогидравлического разрядника. Область применения устройства для электрогидравлической обработки водных растворов относится к растениеводству в сельском хозяйстве. Установка, кроме цилиндрического резервуара, содержит источник напряжения, трансформатор высоковольтный, автотрансформатор, емкостные накопители энергии, выпрямительные элементы, пускорегулирующую аппаратуру и средства контроля и измерений. В этом приспособлении устанавливаются электроды, один из которых обладает технической научной новизной. Отрицательный электрод выполнен в форме чашеобразного
полусферического тарельчатого диска с наконечником, в плоскости которого локализовано и сконцентрировано электромагнитное поле, что позволяет увеличивать энергию в канале разряда, увеличивать длину искрового разряда в жидкости. Авторами выполнена модель устройства для обоснования конструктивных параметров и режимов работы, приведены технические характеристики устройства. Показана разработанная схема электрическая принципиальная для монтажа, пуска и управления технологическими режимами электрогидравлического воздействия на жидкие среды. Представлено реальное исполнение устройства в качестве фотоматериала.
Ключевые слова: высокое напряжение, запасенная энергия, крутизна импульса, питательный раствор, полусферический электрод, рабочий промежуток, разряд в жидкости, тепличные культуры, чашеобразный наконечник, электрогидравлический удар.
One of the main factors determining the growth and development of plants in greenhouses is their irrigation with nutrient aqueous solutions to provide the necessary and sufficient trace elements. The authors propose a method of increasing the efficiency of the irrigation process due to the activation of aqueous solutions by electrohydraulic treatment, which allows both to increase soluble nutrients in them and to stimulate their digestibility by plants. For the implementation of electrohydraulic treatment of water solutions, the authors developed a technical tool for electrohydraulic treatment of water solutions, which is stated as the goal of the work. To eliminate the drawbacks of similar devices used, a device has been developed, which is one of the components of the installation of an electrohydraulic spark gap. The field of application of the device for electrohydraulic treatment of aqueous solutions relates to crop production in agriculture. The installation, in addition to the cylindrical tank, contains a voltage source, a high-voltage transformer, an autotransformer, capacitive energy storage devices, rectifying elements, control gear and control and measurement tools. In this device are installed electrodes, one of which has a technical scientific novelty. The negative electrode is made in the form of a cup-shaped hemispherical dish-shaped disk with a tip, in the plane of which the electromagnetic field is localized and concentrated, which allows increasing the energy in the discharge channel and increasing the length of the spark discharge in the liquid. The authors made a model of the device to substantiate the design parameters and modes of operation, the technical characteristics of the device. The developed electrical circuit diagram is shown for installation, start-up and control of technological modes of electrohydraulic action on liquid media. Presents the actual performance of the device as a photographic material.
Keywords: cup-shaped tip, discharge in liquid, electrohydraulic shock, greenhouse crops, hemispherical electrode, high voltage, impulse steepness, nutrient solution, stored energy, working gap.
Введение. Достоинствами электрогидравлических технологий являются высокая эффективность процессов и получение экологичного продукта с минимальным негативным воздействием на окружающую среду. Применяя дешевое сырье, можно существенно улучшить качественные и экономические показатели сельскохозяйственных предприятий. В настоящее время увеличивается интерес к применению электрогидравлических технологий в сельском и народном хозяйстве. Связано это с тем, что за последние годы на территории многих стран наблюдается тенденция по снижению плодородности почвы. Почвенный покров чаще всего подвержен загрязнению, тем самым теряет способность к восстановлению свойств, а также воспроизводству плодородия. Вносимые дозы минеральных и органических удобрений не компенсируют потерю (при сборе) урожая питательных веществ в почве. Также эффективно может применяться в тепличном хозяйстве и электрогидравлическое обеззараживание почвы с одновременным удобрением. Большие перспективы имеет также электрогидравлическая обработка торфа, включающая дробление, последовательное отстаивание и сушку. Наиболее изучен теоретически процесс электрогидравлической обработки почвы, но не воды. При электрогидравлической обработке происходит измельчение большей части почвы до частиц, имеющих диаметр 0,002 мм. Размер образующейся поверхности становится большим, чем даже у наиболее высокодисперсных илистых фракций обычной почвы. Это способствует экономически выгодному переводу в раствор содержащихся в почве солей и в воздухе азота, фосфора, микроэлементов, которые в растворимом состоянии легко усваиваются растениями
Для резкого увеличения концентрации высвобождаемого из почвы и воздуха азота после электрогидравлической обработки почву целесообразно засевать штаммами различных нитрифицирующих и аммонифицирующих бактерий, используя возможности «бактериального взрыва». Авторами предлагается применять электрогидравлическую обработку воды и ее растворов, используя основные преимущества результатов обработки почвы. В электрогидравлических технологиях реализуется принцип «электрогидравлического эффекта», когда электрическая энергия переходит в механическую, при появлении электрического разряда [7]. Чтобы появился разряд, нужен импульс тока с достаточной крутизной фронта до 21011 А/с и с абсолютным значением тока до 250 КА [1]. Различается всего несколько стадий появления разряда: возникновение между электродами токопроводящего канала, выделение энергии в канале разряда, конечная стадия (все электрические процессы заканчиваются). При электрогидравлическом эффекте происходят физические и химические процессы. Основной проблемой для полива растений является получение питательного раствора с определенными параметрами. Вода входит в состав растительного организма, в ней растворяются минеральные соли, которые поступают в растения через корневую систему. Потребность в воде колеблется в зависимости от вида, сорта, фазы развития растений. Для получения питательного раствора необходимо учитывать химический состав воды.
Методика исследования. Авторами выявляется актуальность моделирования технического средства для реализации электрогидравлического метода в части определения параметров, которые не представляется измерить существующими методиками и техни-
ческими средствами. Техническое устройство для реализации электрогидравлических технологий моделируется в графическом редакторе Котрав-ЗЭ с учетом соблюдения размеров и технических особенностей конструкции для выдерживания необходимых технологических режимов электрогидравлической обработки сельскохозяйственного сырья [9]. Таким образом авторами обосновываются преимущества применения полусферического электрода, разработанного ими. Авторами разработано электрогидравлическое устройство, которое относится к растениеводству в сельском хозяйстве и может быть использовано для получения питательных водных растворов, которые предлагается использовать в качестве удобрений в условиях полива тепличных овощных культур в личных подсобных и крестьянских (фермерских) хозяйствах.
Результаты исследований и их обсуждение. Известно электрогидравлическое устройство, которое состоит из погруженных в проводящую жидкость
плоского отрицательного электрода и положительного стержнеобразного электрода, к которому электрически присоединяется металлическая пластинка [10]. Недостаток этой конструкции заключается в возможности регулирования длины искрового разряда первоначально лишь в сторону уменьшения его за счет приближения пластинки к отрицательному электроду, что влечет за собой увеличение потерь и, как следствие, уменьшение длины искрового разряда в жидкости. И только затем, вследствие поворота пластинки из положения, параллельного плоскости электрода, в положение, перпендикулярное этой последней, достигается резкое уменьшение величины потерь и, следовательно, увеличение длины искрового разряда. Поэтому авторами для устранения этого недостатка разработано устройство для электрогидравлической обработки воды с оригинальной конструкцией отрицательного электрода, о котором подробнее будет сказано далее в соответствии с моделью на рисунке 1.
1 - вентиль; 2 - крепление болтовое крышки верхней; 3 - корпус; 4 - втулка сборки положительного электрода; 5 - гайка-заглушка положительного электрода; 6 - изолятор положительного электрода; 7 - стержень-шпилька положительного электрода; 8 - крепление болтовое крышки нижней; 9 - втулка сборки отрицательного электрода; 10 - гайка-заглушка отрицательного электрода; 11 - изолятор отрицательного электрода; 12 - стержень-шпилька отрицательного электрода;
13 - наконечник полусферический; 14 - крышки Рисунок 1 - Модель устройства для электрогидравлической обработки растворов
Устройство имеет цилиндрическую форму, корпус 3 которого служит контейнером для набора обрабатываемой жидкости - водного раствора. Сверху и снизу относительно устройства монтируются посредством болтового крепления 2, 8 крышки 14. Нижняя крышка выполняется из металла. Верхняя крышка может быть выполнена из прозрачного органического стекла для визуальной оценки и наблюдения за процессом. Резервуар содержит входные и выходные патрубки для подачи и удаления обрабатываемой жидкости соответственно посредством вентилей 1. Функционально устройство может использоваться в различных технологических режимах - от периодического до непрерывного в зависимости от условий процесса полива. Устройство имеет технологические от-
верстия, в которых устанавливаются втулки 4, 9 для фиксации электродов импульсов высокого напряжения в соответствии с рисунком 2.
Положительный и отрицательный электроды конструктивно изготавливаются из медного сердечника с изолятором, материалом которого должен быть диэлектрик. Электроды удерживаются, утапливаются и уплотняются гайками-заглушками 5 и 10. В качестве изолятора 6, 11 целесообразно использовать фторсо-держащие полимеры в соответствии с уровнем напряжения более 15 кВ. Стержень-шпилька положительного электрода 7 имеет сечение 5 мм, наконечник имеет форму острия-иглы с минимальной площадью. Стержень-шпилька отрицательного электрода 12 имеет сечение 10 мм.
Рисунок 2 - Реальное исполнение устройства для электрогидравлической обработки растворов
Отрицательный электрод имеет аналогичную конструкцию с некоторыми функциональными и конструктивными отличительными особенностями касательно положительного электрода. Это регулировка воздушного зазора между электродами, в котором происходит искровой разряд, за счет чашеобразного полусферического исполнения рабочего наконечника -диска в форме полушария 13. Это позволяет направленно концентрировать и уплотнять электромагнитное
В качестве сырья используется дистиллированная, водопроводная, речная, озерная и морская вода. Авторами разрабатывается схема электрическая принципиальная устройства для электрогидравлической обработки, на примере воздействия на воду из различных источников в соответствии с рисунком 4.
Питание подается на схему при помощи магнитного пускателя КМ, который замыкает контакты КМ1.1 и КМ1.2. Для замыкания контактов КМ1.1 и КМ1.2 необходимо воспользоваться системой управления, которая состоит из автоматического выключателя QF, выполняющего функцию ограничивающего устройства для размыкания цепи при прохождении аварийного тока. В системе управления расположена кнопка «пуска» SB1, которая подает сигнал на магнитный пускатель, замыкающий контакты КМ 1.1 и КМ 1.2.
поле, собирать пучности мод, то есть увеличивать напряженность электромагнитного поля на единицу площади, а следовательно, уменьшать рассеиваемую энергию на плоскости электрода. Плоскость острия положительного электрода должна быть в уровень с плоскостью граней полусферического наконечника отрицательного электрода для формирования разряда максимальной мощности при минимальных величинах напряжения в соответствии с рисунком 3.
В свою очередь кнопка «стоп» SB2 служит элементом управления, который размыкает контакты КМ1.1 и КМ1.2 в случае необходимости. Также в систему управления входит блокиратор SB3, фиксирующий контакты КМ1.1 и КМ1.2 в определённом положении.
В состав установки «электрогидравлического разрядника» входят:
ТУ - однофазный повышающий трансформатор для преобразования электрической энергии. Трансформатор имеет две обмотки низкого 220 В и высокого напряжения 50 кВ;
УЭ1 - выпрямляющий диод необходим для преобразования переменного тока в постоянный и разрядки-зарядки конденсатора;
С - высоковольтный конденсатор запасает энергию, которая выделяется на искровом промежутке;
1 - положительный электрод; 2 - отрицательный электрод Рисунок 3 - Схема устройства для электрогидравлической обработки растворов (вид сверху)
Рисунок 4 - Схема электрическая принципиальная устройства для электрогидравлической обработки растворов
Р1, Р2 - резистивный делитель понижает напряжения для подключения вольтметра;
V - вольтметр предназначен для измерения напряжения в электрической цепи;
РЕ - устройство, предохраняющее человека от поражения электрическим током;
И - в искровом промежутке формируется искровой разряд, вследствие которого происходит гидроудар;
Р - устройство (резервуар) необходимо для формирования электрогидравлического удара; в нем размещаются электроды из меди;
Ф - формирующий промежуток нужен для измерения напряжения на вторичной обмотке.
Перед началом работы необходимо удостовериться в отсутствии напряжения на установке и произвести осмотр установки на наличие дефектов и неисправностей. После выполнения предпускового обслуживания необходимо выдержать ряд мер и условий для безопасной работы установки для электрогидравлической обработки растворов:
1) переводится в положение «вкл» автоматический выключатель QF;
2) производится запуск нажатием кнопки SB2, что вызывает срабатывание магнитного пускателя КМ, который замыкает контакты КМ1.1 и КМ1.2;
3) переводится блокиратор SB3 в рабочее положение;
4) как следствие подачи напряжения трансформатор TV начинает преобразовывать энергию;
5) проходя через выпрямляющий диод VD1, переменный ток преобразовывается в постоянный;
6) при подаче постоянного напряжения на обкладки происходит накапливание заряда;
7) источником накопления и выдачи энергии разряда в данной схеме выступает конденсатор; после того, как конденсатор С будет полностью заряжен, он начнет разряжаться в цепь [5]; при достижении определенного потенциала пробивается воздушный промежуток Ф, энергия, запасенная в конденсаторе, переходит на искровой промежуток, сосредоточенный в жидкости рабочего устройства (резервуара) Р, тем самым появляется электрический импульс, имеющий достаточную мощность разряда;
8) в рабочем устройстве (резервуаре) между электродами происходит разряд, сопровождающийся возникновением дуги;
9) появляются хлопки, сопровождающиеся всплеском и движением воды.
Потери энергии, которые затрачиваются на образование канала разряда, отрицательно влияют на результат процесса [8]. Приемлемо для избавления от этих потерь прибавлять энергию импульса, но она влияет на срок службы электродных элементов, а именно на изоляцию электродов. Данный процесс принятых емкостей и напряжения возобновляется с частотой, которая зависит от подобранной мощности трансформатора.
Технологический процесс электрогидравлической обработки растворов происходит следующим образом. Обосновывается на примере водопроводной воды. Устройство заполняется водопроводной водой до уровня, который должен быть выше электродов более чем на 50 мм в зависимости от режимов обработки. Выявляется получение электрического разряда при напряжении 30 КВ на зазоре формирующего промежутка 10 мм. Установлено, что при тех же режимах напряжения и формирующего промежутка использование плоского диска или острия наконечника отрицательного электрода не генерирует искровой разряд, необходимо либо повышать напряжение, либо увеличивать промежуток. Наблюдается электрогидравлический эффект [2], то есть имеются колебания и движение воды, которая получает ускорение в результате образования кавитационных полостей при возникновении сверхвысоких гидравлических давлений в зоне разряда [6].
Периодически порционно подаваемая в устройство вода обрабатывается за счет электрогидравлического воздействия. За 1 минуту обрабатывается 5 л водопроводной воды для достижения необходимых результатов, а именно:
- в результате электрогидравлического воздействия на жидкости с ионной электропроводностью снижается патогенная микрофлора в ней, увеличивается содержание азота, таким образом обеспечивается универсальность технологии, то есть одним устройст-
вом имеется возможность выполнять несколько операций [4].
Площадь поверхности полусферического наконечника отрицательного электрода - 1700 мм2. Максимальные зазоры рабочего и формирующего промежутков составляют 5-20 мм, рабочее напряжение при этом до 15-50 КВ в водопроводной воде при разрядной емкости 0,1-0,2 мкФ. Производительность установки достигает 300 л/ч.
Выводы. Обосновано разработанное устройство для реализации электрогидравлического воздействия на водные растворы с целью активации. Аргументированием в пользу использования полусферического наконечника отрицательного электрода являются требуемые меньшие величины напряжений при формировании разряда одинаковой длины. Показаны конструктивные параметры устройства в качестве модели в графическом редакторе для отработки режимов. Представлено реальное исполнение устройства в виде фотоматериалов. Аргументированно обосновано достижение положительных результатов проведенных экспериментальных исследований в части обеззараживания водных растворов и увеличения концентрации азотных соединений в обрабатываемых водных растворах.
Литература
1. Akiyama, H. Streamer discharge sin liquids and their applications // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. - 2000. - Vol. 7. - № 5. - Р. 646-653.
2. Белов, А.А. Моделирование оценки факторов влияния на процесс электрогидравлической обработки воды / А.А. Белов // Вестник НГИЭИ. - 2018. - № 11 (90). - С. 103112.
3. Белов, А.А. Планирование и проведение отсеивающего эксперимента по исследованию получения удобрений при электрогидравлической обработке растворов / А.А. Белов, В.Н. Топорков, А.Н. Васильев // Международный технико-экономический журнал. - 2018. - № 5. - С. 22-28.
4. Васильева, И.Г. Инновационная энергосберегающая установка / И.Г. Васильева // Вестник Чувашского государственного педагогического университета им. И.Я. Яковлева. - 2011. - № 4-1 (72). - С. 7-12.
5. Jones, H.M. The influence of pressure and conductivity on the pulsed breakdown of water / H.M. Jones, E.E. Kunhardt // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. -1994. - Vol. 1. - Р. 1016-1025.
6. Generation of active entities by the pulsed arc elec-trohydraulic discharge system and application to removal of atra-zine / N.K.V. Leitner, G. Syoen, H. Romat, K. Urashima, J.S. Chang // Water Research. - 2005. - Vol. 39. - № 19. -P. 4705-4714.
7. Electrohydraulic discharge and nonthermal plasma for water treatment / B.R. Locke, M. Sato, P. Sunka, M.R. Hoffmann, J.-S. Chang // Industrial and engineering chemistry research: American Chemical Society. - 2006. - Vol. 45. - № 3. - P. 882905.
8. Mackersie, J.W. Generation of high-power ultrasound by spark discharges in water / J.W. Mackersie, I.V. Timoshkin, S.J. MacGregor // IEEE Transactions on Plasma Science. -2005. - Vol. 33. - P. 1715-1724.
9. Сторчевой, В.Ф. Математическое моделирование стационарных процессов ионизатора-озонатора / В.Ф. Стор-чевой // Природообустройство. - 2012. - № 2. - С. 78-82.
10. Топорков, В.Н. Электротехнологический метод получения удобрения из почвы и воды для теплиц, ЛПХ и мелкоземельных фермерских хозяйств / В.Н. Топорков // Вестник ВИЭСХ. - 2017. - № 3 (28). - С. 49-55.
References
1. Akiyama H. Streamer discharges in liquids and their applications, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2000, vol. 7, No 5, pp. 646-653.
2. Belov A.A. Modelirovanie ocenki faktorov vlijanija na process jelektrogidravlicheskoj obrabotki vody [Modeling the estimation of factors of influence on the process electrohydraulic treatment of water], Vestnik NGIJeI, 2018, No 11 (90), pp. 103112. (In Russian)
3. Belov A.A., Toporkov V.N., Vasil'ev A.N. Planirovanie i provedenie otseivajushhego jeksperimenta po issledovaniju poluchenija udobrenij pri jelektrogidravlicheskoj obrabotke rast-vorov [Planning and conducting screening experiment to study the production of fertilizers in the electrohydraulic treatment of solutions], Mezhdunarodnyj tehniko-jekonomicheskij zhurnal, 2018, No 5, pp. 22-28. (In Russian)
4. Vasil'eva I.G. Innovacionnaja jenergosberegajushhaja ustanovka [Innovative energy-saving installation], Vestnik Chu-vashskogo gosudarstvennogo pedagogicheskogo universiteta im. I.Ja. Jakovleva, 2011, No 4-1 (72), pp. 7-12. (In Russian)
5. Jones H.M., Kunhardt E.E. The influence of pressure and conductivity on the pulsed breakdown of water, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 1994, vol. 1, pp. 1016-1025.
6. Leitner N.K.V., Syoen G., Romat H., Urashima K., Chang J.-S. Generation of active entities by the pulsed arc elec-trohydraulic discharge system and application to removal of atra-zine, Water Research, 2005, vol. 39, No 19, pp. 4705-4714.
7. Locke B.R., Sato M., Sunka P., Hoffmann M.R., Chang J.-S. Electrohydraulic discharge and nonthermal plasma for water treatment. Industrial and engineering chemistry research: American Chemical Society, 2006, vol. 45, No 3, pp. 882-905.
8. Mackersie J.W., Timoshkin I.V., MacGregor S.J. Generation of high-power ultrasound by spark discharges in water, IEEE Transactions on Plasma Science, 2005, vol. 33, pp. 17151724.
9. Storchevoj V.F. Matematicheskoe modelirovanie sta-cionarnyh processov ionizatora-ozonatora [Mathematical modeling of stationary processes of the ionizer-ozonizer], Prirodoobu-strojstvo, 2012, No 2, pp. 78-82. (In Russian)
10. Toporkov V.N. Jelektrotehnologicheskij metod polu-chenija udobrenija iz pochvy i vody dlja teplic, LPH i melkoze-mel'nyh fermerskih hozjajstv [Electrotechnological method of obtaining fertilizer from soil and water for greenhouses, small farms and small-scale farms], Vestnik VIJeSH, 2017, No 3 (28), pp. 49-55. (In Russian)
Сведения об авторах
Белов Александр Анатольевич - доктор технических наук, старший научный сотрудник ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (г. Москва, Российская Федерация). Тел.: +7-915-197-35-21. E-mail: [email protected].
Мусенко Андрей Анатольевич - аспирант ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (г. Москва, Российская Федерация). Тел.: +7-951-821-00-58. E-mail: [email protected].
Васильев Алексей Николаевич - доктор технических наук, заведующий отделом ФГБНУ «Федеральный научный аг-роинженерный центр ВИМ» (г. Москва, Российская Федерация). Тел.: +7-925-132-96-13. E-mail: [email protected].
Топорков Виктор Николаевич - кандидат технических наук, старший специалист ФГБНУ «Федеральный научный аг-роинженерный центр ВИМ» (г. Москва, Российская Федерация). Тел.: +7-906-724-43-93. E-mail: [email protected].
Information about the authors
Belov Alexander Anatolyevich - Doctor of Technical Sciences, senior research, FSBSI «Federal Scientific Agroengineering Center VIM» (Moscow, Russian Federation). Phone: +7-915-197-35-21. E-mail: [email protected].
Musenko Andrey Anatolyevich - postgraduate student, FSBSI «Federal Scientific Agroengineering Center VIM» (Moscow, Russian Federation). Phone: +7-951-821-00-58. E-mail: [email protected].
Vasiljev Alexey Nikolaevich - Doctor of Technical Sciences, Head of the department, FSBSI «Federal Scientific Agroengineering Center VIM» (Moscow, Russian Federation). Phone: +7-925-132-96-13. E-mail: [email protected].
Toporkov Viktor Nikolaevich - Candidate of Technical Sciences, senior specialist, FSBSI «Federal Scientific Agroengineering Center VIM» (Moscow, Russian Federation). Phone: +7-906-724-43-93. E-mail: [email protected].
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.
УДК 331.2
УПРАВЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТЬЮ УБОРОЧНО-ТРАНСПОРТНОГО ПРОЦЕССА ПОСРЕДСТВОМ СОГЛАСОВАНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЕЙ ЕГО ФАЗ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЦИФРОВОЙ МОДЕЛИ
© 2019 г. В.Н. Курочкин
Эффективное управление уборочно-транспортным процессом предполагает согласование производительностей его фаз, что возможно посредством симуляции различных вариантов его организации с последующим выбором оптимального по критерию эффективности. Известно, что за счет согласования фаз процесса по производительности, сокращения разрывов во время уборки снижаются параметрические и функциональные отказы рассматриваемой технологической системы. В результате уменьшается себестоимость зерна и улучшается результат хозяйственной деятельности сельскохозяйственной организации. С целью разработки методики управления эффективностью уборочно-транспортного процесса посредством согласования производительностей его фаз с применением математического моделирования рассмотрены зависимости и закономерности, возникающие при управлении указанным процессом в аграрных холдингах. Разработана методика управления эффективностью уборочно-транспортного процесса посредством согласования производительностей его фаз с применением математической модели. Разработаны: аналитический критерий эффективности, формализованная схема и алгоритм имитационного компьютерного моделирования, реализация которого позволяет обосновать экономически целесообразный уровень загрузки и производительность оборудования по фазам технологического процесса. Математическая модель является основой для управления показателями эффективности использования машин и комбайнов во время уборки урожая зерновых культур. Выявлены общие признаки исследуемого процесса: наличие основных и обслуживающих машин, наличие дискретности предмета труда, описанной в виде перемещения дискретных транзактов, выявлено действие стохастических причин, установлена последовательность фаз технологической системы и наличие заделов между ними. В результате исследуемый процесс идентифицирован как сеть массового обслуживания, в которой имеют место случайные процессы, приводящие к образованию заделов. Размер заделов позволяет управлять эффективностью уборочно-транспортного процесса посредством согласования производительностей его фаз, что может быть выполнено с применением цифровой модели системы GPSS. Следовательно, моделирование технологических систем процессов в растениеводстве возможно на основе их представления как марковской цепи.
Ключевые слова: сельское хозяйство, уборочно-транспортный процесс, система, закономерность, управление, эффективность, математическая модель.
Effective management of the harvest and transport process involves the coordination of the performance of its phases, which is possible by simulating various options for organizing it and then choosing the optimal one according to the criterion of efficiency. Parametric and functional references of the technological system under consideration. As a result, the cost of grain decreases and the result of economic activity of the agricultural organization improves. In order to develop a methodology for managing the efficiency of the harvest and transport process by coordinating the performance of its phases using mathematical modeling, the dependencies and patterns that arise when managing this process in agricultural holdings are considered. A methodology has been developed for managing the efficiency of the harvest-transport process by matching the performance of its phases using a mathematical model. The following are developed: an analytical criterion of efficiency, a formalized scheme and an algorithm for simulation computer simulation, the implementation of which makes it possible to substantiate an economically viable level of loading and the productivity of equipment in phases of the technological process. The mathematical model is the basis for managing the efficiency of the use of machinery and combines during the harvest of grain crops. As a result of the research, it was established that the modeling of technological systems of processes is possible on their presentation as a markov chain. The developed algorithms and simulations based on the GPSS system are adequate and can be used to solve practical problems of the effectiveness of organizational systems of this type.
Keywords: agriculture, harvest and transport process, system, regularity, management, efficiency, mathematical model.
