CC BY
6
Литература
1. Шкрабак B.C., Орлов П.С., Ряхин А.Н. Повышение надёжности электроснабжения и снижение электротравматизма в распределительных сетях АПК // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2013. - №30. - С. 271-276.
2. Федотов Б.Н. Схемы электрических счётчиков Под ред. И.Н. Ошер. - М.: Госэнергоиздат, 1960.-С. 17.
3. Патент № 2467446 РФ. Способ ограничения тока короткого замыкания в системах защиты от разрушения высоковольтного оборудования /А.Н. Чулков, И.А. Смирнов, A.A. Виноградов. Бюл. № 32, опубл. 20.11.2012 г.
4. Патент № 154378 РФ. Схема включения счётчика электрической энергии в трёхфазную сеть с нулевым проводом /B.C. Шкрабак, А.О. Мурашов, Н.И. Рузанова, П.Ф. Малышев, Р.Х. Давлятшин, В.В. Мурашова. Бюл. № 23, опубл. 20.08.2015 г.
5. Правила устройства электроустановок. Издание 7. (СО 153-34.20.120-2003) (утв. Приказом Минэнерго РФ от 20.06.2003 N 242)
6. Шкрабак B.C. Биобиблиографический указатель трудов / СПбГАУ, Библиотека; Сост. Н.В. Кубрицкая. - 2-е изд., перераб. и доп. - СПб., 2012. - 315с.
7. Шкрабак В.В. Стратегия и тактика динамичного снижения и ликвидации производственного травматизма в АПК. Теория и практика: Монография/ СПбГАУ. - СПб., 2007. - 580с.
УДК 631.334
Соискатель О.Н. ТЕПЛПНСКАЯ
(СПбГАУ, agro@spbgau.ra)
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ АНТРОПОГЕННЫХ ХИМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА АГРОЭКОСИСТЕМУ ПРИ ФУНКЦИОНИРОВАНИИ ТУКОВЫСЕВАЮЩИХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ КОМБИНИРОВАННЫХ МАШИН
Припосевной способ, туковысевающее приспособление, информационная модель, технологический и экологический критерии
Одним из эффективных методов управления продукционным процессом в начальный период вегетации растений при высокой интенсификации агротехнологий является использование припосевного способа применения минеральных удобрений, позволяющего локально внести стартовые дозы агрохимикатов, с помощью которых оптимизируется их питание, когда корневая система ещё слабо развита [1].
Техническое оснащение технологических процессов применения твердых минеральных удобрений с помощью припосевного способа в высокоинтенсивных технологиях призваны осуществлять автоматизированные машинотракторные агрегаты, в состав которых входят комбинированные посевные и посадочные машины, оборудованные туковысевающими приспособлениями. Эксплуатация таких машин в автоматизированных агрегатах протекает под управлением глобальных навигационных спутниковых систем [2]. При функционировании комбинированных машин минеральные удобрения вносятся внутрипочвенно вместе с посевным (посадочным) материалом или вблизи него, разделяясь небольшим почвенным слоем [3]. Это позволяет обеспечить минимизацию технологических и экологических рисков, возникающих при машинном применении агрохимикатов, что в свою очередь приводит к снижению антропогенного химического загрязнения агроэкосистемы и значительному ресурсосбережению по сравнению с другими способами.
Туковысевающие приспособления комбинированных посевных (посадочных) машин представляют собой сложные динамические системы, включающие несколько подсистем: дозирующую, распределительную и заделывающую. В общем виде технологический процесс, выполняемый такой системой, может быть представлен в виде многомерного объекта, блок-схема информационной модели которого показана на рисунке. Приведенная
модель составлена с учетом того, что рассматриваемый объект является потенциальным источником антропогенного химического загрязнения агроэкосистемы.
На входе модели объекта действуют векторные переменные Б, X и и. Составляющие векторной функции Б в виде случайных процессов - неровностей поверхности поля и
г(1:) - твёрдости почвы являющейся аналогом сопротивления почвы, характеризуют условия функционирования машины как источника химического загрязнения агроэкосистемы. Совокупность компонентов векторной функции X, таких как буксование или скольжение приводных колёс 8(1), ширина междурядья Ь, уровень удобрений в ёмкости У(1), объемная масса удобрений у(1:), определяют ход технологического процесса. Векторная переменная и представлена управляющими воздействиями в виде случайных процессов У(1:) -поступательной скорости машины и положения машины относительно трактора И^), а также совокупностью настроек дозирующей подсистемы объекта на заданную дозу расхода удобрений Н<2 и настройкой регулятора глубины хода рабочих органов заделывающей подсистемы Нь В общем случае Ну предполагает следующую совокупность настроек объекта: рабочей скорости Ну, передаточного отношения механизма привода дозирующего аппарата Н, положения исполнительного механизма дозирующего аппарата Н8, заданной ширины Нв. Таким образом, Нд = {Ну, Н, Н8, Нв}.
X
г(1)
Технологический процесс
¿7/(0
«ф
у ь = е<в)(0}
V(1) Ь(0 Н0 Н
и
Рис. Блок-схема информационной модели технологического процесса функционирования туковысевающего приспособления комбинированной машины
Составляющими выходной векторной функции У приняты параметры, характеризующие равномерность распределения удобрений в рядках и по глубине заделки в почву при использовании припосевного способа, на основании которых оценивается качество функционирования объекта по технологическим и экологическим критериям. Такими параметрами согласно [4] являются случайные процессы в виде фактического расхода материала на гектар в соответствии с заданной дозой расхода 0 или его более информативный аналог - расход материала вдоль рядка ql(t)= ¿/I (1:)-Ь, а также глубина заделки удобрений в почву а(1:). Параметры ¿{¡(Х) и а(1:) легко поддаются оперативной регистрации в режиме реального времени, что позволяет в процессе выполнения технологического процесса контролировать правильность функционирования объекта с целью минимизации влияния антропогенных химических факторов на состояние агроэкосистемы.
Для оценки качества функционирования реального объекта сравним выходную векторную функцию его модели У с эталонной (настроечной) Ун. С этой целью информационную модель дополним вектором Ун = {<//н (0, аи(1:)}, характеристики составляющих которого £// „(1:) и а.и(\) определяются соответствующим технологическим регламентом. Отклонения Ь реального вектора У от настроечного Ун определяют ошибку Ь=У-Ун фактического объекта, приводящую к некоторым потерям качества, оцениваемым
функцией потерь. В силу случайности выходной векторной функции У вектор Ь также имеет вероятностную природу. За обобщенный показатель качества функционирования подобной системы согласно [5] принимают математическое ожидание функции потерь К=М-[Ь(У,Ун)].
Вектор ошибок Ь= для данного объекта представляет собой модель
технологических и экологических отказов, возникающих при его функционировании. Для обеспечения правильности функционирования объекта необходимо установить для каждой составляющей вектора Ь области допускаемых отклонений: /9)(1:)1 е /9)(1)1доп и /а)(1:)1 е /а)1ДОп-
Технологический регламент машиноиспользования для рассматриваемого типа объектов представлен в Федеральном регистре технологий производства продукции растениеводства. В его основе лежат агротехнические требования, изложенные в операционных технологиях и правилах производства механизированных работах в полеводстве. При формировании в настоящее время системы показателей экологического нормирования машиноиспользования в полеводстве установленный технологический регламент для равномерности внесения и заделки в почву удобрений можно принять по рекомендациям [6] и как нормативы экологических ограничений.
Согласно установленному технологическому регламенту для рассматриваемых параметров £//(1:) и а.(\) задается поле допускаемых отклонений их фактических средних значений тч и ша от соответствующих настроечных значений фн = Он"Ь и ан в виде определённых двухсторонних допусков на настройку Дцс/ и Ана- Таким образом, для рассматриваемого типа машин условиями их правильного функционирования будут: д/н-АЬд < Шq <£// ц+ДИс/, а - Анд — гп«
<ан+ АНа-
Учитывая, что выходные параметры £// (1:) и а.(\) являются случайными процессами контроль правильности функционирования рассматриваемых машин следует проводить, используя показатели качества в виде технологических и экологических вероятностных критериев. Выбор этих критериев во многом определяется функцией потерь, которая задаётся технологическим регламентом применения средств химизации. Такими критериями для исследуемых объектов будет соответственно показатель качества функционирования в виде вероятности пребывания выходного параметра в поле допуска Рд (технологический критерий) и экологический показатель функционирования в виде вероятности выбросов выходного параметра за поле допуска Ед [7]. При этом: Рд<?=Р{фн-Ан<г< тд(0< фн+Анд}, Едд=1-Рдд; Рда=Р{ан-Ана< та(0 <аН+АНа }, Еда=1-Рда.
Следует отметить, что контроль по показателю качества, а не по параметру является более удобным и точным [5]. Он также позволяет снизить уровень требований к квалификации человека-оператора машинотракторного агрегата.
Исследованиями установлено, что показатели Рд и Ед сами являются случайными процессами, а их допустимый уровень при правильном функционировании рассматриваемых машин следует принять: [Рд]дОП=0,7; [Ед]дОП=0,3 [7,8].
Точное выполнение предписанных нормативов правильного функционирования машин должно обеспечивать при применении агрохимикатов допустимое антропогенное воздействие на агроэкосистему, не вызывая излишнего химического загрязнения почвы, почвенных и грунтовых вод, растений и получаемой продукции. Однако технологическое несовершенство выпускаемых в нашей стране машин, сложные условия их функционирования и внутренние помехи оказывают существенное дестабилизирующее влияние на ход протекания агрохимических работ, приводящее к значительным отклонениям выходных параметров <//(!:) и а(1:) от настроечных.
Для примера рассмотрим результаты натурных экспериментов туковысевающих приспособлений некоторых комбинированных машин, проводимых с целью оценки правильности функционирования их основных подсистем: дозирующей и заделывающей.
Таблица. Оценки числовых характеристик и показателей качества функционирования подсистем туковысевающпх приспособлений
Машина Тип подсистемы Параметр контроля Настроечное значение Числовые характеристики Показатель качества
m с V.% Рл,% Ел%
Рядовая сеялка Дозирующая с катушечно-штифтовыми аппаратами qt{t), г/м 6,0 5,04 0,88 17,5 42 58
8,4 6,31 1,19 18,9 40 60
Картофелесажалка Дозирующая с дисково-скребковыми аппаратами qit), г/м 7,0 6,1 2,8 45,9 12 88
21,0 1,74 4,8 27,6 28 72
Рядовая сеялка Заделывающая с двухдисковыми сошниками a(t), см 4,0 3,75 1,08 28,8 42 58
7,0 6,35 1,65 26,0 55 45
Картофелесажалка Заделывающая с анкерными сошниками a(t), см 12,0 10,55 2,32 22,0 51 49
16,0 14,50 2,91 20,1 56 44
Анализ материалов, приведённых в таблице, показал, что в условиях нормальной эксплуатации рассматриваемых машин оценки фактических значений выходных параметров qi( t) и a(t), представленные усреднёнными по ансамблю реализаций числовыми характеристиками случайных процессов (математическим ожиданием ш, средним квадратичным отклонением о и коэффициентом вариации V), а также показателями качества по технологическому Рд и экологическому Ед критериям свидетельствуют о наличии существенных отклонений от требуемых регламентов. А это приводит к повышенному антропогенному химическому воздействию на агроэкосистему.
Поэтому, чтобы минимизировать технологические и экологические риски, вызванные применением удобрений с помощью рассматриваемых технических средств, следует в ходе протекания технологического процесса обеспечить мониторинг выполнения условий правильного функционирования машин, оснастив их автоматизированными системами оперативного контроля.
Литература
1. Локальное внесение удобрений / Сост. М.Н. Марченко - М.: Росагропромиздат, 1990. - 144 с.
2. Ружьев В.А., Смелик В.А., Теплинский И.З. Эксплуатация транспортно-технологических комплексов в информационно-навигационных системах управления точными агротехнологиями // Технологии и средства механизации сельского хозяйства: Сб. науч. тр. / СПбГАУ. - СПб., 2013. - С. 77-80.
3. Дмитриевский Б.А., Юрьева В.И., Смелик В.А., Теплинский И.З., Цыганова H.A. Свойства, получение и применение минеральных удобрений: Учебное пособие. - СПб.: Проспект Науки, 2013.-326 с.
4. Калинин А.Б., Смелик В.А., Теплинский И.З., Первухина О.Н. Выбор и обоснование параметров экологического состояния агроэкосистемы для мониторинга технологических процессов возделывания сельскохозяйственных культур // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2015. - №39. - С. 315-320.
5. Кирюшин В.И. Экологические основы земледелия. - М.: Колос, 2011. - 443 с.
6. Евланов Л.Г. Контроль динамических систем. - М.: Наука, 1979. - 432с.
7. Смелик В.А., Теплинский И.З., Первухина О.Н., Теплинский О.И. Методология оперативной оценки состояния технологической системы при выполнении работ по химизации в сельскохозяйственной производственной среде // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2015. - №40. - С. 274-280.
8. Теплинский И.З., Абелев Е.А. Управление качеством функционирования почвообрабатывающих агрегатов // Механизация сельскохозяйственного производства Северо-Запада РСФСР: Межвузовский сборник. - Петрозаводск, 1987. - С. 61-65.
