CC BY
5
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Хасан Марва, аспирант факультета гидромелиорации, ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет им. И.Т. Трубилина» (350044, Россия, г. Краснодар, ул. Калинина, 13), старший преподаватель, кафедра гидравлики, строительный факультет, Алеппо и Евфратский университеты (г. Алеппо и Эль-Хасака, Сирия), контактный телефон 8-988-470-98-79, e-mail:marwahasan444@gmail.com.
Алматар Анас, аспирант факультета гидромелиорации, ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет им. И.Т. Трубилина» (350044, Россия, г. Краснодар, ул. Калинина, 13), старший преподаватель, кафедра гидравлики, строительный факультет, Алеппо и Евфратский университеты (г. Алеппо и Эр-Ракка, Сирия) контактный телефон 8-988-361-72-78, email: anas .engineer1988@gmail.com.
DOI: 10.32786/2071-9485-2022-02-45 DEVELOPMENT AND JUSTIFICATION OF AN AUTOMATED CONTROL
SYSTEM AND SOFTWARE SCADA-SYSTEM FOR THE PROCESS OF CUTTING FRUIT AND VEGETABLE MATERIALS BY A SLICE SHREDDER
N. I. Lebed, D. S. Gapich, S.D. Fomin, Yu. I. Khanin, N. M. Veselova
Volgograd State Agrarian University, Volgograd Received 20.03.2022 Submitted 25.05.2022
Abstract
Introduction. The article is devoted to the digital adaptation of technology for the processing industry through the development and justification of an automated control system and telemechanics for remote monitoring and control of the technological process. Materials and methods. The development and modeling of the automated control system for the grinder was carried out in the simulation cloud debugging environment «Autodesk Circuits on Tinkercad», where the main elements of the control system were selected and connected to the microcontroller. The development of the program code of the project was carried out in the «FLProg» graphical programming system in the FBD language, then the code was checked, the code was converted into the C ++ language and subsequent compilation in the «Arduino IDE». For the subsequent development of the SCADA system, data exchange was used using the Modbus industrial protocol using serial RS-485 communication lines through the OPC server. To debug the operation of the SCADA system, a laboratory stand was made. Results and conclusions. A grinder for fruit and vegetable products has been developed, the advantages of which include high productivity with minimal energy consumption. These characteristics are achieved by using the proposed cutting device - a zigzag knife wall, which reduces the factor of pinching of slices of processed raw materials between the knives. Based on the ATmega-328 microcontroller, using the C++ programming language, the control system for an automated grinder electric drive was modeled, its performance was tested in the virtual simulation cloud-debugging environment «Autodesk Circuits on Tinkercad», which proved its performance and efficiency. A system for data collection and operational dispatch control (SCADA-system) of the proposed grinder has been developed with the possibility of real-time monitoring of technological parameters and automated decisionmaking by the system based on situations of the technological process.
Keywords: automation, chopper, microcontrollers, cutlery, fruits and vegetables, cutting, telemechanics, SCADA systems, modeling.
Citation. Lebed N.I., Gapich D.S., Fomin S.D., Khanin Yu.I., Veselova N.M. Development and justification of an automated control system and software scada-system for the process of cutting fruit and vegetable materials by a slice shredder. Proc. of the Lower Volga Agro-University Comp. 2022. 2(66). 364-372 (in Russian). DOI: 10.32786/2071-9485-2022-02-45.
Author's contribution. The authors of this study were directly involved in the formulation of the problem, planning the study, analysis, presentation of conclusions and preparation of proposals for production. The authors of this article reviewed and approved the final version of the article.
Conflict of interests. The authors declare no conflict of interest
***** ИЗВЕСТИЯ *****
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: № 2 2022
НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
УДК 631.171
РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ РЕЗАНИЯ ПЛОДООВОЩНЫХ МАТЕРИАЛОВ
ЛОМТИКОВЫМ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЕМ
Н. И. Лебедь, доктор технических наук Д. С. Гапич, доктор технических наук, доцент С. Д. Фомин, доктор технических наук, доцент Ю. И. Ханин, кандидат технических наук Н. М. Веселова, кандидат технических наук, доцент
Волгоградский государственный аграрный университет, г. Волгоград Дата поступления в редакцию 20.03.2022 Дата принятия к печати 25.05.2022
Актуальность. Статья посвящена цифровой адаптации техники для перерабатывающей промышленности путем разработки и обоснования автоматизированной системы управления и телемеханики дистанционного мониторинга и контроля технологического процесса. Материалы и методы. Разработка и моделирование системы автоматизированного управления измельчителем производились в симуляционной облачно-отладочной среде Autodesk Circuits on Tinkercad, где осуществлялся подбор основных элементов системы управления и их подключение к микроконтроллеру. Разработка программного кода проекта производилась в системе графического программирования «FLProg» на языке FBD, далее производилась проверка кода, перевод кода на язык С++ и последующая компиляция в «Arduino IDE». Для последующей разработки SCADA-системы использовали обмен данными посредством промышленного протокола Modbus с помощью последовательных линий связи RS-485 через ОРС-серверы. Для отладки работы SCADA-системы был изготовлен лабораторный стенд. Результаты и выводы. Разработан измельчитель плодовоовощной продукции, к преимуществам которого относится высокая производительность при минимальных энергозатратах. Данные характеристики достигаются применением предлагаемого режущего аппарата - зигзагообразной ножевой стенки, снижающей фактор защемления ломтиков обрабатываемого сырья между ножами. Смоделирована, на основе микроконтроллера ATmega-328, с применением языка программирования С++ система управления автоматизированного электропривода измельчителя, произведена ее проверка на работоспособность в виртуальной симуляционной облачно-отладочной среде «Autodesk Circuits on Tinkercad», доказавшей ее работоспособность и эффективность. Разработана система сбора данных и оперативного диспетчерского управления (SCADA-система) предлагаемого измельчителя с возможностью мониторинга в реальном времени технологических параметров и автоматизированным принятием решений системой на основе ситуаций технологического процесса.
Ключевые слова: автоматизация резания плодов, измельчители плодов, микроконтроллеры, ножевые аппараты, телемеханика, SCADA-системы.
Цитирование. Лебедь Н. И., Гапич Д. С., Фомин С. Д., Ханин Ю. И., Веселова Н. М. Разработка и обоснование автоматизированной системы управления процессом резания плодоовощных материалов ломтиковым измельчителем. Известия НВ АУК. 2022. 2(66). 364-372. DOI: 10.32786/2071-9485-2022-02-45.
Авторский вклад. Авторы настоящего исследования непосредственно участвовали в постановке проблемы, планировании исследования, анализе, изложении выводов и подготовке предложений производству. Авторы настоящей статьи изучили и одобрили представленный в окончательном виде вариант статьи.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
Введение. При хранении плодов и овощей потери урожая составляет от 20 до 30 %. Транспортировке свежих плодов и овощей с минимальными потерями в отдаленные регионы страны препятствуют значительные расстояния и недостаточное качество до-
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
рожной сети. При этом комплексная переработка 1 миллиона тонн плодовоовощного сырья на пищевые продукты с минимальным количеством отходов позволяет уменьшить потери его при хранении на 83 тысячи тонн [11, 13].
Также следует отметить, что в отраслях АПК России работают только 4 % техники, удовлетворяющей современным международным требованиям и стандартам. Способом обновления техники должны быть повсеместная автоматизация существующей и внедрение новой роботизированной техники, что делает актуальным применение способов разработки систем автоматизации посредством виртуальной симуляционной среды, позволяющей проводить проверку на работоспособность и моделирование в условиях, идентичных реальным [5, 10].
Материалы и методы. В качестве объекта исследований для разработки схемы автоматизации был выбран разработанный ранее измельчитель плодоовощной продукции [4]. На рисунке 1а изображен измельчитель плодоовощной продукции, схематичный вид, на рисунке 1б - изготовленная экспериментальная установка.
3
а б
Рисунок 1 - Измельчитель плодоовощной продукции [4]: а - схематичный вид, б - изготовленная экспериментальная установка
Figure 1 - Fruit and vegetable chopper [4]: a - schematic view, b - manufactured experimental setup
Устройство содержит опоры 1, цилиндрический корпус 2, закрепленный на нем загрузочный бункер 3 с вибратором-встряхивателем 4, дозатор барабанного типа 5, имеющий в нижней горловине 6 перекидной клапан 7, центробежный ротор 8 с тремя направляющими трубами 9, расположенными под углом 120° относительно друг друга, на концах которых установлены сменные ножевые стенки 10 с ножами 11, расположенными зигзагообразно, отражатели 12, электродвигатель 13, защитный кожух 14, емкость для сбора измельченного продукта 15, расположенная под выгрузными отверстиями 16 цилиндрического корпуса 2.
Устройство работает следующим образом.
Перед загрузкой материала запускали электродвигатель 13 устройства, чтобы задать центробежному ротору 8 необходимую частоту вращения. Обрабатываемый материал через загрузочный бункер 3 и дозатор барабанного типа 5 поступал в центробежный ротор 8. Посредством передачи крутящего момента валом электродвигателя 13 центробежный ротор 8 равномерно распределял плодоовощной материал по трем направляющим трубам 9. В результате центробежной силы материал удалялся из
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
направляющих труб 9 через ножи 11 ножевых стенок 10 с линейной скоростью, необходимой для полного разрезания. При этом плодоовощной материал проникал сквозь ножи 11, измельчался на ломтики необходимой толщины и далее через отражатели 12 и выгрузное отверстие 16 поступал в емкость для сбора измельченного материала 15.
Результаты и обсуждение. Проведенные ранее исследования были направлены на снижение энергоемкости измельчения и повышения качества готовой обработанной продукции. Как следствие, недостатком данного измельчителя было отсутствие системы управления и автоматизации электроприводом, что провоцировало дополнительные затраты за счет контроля и ручного управления при работе с устройством со стороны закреплённого оператора.
Так, при реализации рабочего режима измельчителя необходимо было запускать сначала основной привод (ротора) и при достижении нужной частоты вращения через 2.. .8 с приводить в действие привод дозатора. Для отключения измельчителя и выхода из рабочего режима порядок был обратный: вначале отключали привод дозатора и через 2.8 с -основной привод (ротора). Такая схема выключения была обусловлена исключением перегрузок ротора и полным измельчением всего обрабатываемого плодоовощного сырья, находящегося в трубах ротора, а также удалением ломтиков из межножевого пространства ножевого аппарата. Кроме этого отсутствовала возможность отладки ряда режимов работы измельчителя, в частности гибкого управления частотой вращения электродвигателей.
Для разработки и моделирования системы автоматизированного управления измельчителем использовалась симуляционная облачно-отладочная среда «Autodesk Circuits on Tinkercad», где производился подбор основных элементов системы управления и их подключение к микроконтроллеру. Разработка программного кода проекта производилась в системе графического программирования «FLProg» на языке FBD, далее производилась проверка кода, перевод кода на язык С++ и последующая компиляция в «Arduino IDE» [3]. Полученная программа загружалась в блок «Код» среды «Autodesk Circuits on Tinkercad» с предварительно созданной схемой системы автоматизированного управления измельчителем для последующей проверки на работоспособность и моделирования [7, 12]. Для последующей разработки SCADA-системы использовали обмен данными посредством промышленного протокола Modbus с помощью последовательных линий связи RS-485 через ОРС-серверы посредством ПО «Simp Light», а также «MasterOPC Universal Modbus Server» [1, 2, 6, 8, 9]. Для отладки работы SCADA-системы был изготовлен лабораторный стенд.
На рисунке 2 представлены результаты виртуального моделирования автоматизированного привода измельчителя плодоовощной продукции в симуляционной облачно-отладочной среде Autodesk Circuits on Tinkercad.
Для построения схемы автоматизированного привода использовали имеющиеся виртуальные электронные компоненты указанной программы, в которую не входят источники и электродвигатели переменного тока. Так как для выполнения программы управления выбранным микроконтроллером ATmega-328 (Arduino-UNO) не принципиально различие между использованием постоянного или переменного тока, то вышеуказанную систему вполне можно протестировать на предлагаемой схеме (рис. 2) и в первом приближении рекомендовать для автоматизации разработанной ранее установки. В последующем схема будет дополнена соответствующими элементами: твердотельными реле (SSR AC), радиаторами для реле, шилдом управления мощной нагрузкой, электродвигателями переменного тока и др.
Для подключения электродвигателей к микроконтроллеру был использован драйвер с H-мостом L293D, позволяющий управлять в широком диапазоне настроек двумя электродвигателями одновременно.
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
4f
0 М
-ЧЁЕ1
YELLOVI RED
б
Рисунок 2 - Результаты виртуального моделирования автоматизированного привода измельчителя плодоовощной продукции в симуляционной облачно-отладочной среде Autodesk Circuits on Tinkercad: а - наглядный вид, б - электрическая схема, 1 - сигнальные лампы приводов при рабочем режиме, 2 - сигнальные лапы приводов при отладочном режиме, 3 - привод дозатора, 4 - потенциометр привода дозатора, 5 - основной привод, 6 - потенциометр основного привода, 7 - программная кнопка пошагового включения/выключения, 8 - источник питания, 9 - драйвер двигателей
Figure 2 - Results of virtual simulation of an automated drive for a fruit and vegetable chopper in the simulation cloud debugging environment Autodesk Circuits on Tinkercad: a - visual view, b - electrical circuit, 1 - signal lamps of the drives in the operating mode, 2 - signal paws of the drives in the debugging mode, 3 - dispenser drive, 4 - dispenser drive potentiometer, 5 - main drive, 6 - main drive potentiometer, 7 - step on/off soft button, 8 - power supply, 9 - motor driver
368
а
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
В качестве приводов для наглядности данной схемы, построенной в виртуальной симуляционной среде, использован мотор-редуктор - для основного привода (ротора) и мотор постоянного тока с понижающим резистором для снижения частоты его вращения - для привода дозатора.
Мотор-редуктор и мотор постоянного тока подключены через драйвер к цифровым выводам 10 и 12 платы Arduino-UNO, а также ШИМ-выводам 6 и 5. Применение ШИМ-выводов обусловлено режимом отладки измельчителя, где для гибкой регулировки частоты вращения приводов использованы потенциометры, подключенные с аналоговыми входами А0 и А1. Потенциометры имеют переключатели для принудительного отключения режима отладки. Кроме этого к выводам 5 и 6 подсоединены аноды светодиодов (желтый, красный) в качестве сигнальных ламп приводов при отладочном режиме с возможностью менять яркость при корректировке частоты вращения мотора-редуктора и мотора постоянного тока потенциометрами.
В качестве сигнальных ламп приводов рабочего режима представлены светоди-оды (зеленый, голубой), подключенные к 8 и 3 цифровом выводам, связанные с выводами 10, 12 и программной кнопкой пошагового включения/выключения приводов, подсоединенной к цифровому выводу 9, выполняющего роль входа.
На рисунке 3 представлены результаты графического программирования предлагаемой системы управления, выполненной на языке FBD для последующей работы в составе SCADA-системы.
Согласно этой схеме (рис. 3) предусмотрен тэг, выполняющий роль программной кнопки пошагового включения/выключения приводов, соединенный через функциональные блоки «таймер» с выходами привода дозатора и основного привода (ротора). Для реализации рабочего режима - пошагового включения / отключения использовано два блока «таймер» с задержкой на включение и на отключение». Кроме этого предусмотрены тэги регулировки частоты вращения приводов, а также системы сбора данных о температуре двигателей и влажности сырья. Аварийное отключение рабочего режима осуществляется посредством сравнивания уставок наполнения бункера с реальными значениями от датчика с последующим принятием решения самой системой управления. На рисунке 4 представлена мнемосхема разработанной SCADA-системы и распределение Modbus tag (преобразованных в каналы OPC-серверов) на ее элементах индикации и управления.
Рисунок 3 - Результаты графического программирования на языке FBD Figure 3 - Results of graphical programming in the FBD language
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Рисунок 4 - Распределение Modbus tag на мнемосхеме SCADA-системы: 1 - уставки срабатывания защиты при заполнении бункера, 2 - заполнение бункера, 3 - отладочный режим, 4 - автоматический режим, 5 - температура
Figure 4 - Distribution of Modbus tag on the mnemonic diagram of the SCADA system: 1 - protection operation settings when filling the hopper, 2 - filling the hopper, 3 - debugging mode,
4 - automatic mode, 5 - temperature
Построенный графический код FBD преобразовывался до языка программирования С++, компилировался в Arduino IDE и загружался в блок «Код» симуляционной среды Autodesk Circuits on Tinkercad с предварительно собранной схемой автоматизации. Далее соответствующей командой в программе производилось моделирование функционирования разработанной системы управления автоматизированного электропривода измельчителя плодоовощной продукции, доказавшее работоспособность и эффективность схемы. Кроме этого, загрузка кода производилась и в микроконтроллер лабораторного стенда (рис. 5), где также проводилось физическое моделирование, результаты которого совпали с виртуальным.
Рисунок 5 - Лабораторный стенд: 1- микроконтроллер, 2 - макетная плата, 3 - имитация работы привода дозатора, 4 - имитация работы основного привода, 5 - имитация работы отладочного режима (частоты вращения приводов), 6 - RS-485 to TTL Converter, 7 - датчик наполнения бункера,
8 - USB to RS-485 Converter, 9 - источник питания
Figure 5 - Laboratory stand: 1 - microcontroller, 2 - breadboard, 3 - imitation of the operation of the dispenser drive, 4 - imitation of the operation of the main drive, 5 - imitation of the operation of the debugging mode (speed of rotation of drives), 6 - RS-485 to TTL Converter, 7 - hopper full sensor,
8 - USB to RS-485 Converter, 9 - power supply
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Выводы. Предлагаемая система управления автоматизированного электропривода измельчителя плодоовощной продукции обеспечивает в рабочем режиме поочередный запуск и отключение основного привода и привода дозатора с индикацией режима путем мигающей световой сигнализации и возможностью корректировок задержки времени на включения и отключение, а также в режиме отладки позволяет гибко настраивать частоту вращения приводов с отображением изменения яркости светодио-дов соответствующим приводам измельчителя.
Поочередный запуск / отключение приводов в рабочем режиме позволяет избежать перегрузок ротора плодоовощным материалом до выхода его привода на частоту вращения рабочего режима, а также предотвратить накопление неизмельченного материала в роторе и ножевых аппаратах после отключения рабочего режима.
Разработана система сбора данных и оперативного диспетчерского управления (SCADA-система) предлагаемого измельчителя с возможностью мониторинга в реальном времени технологических параметров с возможностью автоматизированного принятия решений на основе ситуаций технологического процесса.
Библиографический список
1. Будников Д. А. Разработка SCADA-системы контроля лабораторного оборудования и параметров процесса сушки зерна // Инновации в сельском хозяйстве. 2019. № 2 (31). С. 230-237.
2. Елизаров И. А., Мартемьянов Ю. Ф., Схиртладзе А. Г. Технические средства автоматизации. Программно-технические комплексы и контроллеры. Старый Оскол: ООО «Тонкие наукоемкие технологии», 2021. 236 с.
3. Кирнос А. Е. Arduino - как средство автоматизации сельского хозяйства // Вестник Кыргыстана. 2018. № 1 (4). С. 275-279.
4. Лебедь Н. И., Антонов Н. М., Искуснов Ю. В. Результаты экспериментальных исследований по определению усилий резания плодов и корнеплодов // Известия нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2012. № 2 (26). С. 137-141.
5. Микроконтроллерное оборудование в сельскохозяйственном производстве / Н. С. Парфенов [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2020. № 3 (83). С. 211-216.
6. Программно-алгоритмическое обеспечение SCADA-системы / Д. И. Фоменко [и др.] // Информационно-измерительные и управляющие ситемы. 2021. № 3. Т. 19. С. 5-13.
7. Соммер У. Программирование микроконтроллерных плат Arduino/Freeduino. СПб.: БХВПетербург, 2012. 256 с.
8. Юрченко И. Ф. Становление цифровых платформ мелиоративного водохозяйственного комплекса // Известия нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2020. № 1 (57). С. 380-395.
9. Alakbarov R. G., Hashimov M. A. Migration issues of SCADA systems to the cloud computing environment (review) // SOCAR PROCEEDINGS. 2020. №3. P. 155-164.
10. Analysis of root crops preparation system / A. A. H. Al-Maidi [et al.] // International Journal of Agricultural and Statistical Sciences. 2021. № 16. P. 1345-1350.
11. Antonov N. M., Lebed N. I., Makarov A. M. Energetic calculation of an apple chopper with zigzagging knife in the cutting unit // Journal of Food Process Engineering. 2017. № 40 (2).
12. Design principles for highly efficient quadrupeds and implementation on the mit cheetah robot / Sangok Seok [et al.] // 2013 IEEE International Conference on Robotics and Automation. IEEE, 2013. P. 3307-3312.
13. Lebed N. I., Antonov N. M., Rusakova G. G. Investigation of pro-cess of cutting fruit and vegetable raw materials into slices using rotary chopper // Lecture Notes in Mechanical Engineering: 5th International Conference on Industrial Engineering, ICIE 2019; Sochi; Russian Federation, 2019. P. 451-459.
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Информация об авторах Лебедь Никита Игоревич, профессор кафедры «Электроснабжение и энергетические системы», доктор технических наук, Волгоградский государственный аграрный университет (РФ, 400002, г. Волгоград, Университетский пр-т, 26), E-mail: nik8872@yandex.ru
Гапич Дмитрий Сергеевич, заведующий кафедрой «Электроснабжение и энергетические системы», доктор технических наук, Волгоградский государственный аграрный университет (РФ, 400002, г. Волгоград, Университетский пр-т, 26), E-mail: gds08@mail.ru
Фомин Сергей Денисович, профессор кафедры «Механика», доктор технических наук, заведующий Центром наукометрического анализа и международных систем индексирования, Волгоградский государственный аграрный университет (РФ, 400002, г. Волгоград, Университетский пр-т, 26), ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7910-9284 E-mail: fsd_58@mail.ru
Ханин Юрий Иванович, доцент кафедры «Электроснабжение и энергетические системы», кандидат технических наук, Волгоградский государственный аграрный университет (РФ, 400002, г. Волгоград, Университетский пр-т, 26), E-mail: haninyu5@gmail.com
Веселова Наталья Михайловна, доцент кафедры «Электроснабжение и энергетические системы», кандидат технических наук, Волгоградский государственный аграрный университет (РФ, 400002, г. Волгоград, Университетский пр-т, 26), E-mail: veselovanm@volgau.com
DOI: 10.32786/2071-9485-2022-02-46 FRONT LOADER WITH ADVANCED FUNCTIONAL CAPABILITIES
I. A. Nesmiyanov, M. E. Nikolaev, A. G. Ivanov
Volgograd State Agrarian University, Volgograd Received 25.12.2021 Submitted 06.04.2022
Summary
The design of the front loader is proposed and developed, geometric, structural, and kinematic analysis of the manipulation mechanism is carried out. The loader can be used when laying straw in stacks, laying haylage rolls in a stack. The degree of mobility of the manipulator is calculated, the theoretical calculation of the working area of the loader service is carried out. As a result of calculations, the front loader-0.5 can expand its service area by using spatially parallel programming mechanisms that will reduce the maneuvering of the loader in the technological process of loading, stacking hay bales.
Abstract
Introduction. In agriculture, front loaders are widely used for stacking bales, haylage rolls and other handling operations. Most often, the functionality of front loaders is enough, but sometimes additional maneuverability is required, and in such cases it is necessary to maneuver the tractor. Especially often this happens when laying straw in stacks, laying haylage rolls in a pile. Materials and methods. To expand the functionality of the front loader-0.5 in order to reduce the maneuvering of the tractor, it is planned to improve the manipulation mechanism of the loader. Results and conclusions. The design of the loader has been developed, a geometric, structural, and kinematic analysis of the manipulation mechanism has been carried out. calculated, the degree of mobility of the output link, carried out a theoretical calculation of the working area of the service loader. As a result of the calculations, the front loader - stacker (mounted universal stacker)-550 can expand its service area through the use of spatially parallerogram mechanisms that will reduce the maneuvering of the loader in the technological process of loading, stacking (stacking) hay bales.
Keywords: front loader, structural analysis, kinematic analysis, service area, cargo-handling body, spatially parallelogram mechanism.
Citation. Nesmiyanov I. A., Nikolaev M. E., Ivanov A. G. Front loader with advanced functional capabilities. Proc. of the Lower Volga Agro-University Comp. 2022. 2(66). 372-378 (in Russian). DOI: 10.32786/2071-9485-2022-02-46.
Author's contribution. The authors conducted research, summarized and analyzed the results and wrote a manuscript.
Conflict of interest. The authors declare that there is no conflict of interest.
