«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ (ИнЭРТ-2012) Труды X Международного научно-технического форума Ростов-на-Дону 2012 ИнЭРТ-2012 УДК 621:502:005.591.6:658 И 66 И 66 Инновация, экология и ...»

Нас интересуют колебания около состояния установившегося движения, поскольку это есть рабочее состояние всех гибких кинематических трансляторов. Из всего многообразия состояний установившегося движения выбираем такие, которые соответствуют стационарным движениям [2], т. е. имеем:

, – угловые скорости зависимых и независимых координат, р – число независимых Где координат, n – число масс рассматриваемой системы.

Полагаем также для малых колебаний, что т. е. не пренебрегаем теперь упругими свойствами передач и диссипативными силами, а в качестве основного невозмущенного движения рассматриваем стационарное в общем смысле или в смысле Раута-Кухтенко [7] движение.

Движение, определяемое при каких-то иных начальных условиях называется возмущённым. Изменения начальных условий называются возмущениями, а разность координат u i в том и другом движении вариациями этих координат [1].

Уравнения в вариациях для возмущённого движения и составляют суть аналитической модели малых колебаний неголономных систем приводов зернокомбайнов около заданного состояния установившегося движения.

ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА

«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

и неполной диссипацией, когда функция Релея не содержит скоростей, соответствующих циклическим ( зависимым в данном случае) координатам, имеют вид:

где H T V - функция Лагранжа.

Уравнения движения для голономных систем с функцией Лагранжа H, у которой n m последних координат являются циклическими, а функция Релея характеризует неполную диссипацию этой системы, имеют вид:

ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА

«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

а для голономной системы стационарные условия имеют вид:

Подставляя эти соотношения соответственно в выражения (6)-(9) и в систему (10), получаем для голономной системы в состоянии установившегося движения Откуда следует, что для системы роторных масс привода зернокомбайна с голономными связями а для неголономной системы уравнения стационарных движений будут иметь вид:

Из первого уравнения системы (12) следует, что для системы роторных масс привода зернокомбайна с неголономными связями первого порядка Здесь индексы с нулём вверху означают выражения для h и стационарных условий.

Из уравнений (11) и (13) следует, во-первых, что неголономные связи качественно меняют содержание потенциальной энергии в состоянии установившегося движения (т. е. основного, невозмущённого движения) по сравнению с голономными связями и, во-вторых, устанавливаем справедливость утверждения Боттема. В самом деле, в теории колебаний, учитывая что величины q i и q i (i 1, n ) являются малыми, уравнения (8),(9) и (10) упрощают, отбрасывая

ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА

«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

Для голономной системы заключаем, что потенциальная энергия делается квадратичной формой от обобщённых координат системы, поскольку первый член в выражении (14) отбрасываем т. к. он не влияет на уравнения движения [10], а второй член равен нулю на основании уравнения (11).

Для неголономной системы второй член в разложении потенциальной энергии (14) не равен нулю на основании соотношения (13).

Выводы Таким образом, смысл утверждения Боттема состоит в том, что неголономные связи при малых колебаниях качественно изменяют содержание потенциальной энергии системы в нуле, что в свою очередь проявляется в наличии нулевых корней и в несимметричности матрицы коэффициентов характеристического уравнения, вытекающего из уравнений (9)-(10) [5, 4]. Поэтому основная задача здесь должна состоять в установлении отмеченных особенностей в приводе зерноуборочных комбайнов, проявляющихся в потере устойчивости колебаний, имеющих место на практике [2].

Список используемой литературы 1. Обморшев А.Н. Колебания и устойчивость неголономных систем // Механика. М.:

Оборонгиз, 1955. с. 72-97.

2. Радин В.В., Бураков В.А. Динамика сложных машин как неголономных систем (на примере зерноуборочного комбайна). Монография / РГАСХМ ГОУ, Ростов н/Д. 2003 – 150 с.

3. Кухтенко А.И. О теории малых колебаний и устойчивости движения систем с неголономными связями. Прикладная механика. Т.1. Киев: АН УССР, 1955. Вып. 2. – с. 204-223.

4. Bottema O. On the small Oscillations of Non-holonomic systems. Iuagations Mathematical, vol. 11, fasc.4. Amsterdamm, 1949, p.197-212.

ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА

«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

УДК 631.362.001. Создание автоматизированного кормоприготовительного пункта для фермеров The parer presents the material to create the items fodder for small farms. Research needs financial assistance for completion of the test.

Введение. В настоящее время крестьянские (фермерские) и личные подсобные хозяйства сельского населения производят значительную часть отечественной животноводческой продукции - до 60 % молока, 50 % говядины, 70 % баранины, до 30 % свинины[3]. Несмотря на то, что крупные фермы, акционерные хозяйства, сельскохозяйственные холдинги дают более дешевую продукцию и более рентабельны, актуально развитие небольших ферм и семейных хозяйств.

Так, важна социальная направленность фермерства – оно создает занятость безработного сельского населения, на малых фермах легче решаются проблемы экологии. Поэтому большинство развитых стран поддерживают фермерство различными формами дотаций: госзакупки по твердым ценам, низкопроцентные кредиты и лизинг на оборудование, снижение цен для фермеров на горючее, минеральные удобрения и другие химикаты, льготное страхование посевов, поголовья и др.

Часть фермеров выдерживают конкуренцию с крупными хозяйствами за счет разнообразия получаемой продукции и мобильности при перепрофилировании, а также значительно больших трудовых затратах: рабочий день продолжается 12 -14 часов, отсутствует отпуск. Облегчить труд фермера, освободить время актуальная задача сельхозмашиностроения.

Для эффективного ведения фермерского и приусадебного животноводства, в первую очередь, необходима стабильная кормовая база, основанная на дешевых кормах собственного производства. Приготовление кормов очень трудоемкая задача для фермера, а сбалансирование кормового рациона баз покупных комбикормов нереально. Существующее оборудование для кормоприготовления рассчитано в основном на крупные фермы. То оборудование, которое выпускается для малых ферм, обладает рядом недостатков.

ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА

«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

2. Присутствие человека при работе кормоприготовительного оборудования обязательно.

3. Корма, получаемые на оборудовании остаются несбалансированными, к ним необходимо добавлять сочные, объемистые грубые и минеральные корма.

4. На оборудовании не производится дозирование компонентов для дальнейшего приготовления сбаланстрованной кормовой смеси.

5. Механизация приготовления корма в незавершенном цикле делает невозможным его автоматизацию.

Имеющиеся зарубежные автоматизированные кормоприготовительные установки для мелки ферм спроектированы по типу высокопроизводительных цехов и требуют значительной установочной пощади и нерентабельны для малых ферм из – за высокой цены.

Цель - разработка компактного автоматизированного пункта приготовления полнорационных кормовых смесей для мелких ферм и личных подсобных хозяйств с содержанием 5- голов КРС или эквивалентного им количества других животных.

Назначение разработки – механизировать приготовление рассыпных полноценных кормовых смесей из сыпучих видов сырья (зерна злаковых и зернобобовых культур; побочных продуктов переработки зерна, масличных культур; травяной муки; сырья животного происхождения; минерального сырья; премиксов); кускового сырья – корнеплодов, жмыха и объемистых кормов - соломы, сена, сенажа, силоса и добавок.

Специфика требований определила подход к созданию конструкции малогабаритного кормоприготовительного пункта (МКП-60).

Оптимизация производительности. Средства механизации, как правило, должны обеспечивать заданные показатели качества при максимальной производительности. Фермеру нужна производительность для приготовления порции на одно кормление за промежуток между кормлениями – не менее 7 часов при трехразовом кормлении и 10 – 11 часов при двухразовом кормлении. Дневной рацион коровы не превышает М1Д = 50 - 60 кг, то есть соответственно для количества животных z равном 5, 10,15 и 20 масса смеси МzД при указанном М1Д составит соответственно.

Рассчитанная производительность МКП-60 - Wk представлена в таблице 1.

Как видно, количество кормлений незначительно влияет на требуемую производительность. Так как величина производительности мала для средств механизации, то можно принять

ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА

«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

Количество Дневной раци- Дневной Масса корма на 1 Производительголов КРС он одного жи- рацион кормление при ность Обоснование состава МКП-60.

Будем исходить из того, что вблизи фермы заготовлены 1-2 вида зерновых колосовых культур, например отходы пшеницы и ячменя, как минимум один вид зернобобовых – горох или эспарцет. У фермера может быть жмых, шрот, барда или другие отходы переработки продукции. В хранилище есть кормовые корнеплоды не менее 2 видов (свекла, морковь, картофель, турнепс), или бахчевые. Кроме соломы у фермера есть также сено желательно бобовых трав, разнотравье или сенаж из них. Возможно наличие силосной траншеи с силосом. Следовательно, при проектировании кормоприготовительного пункта следует исходить из необходимости бункеров для 4-ёх компонентов концентрированного корма, 2 видов корнеплодов, и 2 видов объемистых кормов. При этом фермер может применять 2-3 вида добавок (соль, мел, премиксы) для которых также требуются небольшие бункеры, всего 10 бункеров. Но при приготовлении корма на 2 – 3 дня нет необходимости менять зерновые и корнеплоды, поэтому 8 бункеров в обычном пункте будет достаточно. Большим числом бункеров МКП-60 может оснащаться по специальному заказу.

Технологический процесс приготовления кормов включает следующие основные операции: расчет рациона, мойка (при ручной уборке корнеплодов исключается), временное затаривание (накопление) всех видов кормов с возможностью дозированной подачи, дозирование, измельчение, смешивание компонентов корма.

С точки зрения минимальной стоимости нет необходимости в каждом бункере для компонента делать дозатор, достаточно одного на все компоненты Использован также один двухсекционный измельчитель для резки сена, соломы, корнеплодов и дробления зерна. Для загрузТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА

«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

Механическая часть была спроектирована в двух вариантах - линейном и роторном.

Один из них реализован на модели масштаба 1:2 и опробован. Подтверждена правильность основных реализуемых в конструкции решений. В процессе доработки объемно-временное дозирование как менее точное заменено на весовое и разработана усовершенствованная система автоматизированного управления.

Рассмотрим более подробно технологию процесса МКП-60.

После автоматизированного расчета рациона на одно кормление в программном варианте запоминается масса каждого дозируемого компонента в порядке расположения пронумерованных бункеров: m1, m2,…, mi. В соответствии с номером бункера: Б1, Б2,…,Бi. записан набор команд движения блока дозатора – БД, представляющий собой бункер с магнитно управляемой заслонкой. Включается шаговый двигатель, БД, подвешенный на весовом датчике, двигаясь по направляющим, подходит к первому бункеру - Б1. Блок рычагом открывает подпружиненную заслонку бункера и компонент начинает самотеком набираться в бункер дозатора. При достижении нужной массы m1, включается двигатель и БД перемещается к дробилке и высыпает в нее компонент бункера Б1, освобождая его заслонку, которая возвращается в закрытое положение. Блок возвращается к исходному положению или к Б2. Возврат в исходное положение используется для устранения погрешности перемещения.

ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА

«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

При дозировании кусковой массы задается средняя масса куска m1i и при граничной массе mi-, где m1i оценивается погрешность дозирования до подачи последнего куска 1 = (mim1 и 2 mi- + m1i и следующий кусковой элемент не прибавляется если 2 1. Для увеличения точности дозирования отдельные куски (агрегаты) корма не должны быть большими.

Поток от бункеров Б5 и Б6 меняет место выгрузки и корнеплоды выгружаются в отделение бункера корне-стеблерезки.

Бункеры для объемистых кормов, обладающих высоким коэффициентом трения и сцеплением должны быть больших размеров и иметь внутри конический шнек с режущими кромками для исключения сводообразования, забивания и для активной подачи материала в БД. Следует отметить, что сено, силос, сенаж, включенные в рацион могут загружаться в кормушки отдельно, так как они хорошо поедаются и многие хозяйства практикуют кормление сеном и другими объемистыми кормами в свободном доступе к ним животных.

объемистыми кормами в свободном доступе к ним животных.

Бункеры для добавок минеральных или премиксов напротив малы, поскольку на рацион требуется масса до одного килограмма. В результате проведения исследований обоснованы параметры и сконструированы конструкции блока бункеров, дозатора, универсального измельчителя и транспортера-смесителя В разработанной комплектации при серийном производстве цена бункера не будет превышать 3000 тысяч рублей.

В настоящее время изыскиваются средства для изготовления полномасштабного экспериментального образца для проведения хозяйственных испытаний.

Список используемой литературы 1. Коба В.Г. Механизация технологии производства продукции животноводства / В.Г.

Коба, Н.В. Брагинец и другие – М.: Колос, 1999.

ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА

«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

При вибрационном воздействии на сыпучую зернистую среду происходит перемещение частиц в результате ударов о стенки сосуда, в котором находится сыпучий материал, и в результате столкновения частиц между собой. Рассмотрим процесс столкновения частиц между собой.

При воздействии вибрации сыпучая среда находится в состоянии, которое можно идентифицировать как псевдожидкость. Представим частицу, находящуюся в такой однородной псевдожидкости. Она испытывает хаотические столкновения с частицами, в результате чего находится в непрерывном беспорядочном движении, которое можно идентифицировать как броуновское.

Опишем движение частицы среды теоретическими решениями, примененными для описания поведения частицы в броуновском движении [1].

Положение частицы рассматриваем лишь в дискретные моменты времени t=kt, кратные t. Изменение положения происходит таким образом, что, находясь в точке х, частица независимо от предшествующего поведения переходит с равными вероятностями в одну из соседних точек х + х или х— х,. В пределе, когда определенным образом t0, x0, получается непрерывное случайное блуждание, характерное для физического процесса броуновского движения.

Обозначим (t) положение частицы в момент времени t. Пусть в начальный момент времени t = 0 частица находится в точке х = 0.

(t ) kn сумма независимых одинаково распределенных случайных величин kn, k=1,…,n

ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА

«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

В соответствии с этим, говоря в дальнейшем о (непрерывном) процессе движения частицы, мы будем иметь в виду семейство случайных величин (t ), t 0. таких, что (0) = 0 и приращения (t)—(s), t s 0, имеют нормальные распределения вероятностей с нулевым средним и соответствующей дисперсией, 2 (t s ) причем для любых непересекающихся интервалов sk, tk приращения k (tk ) ( sk ) k 1,..., n являются независимыми величинами.

Наблюдая случайный процесс (t ), t T. мы имеем дело с той или иной траекторией (t ) x(t ) t T некоторой функцией переменного t T.

Найдем распределение вероятностей случайной величины а — момента первого достижения частицей точки х = а (как и раньше, считая, что в начальный момент t = 0 частица находится в точке х = 0). Величины а и -а (моменты достижения точек а и —а) при выходе из начальной точки х = 0 имеют одинаковое распределение вероятностей. Будем считать, что а > 0, и найдем вероятность P a t В момент t частица может оказаться правее точки а лишь при условии, что в некоторый a t она находилась в этой точке (поскольку при непрерывном движении частица не момент

ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА

«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

( p a (t ) 0 при t < 0, поскольку a 0 ).

Зная распределение величины a момента достижения точки х, — сразу можно найти и распределение вероятностей величины максимального смещения частицы за фиксированное время t. Очевидно, и величина max ( s ) имеет плотность вероятности Очевидно, аналогичное распределение вероятностей имеет величина min ( s) и, значит, выs t ходя из точки х = 0. Частица за любое сколь угодно малое время t побывает как правее исходной точки х = 0, так и левее этой точки.

ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА

«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

Траектория построена для плотности вероятности (3).

Рис. 1. Траектории движения частиц среды при взаимном столкновении под воздействием вибрации: горизонтальная ось-время t,с; ряд 1 = 2t; ряд 2 = t; ряд 3 = -t; ряд 4 = -2t – границы Таким образом, показано, что имеет место взаимодействие частиц под воздействием вибрации, предложены уравнения случайного блуждания частицы сыпучей среды, которое является причиной смешения ингредиентов сыпучей среды, а также и к противоположному процессу – сегрегации ингредиентов. Этот процесс может являться причиной не достижения идеального смешения.

Список используемой литературы 1. Розанов Ю.А. Случайные процессы / Ю.А. Розанов. - М.: Наука, 1979. – 184 с.

ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА

«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

Целью НИР является выявление закономерностей измельчения соломистого вороха от вероятностных показателей продольной ориентации его соломин на подающем к измельчителю транспортере для его дальнейшей технологической обработки и последующего получения из него полуфабриката производства неотбеленного картона.

В соответствии с технологическим регламентом [1], рациональная длина измельченной соломы 40-50 мм.

Исходные требования к подготовленной для дальнейшей технологической переработки измельченной соломы ставит задачу по формированию подсистемы операций и структуры технологической линии для получения измельченной соломы с заданными требованиями.

Основными задачами, определяющими формирование подмножества операций обеспечивающих заданные требования к конечному продукту - измельченной соломы, являются следующие:

Разрушение тюков соломы и подача соломин вороха на сепаратор – ориентатор.

Продольная ориентация соломин вороха и подача их к измельчающему барабану.

Измельчение соломистого вороха с длиной основной фракции l j = 40-50 мм.

Сепарация соломин для обеспечения содержания в конечном продукте, измельченной соломе, соломин длинной l j = 40-50 мм.

Обеспечение содержания в конечном продукте загрязнений не более 1 %, органических продуктов – зерна, не более 0,5 %.

Для выбора необходимых частных технологических операций,определяющих возможность высокой вероятности получения измельченных соломин с заданной длиной резки, проТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА

«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

При измельчении стебли соломы поступают к измельчающему барабану, при условии перпендикулярности вектора скорости движения соломы к горизонтальной оси барабана, с разв hk соломы (Рис. 1). Учитывая малую величину hk 2 по сравнению с длинной l j j-х соломин, на первом этапе при предварительном расчете вероятностей Pl резки соломин измельчающим барабаном принимаем условие их равновероятностного размещения в плоскости подающего к измельчающему барабану сжатого слоя соломы. Для этих условий для оценки возможного перерезания соломин может быть использована задача Бюффона.

Решение задачи по вероятностной оценке перерезания усредненных по классам гистоlj граммы длин соломин соломистого вороха, подаваемого к измельчающему барабану и измельчаемому при существующих технологиях измельчения соломы, проведем с использованием известной [2] методики.

Pl перерезания соломин длиной l j ножом измельчителя зависит от соотВероятность Из рис. 1 видно, что величина l Пj проекции длины lj j-й соломины соломистого вороха на плоскость подающего транспортера

ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА

«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

hk 2 сжатого слоя соломы подаваемого к измельчающему барабану Используя выражения (1-5) разработан алгоритм и программа (Excel) счета показателей измельчения соломин вороха для различных задаваемых условий.

На первом этапе проанализировано влияние ширины 2 сжатого подающим устройством слоя соломистого вороха на показатели его измельчения. Для этих условий величина hk 2 =0,016 м принята равной её средней расчетной величины для подачи соломистого вороха Q 0,222 0,592 кг /( м с).

Результаты просчета представлены на рисунках 2;3. Установлено, что для рассмотреннов слоя соломистого вороха максимальная вероятность Pl перерезаго интервала ширины

ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА

«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

Рис 1. Схема вероятностного расположения проекции пj соломин длиной lj в слое соломистого вороха шириной 2b (a) и в сечении этого слоя в вертикальной плоскости расположения соломины (б) Рис. 2. Вероятность P(l) перерезания соломин ножом измельчителя от ширины 2b слоя соломистого вороха на подающем транспортёре и длинны lj соломин соломистого вороха

ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА

«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

0,2866; 0,3333; 0,3800; 0,4266 м), ширине 2в слоя сжатой соломы подаваемой транспортером к

ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА

«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

м, величина вероятности P l =16,3946%, K 1 = 7,4378, K 2 = 8,3335, а для тех же условий, при hk 2 = 0,1 м - P l = 16,9332%, K1 = 7,0096 (снижение на 5,757%), K 2 = 8,3335. При этом для соломин малой длины l j изменение толщины hk 2 слоя соломин больше влияет на показатели их измельчения, чем для соломин с большой длиной Полученные закономерности измельчения соломистого вороха предопределяют необходимость для его качественного измельчения предварительную, перед измельчением, продольную ориентацию соломин вороха с последующим его сжатием до минимальной толщины и перемещением к измельчающему барабану.

Рис. 4. Вероятность P(l) перерезания соломин ножом измельчителя от высоты hk2, ширины 2b сжатого слоя соломистого вороха, длины lj соломин (b=0,075 м) Проанализировано влияние ширины 2 в сжатого подающим устройством слоя соломистого вороха на показатели его измельчения. Установлено, что максимальная расчетная вероятность P l перерезания соломин ножом измельчающего барабана находится в пределах 2 в = 0,1 – 0,24 м, при дальнейшем увеличении 2 в вероятность P l резко снижается. Вероятностное минимальное число циклов К 1 резания соломы вороха существенно снижается с уменьшением их длины l j и увеличением ширины 2в слоя сжатой соломы.

ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА

«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

Список используемой литературы 1. Технологический регламент производства картона макулатурного для плоских слоев гофрированного картона и бумаги для гофрирования. ООО «Донская гофротара», Ростов-наДону, 2011.

2. М.П. Петинова, М.А. Краплин. К теоретическому обоснованию длины резки при измельчении листо - стебельных сельскохозяйственных материалов. Конструирование рабочих органов сельскохозяйственных машин. Труды РИСХМ, Ростов-на-Дону, 1971, с. 141-147.

3. Ермольев Ю.И., Фоменко Р.Е., Иващенко И.А., Белов С.В. и др. Технологические операции и технические средства для современных технологий агропромышленного комплекса.

Изд. центр ДГТУ, Ростов – на- Дону, 2012, 158 с.

ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА

«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

Введение. Обширная статистическая информация позволяет получать исчерпывающую информацию об испытываемом или наблюдаемом объекте, которую, например, можно использовать для построения математической модели объекта с целью прогнозирования его совершенствования. Однако обычно такая статистическая информация должна быть получена от одного объекта или группы однотипных объектов принадлежащих, как это требует математическая статистика, к одной генеральной совокупности.

Моделирование как средство совершенствования сельскохозяйственных машин.

Если мы имеем статистическую информацию по результатам испытаний, например, самоходных зерноуборочных комбайнов «Вектор» (Россия) и «Mega» (Германия), одной типовой модели и комплектации, полученную в одной климатической зоне на уборке одной культуры (на одном агрофоне), то объединять такую информацию для дальнейших исследований нельзя. Однако для каждой модели комбайнов испытанных в одинаковых условиях можно получить математическую модель вида где Y – вектор показателей качества (производительность, потери, дробление и т. д.);

Xо – вектор основных конструктивных параметров (постоянные величины для конкретной модели комбайна);

Xр – вектор параметров настройки (переменные величины);

Z – вектор зональных условий испытаний (агрофон).

Моделируя (1) по каждой модели комбайна одинаковые зональные условия (Z) с учетом параметров настройки (Xр), можно получить для каждой модели комбайна искусственное «инТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА

«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

Искусственное «информационное поле» для модели комбайна Искусственное «информационное поле» для модели комбайна 2*

ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА

«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

Список используемой литературы 1. Царев Ю.А. Оценка агротехнологической эффективности новых и модернизируемых зерноуборочных комбайнов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. – 1999, № 2.

2. Царев Ю.А. Методология зональной (региональной) концепции совершенствования зерноуборочных комбайнов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. – 2000, № 1.

3. Царев Ю.А., Харьковский А.А. Перспективы использования электронной системы управления (бортового компьютера) в зерноуборочных комбайнах «Дон» и «Нива» // Тракторы и сельскохозяйственные машины. – 2005, № 1.

ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА

«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

В настоящее время в связи с редукцией системы земледелия, минимизацией технологий обработки почвы и уменьшением содержания в ней гумуса, постоянным нарастанием использования значительного количества все более сильных средств защиты растений а, также, изменением природно-климатических условий все сложнее добиваться получения стабильно-высоких урожаев сельхозкультур. Особое значение на фоне этой проблемы получает проблема получения урожаев с высокими качественными показателями в том числе по их безопасности при использовании на продовольственные и фуражные цели.

По оценкам ФАО в мире 25–30 % зерновых поражено токсинообразующими микромицетами и продуктами их жизнедеятельности – микотоксинами. В нашей стране по оценкам различных экспертов [1] до 60 % сбора урожая семенного продовольственного и фуражного зерна заражено различными видами микроскопических грибов. Кроме зерна, заражению подвергаются продукты его переработки, шроты и жмых, а также соломистые остатки.

В эти материалы микроскопические грибы попадают из почвы, их приносят насекомые, птицы, животные, атмосферные осадки и воздушные потоки. Микромицеты начинают развиваться на зеленой массе растений и попадают на зерно, солому, в почву. Если зерно убирается и в последствии хранится в неблагоприятных условиях, происходит дальнейшее нарастание контаминации.

Микотоксины могут вызывать сильные отравления и различные заболевания как у животных и птицы, так и у человека. Кроме того, микотоксины сильнейшие иммунодепрессанты из-за генотоксичности и цитотоксичности микромицетов для иммунных клеток.

ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА

«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

При использовании в животноводстве и птицеводстве кормов с повышенной контаминаций микроскопическими грибами и микотоксинами для снижения их токсичности используют ввод в корма различных сорбентов, а также химические и термические методы обеззараживания. Последние в настоящее время применяют редко так как они не всегда достаточно эффективны и достаточно дороги.

Вместе с тем, использование некоторых электротехнологий, основанных на открытых в последнее время биофизических эффектах воздействия электрофизических факторов на сельскохозяйственные материалы и, в первую очередь, на зерно, может обеспечить при относительно низких затратах энергии получение продукции требуемого качества причем экологически чистыми способами.

К таким электротехнологиям относятся технологии использующие для обработки материалов энергию электромагнитного поля (ЭМП) сверхвысокой частоты (СВЧ) и обработку с использование электроактивированного воздуха (озона).

Наиболее высокую интенсивность нагрева можно достичь при СВЧ-обработке материала, когда она преобразуется в тепловую непосредственно в материалах в зависимости от их диэлектрических свойств.

СВЧ-обработка зерна, состоящего условно из сухого вещества и воды внутри его капилляров, будет обеспечивать в большей степени нагрев воды, чем собственно сухого вещества зерна, так как ее диэлектрические свойства существенно выше. Таким образом, могут быть созданы условия, при которых происходит закипание влаги непосредственно в капиллярах зерна, обеспечивающее разрушение крахмальных зерен и переход нативного крахмала в легкоусваиваиваемое состояние близкое к сахарам – декстрины. При этом влага интенсивно переносится из внутренних слоев зерна к его поверхности и создает условия для уничтожения патогенной микрофлоры находящейся на поверхности зерна, в трещинах или непосредственно в самих поверхностных слоях. В результате одновременного протекания этих процессов повышается питательная ценность зерна и происходит его обеззараживание. Кроме того, меняется и сама структура зерна. Его пористость и прочность могут изменяться на порядок.

ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА

«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

Рис. 1. Установки для высокоинтенсивной тепловой обработки (микронизации) Экспериментально производственная проверка разработанного технологического процесса показала, что наиболее эффективна СВЧ обработка зерна влажностью 10-14%. Нагрев зерна до 130-1400С в течении нескольких секунд в ЭМП СВЧ после предварительного конвективно-инфракрасного нагрева приводит к повышению степени декстринизации крахмала до максимальных значений (50-70%) Оценка обработанного зернофуража на наличие микрофлоры и общей бактериальной обсемененности показала 100% стерилизацию готового продукта.

Зоотехнические опыты по скармливанию обработанного зернофуража животным и птице показали, что использование микронизированного зерна ячменя в составе кормов позволяет увеличить прирост живой массы у поросят в возрасте от 2-х до 4-х месяцев на 16,8 и 26,9 % по сравнению с контрольной группой. При этом усвояемость корма в опытной группе в 1,2 раза выше, чем в контрольной.

При обработке фуражного зерна и откорме им молодняка животных и птицы достигается уменьшение расхода кормов на 12-18 %, снижение желудочно-кишечных заболеваний и падежа животных и птицы.

Особенности технологии обработки зерна с использованием ЭМП СВЧ могут быть применены для других растительных материалов, например зеленой растительной массы при производстве витаминной травяной муки или соломы, используемые в животноводстве и птицеводстве.

ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА

«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

Целью данного исследования явилось определение изменения структурной поверхности соломистого материала, его свойств гигроскопичности в зависимости от электромагнитного воздействия на него волнами СВЧ и степени обеззараживания от микроскопических грибов.

В качестве исходного материала была использована солома озимой пшеницы «Прикумчанка» урожая 2010 года, прошедшая комбайновую обработку на зерноуборочном комбайне «Клаас».

Для исследования поверхности соломистой структуры на микро- и нано- уровне был использован известный метод пространственного разрешения с использованием сканирующего зондового микроскопа NanoEducator. При проведении исследований нами были выделен размерный участок соломы 12х12 мкм.

В результате проведения соответствующих исследований нами были получены гистограммы и трехмерные поверхности исследуемого образца (рис. 2 и 3).

Было установлено, что если поверхность исходного соломистого материала представляет собой гладкую и относительно однородную поверхность по высоте, то поверхность обработанного в ЭМП СВЧ поле образца имеет «игольчатую», шероховатую поверхность и неоднородна по высоте.

На рис. 2 3-D модель показывает, существенные качественные изменения на поверхности материала. Отчетливо видны неоднородные всплески по высоте.

Нами была изучена поперечная поверхность исходных и обработанных образцов (рис. 3).

На поперечном срезе необработанного материала видна пористая структура с перегородками капилляров, в тоже время после воздействия СВЧ-волнами данных перегородок не наблюдается, что свидетельствует разрушении данных капиллярных перегородок за счет нагрева в ЭМП СВЧ материала и фазового перехода воды в паровоздушную смесь с ее нерелаксируемым внутреннем давлением.

Разрушение микрокапилярной и клеточной структуры соломы, как растительного материала, сопровождалось как и при СВЧ обработке зерна полным обеззараживающим эффектом, Стерильность обработанной соломы в отношении патогенной микрофлоры и бактериальной обсемененности была 100 %.

ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА

«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА

«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

Обеспечить реакцию окисления, как альтернативу применения органических кислот, и добиться эффекта обеззараживания зерна и повышения его качественных свойств возможно с использованием озона, получение которого с помощью современных электротехнологий достаточно малозатратно.

Высокая реакционная и сильная окислительная способность озона обеспечивают его глубокое проникновение в материал и взаимодействовать с находящимися в нем микотоксинами а также находящейся в капиллярах влагой. Таким образом, растворяясь в воде, озон обеспечивает образование сильной окислительной среды обеспечивающей химическое расщепление токсичных химических соединений.

Исследования проведенные ГНУ СКНИИМЭСХ Россельхозакадемии совместно с ГНУ СКНИИВ Россельхозакадемии показали, что обработка пораженного микроскопическими грибами и микотоксинами фуражного зерна озоновоздушной смесью с концентрацией до 2 мг/м обеспечивает существенное снижение токсичности обработанного продукта.

Реализация такого процесса может быть осуществлена на установке для сушки и обеззараживания зерна с использованием озоновоздушной смеси «Электа», разработанной в ГНУ СКНИИМЭСХ Россельхозакадемии (рис. 4).

Рис. 4. Установка для сушки и обеззараживания зерна «Электа» производительностью 1-2 т/ч

ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА

«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

Предельная температура теплоносителя в зоне конвективного нагрева составляет 1200С, в зоне охлаждения – окружающего воздуха. Температура зерна на выходе из сушилки на 10С выше температуры наружного воздуха., установленная мощность электрооборудования – 70 кВт.

Использование этой установки наиболее целесообразно одновременно для сушки и обеззараживания зерна семян обеспечивает снижение энергозатрат более чем в 1,5 раза, капитальных издержек – в 2,5 раза, интенсификацию влагосъема на 5,5-10,1 %. Кроме снижение общего уровня микробной и бактериальной обсемененности на до 90-100 % обеспечивается существенное снижение токсичности зараженного зерна.

Изученные особенности воздействия энергии ЭМП СВЧ и озона на зерно и другие сельскохозяйственные растительные материалы позволяют сделать вывод, что проблемы обеззараживания и детоксикации зараженного зерна могут быть эффективно решены с помощью применения оптимизированных по параметрам электротехнологий. При этом, комплексное решение этих проблем возможно только путем комбинированного воздействия ЭМП СВЧ и озона на зараженные растительные материалы.

Список используемой литературы 1. Коваленко А.А., Солдатенко Н.О., Фетисов Л.О., Сухих Е.В. Микротоксикологический мониторинг кормов в Северо-кавказском регионе / Комбикорма, №3, 2011. с.98-99.

2. Бакозян Т.Т. Микротоксины: экологический риск и контроль / Комбикорма, №1, 2006.

с.77-78.

ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА

«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

В условиях граничного трения, а также в смешанных или переходных режимах, протекание трибохимических реакций определяет состав поверхности трения и параметры фрикционного взаимодействия, что приводит к зависимости параметров трения и износа не только от природы трущихся металлов, но и от состава смазки, а также от внешних условий фрикционного контакта. В связи с этим исследование влияния трения на трибохимические реакции и обратное влияние продуктов трибохимических реакций на параметры внешнего трения имеют особое значение при обсуждении механизма смазывающего действия различных смазок [1].

Широко известное [2] явление концентрационных автоколебаний меди в ходе химических реакций является следствием самоорганизции в термодинамически открытых системах.

Учитывая, что трение в режиме избирательного переноса относится к самоорганизующимся процессам, а классическим примером проявления эффекта безызносности является трение медного сплава по стали в среде глицерина, где основные механизмы безызносности связаны с переносом меди, представляется актуальным экспериментальное выявление влияния химического состава смазочного материала и металлов пары трения на состав и свойства продуктов трибопревращений, а также кинетику изменения состава смазочной среды с течением времени.

Исследование кинетики изменения концентрации медьсодержащих продуктов в объеме смазочного материала после использования его в качестве рабочей среды в модельных условиях, имитирующих фрикционное взаимодействие путем ультразвуковой обработки с одновременной поляризацией образца производилось с целью сравнения с концентрацией ионов Сu+2 и комплексных соединений Сu+2, образующихся в результате трибовзаимодействия в паре трения медь — сталь на торцевой машине трения типа АЕ-5.

ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА

«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

Как следует из полученных результатов (рис. 1, 2 таблица 1) на кривых зависимости концентрации ионов Cu+1, Cu+2, комплексных соединений Cu+2 в водноглицериновом растворе от времени хранения после использования в качестве смазочной среды в модельных экспериментах в начальный момент времени наблюдается максимальная концентрация ионов Cu+1, концентрация комплексных соединений оказывается ~ в 5-7 раз ниже концентрации Cu+1, тогда как величина концентрации ионов Cu+2 имеет минимальное значение. Однако, уже на вторые сутки хранения, концентрация ионов Cu+1 понижается, в то время как концентрация ионов Cu+ медленно растет, по-видимому, в результате окисления ионов Cu+1до ионов Cu+2 в водноглицериновой среде: Cu+1 –1e Cu+ Выявляется тенденция к незначительным колебаниям концентрации комплексных соединений в растворе, причем с увеличением концентрации комплексных соединений происходит снижение концентрации Cu+2, в то время как концентрация Cu+1 остается практически неизменной (рис. 2).

Изменение концентрации ионов Cu+2 имеет колебательный характер (табл. 1). Концентрация Cu+1 падает в растворе практически до нулевой отметки, таким образом, при хранении отмечается тенденция перехода меди из промежуточного одновалентного в стабильное двухвалентное состояние, что визуально подтверждается изменением цвета водноглицеринового раствора с желтого (характерного для ионов Cu+1) на голубой (характерного для ионов Cu+2). Причем при снижении концентраций Cu+1 и комплексных соединений наблюдается резкое возрастание концентрации Cu+2.

ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА

«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

При хранении исследуемых растворов в течение 10 суток обнаруживается снижение концентраций Cu+1 во всей исследуемой области потенциалов, увеличение концентрация Cu+2, связанное с переходом Cu+1 в Cu+2, и колебательный характер изменения концентрации комплексных соединений меди с течением времени.

Полученные результаты согласуются с результатами триботехнического эксперимента:

максимальные значения коэффициента трения наблюдаются при потенциалах, соответствующих минимальным концентрациям медьсодержащих продуктов, и наоборот, минимальным значениям коэффициента трения соответствует электродный потенциал, при котором накапливается максимальное количество медьсодержащих продуктов [1] (рис. 1). Спектрофотометрическое исследование водноглицеринового раствора после использования его в качестве смазочной среды при моделировании условий фрикционного контакта методом ультразвука с поляризацией выявляет наличие в объеме смазочного материала медьсодержащих продуктов, идентичных образующимся при трении пары бронза-сталь на торцевой машине трении типа АЕ-5 (V=0,26 м/с;

Р=2МПа) (рис. 3).

ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА

«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

При фрикционном взаимодействии избирательный перенос в системе «медный сплавводный раствор глицерина-сталь», как было показано ранее [2], наступает через определенный промежуток времени, в течение которого в объеме смазки происходит накопление продуктов трибопревращений, а также соединений меди (+2), участвующих в формировании сервовитной пленки. Результаты изменений концентрации ионов Cu+1, Cu+2 и комплексных соединений меди в водноглицериновой среде при трении пары бронза-сталь подтверждают данные [2-4].

ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА

«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

Таким образом, значительное уменьшение скорости кластеризации в условиях фрикционного взаимодействия обусловливает длительный переход в режим безызносности, а его сокращение может быть достигнуто соответствующим комбинированным энергетическим («электролиз + ультразвук» или «электролиз + трение») воздействием на смазочный материал.

ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА

«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

2. Кужаров А.С. Координационная трибохимия избирательного переноса: дис.… д-ра техн. наук / А. С. Кужаров. - Ростов н/Д, 1991. – 513 с.

3. Беседина Е.В. Электрохимические свойства и строение фрикционного контакта при трении в режиме безызносности: дис. … канд. техн. наук / Е. В. Беседина. — Ростов н/Д, 2004. — 177 с.

4. Кужаров А.С. Особенности эволюционного перехода системы латунь-глицерин-сталь в режим безызносного трения / А. С. Кужаров, Р. Марчак // Доклады РАН. - 1997. - Т. 354, №5. С. 642-644.

ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА

«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

При ионно-плазменной обработке поверхности металла катода в плазме магнетронного разряда основными параметрами ионного облучения являются: масса ионов; энергия ионов (как кинетическая, так и энергия ионизации); плотность потока ионов; температура поверхности катода. В определенном интервале этих параметров на поверхности металлических катодов, а также углеродных волокон и полимерных пленок формируется квазипериодический микрорельеф. Это явление имеет различные объяснения [1-8], наиболее общей концепцией которых можно считать следующее.

Квазипериодическое упорядочение поверхности происходит за счет перераспределения исходных примесей, радиационных дефектов и внедренных атомов плазмы, идущего в направлении минимизации свободной энергии. Причем, при малых плотностях пучка или при импульсном облучении образующиеся макропериодические метастабильные состояния (аналогичные спинодальному расслоению) не успевают релаксировать, а подвергаются закалке за счет быстрого теплоотвода в массу металла (в силу малой глубины поверхностного слоя). При увеличении дозы облучения происходит селективное ионное травление поверхности, приводящее к образованию квазипериодического рельефа в виде «регулярной двумерной структурной сетки».

Таким образом, ионно-плазменная обработка формирует на поверхности упорядоченное распределение радиационных дефектов, аналогичное фазовому переходу «порядок-беспорядок».

Максимальный период модуляции определяется уровнем упругих напряжений. Подобная модулированная структура поверхностного слоя подложки, полученная в режиме ионного травлеТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА

«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

Рис. 1. Квазипериодический рельеф модулированной структуры поверхности стали 20Х13 после ионного травления и ионно-плазменного нанесения тонкого слоя TiN–покрытия (а) и механизм разрушения тонкого покрытия с твердостью HV = 14 ГПа и толщиной 2,8 мкм на мягкой Для того, чтобы обойти основной недостаток сверхтвердых структур – высокую хрупкость, вместо сплошного слоя формируют (сочетанием различных технологических методов) прерывистый слой с мозаично-дискретной структурой (к которой относятся 2D- или 3Dкомпозиты, а также покрытия с регулярным микрорельефом). Расчет периода таких структур проводится на основе расчета критического шага трещины Сп при когезионном разрушении сплошного покрытия под воздействием различных напряжений [4]:

здесь пт напряжения в покрытии, возникающие под действием термического градиента в процессе эксплуатации; пост остаточные напряжения в покрытии; кр критическая дефорТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА

«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

Условием прочности такого покрытия является:

где Dmax максимальный приведенный размер участка покрытия дискретной структуры.

Остаточные (растягивающие или касательные – соответственно для плоской и цилиндрической поверхностей) напряжения в покрытии можно рассчитать по выражению:

где 0 и п - коэффициенты термического расширения основы и покрытия (для стали они находятся в пределах = (11…13)106 град1); Т0 – температура основы (обычно 20С) при эксплуатации; Тп – температура плавления материала покрытия; – коэффициент Пуассона.

Рассмотрим слоистое композиционное покрытие, соседние слои которого существенно отличаются по своим механическим свойствам (твердые / мягкие). Тогда критический шаг трещины Сп, возникающей в твердом (хрупком) слое покрытия, должен превышать толщину этого слоя Dmax, чтобы трещина, выйдя из твердого слоя, «увязла» в соседнем мягком слое покрытия до того, как достигнет критического размера. При этом, исходя из физического смысла выражения (1), величину hп можно считать толщиной твердого (хрупкого) слоя, а величину 2Н толщиной мягкого слоя. Тогда hп = Dmax Сп, а в предельном случае: hпmax = Сп (для краткости в дальнейшем будем употреблять h вместо hп и Н вместо Н0).

Анализ условий работы покрытий и физической модели, заложенной в выражение (1), позволяют представить напряжения в покрытии, формирующиеся при его эксплуатации, в виде следующего условия (содержание анализа мы оставляем для более подробных публикаций):

а выражение (1) и условие (2) можно записать в следующем структурном виде:

Из выражения (5) следует, что для обеспечения прочности покрытия, характеризуемого условием (2), необходимо, чтобы:

ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА

«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

Расчетные параметры механической стойкости различных покрытий Однослойные покрытия на стали 20Х13 (К = H / h = 10) Композиционные двухслойные системы при К = H / h = 0, Ti TiN Ti TiC Ti WC Исследование прочности покрытий, результаты которого представлены в таблице 1, выполняли путем вычисления вспомогательного множителя Ср0 относительно величины h: h = = Dmax Сп = h Ср0. Величина h входит во все формулы в неявном виде – в составе параметра К. Для выполнения условия прочности (2) величина Сп должна быть больше h, независимо от размера h. Тогда эквивалентным условием прочности является Ср0 1. Если Ср0 1, то покрытие требует дополнительного упрочнения либо дисперсионного, либо рельефного с размером упрочняющих структурных элементов Dmax Сп h. Поэтому в таблице 1 приведены значения параметра К, при которых Ср0 = 1 (при напряжениях ). За единицу износостойкости принят уровень стали 20Х13 без покрытия, которая может выдержать условный уровень предельных эксплуатационных напряжений 40 МПа. То есть графа I показывает, во сколько раз износостойкость покрытия превышает стойкость стали 20Х13.

Выполненные расчеты касаются только механического (в т. ч. циклического) воздействия на покрытие. Для условий работы, включающих дополнительные разупрочняющие факторы (например, повышенные температуры), необходимо использование более широкого расчетного аппарата.

ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА

«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»

Список используемой литературы 1. Кривелевич С.А. Феноменологическое описание фазовых переходов, индуцированных ионным облучением // Взаимодействие ионов с поверхностью: Материалы 16-й Международной конференции – М.: «МАИ». 2003. Т.2. С.155-158.

2. Хмелевская В.С., Малынкин В.Г., Накин А.В. Пространственно-организованные и нанокластерные структуры в металлических материалах, облученных ионами // Там же. С.75-78.

3. Хмелевская В.С., Степанов В.А. Эффект дальнодействия в условиях радиационноиндуцированногофазового перехода // Материалы Научной сессии НИЯУ МИФИ. – М.: МИФИ, 2010. С.17-30.

4. Структура и свойства нанокомпозитных, гибридных и полимерных покрытий / А.Д.

Погребняк, А.А. Лозован, Г.В. КирикН.Н. Щитов, А.Д. Стадник, С.Н. Братушка. – М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2011. – 344 с.

5. Лигачева Е.А., Лигачев А.Е., Сохорева В.В. морфология поверхности углеродного волокна после обработки ионами азота // Взаимодействие излучений с твердым телом: Материалы V Международной конференции. – Минск, Беларусь: БГУ, 2003. С.270-271.

6. Беграмбеков Л.Б., Захаров А.М. развитие рельефа поверхности металлов при ионной бомбардировке // Быстрозакаленные материалы и покрытия: Материалы 2-й Всероссийской научно-технической конференции. – М.: «МАТИ» - РГТУ им. К.Э. Циолковского. 2003. С.216-222.

7. Милинчук В.К., Загорский Д.Л., Виленский А.И., Бушуев Д.О., Пасевич О.Ф. Исследование поверхности полимеров, экспонированных в космосе на орбитальной станции «Мир» // Тезисы докл. XXXIV Международной конференции по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами. – М.: МГУ, 2004. Т.1. С.156-158.

8. Беликов А.И., Седых Н.С. Вакуумные технологии формирования дискретных упрочняющих покрытий на основе регулярного микрорельефа // В сб. Материалы XIII-й международной научно-технической конференции «Высокие технологии в промышленности России» и ХХ-го Международного симпозиума «Тонкие пленки в электронике». – М.: МГТУ им. Н.Э.

Баумана, 2007. С.300-304.

9. Наноструктурные покрытия / Под ред. А. Кавалейро, Д. Де Хоссона. – М.: Техносфера, 2011. – 752 с.

ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА

«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»