авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 8 |

«ISSN 1819-4036 МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ КРАСНОЯРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕР- СИТЕТ В ...»

-- [ Страница 5 ] --

7. Донкова Н.В. Влияние энтеросорбции на цитоморфологические показатели внутренних органов цыплят бройлеров при лекарственном воздействии // Актуальные аспекты экологической, сравнительно видовой, возрастной и экспериментальной морфологии: мат-лы междунар. науч.-практ. конф. – Улан Удэ, 2004. – С. 70–72.

8. Золотухин С.Н., Васильев Д.А., Каврук Л.С. Этиологическое значение морганелл в патологии сельско хозяйственных животных // Ветеринария. – 1999. – № 2. – С. 25–27.

9. Ковальчук Н.М. Актуальные аспекты эшерихиоза у сельскохозяйственных животных // Вестн. КрасГАУ. – 2001. – № 7. – С. 59–62.

10. Ковальчук Н.М. Антигенная вариабильность и вирулентность эпизоотических штаммов эшерихий // При родные и интеллектуальные ресурсы Сибири (СИБРЕСУРС–7 – 2001): докл. 7-й Междунар. науч.-практ.

конф. (Барнаул, 17–19 сент. 2001 г.). – Томск: Изд-во Том. ун-та, 2001. – Ч. 2. – С. 269–272.

11. Field M. Studies on enteropathogenic E.coli. – Am. J. Clin., Nurt., 1979. – Р. 189–196.

12. Cruchaga S., Echeita A., Usera M.A. Antimicrobial susceptibility of a selection of Salmonella strains of various origins isolated in Spain // Rev. Esp. Quimioter. – 1999. – Vol. 12. – P. 250.

13. Gomez-Lus R. Evolution of bacterial resistance to antibiotics during the last three decades // Int. Microbiol. – 1998. – Vol. 1. – P. 279–284.

УДК 619:616-091.8:636.52/58 Е.Г. Турицына ВЛИЯНИЕ ИНДУКТОРА ЭНДОГЕННОГО ИНТЕРФЕРОНА «ПРОВЕСТ» НА МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СО СТОЯНИЕ ОРГАНОВ ИММУННОЙ СИСТЕМЫ КУР Изучено морфофункциональное состояние органов иммунной системы кур при применении препара та «Провест», являющегося индуктором эндогенного интерферона. Выявлено его положительное влияние на пролиферацию кортикальных лимфоцитов тимуса, развитие интенсивной плазмоцитарной реакции в фабрициевой бурсе и селезенке.

Ключевые слова: препарат «Провест», куры, морфология, тимус, фабрициевая бурса, селезенка.

Ye.G. Turitsyna ENDOGENOUS INTERFERON INDUCTOR «PROVEST» INFLUENCE ON MORPHOFUNCTIONAL CONDITION OF THE HEN IMMUNE SYSTEM ORGANS Morphofunctional condition of the hen immune system organs at "Provest" preparation application which is an endogenous interferon inductor is studied. Its positive effect on thymus cortical lymphocyte proliferation, intensive plasma cell specific reaction development in bursa of Fabricius and spleen is revealed.

Key words: "Provest" preparation, hens, morphology, thymus, bursa of Fabricius, spleen.

Индукторы интерферона представляют собой самостоятельный класс гетерогенных по составу высоко и низкомолекулярных природных и синтетических соединений, объединенных способностью вызывать в клет ках и организме в целом синтез собственных, или эндогенных, интерферонов [3]. Наиболее активными проду центами интерферона являются иммунокомпетентные клетки, широко распространенные в организме и фор мирующие центральные и периферические органы иммунной системы.

Препараты, созданные на основе двуспиральных и однонитевых нуклеиновых кислот (дсРНК и онРНК), не только «включают» систему синтеза интерферона, но и выступают в качестве регуляторов всей цитокино вой сети, оказывают на иммунную систему поликлональное модулирующее действие [3–4]. В последние годы был сделан важный шаг вперед в понимании процессов взаимодействия нуклеиновых кислот с клетками. Ус тановлено, что нуклеиновые кислоты контактируют на поверхности клеток с Toll-like рецепторами, которые относятся к семейству интерлейкин 1-рецепторов. При этом рецепторами для дсРНК являются белки TLR3 и TLR9, а для онРНК – TLR7 и TLR8 [7–8].

Механизм действия дсРНК и онРНК универсален, что объясняет факты их широкого испытания в раз личных областях медицины, в том числе в онкологии и при патологии иммунной системы. В то же время пре параты на основе нуклеиновых кислот до сих пор не нашли своего применения в ветеринарной медицине.

Имеются единичные сообщения об испытаниях дсРНК в качестве иммуномодуляторов и стимуляторов неспе цифической резистентности в животноводстве, свиноводстве и птицеводстве [2;

5–6]. Сведения о влиянии дсРНК на гистоархитектонику органов иммунной системы животных и птиц в научной литературе отсутствуют.

Целью исследований явилось изучение влияния индуктора эндогенного интерферона «Провест» на морфофункциональное состояние органов иммунной системы кур. «Провест» представляет собой комплекс натриевых солей однонитевых и двуспиральных рибонуклеиновых кислот, полученных из киллерных дрожжей Saccharomyces cerevisiae с добавлением поливинилпирролидона, обеспечивающего его пролонгированное действие.

Материалы и методы исследований. Научно-производственные испытания «Провеста» были прове дены на птицефабрике «Заря» Красноярского края и на кафедре анатомии и гистологии животных Института прикладной биотехнологии и ветеринарной медицины Красноярского государственного аграрного университе та. В одном из производственных цехов птицефабрики сформировали три группы суточных цыплят яичного кросса «Родонит-2»: одну контрольную и две опытные. Цыплятам первой опытной группы вводили препарат в дозе 10 мкг/гол., второй опытной группы – в дозе 20 мкг/гол., контрольная птица не получала препарат.

«Провест» перед введением растворяли в разбавителе для сухих вирусвакцин против болезни Марека и вводили его внутримышечно в область бедра полуавтоматическим инъектором ИП-1 одновременно с вакциной в дозе 0,2 мл. Обработку цыплят производили в условиях инкубатория, перед посадкой в цех выращивания. Кон тролем служила вакцинированная птица того же возраста, не обработанная данным препаратом.

Материалом для исследований служили тимус, фабрициевая бурса и селезенка. Материал отбирали от 5 голов цыплят каждой группы в суточном, 7-, 14-, 21-, 30-, 45-дневном возрасте. Готовые парафиновые срезы окрашивали гематоксилином Бмера или Эрлиха и эозином, на соединительную ткань – по Маллори, Ван Ги зону и Футу. Полисахаридные соединения в тканях выявляли по Крейбергу. Плазматические клетки диффе ренцировали при окраске срезов метиловым зеленым и пиронином G по Браше [1]. Для оценки антителости мулирующих эффектов «Провеста» сопоставляли данные об интенсивности плазмоцитарной реакции с ре зультатами иммунологического мониторинга поствакцинального иммунитета в реакциях ИФА и РЗГА, получен ными в лаборатории птицефабрики.

Морфометрические исследования органов включали определение их абсолютной и относительной мас сы. В тимусе находили соотношение коркового и мозгового вещества (индекс коры);

плотность лимфоцитов в условном поле зрения коры и медуллы;

количество митозов в верхней зоне коры на 1000 зарегистрированных клеток (митотический индекс);

количество и размеры телец Гассаля.

В фабрициевой бурсе измеряли диаметр и площадь лимфатических фолликулов, плотность лимфоци тов в корковом и мозговом веществе, степень развития интерфолликулярной соединительной ткани и е кле точный состав, особое внимание уделяли развитию плазмоцитарной реакции. При е оценке подсчитывали суммарное количество плазматических клеток в 30 полях зрения интерфолликулярной и субэпителиальной соединительной ткани при иммерсионном объективе. На поперечном срезе селезенки определяли количество и размеры лимфатических фолликулов и клеточный состав красной пульпы. Морфометрические исследования проводили с помощью окуляр-микрометра МОВ-1-15х и окулярной сетки Г.Г. Автандилова Достоверность об наруженных межгрупповых морфометрических отличий оценивали с использованием t-критерия Стью дента.

Результаты исследований и их обсуждение. Исследование тимуса показало, что за 1,5 месяца на блюдений его абсолютная масса увеличилась у всех экспериментальных птиц в 18–20 раз (Р0,001), а относи тельная – в 1,3–1,7 раза (Р0,01). Статистически значимые межгрупповые отличия данных показателей за фиксировали на седьмые сутки между контрольной и 2-й опытной группой (Р0,05). У птицы, обработанной «Провестом» в дозе 10 мкг/гол. (1-я группа), наблюдалась тенденция к повышению абсолютной массы органа на 30-е и 45-е сутки жизни.

Комплекс морфологических и морфометрических исследований позволил выявить, что у птицы, обрабо танной препаратом, соотношение корковой и мозговой зоны (индекс коры) был выше показателей контрольной группы практически во все периоды исследований. Достоверные межгрупповые отличия зафиксировали на 7 е, 14-, 21- и 45-е сутки (рис. 1).

Рис. 1. Соотношение коркового и мозгового вещества (индекс коры) тимуса цыплят в эксперименте, усл. ед. (* – Р0,05;

** – Р0,01) У 7-суточной птицы 2-й группы индекс коры превысил показатели контроля на 21,4% (Р0,05);

у двухне дельной птицы 1-й группы – на 18,9% (Р0,05);

у трехнедельных цыплят 1-й группы – на 14,9% (Р0,05), а 2-й группы – на 24,8% (Р0,01);

у 45-суточной птицы 1-й группы – на 15,09% (Р0,05).

Митотическая активность лимфоцитов верхних слоев корковой зоны тимуса под влиянием «Провеста»

значительно возросла. Достоверную разницу между группами установили на 7-е, 14- и 21-е сутки (рис. 2).

Рис. 2. Митотический индекс лимфоцитов тимуса у экспериментальной птицы, усл. ед. (* – Р0,05;

** – Р0,01) У семисуточных цыплят 2-й группы митотический индекс превысил показатели контрольной группы на 54,2% (Р0,05);

у двухнедельных цыплят 1-й опытной группы – на 37,5% (Р0,05);

у трехнедельной птицы 1-й группы – на 29,3% (Р0,05), а 2-й группы – на 43,9% (Р0,01).

Важным показателем функциональной активности тимуса является плотность заполнения лимфоцита ми коркового и мозгового вещества. У суточной птицы в условном поле зрения коры обнаружили 108,6±2, клеток, мозговой зоны – 29,3±1,51 клеток. С возрастом градиент плотности лимфоцитов в коре и медулле уве личился во всех группах, однако у цыплят, обработанных «Провестом», этот процесс протекал наиболее ин тенсивно. Достоверные межгрупповые отличия зафиксировали на 7-е, 14- и 21-е сутки. У семисуточных цып лят 2-й группы показатель превысил контрольные данные на 9,23% (Р0,05);

у двухнедельной птицы 1-й груп пы – на 9,08% (Р0,05);

у трехнедельного молодняка кур 2-й группы – на 5,59% (Р0,05). Максимальное коли чество лимфоцитов в условном поле зрения коры тимуса наблюдали на 30-е сутки у всей экспериментальной птицы.

В мозговой зоне тимуса достоверную разницу плотности клеток между контрольной и опытной птицей зафиксировали на 14-е и 21-е сутки. У двухнедельных цыплят 1-й опытной группы разница с контролем соста вила 33,89% (Р0,05), у 21-суточной птицы 2-й опытной группы – 25,36% (Р0,05).

Скопления эпителиальных клеток в медулле формировали единичные вакуоли, содержимое которых при окраске по Крейбергу давало умеренную положительную реакцию на кислые гликозаминогликаны. Под влиянием «Провеста» секреция кислых гликозаминогликанов незначительно понижалась.

В мозговом веществе тимуса суточных цыплят встречали единичные тельца Гассаля, размеры которых не превышали 7,92±0,31 мкм. В течение первых двух недель эксперимента количество телец в тимусе опыт ной птицы было меньше, чем у контрольных цыплят. Достоверную межгрупповую разницу установили на 14-е сутки: в 1-й группе она составила 20,25% (Р0,05), во 2-й группе – 35,44% (Р0,01). К концу первого месяца наблюдений в опытных группах произошел резкий подъем содержания тимических телец. Они были мелкими, интенсивно оксифильными, гомогенного вида. В 1-й группе разница с контролем составила 52,7% (Р0,01), во 2-й группе – 29,11% (Р0,05). Размеры телец колебались от 8 до 15,5 мкм. Самые мелкие тельца встречали в тимусе суточного молодняка, наиболее крупные – у 30-суточной птицы.

Абсолютная масса фабрициевой бурсы за 45 суток наблюдений увеличилась в 11,3–15,5 раза (Р0,001).

Значительные колебания массы органа наблюдали у птицы трехнедельного воз раста. В этот период на вскрытии встреча ли бурсы крупного размера массой до 1,0– 1,2 г с набухшими гиперемированными складками, обильной слизью в полости.

Подобные изменения органа, на наш взгляд, являлись реакцией на антигенную стимуляцию против инфекционной бур сальной болезни. У птицы, обработанной «Провестом», наблюдалась тенденция повышения массы фабрициевой бурсы.

Однако вследствие значительных индиви дуальных колебаний достоверная разница с контролем была зафиксирована только у Рис. 3. Митозы лимфоцитов в верхних слоях коркового 45-суточного молодняка кур 1-й опытной вещества тимуса (указаны стрелками). Возраст 21 сутки, группы (Р0,05). 2-я опытная группа. Гематоксилин. Относительная масса фабрициевой бурсы значительно колебалась в течение всего периода наблюдений. За первые три недели она увеличилась в 2,85 раза у птицы 1-й группы, в 3,96 – во 2-й группе, в 4,05 раза в – контроле (Р0,001). У 30-суточной птицы относительная масса бурсы сократилась во всех группах в 1,7–2,5 раза по сравнению с предыдущим возрастом и только к 1,5-месячному возрасту наметилась тенденция к ее росту. В этот период во всех группах регистрировались случаи резкого снижения абсолютной и относительной массы фабрициевой бурсы, что рас ценивалось нами как проявление иммунопатологического состояния.

Морфологические исследования показали, что у суточных цыплят складки фабрициевой бурсы содер жали мелкие лимфатические фолликулы округлой или овальной формы, их площадь в среднем составила 7154,9±682,7 мкм2. С возрастом у всей экспериментальной птицы количество и размеры фолликулов увеличи лись. Максимальные показатели были зафиксированы у 30-суточной птицы. Они превысили данные суточных цыплят в 19,3 раза в 1-й группе, в 20,4 раза – во 2-й группе и в 18,5 раза – в контрольной группе (Р0,001).

Достоверные межгрупповые отличия площади лимфофолликулов установили на 7-е и 21-е сутки (Р0,05). К 1,5-месячному возрасту размеры фолликулов бурсы во всех группах значительно сократились, в них появи лись признаки кистозного или железистого перерождения.

Определение суммарного содержания плазматических клеток в 30 полях зрения интерфолликулярной и субэпителиальной соединительной ткани фабрициевой бурсы показало значительный рост их количества у всех экспериментальных цыплят, что явилось закономерной реакцией на антигенные стимуляции. Максимальное со держание плазмоцитов было зафиксировано на 30-е сутки наблюдений. У птицы 1-й группы количество плазмо цитов за 30 суток увеличилось в 20,1 раза по сравнению с исходным состоянием и составило 132,6±7,18 клеток (Р0,001), у птицы 2-й группы – в 22,3 раза и достигло 147,2±6,39 клеток (Р0,001), у цыплят контрольной группы – в 17,9 раза и составило 118,2±6,19 клеток (Р0,001). К концу наблюдений, несмотря на продолжающиеся анти генные стимуляции, интенсивность плазмоцитарной реакции снизилась во всех группах. Межгрупповые отличия были статистически значимы на 14-, 21- и 30-е сутки эксперимента (рис. 4).

Следует отметить, что в первую неделю после введения «Провест» вызвал кратковременное подавле ние плазмоцитарной реакции в бурсе, о чем свидетельствовало незначительное отставание показателей опытной птицы от контрольных величин. Так, при дозе препарата 20 мкг/гол. разница с контролем составила 6,5%, при дозе 10 мкг/гол. – 4,3%.

Исследование абсолютной массы селезенки показало, что за 1,5 месяца наблюдений орган увеличился в 1-й группе в 65 раз, во 2-й группе – в 71, в контрольной группе – в 53 раза (Р0,001). Достоверные межгруп повые отличия наблюдали на 7-е и 45-е сутки. У 7-суточных цыплят 2-й группы контрольные показатели были превышены на 46,7% (Р0,01);

у 45-суточной птицы 1-й группы – на 22,29%, 2-й группы – на 33,43% (Р0,05).

Относительная масса органа увеличилась за период наблюдений в 4–5 раз (Р0,001). Достоверное превыше ние контрольных показателей зафиксировали у 7-суточной птицы 2-й группы (Р0,05) и у 1,5-месячного мо лодняка первой (Р0,01) и второй группы (Р0,05).

Рис. 4. Суммарное содержание плазматических клеток в 30 полях зрения интерфолликулярной и субэпителиальной соединительной ткани фабрициевой бурсы цыплят в эксперименте (* – Р0,05) Морфологические исследования показали отсутствие оформленных лимфатических фолликулов на по перечном срезе селезенки суточных цыплят. Белая пульпа представлена небольшими по площади рыхлыми полями малых лимфоцитов. Импрегнация серебром по Футу выявила нежную сеть аргирофильных волокон, образующих строму органа.

Среди клеток красной пульпы у суточной птицы преобладали эритроциты (28,9±2,35%) и лимфоциты (24,9±1,18%). Значительное место занимали гранулоциты (14,8±1,34%). Наряду со зрелыми гранулоцитами встречали молодые клетки со слабосегментированными ядрами бобовидной, овальной или палочковидной формы и объемной оксифильной, слабозернистой цитоплазмой. Относительное содержание ретикулоцитов составило 13,4±1,02%, макрофагов – 10,4±0,75, фибробластов – 6,44±0,50%. Самыми редкими клетками были плазмоциты, их содержание составило 1,1±0,28%. С возрастом у всех цыплят сократилось содержание эрит роцитов, гранулоцитов, ретикулярных клеток и фибробластов, но увеличился уровень лимфоцитов, плазмати ческих клеток и макрофагов.

Обработка птицы «Провестом» вызвала повышение относительного уровня лимфоцитов в опытных группах. Достоверную разницу с контролем установили на 7-е и 14-е сутки при дозе препарата 20 мкг/гол.

(Р0,05), при этом содержание лимфоцитов колебалось в пределах 37–38%.

Плазмоцитарная реакция в селезенке цыплят в первую неделю после обработки «Провестом» была достоверно ниже, чем в контрольной группе (Р0,05). Однако на 14-, 21- и 30-е сутки содержание плазмоцитов было достоверно выше показателей контрольной группы (Р0,05). Максимальную интенсивность плазмоцитарной реакции зафиксировали у 30 суточной птицы, обработанной «Провестом» в дозе 20 мкг/гол. (19,7±1,23%).

Поскольку плазматические клетки яв ляются продуцентами антител, нами было проведено сравнение данных об интенсивно сти плазматической реакции в фабрициевой бурсе и селезенки с результатами серологиче ских исследований напряженности поствакци нального иммунитета. Сопоставление показа Рис. 5. Плазматические клетки (указаны стрелками) ло отсутствие прямой зависимости между в красной пульпе селезенки. Возраст 21 сутки.

уровнем титров антител и суммарным содер Гематоксилин-эозин. жанием плазмоцитов в фабрициевой бурсе.

Так, у 15-суточных цыплят 1-й группы средние поствакцинальные титры антител против инфекционного бронхита были выше контрольных показателей в 2,29 раза (Р0,001), а во 2-й группе – в 1,89 раза (Р0,01);

против инфекци онной бурсальной болезни в 1-й группе они были выше, чем в контроле, на 5,33%, во 2-й группе – на 14,1%;

против ньюкаслской болезни – на 15,4 и 19,8% соответственно. В то же время количество плазмоцитов в бурсе и селезенке было выше данных контрольной группы только на 10–30%.

Выводы 1. Индуктор эндогенного интерферона «Провест» вызывает морфофункциональные изменения в орга нах иммунной системы кур, характеризующиеся микроструктурной перестройкой, особенностями цитохимиче ских параметров и сдвигами клеточного состава в тимусе, фабрициевой бурсе и селезенке.

2. «Провест» стимулирует пролиферацию кортикальных лимфоцитов тимуса, обусловливая высокий уровень их митотической активности, что сопровождается повышением плотности клеток в корковом и мозго вом веществе;

подавляет формирование тимических телец в первые две недели после введения.

3. «Провест» вызывает кратковременное подавление плазмоцитарной реакции в фабрициевой бурсе и селезенке в первые дни после введения с последующей ее активизацией. Высокие титры поствакцинальных антител у птицы, обработанной препаратом, свидетельствуют не столько об усилении пролиферации и диф ференциации плазмоцитов, сколько о стимуляции биосинтетических процессов в антителообразующих клет ках.

Литература 1. Автандилов Г.Г. Основы патологоанатомической практики. – М.: РМАПО, 1994. – 505 с.

2. Влияние разных форм природных РНК на иммунный ответ / Ю.С. Аликин [и др.] // Достижения современной биотехнологии: сб. науч. тр. – Новосибирск, 2008. – C. 92–103.

3. Григорян С.С. Индукторы интерферона: итоги и перспективы // Интерферону – 50 лет: мат-лы науч. прак. конф. – М., 2007. – С. 66–72.

4. Ершов Ф.И. Пять десятилетий интерферона // Интерферону – 50 лет: мат-лы науч.-практ. конф. – М., 2007. – С.11–18.

5. Пролонгированный вестин для профилактики и терапии при инфекционных болезнях поросят / С.И. Прудников, А.А. Духовский, Т.М. Прудникова [и др.] // Ветеринария. – 2008. – № 6. – С. 18–21.

6. Понюхов В.А. Рациональные схемы применения пробиотиков и иммуномодуляторов на основе РНК и их противоэпизоотическая эффективность в промышленном птицеводстве: автореф. дис. … канд. вет.

наук. – Новосибирск, 2006. – 23 с.

7. Соколова Т.М. Интерфероны, дсРНК и вирусы (история изучения и эволюция взглядов) // Интерферону – 50 лет: мат-лы науч.-практ. конф. – М., 2007. – С. 81–92.

8. Toll-like receptor 3: a link between toll-like receptor, interferon and viruses / M. Matsumoto, K. Funami, H. Oshiumi [et al] // Microbiol. Immunol. – 2004. – Vol. 48. – № 3. – Р. 147–154.

ТЕХНИКА УДК 630*232.315 Л.Т. Свиридов, Г.Н. Вахнина КИНЕМАТИКА ДВИЖЕНИЯ СЕМЯН В ПЕРИОД ВЗЛЕТА ПРИ ПОДБРАСЫВАНИИ НА ПОЛОТНЕ РЕШЕТА В статье впервые рассматриваются уравнения, описывающие кинематические параметры крупной и мелкой частиц при взлете с учетом влияния новых условий, обусловленных конструктивно установочными параметрами подвесок.

Ключевые слова: семена, подбрасывание, частица, расстояние, подвеска, решетный стан.

L.T. Sviridov, G.N. Vakhnina SEED MOVEMENT KINEMATICS IN THE PERIOD OF TAKE-OFF AT JOLTING ON THE SIEVE FLAT PART Equations describing kinematic parameters of large and small parts at take-off taking into consideration the ef fect of new conditions caused by the constructive and setting parameters of the hanger brackets are considered in the article for the first time.

Key words: seeds, jolting, particle, distance, hanger bracket, sieve boot.

Достаточно хорошо изучены режимы движения семенного материала в целом и семени в отдельности по полотну рабочего органа семеочистительной машины [1–2]. Многими исследованиями рассматривался вопрос влияния поведения слоя семян на просеиваемость [3]. Отличительной особенностью режима движе ния очищаемого материала, создаваемого применением новой конструкции подвесок [4], является создание периодического подбрасывания семенного материала на полотне решета.

Подбрасывание семян, влияющее на изменение движения не только в плоскости, но и в пространстве, предполагает учет последнего при расчете скоростей и ускорений движения частиц очищаемого материала.

Важным фактором является объединение в одном технологическом процессе нескольких видов движения, а именно возвратно-поступательного движения достаточно крупных семян в горизонтальной плоскости по по верхности решета без просеивания;

вертикального движения вверх и вниз крупных семян после соударения подвески с упором без просеивания, но с пространственной переориентацией семян;

возвратно поступательного движения средних и мелких семян по поверхности решета с просеиванием;

вертикального движения вверх и вниз средних и мелких семян после соударения с пространственной переориентацией с про сеиванием некоторых и попаданием остальных в слой крупных семян. При этом необходимо учитывать изме нения направления скоростей и ускорений вследствие ударов семян о поверхность решета, ударов семян друг с другом на поверхности решета и ударов семян друг с другом в полете и при падении.

Целью настоящей работы является исследование поведения эллиптических частиц в полете (семена лесных пород, в особенности хвойных, более всего напоминают и соизмеримы с эллипсом) при вертикальном движении решетного стана вверх после соударения подвески с упором.

Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:

- получить уравнения проекций ускорений крупной и мелкой частиц при взлете в момент подбрасывания на решете;

- получить уравнения проекций скорости крупной и мелкой частиц при взлете;

- получить уравнения проекций подъема крупной и мелкой частиц над полотном решета.

В связи с тем, что в исследования мы впервые вводим новые условия, создаваемые конструктивно установочными параметрами новых подвесок, то нам важны и интересны именно уравнения проекций, так как расстояние между упором и подвеской ориентировано по абсциссе, а расстояние между упором и решетным станом – по ординате.

Координаты точки, с которой начинается отрыв частиц от поверхности решета, совпадают с координа тами решетного стана, которые соответственно равны значениям y2 и x2 (1–2):

t;

(1) S12 ) (tg y2 S1 (l под (l под 1) 2l подS1 (tg 1) ) cos cc t, (2) S12 ) (tg x2 s1 (l под (l под 1) 2l подS1 (tg 1) ) sin cc где lпод – длина подвески решетного стана, м;

– угол отклонения подвесок влево от вертикального положения, рад;

с – угловая скорость кривошипа до соударения, рад/с;

tс – время поворота кривошипа до соударения, с;

s1 – расстояние между упором и подвеской, м;

S1 – расстояние между упором и решетным станом, м.

Для дальнейшего дифференцирования введем обозначение:

1). (3) S12 ) (tg Lc (l под 1) 2l подS1 (tg С учетом (3) выражения (1) и (2) будут:

s t;

(4) y2 S1 ( S1 ) cos t Lc cos cc cc tg s t. (5) x2 s1 ( S1 ) sin t Lc sin cc cc tg Известно, что при подбрасывании под углом тело движется по параболической траектории. Таким образом, некоторое время частицы движутся вверх, а затем падают вниз на полотно решета. С учетом влияния воздушной среды и множественного соударения частиц друг с другом векторы скоростей и ускорений меняются по величине и направлению многократно. Точное мгновенное изменение этих векторов учесть полностью не представляется пока возможным. Поэтому будем рассматривать влияние двух частиц друг на друга при взлете.

В момент отрыва семена имеют скорость, равную скорости решетного стана в точке соударения пло ской пружины с упором, получаемых путем дифференцирования по времени уравнений (4)–(5).

Скорость частиц в начале полета увеличивается за счет приращения ускорений, полученных от дейст вия решетного стана на семенной материал. Поэтому проекции реальной относительной скорости частиц при взлете:

tв tв - для крупной частицы: Vкx Vкx dt и Vкy Vкy dt ;

(6) V1x V1 y t t tв tв - для мелкой частицы: V м xdt и V м y V м ydt, (7) Vм x V1x V1 y t t где Vкх и Vкy, Vмх и Vмy – проекции реальных относительных скоростей крупной и мелкой частиц соответст венно на оси х и y при взлете, м/с;

tв tв tв tв Vкx dt и Vкy dt ;

V м xdt и V м ydt – приращения проекций реальных относительных ско t t t t ростей соответственно крупной и мелкой частиц при взлете, м/с;

V•кх и V•кy и V•мх и V•мy – проекции приращения ускорения частиц при взлете, м/с2;

(t – tв) – период взлета частиц, с.

Так как полотно решетного стана на частицы одного слоя действует с одинаковой силой, то изначально все частицы приобретают приращения ускорений, равные отношению действия решетного стана на семенной материал к массе семени. Воспользуемся уравнением для нормального динамического давления, восприни маемого частицей из работы [1]:

ч k *n / ) ). (8) Nд m( g cos(1 j p sin Приращения ускорений крупной и мелкой частиц с учетом (8) будут:

k * nк ) / m1 ( g cos(1 j p sin ) ;

(9) a кв з m k *nм ) / m2 ( g cos(1 j p sin ), (10) aм вз m где m1 и m2 – масса крупной и мелкой частицы, г;

k* – коэффициент «воздействия вышележащего слоя», учитывающий расположение и массы частиц;

n/к и n/м – число монослоев, находящихся над рассматриваемой крупной и мелкой частицами;

jр – ускорение решета, м/с2;

– переменный угол между вектором полного ускорения решета и осью.

Соответственно проекции приращения ускорения частиц при взлете будут равны:

и ;

(11) аквзx аквз cos акв зy акв з sin Vкх Vкy ам в зy ам в з sin и. (12) а мвзx а мвз cos Vм y Vмх Зная значения ускорений по формулам (9) и (10) и учитывая уравнения (11)–(12), имеем проекции уско рений:

- для крупной частицы:

s1 // s1 / S1// a кy ( S1 ) cos ctc 2( S1 ) sin ctc с tg tg s (13) 2 // ( S1 ) cos ctc Lc cos ctc Lc cos ctc с с tg ( g cos( 1 k * n к ) / j p sin ) sin ;

s1 // s1 / s1// a кx ( S1 ) sin ctc 2( S1 ) cos ctc с tg tg s (14) 2 // ( S1 ) sin ctc Lc sin ctc Lc sin ctc с с tg ( g cos( 1 k * n к ) / j p sin ) cos ;

- для мелкой частицы:

s1 // s1 / S1// aм y ( S1 ) cos c tc 2( S1 ) sin ctc с tg tg s (15) 2 // ( S1 ) cos c tc Lc cos ctc Lc cos c tc с с tg ( g cos( 1 k * n м ) / j p sin ) sin ;

s1 // s1 / s1// aмx ( S1 ) sin ctc 2( S1 ) cos ctc с tg tg s (16) 2 // ( S1 ) sin ctc Lc sin ctc Lc sin ctc с с tg ( g cos( 1 k * n м ) / j p sin ) cos.

Интегрирование по времени уравнений (13)–(16), учитывая (6)–(7), дает уравнения проекций реальных относительных скоростей соответственно крупной и мелкой частиц.

Горизонтальная и вертикальная составляющие скорости крупной частицы будут равны:

tв tв tв s1 // s1 / s1// dt Vкx ( S1 ) sin c t c dt 2( S1 ) cos c t c dt с tg tg t t t tв tв tв s (17) 2 // ( S1 ) sin c t c dt Lc sin c t c dt Lc sin c t c dt с с tg t t t tв / ( g cos( 1 k n к ) j p sin ) cos dt ;

t tв tв tв s1 // s1 / S1// dt Vкy ( S1 ) cos c t c dt 2( S1 ) sin c t c dt с tg tg t t t tв tв tв s (18) 2 // ( S1 ) cos c t c dt Lc cos c t c dt Lc cos c t c dt с с tg t t t tв / ( g cos( 1 k n к ) j p sin ) sin dt.

t Горизонтальная и вертикальная составляющие скорости мелкой частицы будут равны:

tв tв tв s1 // s1 / s1// dt Vм x ( S1 ) sin c t c dt 2( S1 ) cos c t c dt с tg tg t t t tв tв tв s (19) 2 // ( S1 ) sin c t c dt Lc sin c t c dt Lc sin c t c dt с с tg t t t tв / ( g cos( 1 k n м ) j p sin ) cos dt ;

t tв tв tв s1 // s1 / S1// dt Vм y ( S1 ) cos c t c dt 2( S1 ) sin c t c dt с tg tg t t t tв tв tв s (20) 2 // ( S1 ) cos c t c dt Lc cos c t c dt Lc cos c t c dt с с tg t t t tв / ( g cos( 1 k n м ) j p sin ) sin dt.

t Интегрирование по времени уравнений (17)–(20) дает уравнения проекций подъема крупной и мелкой частиц.

Проекции подъема крупной частицы на ось х – Rкх и на ось y – Rкy равны:

tв tв tв s1 // s1 / s1// dt Rкx ( S1 ) sin c t c dt 2( S1 ) cos c t c dt с tg tg t t t tв tв tв s (21) 2 // ( S1 ) sin c t c dt Lc sin c t c dt Lc sin c t c dt с с tg t t t tв / ( g cos( 1 k n к ) j p sin ) cos dt ;

t tв tв tв s1 // s1 / S1// dt Rкy ( S1 ) cos c t c dt 2( S1 ) sin c t c dt с tg tg t t t tв tв tв s (22) 2 // ( S1 ) cos c t c dt Lc cos c t c dt Lc cos c t c dt с с tg t t t tв / ( g cos( 1 k n к ) j p sin ) sin dt.

t Проекции подъема мелкой частицы на ось х – Rмх и на ось y – Rмy равны:

tв tв tв s1 // s1 / s1// dt Rм x ( S1 ) sin c t c dt 2( S1 ) cos c t c dt с tg tg t t t tв tв tв s (23) 2 // ( S1 ) sin c t c dt Lc sin c t c dt Lc sin c t c dt с с tg t t t tв / ( g cos( 1 k n м ) j p sin ) cos dt ;

t tв tв tв s1 // s1 / S1// dt Rм y ( S1 ) cos c t c dt 2( S1 ) sin c t c dt с tg tg t t t tв tв tв s (24) 2 // ( S1 ) cos c t c dt Lc cos c t c dt Lc cos c t c dt с с tg t t t tв / ( g cos( 1 k n м ) j p sin ) sin dt.

t Полученные уравнения проекций ускорения (13)–(16), проекций скорости (17)–(20) и проекций переме щения (21)–(24) крупной и мелкой частиц при взлете позволяют оценить влияние на эти величины конструк тивно-установочных параметров новых подвесок решетного стана. Увеличение расстояния между упором и решетным станом приводит к возрастанию искомых величин. Расстояние между упором и подвеской фигури рует в формулах чаще всего не всей величиной, а частью (s1/tg), поэтому может оказывать менее сильное влияние.

Выводы 1. Впервые в исследования поведения семян сортируемого материала введены новые условия, обу словленные оригинальностью разработанной подвески решетного стана. Этими условиями являются: 1) рас стояние между упором и решетным станом;

2) расстояние между упором и подвеской.

2. Получены уравнения, описывающие кинематические параметры движения крупной и мелкой частиц при взлете в период подбрасывания на полотне решета. Существенным отличием этих уравнений является наличие в них величин расстояния между упором и подвеской и расстояния между упором и решетным ста ном.

3. Полученные формулы позволяют проследить и оценить влияние новых вводимых условий на кине матику частиц, а значит на поведение частиц при взлете.

4. Возможность воздействия конструктивно-установочными параметрами подвески на кинематику частиц позволяет оптимизировать процесс сепарации, создавая необходимый режим технологического процесса.

Литература 1. Быков В.С. Повышение эффективности процесса сепарирования зерновых смесей на плоских качаю щихся решетах: дис. … д-ра техн. наук. – Воронеж, 1999. – 359 с.

2. Заика П.М. Вибрационные семяочистительные машины и устройства: учеб. пособие. – М.: МИИСП, 1981. – 144 с.

3. Горячкин В.П. Избранные труды. Т.1. Теория просеивания зерен и вороха. – М.: Колос, 1968. – С.

244–253.

4. Пат. № 2363553, Российская Федерация. МПК В07В 1/46. Подвеска решетного стана семяочистительной машины / В.С. Быков, Л.Т. Свиридов, Г.Н. Вахнина, В.В. Ткачев, Р.С. Ермолов;

заявитель и патентооб ладатель ВГЛТА. – № 2008108874/03;

заявл. 06.03.2008;

опубл. 10.08.2009, Бюл. № 22. – 4 с.

УДК 630.32 В.А. Александров, Н.Р. Шоль НАГРУЖЕННОСТЬ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ ВАЛОЧНО-ПАКЕТИРУЮЩЕЙ МАШИНЫ В РЕЖИМЕ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗЗАЖИМНОГО ПИЛЕНИЯ ДЕРЕВА В статье приведена математическая модель для исследования нагруженности двигателя валочно пакетирующей машины в процессе натяжения ствола дерева из завала манипулятором, которая позволя ет исследовать нагруженность двигателя ВПМ в режиме натяжения ствола дерева манипулятором. Ав торы утверждают, что погрешность определения динамических характеристик не превышает 10–12% от результатов экспериментальных исследований нагружений двигателей ВПМ в пусковых режимах и ре жимах стопорения.

Ключевые слова: математическая модель, нагруженность двигателя, натяжение ствола дерева из завала, пусковой режим, режим стопорения.

V.A. Alexandrov, N.R. Shol STRESS LOARDING OF FELLING AND BUNCHING MACHINE POWER INSTALLATION IN THE MODE OF CLAMPLESS TREE SAWING PROVISION Mathematical model for stress loading research of the felling and bunching machine engine in the process of a tree trunk pull from the abatis by means of a manipulator which allows to research VPM engine stress loading in a mode of the tree trunk pull by means of the manipulator is given in the article. The authors assert that the error of the dynamic characteristics determination does not exceed 10–12 % from the results of experimental research of the VPM engine stress loadings in the starting and stopping modes.

Key words: mathematical model, engine stress loading, tree trunk pull from the abatis, starting mode, stopping mode.

Механизация разбора леса после ветровала продолжает на сегодня оставаться одной из важнейших нерешенных задач. При разборе завалов леса валочно-пакетирующие машины (ВПМ) будут работать в экс тремальных условиях не только при движении по захламленной лесосеке, но и при оперировании с предметом труда – вырванными с корнями деревьями или обломами деревьев. На первый план в такой ситуации выходит задача оценить возможность использования этих машин на разборе завалов, прежде всего, с позиций нагру женности. В отличие от выполняемых технологических операций ВПМ в обычных условиях, работа валочно пакетирующей машины при разборе завалов сопровождается дополнительными операциями [1], такими, как:

- перевод ствола облома в вертикальное положение поворотом захватно-срезающего устройства "снизу – вверх";

- вытаскивание обломанного или вырванного с корнем дерева из завала стрелой или рукоятью или од новременным включением обеих;

- преодоление препятствий при технологических переездах методом "вывешивания машины";

- перенесение (переориентирование) ходовой системы в вывешенном положении относительно корпуса.

Операция натяжения ствола дерева манипулятором с целью обеспечения беззажимного срезания вы полняется сразу после фиксирования его в захватах. В связи с тем, что стойка захватно-срезающего устройст ва зафиксирована на стволе, то эта операция сопровождается резким возрастанием нагрузки на двигатель и, как следствие, снижением частоты вращения коленчатого вала до возможной полной остановки. Причем в инструкции по эксплуатации ВПМ [1] рекомендуется при обработке средних и крупных деревьев делать не большую выдержку и выключать привод стрелы только тогда, когда двигатель ощутимо сбрасывает обороты.

На рисунке представлены расчетные схемы механической схемы "валочно-пакетирующая маши на дерево", позволяющая исследовать рассматриваемый режим [2].

Принятые обозначения:

I1 – момент инерции коленчатого вала, маховика, сцепления и шестерен гидронасоса, кг м2;

I 2 – момент инерции манипулятора захватно-срезающего устройства и дерева относительно оси по ворота манипулятора, кг м2;

I2 – момент инерции манипулятора, захватно-срезающего устройства и дерева, приведнный к коленча тому валу двигателя, кг м2;

а – исходная;

б – эквивалентная Расчетные схемы – обобщнные координаты соответственно масс с моментами инерции I1 и I2, рад;

1, Сr – приведнная жсткость гидропередачи стрелы, Н м;

С12 – приведнная угловая жесткость металлоконструкции и манипулятора привода стрелы, Н м;

С0 – приведнная жсткость корневой системы дерева, Н м;

Р – усилие на штоках гидроцилиндров привода стрелы, Н;

GД – сила тяжести дерева, Н;

Мд – крутящий момент, отбираемый от двигателя для привода гидронасоса, Н м;

Мс – момент сопротивления от натяжения ствола дерева, приведнный к коленчатому валу, Н м;

L – вылет манипулятора, м.

Система дифференциальных уравнений в этом случае имеет вид:

J1 1 12 ( 2), 1 (1) J 2 2 0 L(GK G ) i 12 ( 2 ).

2 Домножим уравнение (1) системы (1) на I2, а уравнение (2) на I1 и вычтем из первого второе, то есть J1 J 2 1 J 2 12 ( 2) J 2M, J1 J 2 2 J10 J1 L(GK G ) i J112 ( 2 ), 2 J1 J 2 ( 1 2 ) ( J1 J 2 )12 ( 2) J10 J 2M J1 L(GK G ) i.

1 (2) Выразим из уравнения (2) 2:

J 2 )с12 J2M Д J 1 L( G K G Д ) iП J2 ( J (3) ( 1 2 ) ( ).

2 1 с0 J 1с0 J 1с Продифференцируем дважды по t J 2 )с J2 ( J III III 2 ( 1 2 ) ( 2) с0 J1с и J 2 )с J2 ( J IV IV 2 ( 1 2 ).

( ) 1 с0 J1с Представив значения для 2и 2 в уравнение (2) системы (1) и преобразовав, получим J 2 )с12 J 1 J 2 с0 J 2 )с12 J 1с J 2 ( J J2 ( J1 J M Д ил IV IV ( 1 2 ) ( ) ( 2) 1 2 с0 J 1с 0 J1 J и с0 M Д J 2 )с12 J 1с 0 с12с ( J (4) IV IV ( 1 2 ) ( ) ( ).

1 2 1 J1 J 2 J1 J 2 J1 J Обозначим с0 M Д J 2 )с12 J1с0 с12с ( J ;

;

C.

A B J1 J 2 J1 J 2 J1 J Тогда уравнение (4) примет вид (5) IV IV A( 1 2 ) ( ) B( ) C.

1 2 1 )C Введя новую переменную, получим однородное уравнение ( 1 1 2 B A IV 0, (6) B 1 1 решение которого может быть записано в виде (7) C1 sin p1t C 2 cos p1t C3 sin p 2 t C 4 cos p 2 t.

Частоты колебаний найдутся из выражения (8):

J 2 )с12 J 1с 0 J 2 )с12 J 1с0 с12с 1 ( J1 1 ( J p12,2.

2 J1 J 2 2 J1 J 2 J1 J (8) Постоянные интегрирования найдутся из начальных условий:

0 0 0.

;

;

;

(9) 1 1 1 t 0 t 0 t t Подставляя начальные условия в решение (7) и производные от него, получим:

20 p 20 p ;

C2 0 ;

C3.

C1 C p2 ( p12 p2 ) p1 ( p12 p 2 ) Таким образом, 20 p 20 p sin p1t sin p 2 t.

p1 ( p12 p 2 ( p12 p2 ) p2 ) Нагрузка на силовую установку найдтся как доб с12 1.

M дин Пример. Примем исходные данные применительно к ВПМ ЛП-19А:

4,05 кг м2;

п 1300 об/мин (136,07 с-1);

L 8 м;

V 2,0 м3;

88,3 кВт;

J Ne 136, 684,5 ;

с12 127,39 Н м;

16000Н;

2 0,2 с-1;

i П GД 0, (mстр т р ) тЗСУ т Д L2 232426,66 кг м2;

0 J 2 / i П 0,496 кг м2;

J J с0 218,55 Н м.

1. Находим частоты колебаний (см. выражение (8)):

26,63 с-1;

p2 4,43 с-1.

p 2. Определяем деформацию упругой связи "С12":

0, 02 684, 5 4, 432 0, 02 684, 5 26, 63 sin 26, 63t sin 4, 43t 26, 63( 26, 632 4, 432 ) 4, 43( 26, 632 4, 43 2 ) 3,17822sin 4,43t.

0,01463sin 26,63t Так как определяющее значение имеет низкочастотная амплитуда, то найдем деформацию упругой свя зи при ее максимуме, то есть при t 1 / 4T. Здесь 2 6, 1, 42с и t 1, 42 0, 354с.

T p2 4, Тогда 0,01463sin 26,63 0,354 3,17822sin 4,43 0, 0,01463 ( 0,00222) 3,17822 0,9999 0,0000324 3,1779 3,17793.

3. Находим нагрузку на силовую установку ВПМ:

404,837 Н м.

доб M дин 127,39 3, 4. Определяем снижение частоты вращения коленчатого вала силовой установки:

88,3 Ne n n 136, 424,45 404, M = 136,07 – 106,48 = 29,59 с -1 (282,7 об/мин).

5. Коэффициент динамичности:

доб.

М дин 404, К 1 1 1, Д М ст 424, Выводы 1. Процесс натяжения ствола манипулятором ВПМ для обеспечения беззажимного срезания дерева со провождается высоким уровнем динамической нагрузки на силовую установку, что приводит к значительному снижению частоты вращения коленчатого вала и повышенному расходу топлива.

2. Предложенная модель позволяет исследовать нагруженность двигателя ВПМ в режиме натяжения ствола дерева манипулятором. Погрешность определения динамических характеристик не превышает 10–12 % от результатов экспериментальных исследований нагружений силовых установок ВПМ в пусковых режимах и режимах стопорения [3].

Литература 1. Шегельман И.Р. Функционально-технологический анализ. Методология и приложения. – М.: ИПП, 2000.

– 96 с.

2. Александров В.А. Моделирование технологических процессов лесных машин. – М.: Экология, 1995. – 256 с.

3. Шоль Н.Р., Бурмистрова О.Н., Травин Н.Н. Некоторые результаты экспериментальных исследований нагружений силовых установок ВПМ в пусковых режимах и режимах стопорения // Мат-лы НТК (Ухта, 17–20 апр. 2008 г.) / под ред. Н.Д. Цхадая. – Ухта: УГТУ, 2008. – С. 87–92.

УДК 629.114.2 Н.И. Селиванов, В.Н. Запрудский, Н.В. Кузьмин РАЦИОНАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТРАКТОРОВ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ В статье рассматривается алгоритм оптимизации массоэнергетических параметров тракторов общего назначения. Представлены их рациональные диапазоны изменения для установленных типажом тяговых классов и рабочих скоростей почвообрабатывающих агрегатов.

Ключевые слова: энергетический потенциал, эксплуатационная масса, тяговый КПД, буксование, критерий, параметр, алгоритм оптимизации.

N.I. Selivanov, V.N. Zaprudsky, N.V. Kuzmin RATIONAL PARAMETERS OF THE GENERAL PURPOSE TRACTORS Algorithm for optimization of the mass and energetic parameters of the general purpose tractors is considered in the article. Their rational ranges of change for the traction classes and working speeds of the soil-cultivating units determined by the type are given.

Key words: energy potential, working mass, tractive efficiency, skidding, criterion, parameter, optimization al gorithm.

Основным показателем технического уровня, определяющим тенденцию развития тракторов общего на значения, является энергонасыщенность – соотношение номинальной мощности и эксплуатационной массы (Э=Nеэ/mэ). Однако тенденция повышения энергонасыщенности обостряет проблему эффективного использо вания мощности в связи с требованиями ресурсосбережения и экономичности, поскольку реализация уже дос тигнутого энергетического потенциала современных тракторов не превышает 70–80 % [1].

Оптимизация массоэнергетических параметров трактора общего назначения на современном этапе должна ориентироваться на реализацию факторов мощности через улучшение показателей тягово-сцепных и динамических свойств при обеспечении рациональных скоростных диапазонов операций основной обработки почвы.

Цель работы – обосновать рациональные диапазоны изменения массоэнергетических параметров тракторов общего назначения для установленных типажом тяговых классов.

Поставленная цель достигается решением следующих задач:

1) обосновать модель и алгоритм оптимизации эксплуатационных параметров трактора;

2) определить диапазоны изменения энергетического потенциала и эксплуатационной массы тракторов для установленных типажом тяговых классов и скоростных режимов использования почвообрабатывающих агрегатов.

Поэтапное решение поставленных задач и достижение обозначенной цели оптимизации эксплуатаци онных параметров тракторов общего назначения основано на многоуровневом системном подходе с использо ванием детерминированно-стохастических составляющих, обоснованных критериев оптимальности и установ ленных ограничений [1] для соответствующих уровней и этапов оптимизации.

После обоснования на первом уровне рациональных интервалов рабочей скорости агрегатов для опе раций основной обработки почвы необходимо определить параметры-адаптеры мобильных энергетических средств, позволяющих реализовать каждое из установленных типажом номинальное тяговое усилие Ркрнj с наибольшей эффективностью. Поэтому главной задачей второго уровня оптимизации является обоснование выступающих в качестве параметров-адаптеров энергетического потенциала и эксплуатационной мас сы mэj трактора для реализации номинального тягового усилия, определяющего его класс, при оптимальном значении скорости основной обработки почвы по соответствующей технологии.

При известных значениях Ркрнj и коэффициента использования веса крнj эксплуатационная масса трак тора определяется по выражению, (1) или. (2) Заменив касательную силу тяги Ркнj=(Ркрнj+Рfj) соотношением, получим функцию, определяющую взаимосвязь энергетического потенциала с параметрами тягово-сцепных свойств и скоростного режима трактора. (3) Количество технологических операций основной обработки почвы определяет число типо размеров энергомашин по энергетическому потенциалу для реализации Ркрнj установленного тягового класса.

Для каждого значения Ркрнj и при удельном тяговом сопротивлении чистая производительность почвообрабатывающего агрегата величина постоянная:

. (4) Поэтому за критерий эффективности целесообразно принять максимум удельной чистой производи тельности, (5) или. (6) Обратная величина, соответствующая минимуму удельных энергозатрат Епji, представляет эквивалент ный критерий оптимальности, (7) где – тяговый КПД трактора, соответствующий Ркрнj;

– оптимальное значение коэффициента ис пользования мощности двигателя в условиях вероятностной нагрузки.

При известном интервале оптимальных рабочих скоростей в качестве критерия эффективности для определения можно использовать.

Критерии (6) и (7) отвечают одновременно требованиям высокой производительности и ресурсосбере жения. Поэтому оптимальным будут такие значения параметров и, которые обеспечивают дости жения любого из указанных критериев оптимизации рабочего хода.

Значение буксования движителя трактора, соответствующее номинальному тяговому усилию, определяет агротехнические и экологические ограничения на параметры оптимизации, по скольку. При этом тяговое усилие Ркрoptj соответствует режиму максимального тягово го КПД и,а – режиму допустимого буксования.

С учетом характера изменения коэффициента сопротивления качению трактора при скорости VVo=1, м/с выражение (3) примет вид:

, (8) где fo – коэффициент сопротивления качению трактора при Vо;

C – коэффициент пропорциональности.

Критерий оптимальности при расчете в этом случае можно представить в виде минимизируемой выпуклой функции:

. (9) Минимум функции – безразмерная величина, близкая к нулю. Ее минимизация производится по переменным,и. При изменении скорости в интервале с задан ным шагом в каждом цикле определяются значения, и. Для каждого значения далее методом дихотомии находят величину, соответствующую тяговому КПД.

Оптимизация эксплуатационных параметров трактора при заданных,,,,, и производится на двух режимах:, ;

,.

Алгоритм расчета: 1) ;

2) ;

3) ;

4) ;

5) ;

6) ;

7) функция (9).

Критерий (5), параметры и рассчитываются для обоих указанных выше тяговых режимов использования трактора.

В табл. 1 приведены исходные данные для расчета эксплуатационных параметров тракторов, получен ные на основании анализа экспериментальных исследований и технических характеристик мобильных энерге тических средств общего назначения.

Таблица Исходные данные для расчета эксплуатационных параметров тракторов Показатель Тип трактора,, а b fo C Мс м/с м/с 4К4Б 0,110 0,773 0,10 0,010 0,88 0,15 0,535 0,06–0,08 1,8 2, Гусеничный 0,0103 0,785 0,08 0,013 0,88 0,05 0,750 0,06–0,07 1,8 2, В табл. 2 представлены результаты расчета параметров и колесных 4К4Б и гусеничных трак торов общего назначения для установленных типажом классов тяги при изменении оптимальной рабочей ско рости на операциях основной обработки почвы в интервале от на отвальной вспашке до – на сплошной глубокой культивации и комбинированной обработке.

Таблица Расчетные диапазоны эксплуатационных параметров тракторов Класс тяги (, кН)/, м/с Режим Тип 3 4 5 6 использова- Параметр трактора (27–36) (36–45) (45–54) (54–72) (72–108) ния (1,8–2,2) (1,8–2,2) (1,8–2,2) (1,8–2,2) (1,8–2,2) mэ, т. 7,46–9,95 9,95–12,43 12,43–14,92 14,92–19,89 19,89–29, ( ), кВт 79,0–129,4 105,5–161,6 131,8–194,0 158,2–258,6 210,8–387, 4К4Б mэ, т. 6,43–8,57 8,57–10,72 10,72–12,86 12,86–17,15 17,15–25,, кВт 81,0–132,0 108,0–165,1 135,1–198,0 162,1–264,1 216,2–396, mэ, т.


4,75–6,33 6,33–7,91 7,91–9,49 9,49–12,65 12,65–18,, кВт ( ) 64,8–106,5 86,4–133,1 108,1–159,7 129,1–212,9 172,7–319, Гусеничный mэ, т. 4,11–5,52 5,48–6,90 6,85–8,27 8,22–11,04 10,96–16,, кВт 64,9–106,9 86,7–133,7 108,4–160,2 130,0–213,8 173,4–320, По результатам моделирования установлено, что при повышении оптимальных значений рабочей скоро сти основной обработки почвы в 1,22 раза энергетический потенциал трактора возрастает в 1,23 раза. Использо вание тракторов на режиме максимального тягового КПД увеличивает их эксплуатационную массу по сравнению с режимом допустимого буксования на 16 %. Потребный энергетический потенциал уменьшается при этом в среднем на 2 % у колесных и на 0,5 % – у гусеничных тракторов. Эксплуатационные масса и мощность гусенич ных тракторов при одинаковых значениях, и ниже, чем у колесных, на 57 и 22 % соответственно.

Для обеспечения заданных тягово-скоростных диапазонов удельный энергетический потенциал на режиме колесных и гусеничных тракторов составляет 10,6–13,0 и 13,7–16,8 Вт/кг, а на режиме со ответственно 12,6–15,4 и 15,8–19,4 Вт/кг.

Коэффициент зависит от динамических свойств тракторного дизеля Км и распределения внешней на грузки Мс. В табл. 3 приведены значения номинальной эксплуатационной мощности тракторов установленных тяговых классов для рационального интервала рабочих скоростей (1,8–2,2 м/с) почвообрабатывающих агрегатов на режиме максимального тягового КПД ( ) при Км=1,15 и Км=1,40 (ДПМ). Для расчетные значения коэффициента при заданных Км составили 0,918 и 1,092 соответственно [2].

Таблица Диапазоны номинальной эксплуатационной мощности тракторов общего назначения Nеэ, кВт при Ркр, кН /, м/с Тип трактора Км 27–36 36–45 45–54 54–72 72– 1,8–2,2 1,8–2,2 1,8–2,2 1,8–2,2 1,8–2, 1,15 86–141 115–176 144–211 172–281 230– 4К4Б 1,40 72–119 97–148 121–178 145–237 193– 1,15 71–116 94–145 118–174 141–232 188– Гусе ничный 1,40 59–98 79–122 99–147 118–195 158– Приведенные результаты показывают, что использование дизеля постоянной мощности (ДПМ) позво ляет уменьшить оптимальные значения номинальной эксплуатационной мощности в среднем на 19 %. Уро вень энергонасыщенности колесных тракторов на режиме ( ) снижается при этом с 11,5–14,9 до 9,2–11,9 Вт/кг, а гусеничных с 14,9–18,3 до 12,4–16,5 кВт/кг. На режиме допустимого буксования ( ) энергонасыщенность колесных тракторов снижается с 13,4–16,5 до 11,9–13,9 Вт/кг, а гусеничных – с 17,3–21,0 до 14,4–17,8 Вт/кг.

Полученные значения мощности и массы тракторов общего назначения для установленных типажом тя говых классов являются исходными данными при последующем обосновании соответствующих параметров внешней скоростной характеристики их двигателей и трансмиссии, а также основных принципов создания мо бильных энергетических средств переменного тягового класса.

Выводы 1. Обоснована модель и разработан алгоритм оптимизации массоэнергетических параметров трактора общего назначения, учитывающие взаимосвязь показателей тягово-сцепных и динамических свойств с рабо чей скоростью и характером тяговой нагрузки.

2. Определены рациональные диапазоны эксплуатационных параметров тракторов для установленных типажом тяговых классов и скоростных режимов использования почвообрабатывающих агрегатов.

Литература 1. Селиванов Н.И. Эффективное использование энергонасыщенных тракторов / Краснояр. гос. аграр.

ун-т. – Красноярск, 2008. – 231 с.

2. Взаимосвязь параметров энергетических и тягово-динамических свойств тракторов / Н.И. Селиванов [и др.] // Вестн. КрасГАУ. – Красноярск, 2010. – № 2. – С. 118–123.

ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЕ И ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИИ УДК 681.121.4+681.121.8(035) М.С. Лурье, О.М. Лурье, Ю.С. Баранов КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ВИХРЕВЫХ КОЛЕБАНИЙ ДЛЯ ВИХРЕВЫХ РАСХОДОМЕРОВ МАЛЫХ ДИАМЕТРОВ В статье рассматриваются особенности работы кондуктометрического приемника преобразователя вихревых колебаний для расходомеров малых условных проходов. Показано, что воздей ствие вихревой формации на преобразователь носит импульсный характер, а это позволяет методами анализа импульсных систем автоматического регулирования дать рекомендации по проектированию пре образователей, устойчиво работающих в широком диапазоне расходов.

Ключевые слова: приемник вихревых колебаний, вихревой расходомер, устойчивость колебаний, период вихреобразования.

M.S. Lurye, O.M. Lurye, Yu.S. Baranov CONDUCTOMETRIC TRANSDUCERS OF THE VORTEX VIBRATION FOR THE VORTEX FLOWMETERS WITH SMALL DIAMETER Work peculiarities of the conductometric receiver- transducer of vortex vibrations for the flowmeters with small conditional passes are considered in the article. It is shown that vortex formation influence on a transducer is of an impulse character, and it allows to give recommendations about designing the converters steadily working in a wide range of expenditure by means of the techniques for the analysis of the automatic control impulse systems.

Key words: vortex vibration receiver, vortex flowmeter, vibration stability, vortex formation period.

В вихревых расходомерах информацию о расходе жидкости в трубопроводе несет частота вихреобра зования. Она пропорциональна средней скорости движения жидкости в трубопроводе. Поэтому преобразова тели вихревых колебаний (ПВК) могут быть достаточно простыми по конструкции, так как их назначение – только фиксировать образование вихревой формации. Измерять какие-либо параметры потока нет необходи мости.

Такой преобразователь для водных потоков или других электропроводных жидкостей или растворов может состоять из двух электродов, один из которых выполнен в виде гибкой пластины. Он устанавливается в канале обратной связи тела обтекания расходомера (ТО) или за ним в дорожке Кармана. Под воздействием вихревых формаций гибкий электрод колеблется относительно второго неподвижного электрода. При этом изменение расстояния между электродами ведет к изменению межэлектродного электрического сопротивле ния, которое простым путем может быть преобразовано в электрический сигнал. Данный ПВК был разработан в 1990 г. [1] и назван кондуктометрическим.

Простота устройства и высокая надежность преобразователя, большой выходной сигнал, кото рый может быть получен с применением батарейных источников питания, позволили использовать данный КК ППВК в промышленных сериях приборов.

Длина электродов из конструктивных соображений не может быть менее 10–20 мм, поэтому для приборов малых диаметров (с условным проходом менее 40 мм) их помещают за ТО поперек потока, как показано на рис. 1.

Выходной сигнал Электронный блок Изолятор V Скорость потока Неподвижные Тело электроды обтекания Гибкий электрод Знакопеременный переток жидкости Демпферы Канал обратной связи Рис. 1. Наружный ПВК с электродами, расположенными поперек потока Поскольку ширина электрода B всегда в несколько раз меньше характерного размера тела обтекания d, то воздействие вихря носит импульсный характер с относительной длительностью, равной B, (1) 1,43 Sh d где Sh – число Струхаля.

Для приборов с условными проходами от 20 до 50 мм относительная длительность импульсов лежит в пределах 0,076 0,18.

Импульсное воздействие на колебательную систему приводит к тому, что в интервалах между импуль сами система будет совершать колебания с некоторой собственной частотой. Причем амплитуда этих свобод ных колебаний может быть сравнимой с амплитудой рабочих колебаний. При этом фазовые сдвиги между им пульсами давления и движением электрода на некоторых частотах, даже для систем второго порядка, к кото рым относится гибкий электрод, могут превосходить половину периода [2]. В таком случае колебания гибкого электрода будут либо полностью гаситься, либо значительно ослабляться, что и наблюдается на практике для некоторых расходов. Пример такого сигнала приведен на рис. 2.

Для борьбы с этим явлением в тракт прибора приходится включать специальные устройства (например, узел автоматической подстройки частоты), вводить в программу микропроцессора обработки данных подпро граммы для логического анализа длительности периода импульсов и т.д.

2. Напряжение, В 1. 0. 16.5 16.6 16.7 16.8 16.9 Время, с Рис. 2. Выходной сигнал ПВК при расходе 0,7Qнаиб Для исследования данного явления будем считать, что на плоскость гибкого электрода поочередно с одной и другой стороны действуют всплески давления с относительной длительностью.

Исследуем данную задачу методами теории автоматического управления. Известен критерий устойчи вости Найквиста, согласно которому, если в разомкнутой системе при фазовом сдвиге минус 180 коэффици ент передачи разомкнутой системы больше 1, то система автоматического регулирования будет неустойчива в замкнутом состоянии. Аналогично, если при фазовом сдвиге минус 180 амплитуда колебаний гибкого элек трода будет равна или будет превосходить амплитуду его колебаний на частоте, близкой к нулевой, то коле бания электрода будут затухать. Всякий раз, когда на гибкий электрод будет воздействовать импульс давле ния, электрод будет двигаться навстречу вихревой формации и его колебания будут гаситься данным импуль сом. Условия для возникновения данного процесса менее строги, чем в критерии Найквиста, здесь достаточно, чтобы при фазовом сдвиге минус 180° амплитуда колебания системы (гибкого электрода) была больше нуля.

В последнем случае будет наблюдаться ослабление сигнала. В нелинейной системе, которой является гибкий электрод с демпферами, условия возникновения рассмотренного явления зависят от амплитуды колебаний электрода и возникают периодически. Поэтому на практике ослабление или пропадание сигналов происходит также периодически.

Это приводит к снижению чувствительности измерительной схемы прибора и возникновению дополни тельной погрешности и даже отсутствию измерений в некотором диапазоне расходов.

Таким образом, к анализу работы данного ПВК можно применить критерии устойчивости, разработан ные для импульсных систем управления.

Трудность исследования таких систем состоит в нелинейности их характеристик, которая обусловлена самим видом модуляции, при которой может изменяться ширина импульса. Поэтому ПВК можно рассматри вать как некоторую разомкнутую дискретную нелинейную систему автоматического управления с широтно-им пульсной модуляцией.


Существующие аналитические методы оценки устойчивости таких систем основаны на использовании последовательности импульсных функций той же энергии, что и реальный импульс, при этом широтно импульсный элемент заменяется эквивалентным линейным импульсным элементом. Но такой подход доста точно точен лишь при малых воздействиях на систему (при 0). При конечных значениях возникает ошибка, обусловленная изменением формы амплитудно-фазовой характеристики (АФХ) разомкнутой системы в функции относительной длительности импульсов, в нашем случае – гибкого элемента ПВК. Вариация, кроме того, приводит к паразитному дрожанию гибкого элемента, что необходимо учитывать при проектирова нии электронной схемы для съема полезного сигнала с преобразователя.

Анализ устойчивости систем с широтно-импульсной модуляцией и передаточной функцией вида b0 s m b1s m 1... bm при m D( s ) n, (2) W( s ) s( a0 s n a1s n 1... an ) sF ( s ) при конечных по величине возмущениях рассмотрен в работах [2–3].

Гибкий электрод с точки зрения теории автоматического управления является звеном второго порядка.

В нашем случае при больших значениях расходов гибкий электрод сильно демпфирован. В таком варианте описывающая гибкий электрод не будет иметь комплексных корней знаменателя. Для данного случая переда точная функция гибкого электрода будет такой:

D( s ) K K W ( s) (3) sF ( s ) (p p1 )( p p2 ) a2 s a1 p a0 ) A1 A, p p1 p p К – коэффициент передачи;

где а 0, а1, а 2 – коэффициенты характеристического уравнения звена;

р1, р2 – корни уравнения F ( p ) 0, причем р1 0, р2 0 и р1 р2 ;

A1, A2 – коэффициенты разложения.

Коэффициенты разложения определяются следующим образом:

K K,A. (4) A1 p1 p2 p1 p К будет равен Коэффициент передачи х, (5) К РМ где PM – амплитуда импульса давления среды на гибкий электрод, Н;

– отклонение конца электрода под действием импульса с амплитудой PM, м.

x Как известно, для системы с линейной непрерывной частью вида (3) и экстраполятором нулевого по рядка с запоминанием на относительное время, Z-изображение W ( z ) передаточной функции можно найти в виде d K2 dK e PK T, при (6) K dK W (z) AK z dK K где T – период частоты квантования (период частоты вихреобразования), с.

Для дальнейшего анализа применим в выражении (6) биномиальную подстановку T 1 j * 1 2 при (7) z 0 * T 1 1 j * и получим * – преобразование передаточной функции импульсной разомкнутой системы с линейной непре * рывной частью вида (3). Перейдя к псевдочастоте, будем иметь W ( j *) в виде комплексного числа.

* Теперь для каждого значения * – абсолютной псевдочастоты – вещественная Re W и j* * мнимая Im W его части дадут точку амплитудно-фазовой частотной характеристики разомкнутой j * импульсной системы:

T, 1 dK 1 dK * K * AK d Re W j* dK K T K1 2 1 dK 1 dK * T 2 d1 dK *. (8) K K * Im W j* AK T K1 2 1 dK 1 dK * Проследим, при каких условиях мнимая часть АФЧХ обращается в нуль. Эти условия соответствуют на личию в системе фазового сдвига, равного минус 180° и кратного ему. Тогда можно будет сделать вывод об условиях устойчивости колебаний гибкого элемента ПВК.

Фазовый сдвиг между входным и выходным сигналами в системе определим, приравняв его тангенс ну лю:

* Im W j* 0. (9) tg * Re W j* Re[W* ( j * )] 0, то условие (9) выполняется при Поскольку, согласно [2], * 0. При любых значениях i знаменатель в выражении (9) не равен нулю, поэтому Im W j* должно выполнятся равенство K T 1 0 или d1 0. (10) d1 d 2 d 2 AK d K dK * K Учитывая соотношения (9) после несложных преобразований, получим соотношение для периода час тоты вихреобразования Т, которую назовем критической:

p 2T p1T ln e 1 ln e. (11) T p1 p Когда частота вихреобразования становится равной критической, возникает явление периодического затухания колебаний гибкого электрода. Величина Т зависит только от соотношения корней характеристиче р1 р2. Для практического использования соотношения (11) график зависимости ского уравнения системы и Т f p2 p1 представлен на рис. 3.

1, 1, Критический период, с.

1, 1, t/T=0, 1, t/T=0, 1, t/T=0, 1, t/T=0, 1, 0, 0, 0, 0,8 1,0 1,2 1, Отношение корней Р2/Р Т Рис. 3. Зависимость f p2 p р1, р2 р2 р1. За Для использования графика при известных значениях и определяется тем по графику находят величину f ( ). Критическая частота вихреобразования находится по форму T ле p. (12) fK T Поскольку с физической точки зрения гибкий электрод ПВК представляет собой закрепленную одним концом свободно колеблющуюся в жидкости пружину, то ее колебания описываются дифференциальным уравнением d2у dу Fв (t ), (13) c( у ) у M h dt 2 dt (13) у где – перемещение общего центра тяжести электрода и присоединенной массы жидкости, м;

mпж – масса элемента m, включая присоединенную массу окружающей жидкости M mэ mпж, кг;

h – коэффициент вязкого трения, кг/с;

c( у ) – жесткость элемента при наличии демпферов, зависящая от амплитуды перемещения конца электрода;

ее изменение учитывает имеющееся в системе ограничение колебаний электрода с помощью демпфирующих насадок на неподвижные электроды, Н/м;

Fв (t ) – возмущающее воздействие на систему (сила, которая вызывается воздействием вихревой формации на электрод), Н.

Поскольку жесткость электрода при его демпфировании весьма велика, то справедливо соотношение h2.

c( y ) (14) 4M M Корни характеристического уравнения для уравнения (12) будут:

h h c( y ), (15) р1,2 j j P 4M 2M M где – показатель затухания колебаний;

P – собственная частота, с.

- Но при глубоком демпфировании колебания с собственной частотой в системе отсутствуют, поэтому h p р1 р2, т.е. 1. (16) p 2M Численный расчет для данного соотношения корней характеристического уравнения дает зависимость периода критической частоты в виде 0,9993 0,6009. (17) Т Тогда критическая частота вихреобразования согласно (15) будет h. (18) fK 2 M 0,9993 0, Таким образом, для заданного значения относительной длительности силового воздействия вихревой формации на гибкий электрод ПВК, которое определяется конструктивными параметрами КК ППВК, существу ет такой критический расход жидкости, при котором работа приемника преобразователя нарушается. Поэтому следует так конструировать ПВК, чтобы критический расход был выше, чем наибольшая измеряемая величина расхода для данного типоразмера.

Литература 1. Лурье М.С. Вихревые расходомеры и счетчики количества жидкости с контактно-кондуктометрическим приемником-преобразователем вихревых колебаний. – Красноярск: СибГТУ, 1999. – 196 с.

2. Лурье М.С. Исследование возможности линеаризации систем с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) // Тр. ЛПИ им. М.И. Калинина. – Л.: Изд-во Ленинград. политехн. ин-та, 1976. – № 355. – С. 28–32.

3. Ковчин С.А., Лурье М.С. Приближенное исследование динамических режимов систем автоматического управления с широтно-импульсной модуляцией // Автоматизация производства: межвуз. сб. – Л.:

Изд-во ЛГУ, 1979. – Вып. 2. – С. 67–76.

УДК 631.544:631.3 В.А. Кожухов, А.Ф. Семенов, Н.В. Цугленок НЕЙРОСЕТЕВОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ В ТЕПЛИЦЕ С АККУМУЛЯТОРОМ ТЕПЛА В статье приведены результаты эксперимента, с помощью которого получены данные, необходи мые для создания, обучения и тестирования нейронной сети, на основе которых разработаны две нейрон ные сети для регулирования температуры воздуха в теплице.

Ключевые слова: нейронная сеть, регулирование, температура, теплица.

V.A. Kozhukhov, A.F. Semenov, N.V. Tsuglenok CONNECTIONIST REGULATION OF TEMPERATURE IN A HOTHOUSE EQUIPPED WITH HEAT ACCUMULATOR In the article the authors give the results of the experiment by means of which the data necessary for creation, training and testing the neuronet on the basis of which two neuronets for air temperature regulation in a hothouse are developed.

Key words: neuronet, regulation, temperature, hothouse.

Теплица представляет агроэкологическую систему закрытого типа, в которой энергетические процессы строго детерминированы технологическим процессом выращивания растения с учетом влияния окружающей среды [2].

Сложность моделирования процессов агроэкосистем состоит в том, что они включают большое количе ство подсистем различной физической, химической и биологической природы. Общая схема теоретической модели продукционного процесса растений (ППР) состоит их четырех блоков: энерго- и массообмен в системе «почва – растение – атмосфера», фотосинтез, дыхание и процессы роста, развития и передвижения органиче ских веществ внутри растения. Центральное место в ППР занимает фотосинтез, представляющий собой слож ный цикл биохимических и биофизических процессов, в ходе которых растение, поглощая фотосинтетически активную радиацию, создает с помощью хлорофила из углекислого газа и воды высокоэнергетические углево ды (глюкозу). При этом освобождается кислород. Кроме того, часть солнечной энергии запасается в высоко энергетическом аденозинтрифосфате (АТФ). Решение задачи моделирования требует большого объема вы числений [3;

5–6].

Поскольку агроэкосистемы чрезвычайно сложные структуры и практически исключают возможность аналитического решения, то следует воспользоваться имитационным моделированием, связанным с много кратным испытанием модели с нужными входными данными, с целью определения их влияния на выходные критерии оценки работы системы. Имитационное моделирование воспринимается как «метод последней на дежды». Однако в большинстве ситуаций мы быстро осознаем необходимость прибегнуть именно к этому средству, поскольку исследуемые системы и модели достаточно сложны и их нужно представить доступным способом [3].

Создание эффективной системы автоматического регулирования агротехнических режимов при недос татке измерительной информации и многообразии факторов, оказывающих влияние на результат регулирова ния, возможно на основе специального математического аппарата, получившего название нейронных сетей (НС). Достоинство моделей, построенных на основе НС, заложено в возможности получения новой информа ции о проблемной области в форме некоторого прогноза [4].

Возможность реализации нейронной сети для управления температурой в теплице была осуществлена на физической модели системы обогрева теплицы (рис. 1).

Рис. 1. Модель системы обогрева теплицы Разработанная модель состоит из ТЭНа 2 с регулятором температуры, моделирующего воздействие теплообменников грунтового и воздушного теплового насоса, находящегося в верхней части бака-накопителя 1. Труба подачи горячей воды в смеситель соединяет верхнюю часть бака-накопителя 1 со смесителем 4, тру ба подачи холодной воды в смеситель соединяет нижнюю часть бака-накопителя 1 со смесителем 3. Труба подачи воды от смесителя потребителям соединяет выход смесителя 3 с потребителем тепла теплообменни ком 5, установленным в теплице 3. Установлены датчики температуры: ТЕ1 – воды в верхней части бака накопителя;

ТЕ2 – воды в нижней части бака-накопителя;

ТЕ3 – воды в смесителе;

ТЕ4 – воздуха в теплице.

Система снабжена циркуляционным насосом 6 для подачи воды на теплообменник 5. При возникновении из лишков тепла в сооружении защищенного грунта 3 смеситель 4 подает холодный теплоноситель из нижней части бака-накопителя 1, в результате чего холодный теплоноситель, проходя через теплицу, нагревается, забирая излишки тепла. При этом верхние слои воды в баке-аккумуляторе нагреваются, а температура нижних слоев не изменяется из-за низкой теплопроводности воды. Так, излишки тепла накапливаются и хранятся в аккумуляторе тепловой энергии. При похолодании теплая вода из верхней части бака-накопителя 1 через сме ситель 3 подается в систему отопления сооружения защищенного грунта. При этом происходит отдача тепла от системы воздуху в теплице и он нагревается до требуемой температуры.

Поскольку для обучения нейронной сети требуется создание входных векторов изменяющихся пара метров, то первый этап процесса управления заключается в проведении экспериментов на физической моде ли при ручном управлении.

На основе экспериментальных данных были созданы семь векторов для обучения нейронных сетей. Ал горитм создания нейронной сети для управления температурой воздуха в теплицы представлен на рис. 2.

Рис. 2. Алгоритм создания нейронной сети На рис. 3 приведены векторы для обучения нейронных сетей в формате txt. Для первой нейронной сети пять входных векторов: температура верхнего слоя воды в баке-накопителе (tv);

температура нижнего слоя воды в баке-накопителе (tn);

температура воды после смесителя (ts);

режим работы вентилятора (rv);

режим работы циркуляционного насоса (rn) и один целевой вектор температуры воздуха в теплице (tt);

для второй входным вектором будет являться вектор температуры воздуха в теплице (tt), а целевым положение рукоятки смесителя (rs)[1].

Рис. 3. Вектора для обучения нейронной сети в формате txt Создание М-файлов с текстом программ, выполняющих создание, обучение и тестирование полученных нейронных сетей, приведено на рис. 4. Результатом работы данных программ является создание нейронных сетей [1]. Первая сеть на основе данных входных векторов о температурах в системе аккумуляции тепла, ре жиме работы циркуляционного насоса и вентилятора определяет оптимальное значение температуры воздуха в теплице, а вторая нейронная сеть на основе этих данных управляет смесителем, осуществляет подачу тепла при похолодании или аккумулирует излишки тепла при перегреве воздуха. Обогрев осуществляется подачей тепла, собранного в верхней части бака-аккумулятора в виде горячей воды. Охлаждение воздуха происходит при подаче холодной воды в систему отопления из нижней части бака-накопителя.

Рис. 4. М-файлы В процессе обучения программа строит графики векторов, использованных при обучении сети (рис. 5).

Рис. 5. Векторы Результаты тестирования созданных нейронных сетей, позволяющие говорить о их работоспособности, изображены в виде графиков (рис. 6). Правильность работы сети зависит от точности совпадения вектора А=Т и вектора Best Linear Fit. В нашем случае коэффициент совпадения составил в первом случае R=0,985, а во втором – R=0,876.

Рис. 6. Тестирование сети Программа Matlab позволяет исследовать архитектуру созданных нейронных сетей из общего вида ней ронной сети в формате mdl. На рис. 7 видно что нейронная сеть (Neural Network) имеет один вход (p) и один выход (y).

Рис. 7. Нейронная сеть Полученная нейронная сеть Neural Network состоит из двух слоев (layer): первый слой содержит 30 ней ронов, а второй – один нейрон (рис. 8) [7].

Рис. 8. Структура слоев НС В результате эксперимента получены данные, необходимые для создания, обучения и тестирования нейронной сети, на основе которых разработаны две нейронные сети для регулирования температуры воздуха в теплице.

Разработанный алгоритм обучения нейронной сети упрощает процесс создания, обучения и тестирова ния НС. Управляя системой обогрева теплицы, он позволяет создать САР, способную самостоятельно под страиваться под изменяющееся факторы и поддерживать заданные параметры в диапазоне, требуемом тех нологией выращивания.

Литература 1. Matlab R2007 с нуля®: пер. с англ. / Hunt Brian R. Hunt [at el.]. – М.: Лучшие книги, 2008. – 352 с.

2. Абашина Е.Л., Сиротенко О.Д. Прикладная динамическая модель формирования урожая для имита ционных систем агрометеорологического обеспечения сельского хозяйства // Математическое модели рование в агрометеорологии: тр. ВНИИСХМ. – Л.: Гидрометеоиздат, 1986.

3. Бихеле З.Н., Молдау Х.А., Росс Ю.К. Математическое моделирование транспирации и фотосинтеза рас тений при недостатке почвенной влаги. – Л.: Гидрометеоиздат, 1980. – 223 с.

4. Медведев В.В., Потемкин В.Г. Нейронные сети. – М.: Диалог – МИФИ, 2002. – 489 с.

5. Моделирование роста и развития сельскохозяйственных культур. – Л.: Гидрометеоиздат, 1986. – 320 с.

6. Торнли Дж.Г.М. Математические модели в физиологии растений. – Киев: Наукова думка, 1982. – 310 с.

7. Уоссермен Ф. Нейрокомпьютерная техника: Теория и практика. – М., 1992.

УДК 631.3 Н.П. Боярская, В.П. Довгун ПЕРЕДАТОЧНЫЕ ФУНКЦИИ ПАССИВНЫХ ФИЛЬТРОВ ГАРМОНИК В статье приведен анализ передаточных функций пассивных фильтров гармоник. Система «фильтр – питающая сеть» рассматривается как реактивный четырехполюсник, нагрузкой которого служит сопротивление сети. Определены основные свойства частотных характеристик ПФГ. Исследова но влияние параметров сети на частоты экстремумов передаточных функций.

Ключевые слова: качество электроэнергии, нелинейные нагрузки, пассивные фильтры гармоник.

N.P. Boyarskaya, V.P. Dovgun TRANSFER FUNCTIONS OF THE PASSIVE HARMONIC FILTERS Analysis of the transfer functions of the passive harmonic filters is given in the article. The system « filter – mains» is considered as reactive four-terminal network loading of which is mains resistance. The basic properties of PHF frequency characteristics are determined. Mains parameter influence on the transfer function extremum frequen cies is researched.

Key words: electric power quality, nonlinear loadings, passive harmonic filters.

Одной из главных причин ухудшения качества электроэнергии в распределительных сетях является увеличение числа нелинейных устройств, создающих при своей работе токи несинусоидальной формы. Таки ми устройствами являются импульсные источники питания, частотные преобразователи для приводов элек тродвигателей с регулируемой скоростью вращения, пускорегулирующие аппараты для электролюминесцент ных ламп и т.д.

Токи и напряжения несинусоидальной формы можно представить в виде суммы гармоник, частоты ко торых кратны основной частоте питающей сети.

Результатом воздействия гармоник на систему электроснабжения и оборудование потребителей является увеличение потерь во вращающихся машинах, трансформаторах, линиях электропередачи, ускоренное старение изоляции электрооборудования, ложные срабатывания устройств релейной защиты и автоматики [1–4].

Основное средство уменьшения уровня высших гармоник в сетях электроснабжения – использование фильтрокомпенсирующих устройств. Такими устройствами являются пассивные и активные фильтры гармоник [5–7].

Пассивный фильтр гармоник (ПФГ) представляет пассивную частотно-селективную цепь, обеспечиваю щую подавление или ослабление высших гармоник, генерируемых нелинейной нагрузкой. Основными досто инствами пассивных фильтров являются их простота и экономичность. Они дешевы, не требуют регулярного обслуживания, могут выполнять одновременно несколько функций, таких, как подавление гармоник, коррекция коэффициента мощности, уменьшение провалов напряжения при пуске мощных электродвигателей [5].

Недостаток пассивных фильтров заключается в возможности возникновения резонанса токов в парал лельном колебательном контуре, образуемого фильтром и индуктивностью питающей сети на частотах, близ ких к частотам высших гармоник. Другой недостаток ПФГ – через пассивный фильтр, устанавливаемый вблизи определенной нелинейной нагрузки, могут замыкаться токи гармоник других нелинейных потребителей, что вызывает перегрузку отдельных элементов фильтра.

Активный фильтр гармоник представляет собой коммутируемое устройство, выполняющее одновре менно несколько функций: подавление высших гармоник, коррекцию коэффициента мощности, снижение фликкера. В качестве коммутируемых элементов в активных фильтрах используются преимущественно мощ ные МОП-транзисторы или биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT).



Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 8 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.