Плюсы-и;doc

ISBN 978–5–9905921–2–4
«МОЛОДЕЖЬ В НАУКЕ:
НОВЫЕ АРГУМЕНТЫ»
Сборник научных работ
I-го Международного конкурса
Часть I
Липецк, 2014
Научное партнерство «Аргумент»
I-й Международный конкурс научных работ
«МОЛОДЕЖЬ В НАУКЕ:
НОВЫЕ АРГУМЕНТЫ»
Россия, г. Липецк, 06 октября 2014 г.
СБОРНИК НАУЧНЫХ РАБОТ
Часть I
Ответственный редактор:
А.В. Горбенко
Липецк, 2014
УДК 06.063:082
ББК 94.3
М75
Молодежь в науке: Новые аргументы [Текст]: Сборник научных
работ I-го Международного конкурса (Россия, г. Липецк, 06 октября
2014 г.). Часть I / Отв. ред. А.В. Горбенко. — Липецк: Научное
партнерство «Аргумент», 2014. — 172 с.
ISBN 978–5–9905921–2–4
Сборник включает тексты научных работ, представленных на
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»,
состоявшийся 06 октября 2014 г. в г. Липецке (Россия). В сборнике
опубликованы научные работы молодых ученых из Азербайджана,
Казахстана, России, Украины. Работы сгруппированы по секциям в
соответствии с принятой научной классификацией.
© Коллектив авторов
КОНКУРСНАЯ КОМИССИЯ
Председатель:
Федоров О.В., д-р техн. наук, проф.,
г. Нижний Новгород, Россия.
Члены комиссии:
Арефьев Н.В., д-р техн. наук, проф.,
г. Санкт-Петербург, Россия;
Барышников Г.Я., д-р геогр. наук, проф.,
г. Барнаул, Россия;
Бельгибаев М.Е., д-р геогр. наук, проф.,
г. Семей, Казахстан;
Боброва Л., д-р социальных наук, доц.,
г. Шяуляй, Литва;
Захарова О.В., д-р экон. наук, доц.,
г. Донецк, Украина;
Иванцова Е.А., д-р с.-х. наук, проф.,
г. Волгоград, Россия;
Искандарова Ш.Т., д-р мед. наук, проф.,
г. Ташкент, Узбекистан;
Исмаилов Н.Ш., д-р техн. наук, проф.,
г. Баку, Азербайджан;
Куриленко В.В., д-р геол.-минерал. наук, проф., г. Санкт-Петербург, Россия;
Мазбаев О.Б., д-р геогр. наук, проф.,
г. Астана, Казахстан;
Макутенене Д., д-р социальных наук, доц.,
г. Каунас, Литва;
Мартынов Л.М., д-р экон. наук, канд. техн. наук, проф., г. Москва, Россия;
Нигматов А.Н., д-р геогр. наук, проф.,
г. Ташкент, Узбекистан;
Прокашев А.М., д-р с.-х. наук, доц.,
г. Киров, Россия;
Чодураев Т.М., д-р геогр. наук, проф.,
г. Бишкек, Кыргызстан;
Шматко А.Д., д-р экон. наук, проф.,
г. Санкт-Петербург, Россия;
Шукаев Д.Н., д-р техн. наук, проф.,
г. Алматы, Казахстан;
Ясницкий Л.Н., д-р техн. наук, проф.,
г. Пермь, Россия;
Акрамова Л.Ю., канд. пед. наук, доц.,
г. Ташкент, Узбекистан;
Ахметова А.А., канд. экон. наук, доц.,
г. Кызылорда, Казахстан;
Бедрицкий И.М., канд. техн. наук, доц.,
г. Ташкент, Узбекистан;
Безгинова Л.И., канд. экон. наук, доц.,
г. Харьков, Украина;
Воробьева О.В., канд. пед. наук, доц.,
г. Рязань, Россия;
Глазунова И.Н., канд. пед. наук, доц.,
г. Липецк, Россия;
Грищенко Г.В., канд. мед. наук,
г. Николаев, Украина;
Егоров А.И., канд. экон. наук, доц.,
г. Москва, Россия;
Карлов В.А., канд. техн. наук, доц.,
г. Днепропетровск, Украина;
Мельников А.Ю., канд. техн. наук, доц.,
г. Краматорск, Украина;
Мирзорахимов К.К., канд. хим. наук, доц.,
г. Душанбе, Таджикистан;
Нурмаганбетова М.О., канд. техн. наук, проф.,
г. Алма-Ата, Казахстан;
Осмонкулова Г.О., канд. экон. наук, доц.,
г. Бишкек, Кыргызстан;
Пенев С.Д., канд. пед. наук, доц.,
г. Русе, Болгария;
Сатиева Ш.С., канд. психол. наук, доц.,
г. Семей, Казахстан;
Семенишена Н.В., канд. экон. наук, доц., г. Каменец-Подольский, Украина;
Скамьин А.Н., канд. техн. наук,
г. Санкт-Петербург, Россия;
Тотубаева Н.Э., канд. биол. наук, доц.,
г. Бишкек, Кыргызстан.
СОДЕРЖАНИЕ
Секция 1. Физика, математика
Бану А.
О качественных свойствах решения одной задачи фазовых
переходов ...................................................................................................... 7
Боргардт А.А.
Применение адаптивного подхода к алгоритмизации
недетерминированных игр .......................................................................... 13
Дьячков И.С., Песков Д.А., Хромов И.Д.
Модернизация миниатюрной физической лаборатории
«Электричество и магнетизм» МФЛЭМ-1 .................................................. 18
Калита П.Ю.
Строгий расчет температуры электронного изделия в режиме
принудительного охлаждения ..................................................................... 22
Милосердов А.А.,
Анализ возможных угроз оператору сложной информационной
системы ........................................................................................................ 26
Надырова Ф.К.
Анализ прямых и итерационных методов решения систем линейных
уравнений с помощью ЭВМ и вычислительной математики .................... 32
Сухова С.В.
Выявление и описание случайных факторов, действующих на
бизнес-процесс «Оформление талона на приём к врачу» в рамках
имитационного моделирования .................................................................. 39
Филиппов А.П.
Экспериментальное получение модовой картины в оптических
волокнах ....................................................................................................... 44
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
Байлинов М.А.
Анализ роста и формирования сосновых культур на автоморфных
почвах........................................................................................................... 48
Бостынец Н.И., Денежная А.Н.
Разработка эскимогенератора с эффективной системой
теплообмена ................................................................................................ 56
Бобылев А.Н., Шаршов В.В.
Способ производства сбивного бездрожжевого хлеба из муки
цельносмолотого зерна пшеницы .............................................................. 61
4
Ветров А.В., Карибайулы Е.
Вибрационный сепаратор для разделения близких по физическим
свойствам частиц......................................................................................... 65
Измайлов В.Н., Онгарбеков О.
Разработка экспериментального стенда ситового сепаратора для
очистки сафлора от крупных примесей ...................................................... 68
Каданцев Д.А.
Методика выбора патронов для станков с ЧПУ при смене
номенклатуры выпускаемой продукции ..................................................... 71
Киржинова Ж.А., Шехурдина Н.М.
Использование дикорастущих в производстве продуктов питания .......... 76
Коверченко А.А., Дождалева М.И.
Оптимизация технологии переработки клубней топинамбура.................. 79
Коженко Н.В.
Гидравлические исследования расходных характеристик
регулирующего органа, ленточного регулятора расхода воды ................ 84
Крынин А.Н., Долгополов О.В.
Разработка установки непрерывной ТВЧ-дефростации продуктов в
блоках ........................................................................................................... 90
Кулгунин А.И.
Мощь SMD освещения ................................................................................ 93
Лыткин Е.П., Иннокентьев К.А.
Большегрузные автомобили БелАЗ в условиях Крайнего Севера ........... 99
Мандаров Д.В.
Техническая терминология в курсе инженерной графики....................... 102
Мимонов А.М.
Оптимизация процесса механической обработки детали «Корпус» на
основе применения быстропереналаживаемого технологического
оборудования ............................................................................................. 105
Моногаров М.О.
Использование автоматизированных систем конструкторской
подготовки литейного производства с целью повышения качества
изделий ...................................................................................................... 112
Нахлесткин А.А., Архиреев А.Г.
Модернизация топливной аппаратуры, обеспечивающей применение
летних горюче-смазочных материалов в условиях низких температур
на специализированной технике .............................................................. 115
5
Решетников Д.С.
Дверная ручка «Keys in the past». Разработка современной дверной
ручки, с усовершенствованным механизмом защиты ............................. 119
Руфуллаев Э.Ш.
Экологический контроль над параметрами плодородия почв
бассейна реки ленкоранчай ...................................................................... 122
Сабырова Ж.К., Жанбатыров А.Е.
Методы шифрования информации .......................................................... 126
Синдеев А.Н.
Анализ устройств для измельчения пищевых сред ................................ 130
Столбовенко В.А.
Расширение ассортимента продуктов здорового питания ..................... 134
Сулейменов Д.Т.
Инвентаризация лесных насаждений Сары-аркинского района
города Астаны............................................................................................ 137
Трапезников В.А., Шахов А.С.
Разработка многосекционной вакуум-сублимационной сушилки
поточно-циклического действия ............................................................... 143
Федоров Н.Е.
Возможности современного автоматизированного автодрома для
подготовки водителей автотранспортных средств .................................. 148
Фокина Ю.А., Ракитянский А.А.
Расширение ассортимента функциональных птицепродуктов за счет
использования жмыха чуфы ..................................................................... 151
Хабибуллоев З.З., Белых Д.А.
Разработка кавитационного мембранного аппарата ............................... 154
Шарафутдинова А.Р.
Товароведная оценка кумысных напитков обогащённых йодом и
инулином .................................................................................................... 159
Юдаев А.Ю., Соколов Б.А.
Повышение энергетической эффективности
нефтеперерабатывающего комплекса на базе концепции
интенсивного энергосбережения с использованием Aspen Hysys ......... 162
Яньшина С.А., Стебунова И.С.
Барьерные технологии мясных полуфабрикатов с использованием
натуральных биополимерных композиций............................................... 168
6
Бану Абилсейиткызы
О качественных свойствах решения одной задачи
фазовых переходов
КазНУ им. аль – Фараби, г.Алматы, Казахстан
В работе изучается свойства автомодельных решений и предельные переходы по параметрам одной задачи типа Стефана, описывающей кинетику замерзания грунта. Разрешимость и периодические решения были изучены в работах [1, 2] в следующей постановке:
Пусть
ницей
S,
 - ограниченная область в R m с достаточно гладкой граQT    (0, T),ST  S  (0, T). Требуется найти функции
( x, t ), w( x, t ) (температуру и влажность грунта), определенные в области
Q T , удовлетворяющие следующей системе уравнений:
t  k      ( w  H()),
(1)
w t  w    ( w  H())
начальным и граничным условиям:
( x,0)  0 ( x), x   ,
(2)
w( x,0)  w0 ( x), x   ,
(3)
( x, t )   s ( x, t ), (x,t)  S T ,
(4)
w( x, t )  ws ( x, t ), (x,t) ST ,
(5)
где функция H[( x, t )]  1 при ( x, t )  0 ,
H[( x, t )]  0 при ( x, t )  0 , а на
множестве E  {(x, t )  QT | (x,t)  0} функция H[( x, t )]  [0,1] почти всюду. Всюду ниже коэффициенты k, , ,  считаются положительными константами.
1. Разрешимость в автомодельных переменных задачи (1) – (5).
x
Введением автомодельных переменных  
при m  1 система уравt
нений в (1) приводится следующему виду:

       ( t  1)  ( w  H())  0,
2

  w    w     ( t  1)  ( w  H())  0,
2
k   
(6)
при следующих условиях:
Секция 1. Физика, математика
7
(0)   0 ,
()  1,
w (0)  w ,
(7)
w()  w 1.
0
Система уравнений (6) с дополнительными условиями (7) решена с
использованием теоремы Шаудера о неподвижной точке, а также аппроксимацией функций Н() монотонными функциями Hn () , совпадающими с Н() при   1/ n и   0. Тогда для каждого n решается задача
(6) – (7). Затем переходив к пределу по n получаем искомое решение
задачи (6) – (7). Исходя из вышеизложенного, а также из результатов
работ [2,3] для решения задачи (6) и (7) справедлива:
Теорема 1. Пусть в условиях (7) ограничены 0  w i  1, i , i  0,1.
Тогда справедливы оценки и следующие представления решения:
0  w()  1, (8)

()   exp(
0
(8)


1
~ ~
)  {С0      ( t  1)    [H(  )  w
]
4*k
k 0
2
(9)
s2
 exp(
)ds}d  0 ,
4*k

w()   exp(
0

2
1
~  H(~
)  {C1    ( t  1)    [ w
 )] 
4*
 0
(10)
s2
 exp(
)ds}d  w 0 ,
4*
где
С0 
2


 {1   0      ( t  1) 

1
2
~ ~
  exp(
) [H( ) - w
]
k 0
4 * k 0
s2
 exp(
)dsd},
4*k
C1 
2


 { w 1  w 0    ( t  1) 
1
2
  exp(
)
 0
4*

s2
~  H(~
  [w
 )]  exp(
)dsd,
4*
0
Доказательство. Оценка (8) является следствием принципа максимума, а справедливость представлений (9) и (10) основана на следующую вспомогательную лемму.
Лемма 1. Решение начально – краевой задачи
a(u) 
8
u 2u

, ( x, t )  R , u t 0  u0, u x 0  u0,
t x2
(11)
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
где u0 ,u0  const, имеет вид u( x, t )  v(),   x  t -1/2 , и для v() справедливо представление

v()  u0  (u0  u 0 ) 

s
 a[ v(s)]ds)d
2
0
 exp(



s
 a[ v(s)]ds)d
2
0
.
(12)
 exp(
0
В частности, min(u0 ,u0 )  u( x, t )  max(u0 ,u0 ), и если u0  u0  0, то
функция [u( x, t )] является обобщенным решением задачи Стефана.
~ ~
В правых частях (9) и (10) представления решения функций , w
выбраны из выпуклого замкнутого множества  , удовлетворяющие
условиям (7). Тогда правые части (8) и (9) есть непрерывный оператор
~~
~~
(, w
) , определенный на множестве  функций ( , w
) и отображающий это множество в себя. Более того, так как производные решения в
(9) и (10) равномерно ограничены, то оператор  вполне непрерывный
на множестве  . По теореме Шаудера найдется хотя бы одна неподвижная точка оператора  .
Единственность полученного автомодельного решения следует из
теоремы о непрерывной зависимости обыкновенных дифференциальных
уравнений от данных.
2. Переход от неравновесного состояния в равновесное состояние.
Интересным является тот факт, что если перейти к пределу по    в
задачи (6) и (7), то предельная задача является задачи Стефана в автомодельной постановке:
d2 v 
dv
  a( v ) 
 0, a  ( v ),   (0,D* ),
d
d 2 2
(13)
v(0, )  , v(D* , )  0,
(14)
dv
1
(D * , )    D * ,
d
2
(15)
где функция v(, ) и параметр D*  D* () подлежат определению из
(13) – (15).
В (13) уравнение получено домножением второе уравнение в (6)
относительно влажности на  и сложив с первым уравнением относительно температуры в (6), а после предельного перехода по   
функция w  H() , т. е. предельная задача является равновесной.
Существование и единственность задачи (13) – (15) следует из результатов работы [3]. Кроме того, исходя из свойств решения задачи
(13) – (15) можно установить асимптотическое поведение решения задачи (6) – (7) при неограниченном возрастании времени. При этом схема
исследования состоит из анализа представления решения вида (8), (9) и
Секция 1. Физика, математика
9
применении теоремы сравнения обобщенных решений задачи (1) – (5). В

v(  )   
 H() ,
отличие
от
задачи
Стефана
функция
k
[v()]  v()  ~
  H().
Следует отметить, что осуществление предельного перехода возможно в соответствующих интегральных тождествах в обобщенном
смысле. Указанный подход показан в следующем примере  k  0 .
3. Предельный переход по  k  0 .
Определение. Вводится пространство K() - функций определенных в  с нормой:
u K( )  u ,  u
W21 (  )
.
Лемма 2. Пусть для всякого   (0,  0 ) выполнены условия теоремы
1и
u
K( )
 C3 ,
где константа C 3 не зависит от .
Тогда для решения задачи (6) и (7) относительно функций w()

2
справелива оценка:    ( w  ) d  C 4 , где константа C 4 не зависит от .
0
Для доказательства леммы 2 второе уравнение в (6) умножается на
( w   u ) и интегрируется по  . Утверждение леммы 2 получается после несложных преобразований.
Теорема 2. Пусть выполнены условия леммы 2 и
u
 2,
, v 
2,
 С ,
5
v  v
2
2,
 u  w 0
1,
 0 при   0,
(16)
где константа C 5 не зависит от .
Тогда решение задачи (6) и (7) сходится к решению задачи:
k   

       ( t  1)  ( w  H())  0,
2

 w     ( t  1)  ( w  H())  0,
2
(17)
с условиями:
(0)  0 ,
w (0 )  w 0 .
10
()  1,
(18)
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
в следующем смысле:
*
2
   п.в. в  и слабо W2 (); w   w - слабо в L  () , ( w  )  w 
слабо в L 2 (), где через  , w   обозначены решения задачи (6) и (7),
для удобства через  обозначена полуинтервал (0,) . Задача (17) –
(18) представляет математическую модель без учета миграции влаги.
Действительно функции  , w   удовлетворяют интегральным
тождествам:




 k    2        ( w  H())  d  0,
0




   w   2  w     ( w  H())  d  0,
0
для любых
  L  (0, ),   W21(0, )  L  (0, ),(0)  ()  0.
В силу теоремы 1 и леммы 2 можно выбрать подпоследователь 
ность  k  0 такую, что k , w k сходятся к некоторым , w в смысле
указанным в теореме 2. Предельный переход по  k  0 в интегральных
тождествах дает равенства:



 

 
 k    2        ( w  H())  d  0,
0

 
 

  2  w     ( w  H())  d  0,
0
для получения которых используется неравенство Гельдера и лемма 2:

   w  d 


  w 
0
2,
 
2,
   C.
В силу единственности обоих задач все семейство
 
, w
k , w k схо-
дится к
.
4. Автомодельное решение исходной задачи (1) – (5) типа бегущей
волны:
Секция 1. Физика, математика
11

       ( t  1)  ( w  H())  0,
2

  w    w     ( t  1)  ( w  H())  0,
2
k   
где a  0 . Тогда система уравнений (1) приводится следующему виду:
k    a        ( w  H())  0,
  w   a  w     w    H()  0.
(19)
При дополнительных условиях типа (7) соответствующая задача
имеет единственное решение. Построение решения проводится с использованием теоремы Шаудера о неподвижной точке. Однако в отличие
от автомодельного решения, изложенного в пункте 1, автомодельное
решение типа бегущей волны обладает, согласно физическому смыслу,
следующими свойствами:
w
 0 при фиксированном t, т. е. влажность грунта уменьшает1)
x
ся при удалении от источника;
w
 0, при фиксированном х, т. е. влажность на данном участке
2)
t
возрастает со временем.
Таким образом, при переходе к автомодельной типа бегущей волw
 0 и указанное свойство выполняется
ны   x  a  t должно быть


 0 , что соответствует предположению

a  const  0, a  скорость распространения бегущей волны в положительном направлений.
Отметим, что формально при a  0 приходим к стационарной задаче, в которой w  w( x),   ( x) .
относительно температуры
Литература
1. Калиев И.А., Мухамбетжанов С.Т., Разинков Е.Н. Корректность математической модели неравновесных фазовых переходов воды в пористых средах // Динамика сплошной среды. - Новосибирск, 1989.- Вып.
93–94.-С.46 – 60.
2. Мейрманов А.М. Задача Стефана. - Новосибирск: Наука, 1986.- 239.
3. Джанабекова С.К., Мухамбетжанов С.Т. Периодическое по времени
решение одной задачи типа Стефана, описывающая кинетику замерзания (оттаивания) грунта // Межвузовский сборник научных трудов
“Исследование по теории дифференциальных уравнений”, Алматы,
1992. – С.67 – 73.
12
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
4. Даниэлян Ю.С., Яницкий П.А. Особенности неравновесного перераспределения влаги при промерзании и оттаивании дисперсных грунтов // ТФЖ, 1983.- №1.- Т.44.- С.91 – 98.
Автор
Бану
Абилсейиткызы,
студентка
4-го
курса
механикоматематического факультета КазНУ им. аль-Фараби, г. Алматы, Казахстан. E-mail: [email protected]
Научный руководитель
Мухамбетжанов Салтанбек Талапеденович, д.ф.-м.н., член-корр.
НИА РК, зав. кафедрой дифференциальных уравнений и теории управления КазНУ им. аль-Фараби, г. Алматы, Казахстан.
Боргардт Александр Александрович
Применение адаптивного подхода к алгоритмизации
недетерминированных игр
Тольяттинский государственный университет,
г. Тольятти, Россия
Для многих классических игр таких, как Poker, нарды, Freeciv[3] и
др., возможна разработка адаптивных алгоритмов, анализирующих поведение противника и подстраивающихся[2] под него. На основе исследования данных о принятых противником решениях в течение некоторого
количества партий (обучение) можно определить тактики противника с
помощью генетических алгоритмов и турнирных подходов к самообучению. Последующее формирование базы знаний позволяет успешно реагировать на действия противника.
Основу предлагаемого адаптивного подхода составляет алгоритм
трех экспертов. Кратко опишем разработанный алгоритм. Эксперты
представляют собой весы. Каждый эксперт независимо смотрит на факты и развешивает их на плечи весов в зависимости от того, как к ним
относится. Факты могут быть связаны и влиять друг на друга (умножение
коэффициентов) и независимы (сложение коэффициентов). Начальный
наклон плеча весов характеризует предпочтение эксперта к тому или
иному факту. Длина плеча характеризует влияние фактов на изменение
решения эксперта.
Принятие решений каждым экспертом осуществляется с помощью
правила моментов, когда все грузы (факты из вектора признаков) развешены на весах. Эксперт оценивает факт, исходя из описывающих игровую ситуацию математических формул, которые основаны на правилах
ведения игры и могут частично меняться на основе опыта экспертов (алгоритм настройки экспертов). Алгоритм анализа и настройки экспертов
формируется на основе знаний, накопленных в течение игры. Тройка
Секция 1. Физика, математика
13
экспертов всегда спорит каждый с каждым, решение принимается только
тогда, когда хотя бы двое из трех согласились.
Рассмотрим применения этого алгоритма для игры Freeciv[3].
Freeciv – это многопользовательская стратегическая игра. Задачей агента является успешная игра против нескольких пользователей. Достижение успеха требует баланса между экономическим ростом, военной мощью и технологическим развитием.
Агент принимает решение на основе своего текущего состояния и
текущего состояния игры. Состояние агента – описание имеющихся у
него ресурсов. Состояние игры – история взаимодействия агента с другими игроками в течение раунда игры. Признаки изменяются или дополняются во время игры.
Игра начинается с того, что у агента имеется один поселенец, который помещается в случайную позицию на карте. Задача агента: выбрать удачное место для будущего города для того, чтобы обрабатывать
его окрестности, тем самым накапливая ресурсы. Сделав свой выбор,
агент строит город, а поселенец превращается в одного жителя города.
Центр города считается всегда обрабатываемым. Окраины могут обрабатываться жителями, на одного жителя – один квадрат. Деятельность
жителя определяется агентом в момент его появления и не изменяется
до конца раунда игры.
Далее при накоплении на складах города определенного количества еды – появляется житель города (и стоит задача выбора для него
места обработки), а при накоплении определенного количества металла – появляется новый поселенец (и стоит задача выбора места для
нового города). Количество необходимых ресурсов для появления нового
жителя зависит от размера города (числа жителей этого города).
Агент заранее получает набор базовых стратегий игры, которые гарантируют успех в достаточно большом количестве ситуаций. По ходу
игры агент может применять эти стратегии, а также может формировать
новую стратегию на основе получаемой информации об игре.
Агента можно представить как коллектив из трех экспертов, тогда
для разработки стратегии можно использовать предлагаемый автором
алгоритм анализа и настройки экспертов. После согласования мнений
экспертов (если два решения совпадают) решение принимается к действию.
Рис. 1. Дерево решений
14
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
В течение раунда игры агент строит дерево решений. Пример такого дерева изображен на рис. 1. После окончания раунда работает алгоритм анализа и настройки экспертов. Выделяются цепочки решений (пути от корня до листьев) и анализируется. Затем из успешных цепочек
формируется наиболее эффективная последовательность принятия решений. Эта последовательность сравнивается с лучшей цепочкой закончившегося раунда. Лучшая из этих последовательностей принимается в
качестве «идеальной цепочки решений». На основе ее анализа составляются новые правила для экспертов (если требуется), калибруются
старые. Затем анализируются все цепочки решений, которые привели
агента к проигрышу в игре или к плохому состоянию (почти проигрышному состоянию).
После их анализа выполняется корректировка границ коэффициентов, которые определяют дальнейшую стратегию и позволяют делать
удачные шаги. Изменению подвергаются и различные параметры, влияющие на то, сколько будет потрачено тех или иных ресурсов на том или
ином шаге игры.
Рассмотрим возможности применения алгоритма принятия решений методом трех экспертов на основе эвристических настроек на игрока
для недетерминированной игры[4] Покер. Это игра с неполной информацией – игроки не имеют информации о картах противника. Также в ней
присутствуют элементы случайности – карты игроков и карты на игровом
поле выбираются из колоды случайным образом. Рассмотрим вариант
игры Texas Holdem No Limit Poker.
Разработанный автором агент состоит из трех основных блоков:
Logic – блок логики принятия решений (Fold, Call, Raise),
Simulation – блок симуляции раздачи карт,
Statistics – блок накопления и обработки статистики по игрокам.
Из Statistics в Simulation передаются наиболее вероятные комбинации карт, находящиеся в данный момент у противников; такие комбинации получены на основе накопленных знаний о решениях игроков и истории сданных карт в предыдущих раундах игры.
Из Simulation в Logic поступают результаты симуляции дальнейшего хода игры: возможные варианты набора карт у противников с оценками вероятностей этих вариантов.
Из Statistics в Logic передается информация о возможных стратегиях игроков, построенных на основе собранных в процессе игры статистических данных об игроках.
В процессе игры агент формирует (блок Statistics) профиль оппонента: накапливает информацию об игровых ситуациях и соответствующих решениях игрока.
Агент принимает решение (блок Logic) на основе своего текущего
состояния и текущего состояния игры. Состояние агента характеризуется
имеющимся у него на руках набором карт, набором карт на столе и объявленными на текущий момент ставками. Состояние игры – история взаимодействия агента с другими игроками в течение раунда игры.
Важной задачей агента является эффективное определение стратегии противника на основе построенных вероятностных моделей поведения противника в процессе игры. Затем агент формирует ответную
стратегию. Если агенту не удается сформировать успешную контрстратегию, то после окончания игры (раунда) удачная стратегия оппоСекция 1. Физика, математика
15
нента может быть применена агентом в следующих играх (в следующих
раундах игры).
В начале игры агент имеет набор базовых стратегий. В процессе
игры агент может модифицировать эти стратегии, а также может формировать новую стратегию на основе получаемой информации об игре и
соперниках.
Агента можно представить как коллектив из трех экспертов. Эксперты представляют собой весы [1].
Рис. 2. Принятие решений экспертами
Принятие решений каждым экспертом осуществляется с помощью
правила моментов, когда все грузы (факты из вектора признаков) развешены на весах (рис2). Вектор признаков, характеризующий состояние
игры в определённый момент, включает себя: Набор карт у агента, набор
карт на столе, сумму деньги на счёту агента, ставки в текущем раунде,
текущей профили игроков. Для принятия решений экспертам сначала
необходимо правильно оценить каждый факт (дать ему вес) на основе
описывающих игровую математических формул.
Одна из базовых формул:
p * pot * n = win
(1)
где p – вероятность выигрыша с текущими картами (на руках и на столе),
pot – размер банка на момент принятия решения, win – величина ожидаемого выигрыша, n − комиссия покер-румы.
Формулы основаны на правилах ведения игры и могут быть частично модифицированы на основе опыта экспертов.
Во время каждого хода игрок может принять одно из трех решения:
Fold, Call, Raise. (Есть еще All-in – когда денег для продолжения игры
нет, и придется поставить все.)
Приведем примеры правил принятия решений:
16
Если win < bet_cur => Fold,
(2)
Если betcur + SmallBlind > win ³ betcur Þ Call(Check) ,
(3)
Если win ³ bet _cur + Small Blind => Raise (Bet) ,
(4)
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
где bet_cur – это все деньги, которые агент положил в банк за текущую
игру, плюс те деньги, которые нужно сейчас поставить, Small Blind – размер малого блайнда.
Применяя алгоритм трех экспертов, получаем решение для каждого хода.
В процессе игры запоминаются цепочки решений агента и его противников. После окончания раунда игры проводится его анализ, на основе которого составляются новые правила для экспертов (если требуется)
и модифицируются старые. Изменению подвергаются различные параметры, влияющие на то, как будет проводиться оценка риска проигрыша
на том или ином шаге игры. Отдельно анализируются все решения, которые привели агента к проигрышу. Выделяются и анализируются цепочки
решений, которые привели к серьезному проигрышу, к выигрышу, к
нейтральному окончанию игры (к минимальному проигрышу). Затем из
успешных цепочек формируется наиболее результативная последовательность принятия решений. На ее основе калибруются базовые стратегии, а также составляются новые правила для экспертов (если требуется).
Затем выполняется корректировка границ коэффициентов, которые
определяют дальнейшую стратегию и позволяют делать удачные ставки.
Изменению подвергаются и различные параметры (в том числе матрица
рисков), которые отвечают за оценку риска на каждом шаге игры.
Таблица 1. Количество выигранных партий из 100
its
decision
Open
Holdem
Win
HoldEm
Shanky
Technologies
Online Poker
Inspector
Neo Poker Bot
82%
83%
82%
82%
79%
Вычислительные эксперименты показывают, что применение алгоритма трех экспертов, принимающего решения на основе знаний о том,
какие стратегии применял противник в прошлом, дает возможность максимизировать количество побед. Разработанный алгоритм анализирует
игру противника, чтобы наилучшим образом построить контр-стратегии.
В случае, если игра проходит против нескольких игроков, то разработанный алгоритм формирует нейтральную стратегию, чтобы количество
проигрышей было наименьшим.
Литература
1. Боргардт А.А. Программирование недетерминированных игр с Применением эвристических настроек на оппонента. // Сборник трудов VII
Всероссийская конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Искусственный интеллект: философия, методология, инновации». – МГТУ МИРЭА. − 2013. – С.16-19.
2. Боргардт А.А, Лысенко А.M., Мельников Б.Ф. Применение мультиэвристического подхода при алгоритмизации решения головоломок //.
Вектор, ТГУ (журнал ВАК). − 2012. − №4(22).− С28-31.
3. Боргардт A.A., Мельникова Е.А. Разработка интеллектуального агента
для игры freeciv // Междисциплинарные исследования в области математического моделирования и информатики. − 2013. C. 11-14.
Секция 1. Физика, математика
17
4. Мельников Б.Ф., Мельникова Е.А. Подход к программированию недетерминированных игр. (Часть I: Описание общих эвристик). // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Физикоматематические науки.  2013. − №4(28). − С.29-38.
Автор
Боргардт А.А., студент 5 курса ФГБОУ ВПО «Тольяттинский государственный
университет»,
г.о.
Тольятти,
Россия.
E-mail:
[email protected]
Научный руководитель
Мельникова Елена Алексеевна, канд. физико-математических наук,
доцент ФГБОУ ВПО «Тольяттинский государственный университет»,
г.о. Тольятти, Россия.
Дьячков Иван Сергеевич,
Песков Данила Антонович,
Хромов Иван Дмитриевич
Модернизация миниатюрной физической лаборатории
«Электричество и магнетизм» МФЛЭМ-1
Московский государственный технический университет
радиотехники, электроники и автоматики (МГТУ МИРЭА),
г. Москва, Россия
Физику и электротехнические дисциплины с полным основанием
можно считать фундаментальными дисциплинами высшего и среднего
профессионального образования для широкого круга направлений подготовки специалистов и бакалавров: электротехника, энергетика, приборостроение, автоматизация и управление, электроника и микроэлектроника, информатика и вычислительная техника, радиотехника, мехатроника и др. Государственные стандарты предполагают получение студентами знаний, навыков и умений по физическому исследованию электрических и магнитных явлений, расчету электрических цепей, экспериментальному исследованию электрических схем с использованием реальных
приборов, применению компьютерных программ для моделирования и
расчета электрических и электронных схем.
В МИРЭА были проведены разработки миниатюрной электротехнической лаборатории МЭЛ-2 и миниатюрной физической лаборатории
«Электричество и магнетизм» МФЛЭМ-1. Студенческая научная лаборатория в течение нескольких лет изготавливает стенды МЭЛ-2 и МФЛЭМ1. В последние годы проведена модернизация аппаратной части стендов
и переход на новую элементную базу. В данной статье рассмотрены основные особенности модернизированных стендов МФЛЭМ-1. Задачей
исследований и модернизации являлось применение в стенде малогабаритных узлов и деталей, современных технологических конструкций,
18
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
печатных плат, smd элементов, замены электровакуумных устройств
транзисторными имитаторами с целью снижения веса, материалоемкости, энергопотребления и повышения надежности стенда.
Стенд МФЛЭМ-1 был разработан на основе созданного кафедрой
физики МИРЭА лабораторного практикума «Электричество и магнетизм». МФЛЭМ-1 содержит: два регулируемых низковольтных источника
постоянного напряжения с защитой от перегрузки 1,5-12В; нерегулируемый низковольтный источник постоянного напряжения 12В с защитой от
перегрузки; регулируемый высоковольтный источник постоянного напряжения 0-200В с защитой от перегрузки, функциональный генератор сигналов с диапазоном от 20 Гц до 1 МГц, формирующий синусоидальный,
прямоугольный и треугольный сигнал; цифровой частотомер; генератор
синусоидального сигнала с частотой 50 Гц, электронный интегратор на
операционном усилителе с защитой от перегрузки; датчик Холла с магнитной системой; катушку с сердечником из ферромагнетика; трансформатор с железным сердечником; полупроводниковый диод; газонаполненную лампу (тиратрон); имитатор электронных вакуумных диодов с
косвенным и прямым накалом; наборы пассивных линейных элементов
(резисторов, индуктивностей, емкостей) в соответствии с методическими
указаниями по выполнению работ.
МФЛЭМ-1 позволяет выполнять следующие лабораторные работы
по теме «Электричество и магнетизм»:
1. Измерение емкости конденсаторов мостиком Соти;
2. Определение емкости конденсаторов баллистическим методом;
3. Измерение электродвижущей силы элемента методом компенсации;
4. Исследование зависимости полезной мощности источника от
нагрузки;
5. Изучение цепей постоянного тока;
6. Изучение вакуумного диода;
7. Изучение работы выхода электрона из вольфрама;
8. Изучение полупроводникового диода;
9. Эффект Холла;
10. Изучение явления взаимной индукции;
11. Исследование явления гистерезиса в ферромагнетиках;
12. Изучение магнитной индукции в железе баллистическим методом;
13. Сложение гармонических колебаний;
14. Изучение релаксационных колебаний;
15. Изучение вынужденных колебаний и явления резонанса в электрическом колебательном контуре.
Функциональная схема МФЛЭМ-1 показана на рис.2. Блок питания
имеет 2 гальванически развязанных стабилизированных импульсных
источника напряжения и обеспечивает необходимые для внутреннего
питания всех узлов электроники стабилизированные номиналы напряжений (+5 В, -5 В, +12 В, -12 В). Управляемые источники напряжений УИН1
и УИН2 с выводами на лицевую панель имеют самовосстанавливающуюся защиту от коротких замыканий и перегрузки.
Функциональный генератор формирует в диапазоне от 20 Гц до 1
МГц сигналы синусоидальной, прямоугольной или треугольной формы,
имеет грубую и плавную регулировку частоты, регулировку скважности,
смещения и амплитуды, кнопочное управление.
Секция 1. Физика, математика
19
+5В
-5В
+12В
-12В
УИН2 УИН1
Рис. 1. Миниатюрная физическая лаборатория
«Электричество и магнетизм» МФЛЭМ-1
Блок
питания
Наборное поле
Имитатор
ламп
Трансформатор
Генератор
50 Гц
+12В,
-12В
Индикатор
Выпрямитель
Сигнал
Интегратор
Генератор
сигналов
+5В,
-5В
+12В,
-12В
Частотомер
+5В
Шлейф питания
Рис. 2. Функциональная схема МФЛЭМ-1
20
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
Цифровой частотомер предназначен для измерения частоты периодического сигнала любой формы на выходе функционального генератора сигналов и выполнен на микроконтроллере. Частотомер имеет четырехразрядный семисегментный индикатор. Диапазон измерения частоты
составляет от 20 Гц до 1 МГц. Для обеспечения необходимой точности и
соответствующего вывода на экран весь диапазон разбивается на поддиапазоны (такие же, как и у функционального генератора), на каждом из
которых обеспечивается своя точность и соответствующее отображение
частоты.
Генератор напряжения 50 Гц с мощным выходом формирует выходное напряжение с частотой 50 Гц с регулируемой амплитудой. Генератор используется для исследования биений колебания и формирования высоковольтного анодного напряжения 0 – 250 В.
Электронный интегратор выполнен на операционном усилителе,
содержит буферный повторитель и интегрирующий каскад с кнопкой
сброса, имеет регулировку нуля и позволяет заменить классические
баллистические гальванометры при измерении емкости конденсаторов
и магнитной индукции в железе.
Датчик Холла имеет малогабаритную магнитную систему от стандартного реле с общим весом не более 50 г.
Имитаторы электронных вакуумных диодов выполнены на транзисторах. В результате компьютерного моделирования схема и режимы
имитаторов подобраны так, чтобы их вольт-амперные характеристики
соответствовали теоретической формуле Богуславского – Ленгмюра.
В работе по изучению магнитной индукции в железе применен
стандартный малогабаритный трансформатор весом не более 200 г.
Гистерезис в ферромагнетиках изучается в магнитной системе, выполненной на ферритовом кольце.
В результате проведенных работ вес лабораторного стенда снижен
до 6 кг, энергопотребление не превышает 20 Вт.
Таким образом, встроенные в лабораторный стенд источники питания, функциональный генератор, частотомер, интегратор, имитаторы
электронных ламп, миниатюрные узлы магнитных систем заменяют целый ряд дорогостоящих внешних приборов, выполнены на современной
элементной базе, имеют достаточную точность и обеспечивают выполнение всех лабораторных работ при наличии внешнего двухканального
осциллографа и двух недорогих мультиметров типа UT30.
МФЛЭМ-1 имеет наименьшая стоимость при наибольших возможностях для лабораторных физических исследований по электричеству и
магнетизму и внедрена в МИРЭА и других вузах России.
Авторы
Дьячков И.С., студент 3-го курса Московского государственного
технического университета радиотехники, электроники и автоматики
(МГТУ МИРЭА), г. Москва, Россия. E-mail: [email protected]
Песков Д.А., студент 4-го курса Московского государственного технического университета радиотехники, электроники и автоматики (МГТУ
МИРЭА), г. Москва, Россия. E-mail: [email protected]
Секция 1. Физика, математика
21
Хромов И.Д., студент 4-го курса Московского государственного технического университета радиотехники, электроники и автоматики (МГТУ
МИРЭА), г. Москва, Россия. E-mail: [email protected]
Научные руководители
Алехин Владимир Александрович, доктор технических наук, профессор Московского государственного технического университета радиотехники, электроники и автоматики (МГТУ МИРЭА), г. Москва, Россия.
E-mail: [email protected]
Парамонов Владимир Дмитриевич, кандидат технических наук, доцент Московского государственного технического университета радиотехники, электроники и автоматики (МГТУ МИРЭА), г. Москва, Россия.
E-mail: [email protected]
Калита Павел Юрьевич
Строгий расчет температуры электронного изделия в
режиме принудительного охлаждения
Южно-Уральский государственный университет,
г. Челябинск, Россия
Анализ работы. Решение задач с расчетом температуры электронного изделия в процессе работы в режиме принудительного охлаждения весьма объемны и трудоемки, и зачастую решить их на бумаге
просто не представляется возможным.
В тоже время необходимы высокоточные тепловые расчеты для
соответствия высоким требованиям, предъявляемым к электронным
устройствам. Перегрев электронных компонентов ухудшает рабочие характеристики и снижает надежность устройств, что приводит к дорогостоящим модернизациям.
Но с современным уровнем развития технологий, решение подобных задач осуществляется с помощью компьютерного моделирования
термодинамических, термических и других процессов. В настоящее время имеется множество различных систем автоматизированного производства (САПР) – Ansys Fluent, Ansys Icepak, Tflex и другие.
Для решения поставленной задачи нами был выбран программный
продукт Ansys Icepak 14.0, так как данная программа предназначена специально для расчета тепловых параметров и термического контроля
электроники. И что немаловажно для обеспечения максимального КПД в
условиях эксплуатации, оптимизации изделия и предотвращения преждевременного выхода из строя – учет всех параметров среды (влияние
температуры, давления и влажности). А так же учет всех видов излучения и особенностей материалов.
ANSYS® Icepak® - специализированное программное средство для
разработки электронных устройств и корпусов для них. Ведущие мировые компании используют данный программный продукт, в основе кото-
22
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
рого лежит надежная мощная технология, для расчета воздушных потоков и обеспечения термического контроля электроники.
Обширные библиотеки стандартных электронных компонентов, которые содержат информацию о геометрии, свойствах материала, параметрах сетки и граничных условиях, позволяют сократить время проектирования изделия.
ANSYS Icepak использует современную технологию, применяемую
в решателе ANSYS FLUENT (CFD), для теплового расчета и вычисления
воздушных потоков. ANSYS Icepak позволяет рассчитывать все виды
теплообмена: теплопроводность, конвекция, теплообмен излучением.
Возможно выполнение расчетов как для стационарного, так и для нестационарного потока. Решатель использует схему multi-grid для ускорения
сходимости решения задач сопряженного теплообмена. ANSYS Icepak
обеспечивает хорошее качество сетки, что позволяет моделировать даже самые сложные электронные сборки, используя неструктурированные
сетки.
Постановка задачи. Проанализировать распределение температуры во всех областях электронного изделия при граничных условиях:
обдувание кулерами 18 м3/мин, температура окружающей среды 298 К.
Для наглядности в качестве исследуемого объекта возьмем радиатор с установленными на него источниками (рис. 1), на которых выделяется мощность 5 Вт на каждом.
Рис. 1. Исследуемая модель
Важно заметить, что для блоков и пластин, как и для других объектов можно задавать любой материал, либо создать свой. Для жидких и
газообразных сред так же предусмотрен выбор материала, включая сухой и влажный воздух, пар и другие.
Секция 1. Физика, математика
23
Для произведения расчета необходимо разбиение тела на конечное число элементарных частей и чем они мельче, тем точнее вычисления. В данном САПРе это реализовано с помощью создания сетки
(рис. 2).
Рис. 2. Расчетная сетка – секущая плоскость. Вид сверху
Результаты расчета:
Рис. 3. Линии скорости потока
24
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
Рис. 4. Градиент температуры – секущая плоскость.
Вид сверху
Рис. 5. Градиент распределения температур по поверхности
В данном исследовании произведен расчёт температуры радиатора. Аналогичным способом можно произвести расчет практически любого
электронного изделия с учетом реальных процессов теплопередачи (излучение, естественная и принудительная конвекция) с учетом реальных
параметров среды (влажность, давление, температура), что является
важным шагом при проектировании электронных устройств.
Литература
1. Огородникова, О.М. Сборник учебных материалов по расчёту в
ASYS: учебные материалы / О.М.Огородникова. – изд-во: Техноцентр
компьютерного инжиниринга, 2009. – 108 с.
Секция 1. Физика, математика
25
2. Дульнев, Г.Н. Тепловые режимы электронной аппаратуры / Г.Н. Дульнев, Н.Н. Тарановский. – изд-во: Энергия, 1971. – 231 с.
3. Трутко, А.Ф. Методы расчёта транзисторов / А.Ф. Трутко, – М.: Энергия, 1971. - Изд. 2-е, перераб. и доп. – 320 с.
4. Бруяка, В.А. Инженерный анализ в Ansys Workbench: Учебное пособие. Часть 1/ В.А. Бруяка, 2010. – 271 с.
Автор
Калита П.Ю., студент 4-го курса Южно-уральского государственного
университета, г. Челябинск, Россия. E-mail: [email protected]
Научный руководитель
Бухарин Виктор Алексеевич, старший преподаватель кафедры
«Конструирование и производство радиоаппаратуры» Южно-уральского
государственного университета, г. Челябинск, Россия.
Милосердов Александр Александрович
Анализ возможных угроз оператору сложной
информационной системы
Санкт-Петербургский национальный исследовательский
университет информационных технологий,
механики и оптики, г. Санкт-Петербург, Россия
Цель: Провести сравнительный анализ угроз оператору сложной
информационной системы
Задачи: Проанализировать возможные угрозы оператору информационной системы, как умышленного так и неумышленного характера.
Проанализировать методы осуществления данных угроз.
Актуальность: Одним из наиболее уязвимых элементов сложной
информационной системы является ее оператор. Ведь именно из-за его
работы зависит качество конечного результата и вообще наличие данного результата. Привидение оператора в нестабильное состояние или
выведение его из строя может привести к серьезным последствиям таким как прекращение работы системы, что в свою очередь может привести к серьезным потерям на объекте вплоть до человеческих жертв.
Именно поэтому не стоит упускать из внимания разнообразные факторы
воздействующие на организм человека и быть готовым принять соответствующие меры для снижения данного воздействия.
Объект исследования: Электромагнитные излучения, высокочастотные и низкочастотные акустические сигналы и прочие информационные поля способные нанести вред оператору сложной информационной
системы.
Для начала необходимо определиться что такое "Сложная информационная система". Данные системы также называют Эргосистемами
или
системами
"Человек-Машина".
СИСТЕМА
«ЧЕЛОВЕК—
26
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
МАШИНА» (СЧМ) — система, состоящая из человека-оператора (группы
операторов) и машины, посредством которой он осуществляет (они осуществляют) трудовую деятельность. Машиной в СЧМ называют совокупность технических средств, используемых человеком в своей деятельности. В ряде случаев употребляют термин «система «человек—машина—
среда», однако в этом нет особой необходимости, поскольку любая СЧМ
функционирует в условиях окружающей среды и ее учет всегда необходим при изучении СЧМ. На практике применяются различные типы СЧМ.
Их классификация может вестись по четырем группам признаков: 1) по
целевому назначению выделяют следующие классы СЧМ: управляющие,
обслуживающие, обучающие, информационные, исследовательские; 2)
по числу операторов различают моносистемы (с одним оператором) и
полисистемы (с двумя и более операторами), последние могут быть паритетными и иерархическими; 3) по типу и структуре машинного компонента СЧМ могут быть инструментальными, простыми, сложными и системотехническими комплексами; 4) по типу взаимодействия человека и
машины рассматривают системы непрерывного (напр., система «водитель—автомобиль») и эпизодического (напр., система «оператор—
ЭВМ») взаимодействия; при этом взаимодействие может носить как регулярный, так и стохастический характер. Несмотря на большое разнообразие СЧМ, все они имеют ряд общих черт и особенностей. Эти системы благодаря наличию в них человека, играющего активную и сознательную роль, способного планировать свои действия, принимать правильные решения и реализовывать их в соответствии с возникшими обстоятельствами, являются: 1) сложными и динамичными, т. е. состоящими из взаимосвязанных и взаимодействующих элементов различной
природы и характеризующихся изменением во времени состава, структуры и (или) взаимосвязей; 2) целеустремленными, т. е. продолжающими
преследовать одну и ту же поставленную цель при изменении внешних
условий; 3) адаптивными, т. е. приспосабливающимися к изменяющимся
условиям работы и изменяющими режим функционирования в соответствии с новыми условиями; 4) самоорганизующимися (в частном случае— саморегулирующимися; см. Саморегуляция), т. е. способными к
уменьшению энтропии (неопределенности) после выхода их из устойчивого состояния под действием различного рода возмущений. От уровня
автоматизации и назначения СЧМ во многом зависит характер деятельности оператора. В СЧМ начального уровня автоматизации деятельность
оператора более всего связана с реализацией функции регулирования.
Сложность деятельности оператора определяется не логической трудностью принятия решения, а в основном быстротой обнаружения сигналов
и реагирования на них. В СЧМ среднего уровня автоматизации большая
часть функций регулирования передается автоматом. Деятельность оператора оказывается связанной, прежде всего, с осуществлением функций контроля и оперативного управления. Возрастают логическая сложность деятельности и информационная загрузка оператора. Требуется
более высокое образование и специальная подготовка операторов по
сравнению с СЧМ начального уровня. В СЧМ высшего уровня автоматизации (комплексная автоматизация) все функции управления в нормальных условиях осуществляет ЭВМ. Оператор, находясь в состоянии оперативного покоя, осуществляет функции контроля и включается в работу
лишь при отклонении управляемого процесса от нормы. Такой характер
Секция 1. Физика, математика
27
работы предъявляет повышенные требования к специальной подготовке
и профессиональной пригодности оператора. Являясь в соответствии с
принятой классификацией (см. Система) реальной, а не абстрактнойсистемой, СЧМ выступает в таком качестве объектом изучения инженерной психологии, и к ней применимы основные положения системного
подхода. Поэтому функционирование техники и деятельность оператора,
который использует эту технику в процессе труда, должны рассматриваться во взаимосвязи, как единое целое. Отступление от этого принципа является нарушением системного подхода и приводит к снижению
эффективности СЧМ. Однако такой подход к рассмотрению и изучению
СЧМ требует обязательного учета специфических особенностей функционирования техники и деятельности оператора. [1]
При работе человека с машиной одним из главных воздействующих
факторов является электромагнитное излучение. В СССР широкие исследования электромагнитных полей были начаты в 60-е годы. Был
накоплен большой клинический материал о неблагоприятном действии
магнитных и электромагнитных полей, было предложено ввести новое
нозологическое заболевание “Радиоволновая болезнь” или “Хроническое
поражение микроволнами”. В дальнейшем, работами ученых в России
было установлено, что, во-первых, нервная система человека, особенно
высшая нервная деятельность, чувствительна к ЭМП, и, во-вторых, что
ЭМП обладает т.н. информационным действием при воздействии на человека в интенсивностях ниже пороговой величины теплового эффекта.
Результаты этих работ были использованы при разработке нормативных
документов в России. Вся история биологического развития есть история
адаптации живых организмов к изменениям естественных ЭМП, поэтому
их влияние на человека весьма неоднозначно - как их резкие изменения,
так и их отсутствия могут привести отрицательным последствиям. [2] Все
окружающие ЭМП можно поделить на две группы: искусственные или
техногенные, вызванные промышленной деятельностью человека,
и естественные, вызванные наличием у Земли собственного магнитного
поля (МП), постоянно действующего на любой биологический объект.
Опишем основные различия в биологическом воздействии искусственных и естественных ЭМП и соответствующие различия в обеспечении
экологической безопасности. Техногенные электромагнитные поля
(ТЭМП) отличаются простой частотной организацией, импульсной структурой, обладают на порядки большей интенсивностью и неравномерностью локализации по пространству. Их длительное воздействие приводит к необратимому слому организма. Однако, поскольку основным действующим фактором в случае ТЭМП является мощность излучения, а
распределение весьма локально, то их негативного влияния можно избежать, изменив место нахождения человека, время пребывания его в
неблагоприятной зоне или экранировав рабочее место. Действующим
агентом естественных магнитных полей (ЕМП) являются вариации магнитного поля Земли (ВМПЗ), вызванные раскачиванием магнитосферы
выбросами солнечного вещества, так называемыми магнитными бурями
(МБ). Особенностью МБ является их одновременность и всеобщность
для всей поверхности Земного шара, а так же сложная внутренняя частотная структура. МБ вызывают целый комплекс изменений во всех
параметрах окружающей среды. В процессе эволюции биологические
объекты приспособились к наличию постоянных вариаций МПЗ и изме28
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
нения, вызываемые ими в организме человека, находятся в пределах его
адаптационных возможностей. Более того, для здоровых организмов МБ
служат своеобразными “сигналами точного времени”, синхронизируя
работу внутренних органов и позволяя подстраивать внутреннюю ритмику организма под ритмику окружающей среды. Поэтому воздействие МБ
является информационным, а длительное экранирование ЕМП приводит
к ухудшению самочувствия (ярким примером неблагоприятной экранировки являются метро, подземные бункеры и подводные лодки).[3]
Таблица 1. Классификация радиочастот и условное
разделение зоны индукции и зоны излучения
Частоты
ДлиныВОЛН
Высокие частоты
(ВЧ)
100 кГц — 30 МГц
Ультравысокие
частоты
(УВЧ)
30 МГц 300 МГц
Длин- Сред- КоротУльтраконые ние 1 кие
роткие
3 км - км - 100 м
10 м-1 м
1 км 100 м - 10 м
Расстояния
условного
разделения зоны
индукции
480 м 160 м
и зоны
излучения
для максимальных длин
волн
16 м
1,6 м
Сверхвысокиечастоты (СВЧ)
300 МГц—300 00C МГц(микроволны)
Децимет- Сантимет- Миллиметровые 1 м
ровые
ровые
- 10 см 10 см - 1 см 1 см - 1 мм
16 см
1,6 см
1,6 мм
Другим источником угроз может являться аккустическое и виброаккустическое воздействие на человека. Механические колебания в упругих средах вызывают распространение упругих волн, называемых акустическими колебаниями. Физическое понятие об акустических колебаниях охватывает слышимые и неслышимые колебания упругих сред.
Энергия от источника колебаний передается частицам среды. По мере
распространения волны частицы вовлекаются в колебательные движение с частотой, равной частоте источника колебаний, и с запаздыванием
по фазе, зависящим от расстояния до источника и от скорости распространения волны. Распространяясь в пространстве, звуковые колебания
создают акустическое поле.
Ухо человека воспринимает и анализирует звуки в широком диапазоне часто и интенсивней. Высота звука определяется частотой колебаний: чем больше частота колебаний, тем выше звук. Громкость возрастает гораздо медленнее, чем интенсивность звуковых волн. Минимальные
значения порогов лежат в диапазоне 1–5 кГц. Порог слуха у человека
составляет 0 дБ на частоте 1000 Гц, на частоте 100 Гц порог слухового
восприятия значительно выше, так как ухо чувствительно к звукам низких
частот. Болевым порогом считает звук с уровнем 140 дБ, что соответСекция 1. Физика, математика
29
ствует звуковому давлению 200 Па, и уровнем интенсивности 100 Вт/м2.
Звуковые ощущения оцениваются по порогу дискомфорта.[4]
Ультразвук, как упругие волны, не отличается от слышимого звука,
но частота колебательного процесса способствует большому затуханию
колебаний вследствие трансформации энергии в теплоту и классифицируется на низкочастотный и высокочастотный; по способу распространения – на воздушный и контактный ультразвук.
Инфразвук также является областью акустических колебаний с частотой ниже 16–20 Гц. В условиях производства инфразвук сочетается с
низкочастотным шумом, в ряде случаев – с низкочастотной вибрацией.
Биологический эффект воздействия акустических колебаний на организм человека зависит от интенсивности, длительности воздействия и
размеров поверхности тела, подвергаемых действию колебаний и выражается функциональным нарушением органов и систем организма человека, так как акустические колебания способны вызывать срыв приспособительных реакций, вызвав акустический стресс, приводящий к функциональным нарушениям регуляции ЦНС и деструктивным процессам в
разных органах и тканях.
Также акустические колебания на производстве способствуют снижению внимания и увеличению числа ошибок при выполнении работы,
оказывают влияние на быстроту реакции.
Степень шумовой патологии зависит от интенсивности и продолжительности воздействия, функционального состояния ЦНС и индивидуальной чувствительности организма к акустическому раздражителю. ультразвук характеризуется большим значением интенсивности, которое
можно сфокусировать в небольшом объёме. Эффект зависит от интенсивности, длительности воздействия и состояния организма. Ультразвук
может влиять двумя путями: 1. Диффузное воздействие – происходит
через воздух; 2. Локальное. При диффузном воздействии происходят
нарушения нервной, сердечно-сосудистой и эндокринной систем, может
понизиться слух, нарушаются состав и функции крови, может происходить утомление, головные боли. При контактном (локальном) воздействии нарушается капиллярный кровоток, снижается болевая чувствительность (это используется при реабилитации). Может происходить
разрежение плотности костей.
Инфразвук очень часто сочетается с низкочастотной вибрацией,
вызывает возникновение неприятных ощущений, нарушения в центральной нервной системе, могут быть головные боли, головокружения, нарушения в вестибулярном аппарате, дыхательной системе, может быть
вызвано осязаемое движение барабанных перепонок, снижение внимания и работоспособности. Кроме этого, возникает чувство страха, сонливость, даже затруднение речи, у наиболее чувствительных людей усиливается эмоциональная неустойчивость, формируется неуверенность в
себе.
В целом, защита от любого акустического воздействия включает
в себя снижение звуковой мощности источников, изменение направления
воздействия, акустическую обработку помещений, также используют
звукоизоляцию, средства индивидуальной защиты, к которым относят
специальные наушники, шлемы и ушные вкладыши. Непосредственно к
воздействию акустических колебаний принадлежит воздействие ударной
волны, при этом влияет не только воздушная волна, в виде акустических
колебаний, но и фронт избыточного давления, который охватывает лю30
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
бой живой организм, а значит, может быть перемещение тела в пространстве.[1]
Повреждение от ударной волны определяется фронтом избыточного давления, действующего на организм. Если избыточное давление до
10 кПа, то возникает лишь неприятное ощущение, но это безопасно. Если до 40 КПа – возникают лёгкие поражения в виде звона в ушах, головокружении, головной боли, могут быть лёгкие вывихи или ушибы. Если до
60 кПа – поражение средней тяжести в виде вывихов конечностей, контузии головного мозга, повреждения органов слуха, кровотечения из носа и
ушей. Воздействие до 100 кПа – тяжёлые повреждения в виде контузии
организма, перелома костей, кровотечения из носа, ушей и внутренних
органов, могут быть повреждения внутренних органов. Если воздействие
более 100 кПа, то наступает смерть. [4]
Заключение
Исходя из вышесказанного можно сделать вывод о том, что на работу сложных информационных систем влияет не только техническое
состояние системы, но и состояние оператора. В связи с этим есть необходимость обеспечения безопасности человека для избегания сбоя или
некорректной работы системы.
Литература
1. Душков Б.А., Королев А.В., Смирнов Б.А. Энциклопедический
словарь: Психология труда, управления, инженерная психология и эргономика, 2005 г.
2. Электромагнитные излучения. Шкала. Измерение. Распространение. Типы и эффективность защиты.
3. В.В. Любимов, М.В. Рагульская Электромагнитные поля, их биотропность и нормы экологической безопасности. Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН, г. Троицк, Московской области.
4. Миркин Б.М., Наумова Л.Г. Справочные и дополнительные материалы к урокам экологии.- М.: Дрофа, 2002.- 128с.
Авторы
Милосердов А.А., магистрант 2-го курса Санкт-Петербургского
национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики, г. Санкт-Петербург, Россия. E-mail:
[email protected]
Научный руководитель
Сухостат Валентина Васильевна, канд. пед. наук, доцент СанктПетербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики, г. Санкт-Петербург, Россия.
Секция 1. Физика, математика
31
Надырова Фатима Камаловна
Анализ прямых и итерационных методов решения систем
линейных уравнений с помощью ЭВМ и вычислительной
математики
Кокшетауский университет им. Абая Мырзахметова,
г. Кокшетау, Казахстан
Численное решение систем линейных
алгебраических
уравнений
(СЛАУ) – одна из наиболее часто
встречающихся задач в научнотехнических исследованиях, математической физике (численное решение дифференциальных и интегральных уравнений), экономике,
статистике. Поэтому, методам решения линейных алгебраических
уравнений в современной вычислительной
математике
уделяется
большое внимание.
Все методы решения СЛАУ делятся на две группы – точные (прямые) и итерационные. Точные методы позволяют получить решение
системы линейных уравнений за конечное число арифметических операций (метод Гаусса, метод квадратного корня, правило Крамера и т. д.).
Использование итерационных методов дает возможность найти приближенное решение системы с заданной степенью точности (метод простой
итерации, метод Зейделя, метод последовательной релаксации).
При решении СЛАУ возникает необходимость выбора того или иного метода, который позволит получить эффективный результат с использованием иновационных программ. В этой ситуации актуализируется
проблема сравнительного анализа прямых и итерационных методов решения СЛАУ.
Исследованию методов решения различного рода систем линейных уравнений уделяется большое внимание в современной высшей
математике. Среди ученых, научные интересы которых посвящены этой
проблеме,
необходимо
выделить
С. Годунова,
В. Воеводина,
А. Островского, Дж. Форсайта, К. Молера и др. При этом, сравнению итерационных и прямых методов решения СЛАУ с помощью вычислительной математики и ЭВМ уделяется не достаточно внимания. Это вызывает необходимость дальнейшего рассмотрения данного вопроса в аспектах разработки критериев сравнения, рекомендаций выбора оптимального метода решения и т. д.
Исходя из этого, целью статьи является разработка алгоритма выбора методов решения СЛАУ с использованием средств вычислительной
математики и иновационных методов на основе сравнительного анализа
прямых итерационных методов.
Для возможности проведения сравнения этих методов обобщим
систему критериев. Согласно исследованиям В. Воеводина
[3,
32
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
с. 85], Д. Мак-Кракена [7, c.297], результаты решения системы линейных
уравнений (1), полученные как точными, так и итерационными методами,
имеют определенную степень погрешности, что требует проведения
оценки этого параметра для каждого из методов.
a11x1  a12x 2  ...  a1n xn  b1

a21x1  a22x 2  ...  a2n xn  b2

.... .... .... ...
...
a x  a x  ...  a x  b
m2 2
mn n
m
 m1 1
Это позволяет нам выделить погрешность вычисления в качестве
отдельного критерия сравнения методов решения СЛАУ в вычислительной математике.
В вопросах выбора того или иного способа решения СЛАУ важно
учитывать область применения прямых и итерационных методов. Это
связано с тем, что не каждый метод дает возможность получить гарантированный результат для определенной системы линейных уравнений, на
что обращают внимание в своих работах В. Жигульская [6], С. Годунов
[4]. Таким образом, целесообразно выделить в качестве еще одного критерия сравнения область применения метода решения СЛАУ в
вычислительной математике.
Эффективность результата решения системы линейных уравнений
с реализацией на ЭВМ, так как от этого зависит время затраченного на
решение и структура его алгоритма. Это актуально для случая, когда
рассматриваются сверхбольшие матрицы СЛАУ. Поэтому, временные
затраты на решение СЛАУ выберем в качестве третьего критерия.
И так, критериями сравнения точных и итерационных методов решения СЛАУ с использованием вычислительной математики и ЭВМ будут:
 область применения метода и его алгоритм;
 временные затраты на решение и составление его алгоритма;
 погрешность результата.
Проведем сравнение по выделенным критериям. Как было сказано
ранее, использование того или иного метода решения системы линейных
алгебраических уравнений ограничивается областью применения этого
метода. Так, многие точные методы носят универсальный характер (схема Гаусса, схема Жордана и т.д.), и применяются для невырожденных
систем общего вида, а некоторые — разработаны для специфических
систем (точные клеточные методы решения больших систем линейных
уравнений), что накладывает определенные ограничения на их использование.
Кроме того, область применения методов решения СЛАУ ограничивается видом матрицы А системы (1), и в первую очередь — ее размерностью.
Секция 1. Физика, математика
33
 a11 a12

a22
a
A   21



a
a
 m1 m2
 a1n 
 b1 
 x1 

 
 
 a 2n 
x
b 
2

, X
, B 2
 
  

x 
b 
 n
 amn 
 m
Известно, что математические прикладные задачи часто требуют
решения больших и сверхбольших СЛАУ с числом неизвестных более
1000. К таким СЛАУ, например, приводит численное решение двумерных
и особенно трехмерных задач математической физики, в которых условия физической и геометрической аппроксимации двумерной и трехмерной области диктуют использование достаточно мелкой расчетной сетки
с большим числом расчетных узлов по линейному размеру. Анализ работ [1; 2; 5] показывает, что решения задач СЛАУ большой размерности
целесообразно осуществлять итерационными методами, так как использование прямых методов невозможно из-за ограничений доступной оперативной памяти ЭВМ, а также из-за необходимости выполнения чрезмерно большого числа арифметических операций при решении СЛАУ.
Эффективность итерационных методов, используемых на ЭВМ, в
решении СЛАУ с разреженными матрицами показана в работах [3; 6; 7].
Использование этих методов позволяет сохранить свойство разреженности матрицы. Применение прямых методов для таких систем приводит
к тому, что большое число нулевых элементов превращается в ненулевые, и матрица теряет разреженность.
При выборе итерационных методов ограничивающим фактором
является возможность расходящегося итерационного процесса, который
не позволяет достигнуть искомого результата. В этом случае, единственно возможным является применение прямых методов, что увеличивает
их область применения.
Сравним прямые и итерационные методы по временным затратам.
При реализации на языках высокого уровня алгоритмов прямых методов
решения систем линейных уравнений размерностью N необходимо учитывать, что число арифметических операций умножения будет составлять N3 . Для систем с размерностью N  1000 эта кубическая зависимость приводит к большим затратам количества времени при решении
даже на самых современных ЭВМ.
Итерационные методы решения СЛАУ намного экономнее по затратам машинного времени. Так, если итерационный метод является
быстро сходящимся с числом итераций m << N, то время решения пропорционально квадрату размера матрицы ~ m  N2 . Эти затраты меньше,
по сравнению с точными методами, в N/m раз для вещественной, и 2N/m
раз для комплексной СЛАУ.
В качестве примера на рис. 1 показана зависимость времени решения от размерности матрицы для решения СЛАУ методами Гаусса и
Зейделя.
Также нужно отметить, что итерационные методы эффективнее используют оперативную память, ресурсы которой ограничены. При итерационном процессе требуется хранить в оперативной памяти, как правило, только одну матрицу — матрицу перехода итерационного метода.
34
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
Рис. 1. Зависимость времени решения от размерности
матрицы при использовании прямого и итерационного метода
Проанализируем прямые и точные методы решения СЛАУ по критерию погрешности полученного результаты решения. Точным методам
решения СЛАУ присуща погрешность округления, которая может возникать в ходе вычисления, а так же в процессе реализации этих методов
на ЭВМ. В данном случае из-за ограниченности разрядной сетки ЭВМ
вносятся погрешности округления при задании вектора b и матрицы A.
Все это приводит к получению не точного, а приближенного решения
системы Ax = b. Так, в исследованиях В.В. Воеводина на примере метода Гаусса доказывается, что относительная погрешность решениясистемы (1) составляет [3, с. 85]:
x
x
 0(MA  n  2  t )
где n – порядок матрицы A; t – число двоичных разрядов мантиссы числа
на используемой ЭВМ.
Например, для персональных ЭВМ 2−t≈ 10−7. В свою очередь число
обусловленности матрицы A, которое характеризует степень зависимости относительной погрешности решения от относительной погрешности
правой части, составляет:
MA  A 1 A
В случае с итерационными методами, суть которых состоит в том,
что решение системы (1) находится как предел последовательных приближений x(n) при n → ∞, где n — номер итерации, требует задания
Секция 1. Физика, математика
35
начального значения неизвестных х(0) и точности вычислений e>0. Вычисления проводятся до тех пор, пока не будет выполнена оценка
x( m )  x  
Основное достоинство итерационных методов состоит в том, что
точность искомого решения задается. Число итераций n=n(e), которое
необходимо выполнить для получения заданной точности e, является
основной оценкой качества метода. По этому числу проводится сравнение различных итерационных методов.
Обобщим проведенный сравнительный анализ точных и итерационных методов решения СЛАУ по обозначенным выше критериям в
табл. 1.
Особенности применения прямых и точных методов решения
СЛАУ для реализации на ЭВМ
Критерий
Прямые методы
Итерационные методы
сравнения
неэффективны при решении
матриц большой размерности из-за выполнения чрезмерного числа арифметиче- область применения
ских операций;
зависит от свойства
Область
приводят к потере свойства
сходимости;
применения
разреженности в разряжен- эффективны при реметода
ных матрицах.
шении разряженных
область применения зависит
матриц и матриц
от свойства сходимости; большой размерности.
эффективны при решении
разряженных матриц и матриц большой размерности.
приводит к необходимости
затраты большого количества времени при решении
экономичны, в плане
системы из-за кубической
затраты машинного
зависимость числа арифмевремени и использотических операций от разВременные
вания оперативной
мера матрицы
затраты
памяти т. к. время
экономичны, в плане затрарешения, пропорциоты машинного времени
нально квадрату рази использования оперативмера матрицы.
ной памяти т. к. время решения, пропорционально
квадрату размера матрицы.
позволяют получить
Погрешность
нет сведений о точности
решение с любой зарезультата
полученного решения;
данной точностью.
36
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
На основе выделенных особенностей прямых и точных методов
СЛАУ разработаем алгоритм выбора метода решения для системы линейных алгебраических уравнений (рис. 2)
Рис. 2. Блок-схема алгоритма выбор метода решения СЛАУ
Таким образом, проведенный анализ позволил выделить следующие критерии сравнения методов решения систем линейных алгебраических уравнений: область применения метода, временные затраты,
погрешность результата. В результате сравнения этих методов по данным критериям были получены следующие выводы.
При решении разряженных матриц и матриц большой размерности
(N  1000) целесообразно применять итерационные методы. ИспользоСекция 1. Физика, математика
37
вание этих методов приводит к экономии машинного времени и оперативной памяти ЭВМ. Однако ограничивающим фактором является возможность расходящегося итерационного процесса, который не позволяет
достигнуть искомого результата. В этом случае, единственно возможным
является применение прямых методов. При этом, как точным, так и итерационным методам присуща определенная погрешность результата.
На основе проведенного анализа был разработан алгоритм выбора
метода решения СЛАУ. Однако окончательное решение о применении
итерационных или прямых методов решения СЛАУ необходимо принимать на основе анализа структуры исследуемой математической задачи.
Литература
1. Бахвалов Н.С. Численные методы / Н.С. Бахвалов. – М.: Наука,
1975. – 468 с.
2. Баландин М. Ю. Методы решения СЛАУ большой размерности. / М.Ю.
Баландин., Э.П. Шурина.–Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2000. – 70 с.
3. Воеводин В.В. Матрицы и вычисления / В.В. Воеводин, Ю.А. Кузнецов. –М.: Наука, 1984. – 450 с.
4. Годунов С.К. Решение систем линейных уравнений / С.К. Годунов.–
Новосибирск: Наука, 1980. – 250 с.
5. Джордж А. Численное решение больших разреженных систем уравнений / Джордж А., Дж. Лиу. – М.: Мир, 1984. – 390 с.
6. Жигульская В. Ю. Численные методы / В. Ю. Жигульская.– Луганск:
Альма-матер, 2005 – 137 с.
7. Мак-Кракен Д.Численные методы и программирование на фортране /
Мак-Кракен Д., У. Дорн.– М.: Мир, 1977 – 579 с.
8. Алберг Дж., Нильсон В., Уолш Дж. Теория сплайнов и ее приложения.
М.: Мир, 1972
9. Алгазин С.Д. Численные алгоритмы без насыщения в классических
задачах математической физики. М.: Научный Мир, 2002
10. Бабенко К.И. (ред.). Теоретические основы и конструирование численных алгоритмов задач математической физики. М.: Наука, 1979
11. Бабушка И., Витасек Э., Прагер М. Численные процессы решения
дифференциальных уравнений. М.: Мир, 1969
12. Ващенко Г.В. Вычислительная математика. Основы алгебраической и
тригонометрической интерполяции. Красноярск: СибГТУ, 2008
Авторы
Надырова
Ф.К.,
магистрантка
1-го
курса
Кокшетауского
университета имени Абая мырзахметова, г. Кокшетау, Казахстан. E-mail:
[email protected]
Научный руководитель
Жаныс Арай Бошанкызы, доцент кафедры «информационные
системы и информатика» КУАМ, магистр математики, кандидат
педагогических наук, доктор философии PhD по специальности:
математика. г. Кокшетау, Казахстан.
38
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
Сухова Светлана Владимировна
Выявление и описание случайных факторов,
действующих на бизнес-процесс «Оформление талона на
приём к врачу» в рамках имитационного моделирования
Поволжский государственный университет телекоммуникаций
и информатики, г. Самара, Россия
Анализ бизнес-процесса. В настоящее время в РФ активно ведётся информатизация здравоохранения. Разработка и применение имитационных моделей в области медицины может явиться важным шагом для
оптимизации работы медицинских учреждений. Основное достоинство
метода имитационного моделирования – его возможность учитывать
случайные факторы, воздействующие на бизнес-процессы социальных и
экономических систем и делающие результаты этих процессов слабо
предсказуемыми. Создаваемая поведенческая модель бизнес-процесса
учитывает влияние на него внутренних и внешних случайных факторов
[1; 2].
В рамках данного исследования предлагается разработка имитационной модели бизнес-процесса «Оформление талона на приём к врачу» с учётов случайных факторов, воздействующих на данный бизнеспроцесс. Фрагмент графической модели рассматриваемого бизнеспроцесса приведен на рис. 1 в виде схемы, иллюстрирующей управляющие и информационные потоки, исполнителей конкретных операций и
используемые ресурсы. Прямоугольниками показаны операции и указаны
подразделения, которые их выполняют, скругленными прямоугольниками
– события; стрелками, входящими и выходящими из операций, обрабатываемые материальные, финансовые, информационные объекты [3].
Бизнес-процесс «Оформление талона на приём к врачу» начинается с поступления заявки. Время между заявками является случайной
величиной, так как время появления следующего клиента определить
достаточно сложно. Далее клиент попадает в регистратуру, где на основании предоставленных документов он оформляет талон к тому или
иному врачу. Т.к. талон может быть платным, в процессе учтена возможность платного обслуживания. Время оформления талона является случайной величиной и включает другие случайные величины, связанные с
операциями по оформлению талона, такими как проверка полиса, выдача медкарты. Оформление талона возможно и с помощью электронной
регистратуры. На этапе оформления талона клиент может покинуть систему необслуженным – это связано с вероятностью отсутствия нужного
клиенту врача и вероятностью того, что стоимость услуги не устроит клиента.
После получения талона клиент может некоторое время ожидать
свой приём в очереди – время ожидания является случайной величиной.
Затем клиент попадает на приём, где некоторое время врач осматривает
клиента, заносит необходимую информацию в медкарту, назначает самостоятельное лечение или выписывает направление в стационар. Клиенту может быть предложено платное лечение в стационаре, от которого
он может отказаться. Если же клиента удовлетворяют условия предо-
Секция 1. Физика, математика
39
ставления услуг или ему выписан рецепт для самостоятельного лечения,
то клиент считается обслуженным.
СВ1
Поступление заявки
СВ3
СВ2
Данные
о клиенте
Оформить талон к врачу
Талон
Данные
о клиенте
Электронная регистратура
Клиент
1
Направление
Данные
о клиенте
Оформить талон к врачу
Регистратура
СВ4
Данные
о клиенте
Ожидание
Данные
о визите
Данные
полиса
СВ5
Клиент не обслужен
СВ6
Платное обслуживание
Обслуживание по полису
СВ7
СВ8
Предоставить информацию о
Данные
Данные о
стоимости
о визите
стоимости
Регистратура
Данные
полиса
Проверить действие полиса
Регистратура
СВ9
Данные о
действии
полиса
СВ10
Стоимость устраивает
Стоимость не устраивает
Данные о
действии
полиса
Выдать/Завести мед. Карту
Мед. карта
Выдать талон
Мед. карта
Регистратура
Клиент не обслужен
СВ11
Данные о
стоимости
СВ12
Квитанция
Денежные
средства
Чек
Талон
Регистратура
Выдать квитанцию на оплату Квитанция
Регистратура
Выдать чек об оплате
Чек
Касса
Выдать платный талон
Талон
Регистратура
СВ13
Талон
1
Ожидание
Талон
Клиент
Рис. 1. Фрагмент бизнес-процесса
«Оформление талона на приём к врачу»
40
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
Цель работы: оптимизировать издержки на бизнес-процесс и улучшить качество обслуживания клиентов (пациентов) больницы на этапе
оформления талона к врачу.
Постановка задачи. Учесть влияние случайных факторов на функционирование процесса возможно с помощью статистического метода
имитационного моделирования. Построив имитационную модель, можно
спрогнозировать будущие состояния бизнес-процесса, например, при
каком количестве сотрудников регистратуры обслуживание клиентов
происходило бы быстро, не создавая огромных очередей, которые оказывает существенное влияние на эффективность обслуживания клиента
в целом.
Решаемые задачи при построении имитационной модели:
- разработка и исследование имитационной модели бизнес процесса «Оформление талона на приём к врачу» и определение путей повышения эффективности и качества управления на основе результатов
моделирования;
- программная реализация разработанной имитационной модели
бизнес-процесса в среде моделирования AnyLogic;
- проведение эксперимента с разработанной имитационной моделью и выработка рекомендаций по повышению эффективности и качества обслуживания клиентов в медицинских учреждения;
- оценка эффективность нововведений;
- поиск оптимального количества сотрудников при различных окружающих условиях
Решение. В разрабатываемой имитационной модели учитываются
следующие случайные величины:
СВ1 Время между поступающими заявками [НСВ]
СВ2 Возможность оформления талона через интернет [ДСВ]
СВ3 Время ожидания приёма в регистратуре [НСВ]
СВ4 Время оформления талона в регистратуре [НСВ]
СВ5 Возможный уход клиента из-за отсутствия нужного врача [ДСВ]
СВ6 Возможный вариант оказания услуги [ДСВ]
СВ7 Возможная стоимость услуги врача [НСВ]
СВ8 Время проверки полиса [НСВ]
СВ9 Возможный отказ клиента от услуги [ДСВ]
СВ10 Время оформления мед.карты [НСВ]
СВ11 Время выдачи квитанции [НСВ]
СВ12 Время оплаты услуги по квитанции [НСВ]
СВ13 Время ожидания приёма врача [НСВ]
СВ14 Время осмотра пациента [НСВ]
СВ15 Время заполнения мед. карты [НСВ]
СВ16 Возможный вариант лечения [ДСВ]
СВ17 Время записи рекомендаций по лечению [НСВ]
СВ18 Время оформления направления на стационарное лечение
[НСВ]
СВ19 Возможный вариант предоставления лечения [ДСВ]
СВ20 Возможная стоимость лечения [ДСВ]
Для моделирования значений СВ процесса необходимо произвести
идентификацию законов распределения и оценку параметров распределения таких величин. Относительно простым и в то же время достаточно
эффективным подходом к идентификации законов распределения СВ
Секция 1. Физика, математика
41
является подход, описанный в [4]. Данный подход предполагает выполнение следующих этапов идентификации:
1. Сбор и первичная обработка (расчет выборочного среднего, максимального и минимального значения выборки, размаха выборки) статистической выборки для каждой СВ.
2. Разбиение выборки на интервалы (например, с использованием
формулы Стерджесса).
3. Построение гистограммы частот попадания значений непрерывной СВ в полученные интервалы и выдвижение на основе полученной
гистограммы гипотезы о соответствии распределения значений СВ одному из известных законов распределения (нормальному, экспоненциальному и т.д.).
4. Проверка гипотезы одним из известных критериев согласия (Хиквадрат Пирсона, критерий Колмогорова, Хи-квадрат Никулина, Андерсона-Дарлинга и т.д.).
5. Принятие или опровержение выдвинутой гипотезы на основе
рассчитанного значения критерия согласия.
6. Выдвижение новой гипотезы о соответствии распределения СВ
одному из известных законов (в случае опровержения гипотезы на
предыдущем шаге).В результате обработки статистического материала,
то есть исследования данных за прошлые периоды, получим законы распределения случайных величин, а также параметры этих распределений.
После этапа идентификации законов распределения нужно выбрать метод моделирования случайных чисел, порождающий требуемое распределение.
В работе рассматриваемого процесса можно выделить следующие
параметры и переменные разрабатываемой имитационной модели:
Входными данными имитационной модели будут являться:
- параметры распределения вышеперечисленных случайных величин;
- количество сотрудников регистратуры;
- критическое время ожидания;
- количество принимающих врачей;
- период моделирования;
- количество входящих заявок.
Выходные данные:
- количество выданных платных талонов количество;
- количество выданных бесплатных талонов;
- количество клиентов, не обслуженных из-за отсутствия нужного
врача;
- количество клиентов, не обслуженных из-за нехватки какого-либо
документа;
- количество клиентов, не обслуженных из-за невозможности
предоставления бесплатного медицинского обслуживание;
- оптимальное количество сотрудников регистратуры в зависимости от числа клиентов
- среднее время обслуживания клиента у врача
Период моделирования, то есть интервал времени, определяющий
длительность имитации процесса равен 1 году. Это связано с возможностью зависимости числа больных от времени года: зима, весна, осень,
лето. Отсчёт модельного времени ведётся через фиксированные, вы42
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
бранные исследователем интервалы времени, поэтому реализации механизма модельного времени будет осуществляться методом с постоянным шагом.
Следующим сложным этапом является разработка моделирующего алгоритма. Реализация алгоритма планируется в среде имитационного моделирования AnyLogic, которая, помимо логического аспекта отображения бизнес-процесса, имеет и визуально-анимационный, позволяющий нагляднее отобразить процесс имитации.
Результаты моделирования, полученные в процессе функционирования моделирующего алгоритма, должны быть представлены в агрегированном, удобном для анализа виде. Полученные при моделировании
бизнес-процесса результаты используются для анализа эффективности
процесса – выявления «узких мест», слабых звеньев цепи обслуживания
клиентов и т.д. Это позволит лицу, принимающему решения, понять, каким образом можно повысить эффективность бизнес-процесса «Оформление талона на приём к врачу» с минимальными затратами.
Литература
1. Гультяев А.К. Matlab 5.2. Имитационное моделирование в среде
Windows. СПб.: Корона-Принт, 1999. — С. 288.
2. Димов Э.М., Маслов О.Н., Пчеляков С.Н., Скворцов А.Б. Новые информационные технологии: подготовка кадров и обучение персонала.
Часть 2. Имитационное моделирование и управление бизнеспроцессами в инфокоммуникациях. Самара: Изд. СамНЦ РАН,
2008. — С. 350.
3. Димов Э.М., Маслов О.Н., Трошин Ю.В., Халимов Р.Р. Динамика разработки имитационной модели бизнес-процесса. // Инфокоммуникационные технологии. — 2013. — Том 11, №1 — С.63-64.
4. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. —
М.: Высшая школа, 2000 — С. 479.
Авторы
Сухова С.В., студентка 5-го курса Поволжского университета телекоммуникаций
и
информатики,
г.
Самара,
Россия.
E-mail:
[email protected]
Научный руководитель
Трошин Юрий Владимирович, канд. тех. наук, доцент Поволжского
университета телекоммуникаций и информатики, г. Самара, Россия.
Секция 1. Физика, математика
43
Филиппов Андрей Павлович
Экспериментальное получение модовой картины в
оптических волокнах
Уральский институт связи и информатики филиал (СибГУТИ),
г. Екатеринбург, Россия
Введение
В настоящее время при подготовке специалистов в области инфокоммуникаций, особое внимание уделяется изучению волоконнооптических линий связи, как наиболее современного вида сред передачи,
построенных на основе оптических волокон. На сегодняшний день в отрасли связи наибольшее распространение получили одномодовые оптические волокна. Менее востребованы многомодовые волокна. Подразделение оптических волокон на эти две большие группы основано на понятии – мода. Мода – это пространственное распределение энергии электромагнитного поля в поперечном сечении оптического волокна. Характер данного распределения определяется типом моды и классом электромагнитной волны [1, с.26]. Возникновение в оптических волокнах того
или иного типа моды можно рассчитать исходя из теории электромагнитных полей используя достаточно сложный математический аппарат, что
не всегда приводит к пониманию данного явления. Для улучшения восприятия учебного материала при изучении теории оптических волокон
был поставлен эксперимент по наблюдению характера распределения
интенсивности излучения в оптических волокнах.
Экспериментальная часть
Для реализации эксперимента была создана экспериментальная
установка, конструкция и описание которой представлена на рисунке 1.
Описание эксперимента:
На экране монитора с помощью видеокамеры 6, расположенной
напротив выходного торца световода 5 при вводе излучения в многомодовое оптическое волокно 3 на выходе наблюдалась картина, приведенная на рисунке 2 (а). Данная картина является результатом интерференции волн от отдельных неоднородностей среды, в которой распространяется лазерное излучение, она получила название «Спекл-картина»[4].
Рис. 1. Экспериментальная установка
Описание экспериментальной установки:
1 – Винты фокусировки (лазерного диода 2 и фотоприемника 9);
2 – Лазерной диод с длиной волны 670 нМ;
44
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
3 – Световод (одномодовое / многомодовое О.В.);
4 – Входной торец световода;
5 – Выходной торец световода;
6 – Фотоприёмник;
7 – Подвижные основания;
8 – Возвратные пружины подвижных оснований;
9 – Микрометрический винт;
10.1 – Подвижные стойки;
10.2 – Неподвижные стойки;
11 – Продольные пазы, в которых перемещаются подвижные стойки 10.1.
а
б
Рис. 2. Спекл-картина (а) многомодового (б) одномодового
оптического волокна
Спекл-структура в рассеянном поле формируется при когерентном
освещении случайно-неоднородных объектов, таких как прозрачная среда с флуктуирующим в пространстве показателем преломления или же
шероховатая поверхность. Такие отражающие и пропускающие объекты
называются диффузными [3, с. 11] объектами (микронеровности, существующие в пределах допуска на изготовление оптического волокна) или
диффузорами. Спекловые поля, подобные получающимся при освещении диффузоров, возникают и при пропускании когерентного света через
многомодовые волоконные световоды. Причина их появления в том, что
на выходе многомодовых волоконных световодов интерферируют поля
большого числа направляемых мод со сложным пространственным распределением амплитуды по поперечному сечению световода и практически произвольными фазами. Внешние деформационные воздействия
на многомодовое оптическое волокно приводят к изменению пространственного расположения формируемых ими спеклов. Анализируя такие
изменения, можно получить информацию о величине и параметрах
внешних воздействий на оптическое волокно.
Совершенно иная картина наблюдалась при распределении интенсивности излучения в одномодовом оптическом волокне. Характер распределения соответствует теоретическим данным для фундаментальной
моды НЕ11 [3, с. 14]. Результат показан на рисунке 2 (б).
Секция 1. Физика, математика
45
Спекл-картины (от англ. speckle – крапинка, пятнышко) [4] – снижают качество передаваемого сигнала, но вместе с тем они могут служить
носителем полезной измерительной информации. Это создает предпосылки для их широкого применения в решении научно-технических задач
в области высокоточных исследований и при контроле вибрации и деформации оптического кабеля.
Для анализа полученных спекл-картин был использован графический редактор для обработки и анализа изображений «ImageJ».
П.О.«ImageJ» позволяет:
 Осуществлять автоматический и ручной подсчет объектов;
 Измерять площадь, периметра выделения в реальных единицах
(см, мкм, и т.п.);
 Измерять значения яркости и оптической плотности;
 Формировать гистограммы;
 Работать со стеками изображений.
С помощью данного пакета была произведена обработка полученных изображений спекл-картин для одномодового рисунок 3(а) и многомодового рисунок 3(б) оптического волокна.
а
б
Рис. 3. Анализ изображения спекл-картины одномодового (а)
и многомодового (б) оптического волокна с использованием
ПО ««ImageJ»
Выявление механических и температурных воздействий на оптические волокна с помощью спекл-структур
Оптическое волокно изготавливается в ходе нескольких технологических операций. Сначала изготавливают заготовки для производства
оптического волокна. Они представляют собой стеклянные стержни, состоящие из стекла сердцевины и стекла оболочки. Далее из этих заготовок, при сильном нагревании одного конца, производится вытяжка в волоконный световод, при этом одновременно наносится первичное буфферное покрытие, являющееся его защитной оболочкой. Для вытягивания волокна заготовка закрепляется вертикально в патроне вытяжной
установки. Положение патрона в вертикальном направлении регулируется с использованием подающего механизма. Нижний конец заготовки
46
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
нагревают до температуры 2000°С с помощью нагревательного элемента, так что можно вытягивать волокно вниз из плавящейся заготовки. Для
того чтобы диаметр волоконного световода оставался постоянным и
требуемой величины, необходимо обеспечить возможность точной регулировки скорости вытяжки (обычно 300 м/мин) и подающего механизма с
помощью системы автоматического управления [2, с. 44].
В дальнейшем оптическое волокно покрывают первичным покрытием, защищающим от влаги, защитной бронёй и внешней оболочкой.
Все это оказывает механическое воздействие на оптическое волокно.
Существенное воздействие оказывается при эксплуатации оптического кабеля: при накручивании кабеля на барабан, укладки в траншею,
канализацию, а также при подвешивании на опоры.
В связи с этим возникает производственная необходимость в изучении последствий механического воздействия на оптический кабель,
что в свою очередь влияет на распространение в нём электромагнитного
поля.
Для выявления зависимости на изменение спекл-картины от механических воздействий на экспериментальной установке был поставлен
следующий эксперимент: одномодовое и многомодовое оптоволокно
было пропущено между подвижными и неподвижными стойками скремблера, за счет этого оно подвергалось механической деформации. На
экране монитора наблюдалось четкое изменение спекл-картины. Из чего
следует вывод, что даже при небольших изгибах многомодового волокна
изменяются условия распространения волновых мод, изменяются фазовые сдвиги полей, соответствующие этим модам и, как следствие, изменяется спекл-стрктура.
Также были обнаружены следующие закономерности:
1. Виток создает деформацию волокна, в результате которого высвечиваются 2 моды, которые далее не появляются;
2. При перемещении возмущений по оптическому волокну, меняется распределение поля мод, количество распространяемых мод уменьшается, происходит вращение мод;
В невозмущенном волокне некоторые моды являются вырожденными по скорости распространения. Если волокно возмущено, то вырождение снимается, и те моды, которые имели одинаковую скорость будут
иметь различные скорости в местах деформации. При этом образованная разность хода приводит к изменению картины интерференции мод,
т.к. после деформации восстанавливается их вырождение.
В процессе выполнения работы были получены картины распределения электромагнитного поля в одномодовом и многомодовом оптических волокнах, распределение поля в последнем волокне по своему характеру соответствует возникновению в оптических волокнах оптических
вихрей.
Результаты, полученные в процессе выполнения работы, будут
внедряться в учебный процесс в виде проведения лабораторнопрактических занятий.
Литература
1. Субботин Е.А., Гниломёдов Е.И., Шестаков И.И. Отчет НИР «Исследование обеспечения технологическими ресурсами образовательного
Секция 1. Физика, математика
47
процесса с использованием инновационных платформ компании ni
для подготовки выпускников по направлению «инфокоммуникационные технологии и системы связи» в рамках ФГОС третьего поколения» Часть 2, 2013, УрТИСИ ФГОБУ ВПО» СибГУТИ», с. 25-30.
2. Р. Фриман. Волоконно-оптические системы связи. Москва: Техносфера, 2003. – 440с. ISBN 5-94836-010-5, с. 41-44.
3. Агравал Г. Нелинейная волоконная оптика: Пер. с англ.-М.: Мир,
1996г.-323с. ISBN 5-03-002418-2, с. 10-16.
4. Что
такое
спеклы.
дан.
–
Режим
доступа:
http://www.pereplet.ru/nauka/Soros/pdf/9905_112.pdf.
Автор
Филиппов А.П., студент 4-го курса Уральского технического института связи и информатики, г. Екатеринбург, Россия. E-mail:
[email protected]
Научный руководитель
Гниломёдов Е.И., доцент Уральского технического института связи
и информатики, г. Екатеринбург, Россия.
Байлинов Муса Атыгаевич
Анализ роста и формирования сосновых культур на
автоморфных почвах
Казахский агротехнический университет им. С. Сейфуллина,
г. Астана, Казахстан
В последние годы исследования были сосредоточены преимущественно на обоснование лесохозяйственных мер ухода в искусственных
насаждениях [2,3, 4].
Важнейшей задачей современного лесоводства является разработка программ рубок ухода. Для их построения необходимо определить
время начала ухода, число деревьев на единице площади до рубки и
после нее, типы перспективных деревьев, выделяемые по таксационным
и морфологическим признакам, интенсивность изреживания, тип оптимально-продуктивного лесного полога после удаления худших деревьев
и ряд других вопросов.
Оптимальные нормы изреживания древостоев лесных культур
устанавливались с учетом влияния рубок ухода на рост деревьев и влияния разреживания на изменение экологических режимов под их пологом.
Влияние рубок ухода на рост и строение древостоев выявлялось
путем сравнения материалов начальных и повторных перечетов на оперативных и контрольных секциях. Изучалось влияние рубок ухода на
рост деревьев и древостоев по диаметру, высоте, сумме площадей се-
48
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
чения, запасу, а также на величину прироста производительности древостоев.
Большой вклад в развитие теории и практики рубок ухода внесли
отечественные лесоводы Морозов, 1928; Эйтинген Г.Р, 1934; Ткаченко
М.Е. Товстолес, 1937; Колпиков М.В., 1957; Щустов Б.И, 1938 ; Нестеров,
В.Г. 1951; Дерябин Д.И., 1953; Ткаченко М.Е. , 1955; Тимофеев В.П., Георговский Н.П., Атрохин, 1964; Коновалов, Изюмский П.П., 1969; Сеннов
С.Н, 1977 и многие другие.
Начало рубок ухода следует приурочивать к началу стадии дифференциации деревьев ( Георговский, 1950; Рубцов ,1964; Смирнов, 1966;
Огиевский,1966), обращая внимание на хозяйственно-выгодную
в
насаждении густоту ( Нестеров, 1950; 1957). Чем длиннее период наблюдений над влиянием изреживания, тем ценнее получаемая информация
о значении рубок ухода за лесом. В этом отношении особого внимания
заслуживают работы С. Н. Сеннова (1977, 1979), продолжающие исследования А. В. Давыдова на постоянных пробных площадях. С. Н. Сенновым удачно определено содержание программы рубок ухода за лесом:
это совокупность показателей, регламентирующих разреживание в древостоях определенного состава, бонитета или типа леса для достижения
вполне конкретной цели наименее трудоемким способом.
Однако возраст, в котором годичный линейный прирост достигает
наибольшей величины, зависит от широты места. В культурах сосны при
степной части кульминация прироста в высоту наступает в 7-8 лет, на
придонских песках в 6-7 лет, в ленточных борах – в 12-15 лет [5], в естественных сосняках Казахского мелкосопочника в 17-18 лет [6].
При формировании древостоя необходимо знать количество хвои
(листвы) на одном дереве и во всем насаждении, так как с увеличением
возраста масса хвои и листвы в древостоях возрастает до определенного предела, а затем сохраняется или даже может снижаться [7, 8].
Большая роль в проведении рубок ухода отводится правильному
отбору перспективных деревьев, оставляемых на корню, а здесь немаловажное значение имеет форма стволов, которая является важнейшим
таксационным признаком, обусловливающим объем ствола и его производственную ценность. Данные по полнодревесности стволов различных
размеров позволят судить о целесообразности вырубки отдельных групп
особей.
Захаров В.К. [9], выдвинул гипотезу о единстве средней формы
ствола для каждой породы. Последующими исследованиями были
внесены дополнения в методику изучения этого таксационного
показателя и даны придержки по регионам. Смирнов Н.Т.[10], указал, что
средняя форма стволов не может быть единой, так как на нормальное
видовое число оказывает влияние высота ствола, особенно при
небольших размерах деревьев.
Несмотря на довольно обширный экспериментальный материал по
изучению формы стволов по методу Захарова В.К.[9], окончательного
разрешения данная гипотеза не получила. Дальнейшее накопление
фактов по изменчивости стволов в различных насаждениях, помимо
чисто прикладного, имеет большое научное значение.
В естественных сосняках Казахского мелкосопочника между
классами роста деревьев и величиной их прироста отмечена такая же же
зависимость, как и в других районах страны. Лучшие экземпляры
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
49
деревьев можно определить путем изучения прироста – по основным
таксационным признакам (диаметру, высоте, объему), который довольно
тесно связан с размерами их [11]. В ряде работ указывается также связь
величины прироста дерева с размерами крон [7].
Для целей отбора лучших деревьев необходимо знать процесс их
перегруппировки с возрастом [12, 13, 14]. Интенсивность изреживания
насаждений зависит от возраста проведения первого приема и целевой
установки ухода, причем количество оставляемых деревьев должно быть
близко
к
оптимальному,
что
позволит
получить
максимум
промежуточного и главного пользований.
При ранних и часто повторяющихся приемах ухода изреживание
должно быть слабым или умеренным. В районах, где невозможно
проводить частые рубки, интенсивность их может быть сильной [15].
Bradley R.T. рекомендует вначале интенсивные прореживания, а в
дальнейшем более слабые [16].
Давыдов А.В. [17] также рекомендовал воздержаться от сильных
изреживаний молодняков, так как это может способствовать разрастанию
сучьев у сосны и снижению качества древесины.
Рубцов В.И. [26] указывал на отсутствие единодушного мнения по
вопросу интенсивности рубок и методов ухода, на актуальность дополнительных исследований по рубкам ухода в культурах сосны. В особенности это относится к малоизученным культурофитоценозам Северного
Казахстана.
В настоящее время рекомендуется применять метод рубок ухода,
совмещающий принципы низового и верхового, т.е. убирать деревья,
отставшие в росте, с пороками, растущие в густоте. В последние годы в
литературе этот вид изреживания стали именовать методом селекционного (селективного) изреживания.
Изреживание насаждений, как один из видов ухода за лесом, изменяет экологическую обстановку в древостоях. Прежде всего, увеличивается освещенность оставшихся деревьев и под пологом насаждения
[3,20, 15, 17,18, 19, 20, 21,22,23]. Изменение освещенности под пологом
леса ведет к изменению температуры почвы. Это в свою очередь способствует лучшему прогреванию воздуха и почвы. Лосицкий К.Б [24],
Никитин Ф.А.[25], Савина А.В. [18], Молчанов А.А. [26], пришли к выводу,
что метод рубок ухода не оказывает влияния на изменение температурного режима под пологом насаждений. В естественных древостоях Северного Казахстана установлено, что вырубка верхнего березового яруса
способствует повышению температур воздуха в течение дня, а разреживание чистых сосновых насаждений, произрастающих в сухих лесорастительных условиях, не приводит к изменению температурного режима
воздуха (Макаренко А.А., Смирнов Н.Т.) [27].
По данным Тольского А.П. [28], температура воздуха в чистых сосновых древостоях весьма близка к температуре воздуха безлесного пространства. В период вегетации температура поверхности почвы зависит
от интенсивности рубки. Чем выше степень изреживания, тем выше температура [15].
Исследование роста деревьев на участках рубок ухода:
Определение возраста начала рубок ухода базировались на основе
анализа восстановления сомкнутости полога, количества отпада в
насаждениях с рубками ухода и без них. Сроки повторяемости уходов
50
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
определялись по динамике восстановления параметров насаждения по
площади сечения, запасу на оперативных секциях до уровня нормального динамике прироста по диаметру, а также путем сопоставления скорости восстановления сомкнутости полога на основе повторных перечетов.
Проведение рубок ухода вносит определенные изменения в насаждения. Уменьшается конкуренция между отдельными особями, за счет
увеличения площади питания и др. При выполнении разреживаний вырубается часть деревьев, которые не отвечают требованиям хозяйства.
Большинство исследователей рекомендуют вырубать такое количество
древесины, которое соответствует естественному отпаду. Хотя установлено, что и рубки ухода не могут полностью предотвратить отпад, а только уменьшить его.
Изменение сомкнутости полога древостоев лесных культур.
Смыкание крон деревьев в лесных культурах зависит, прежде всего, от
древесной породы, густоты посадки и условий произрастания. Немаловажное значение при этом имеет и схема посадки. Быстрое смыкание
лесных культур позволяет сократить применение дорогостоящих агротехнических уходов, в них создается лесная обстановка, и они переводятся в покрытую лесом площадь.
При ширине междурядий 1,5 м и расстоянии в рядах 0,5 - 0,75 м
смыкание крон наступает в рядах на четвертый, пятый год, когда диаметр крон достигает в среднем 0,55 - 0,71 м. В этом возрасте смыкаются
кронами от 65 до 81 % деревьев. Полное смыкание в рядах наступает на
8 - 9 год, когда у 82 – 93% кроны соприкасаются или проникли одна в
другую. В культурах с полутораметровыми междурядьями смыкание крон
наступает на 10 - 11 год при величине среднего диметра кроны поперек
рядка 1,45 - 1,58 м. Этот момент сопровождается созданием лесной обстановки под пологом и усиленной дифференциацией деревьев. Происходит отмирание нижних ветвей, вызванное их затенением. До момента
смыкания в рядах и междурядьях прирост по диаметру крон наибольший,
затем происходит постепенное его снижение, а дальнейшее увеличение
площади кроны происходит за счет образующихся просветов в пологе на
месте отмерших деревьев.
В связи с этим были проведены исследования изменения величины
среднего диаметра крон деревьев, как одного из основных элементов,
характеризующего процесс формирования полога насаждений (таблица 1).
Сомкнутость полога более интенсивно увеличивается на участках
густых культур. Так, в культурах с густой 12 тыс.шт. растений на 1 га сомкнутость полога достигает максимума в 8 - 10 лет, в последующие годы
происходит процесс самоизреживания, и она в 14 лет снижается до величины – 0,97. В культурах с густотою посадки 8 - 10 тыс. т/га сомкнутость полога кульминирует в 12 - 14 лет, и достигает величины 0, 92 0,94, в последующие годы происходит ее снижение на 0,2 - 0,3.
Другим показателем, характеризующим процесс формирования полога древостоев является сомкнутость крон. Сомкнутость крон подчиняется общей закономерности формирования полога, но в отличие от сомкнутости полога достигает своего максимума на 2-3 года позже последней. В последующем происходит небольшое снижение и нормально
сомкнутые насаждения до 17-24 летнего возраста поддерживали сомкнутость крон на одном уровне.
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
51
Возраст,
лет
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Таблица 1. Ход роста кроны по диаметру
в культурах сосны, м
Диаметр кроны
Площадь
проекции крон, м2
Вдоль ряда
Поперек ряда
0,19 ± 0,007
0,22 ± 0,008
0,033
0,38 ± 0,014
0,44 ± 0,046
0,132
0,57 ± 0,020
0,65 ± 0,22
0,267
0,71 ± 0,022
0,80 ± 0,024
0,446
0,86 ± 0,024
0,97 ± 0,025
0,655
0,94 ± 0,024
1,06 ± 0,031
0,782
1,02 ± 0,031
1,18 ± 0,033
0,945
1,10 ± 0,031
1,29 ± 0,035
1,114
1,20 ±0 ,030
1,48 ± 0,038
1,394
1,30 ± 0,032
1,58 ± 0,040
1,612
1,30 ± 0,032
1,58 ± 0,040
1,612
1,41 ± 0,031
1,58 ± 0,040
1,749
1,50 ± 0,030
1,70 ± 0,041
2,015
Перекрытие крон, судя по данным таблицы 2, достигает своего
максимума в разные возрасты и также зависит от густоты древостоя. И,
тем не менее, во всех условиях произрастания в 10 – 16 летнем возрасте
отмечен наибольший коэффициент перекрытия (отношение площади
перекрытия к площади проекции полога), хотя сама величина перекрытия различается существенное, и больше она в густых культурах. В 11-13
летнем возрасте начинают отмирать нижние ветви кроны, и происходит
естественное изреживание древостоев. Для создания целевых хозяйств,
например, семенных участков, необходимо проводить рубки простора в
культурах с густотой 11-12 тыс. шт./га в возрасте 6-8 лет, когда коэффициент перекрытия крон не превышает 80%, в более редких культурах (3-7
тыс. шт./га) разреживание может проводиться несколько позднее 50% от
сомкнутости полога.
Определенный интерес с практической стороны представляет выявление соотношения средних размеров кроны (диаметра кроны) с высотой, поскольку при наличии такой зависимости можно строить таблицы
сомкнутости полога в зависимости от высоты древостоев. Наблюдения
за ростом сосновых культур различной густоты в лесной опытной даче
ТСХА позволили П.С.Кондратьеву [152] вывести соотношение диаметров
кроны и высоты стволов, равное 3:5 или 1:1,66, на основе которого был
установлен возраст смыкания крон в зависимости от высоты древостоев.
В молодняках ленточных боров оно равно 1:3, а в средневозрастных и
спелых древостоях – 1:5 [153].
Имеющиеся данные позволили выявить эти соотношения для культуры сосны Северного Казахстана на черноземах, а именно отношение
диаметра кроны к высоте дерева с возрастом увеличивается, т.е. оно
динамично (таблица 3).
Соотношение 1:1,66 приходится на возраст 7-8 лет, сомкнутость
полога в этот период для культур с густотой 8-10 тыс.шт./га достигает
0,95. Учитывая, что величина сомкнутости 0,7-0,8 является естественной
для сосновых молодняков Северного Казахстана и в спелых древостоях
она снижается до 0,6. Этот возраст можно считать возрастом оконча52
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
тельного формирования полога в культурах сосны. Последующее увеличение относительного показателя роста кроны происходит за счет процесса дифференциации деревьев и частичного их отмирания.
Таблица 2. Возраст лет кульминации линейного прироста в
культурах сосны
№ пробной
Возраст,
Ранг
М± m, лет
υ, %
Р, %
площади
лет
высоты
0 - 20
10,3 ± 0,79
21,7
6,5
21 - 40
12,9 ± 0,56
17,3
4,4
1
20
41 - 60
14,0 ± 0,29
12,2
2,1
61- 80
14,0 ± 0,30
17,3
2,2
81 -100
14,8 ± 0,46
14,8
2,4
0 - 20
12,5 ± 0,37
9,7
3,0
21 - 40
13,6 ± 0,32
9,7
2,4
2
22
41 - 60
14,2 ± 0,31
9,5
2,1
61 - 80
14,1 ± 0,15
4,7
1,1
81 - 100
13,6 ± 0,41
10,0
3,1
0 - 20
13,1 ± 0,28
4,8
2,1
21 - 40
13,3 ± 0,33
5,2
2,4
3
22
41 - 60
14,9 ± 0,45
13,3
3,0
61 - 80
15,2 ± 0,35
13,3
2,3
81 - 100
15,1 ± 0,40
13,5
2,7
0 - 20
13,0 ± 0,56
7,4
4,7
21- 40
13,8 ± 0,33
6,5
2,4
4
20
41 - 60
14,2 ± 0,32
9,3
2,2
61 - 80
14,2 ± 0,12
6,6
1,0
81 - 100
14,1 ± 0,24
7,2
1,0
0 - 20
12,9 ± 0,36
5,7
2,8
21 - 40
14,0 ± 0,60
13,4
4,3
5
20
41 - 60
14,2 ± 0,48
11,6
3,4
61 –80
15,1 ± 0,31
11,7
2,0
81 -100
15,3 ± 0,27
9,7
1,7
0 - 20
12,7 ± 0,16
2,8
0,5
20-22
21 - 40
13,6 ± 0,17
2,3
0,3
Обобщенная
(15 пробная
41-60
13,9 ± 0,16
1,6
0,2
площадь)
61-80
14,7 ± 0,09
0,8
0,1
81-100
15,2 ± 0,19
1,9
0,2
Таблица 3. Отношение диаметра кроны к высоте дерева
Возраст, лет
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Отношение D
кр. к Н ствола 1,19 1,28 1,40 1,58 1,76 1,85 1,92 2,05 2,21 2,48 2,50 3,70
Полученные данные позволяют заключить, что рубки ухода в культурах сосны следует начинать в 10 - 13 лет.
Одной из важных характеристик роста деревьев, составляющих
древостой, является возраст кульминации текущего прироста в высоту. С
практической точки зрения момент важен для установления начала проСекция 2. Техника и сельское хозяйство
53
ведения рубок ухода, так как после максимального прироста часть деревьев может снижать его вплоть до полного прекращения. Нестеров В.Г.
[154] считает, что тенденция усиления или падения прироста по высоте
является ярким признаком развития дерева.
Исследованием динамики текущего прироста установлено (таблица
2), что варьирование возраста, в котором отмечается наибольший линейный прирост, колеблется в пределах 0,8 - 17,3%. Сравнение возраста
кульминации по отдельным пробным площадям показало, что различия,
кроме рангов 60-80, недостоверны, или они имеются в отдельных группах на некоторых пробных площадях (ПП 2 и ПП 3, ПП 4 и ПП 5).
Отмечается общая тенденция повышения возраста кульминации
прироста в высоту с увеличением ранга деревьев. В объединенной выборке различия между рангами достоверны. В среднем, по полученным
данным максимум линейного прироста у деревьев сосны разного размера приходится на 13-16 лет, однако с вероятностью 0,98 можно утверждать, что в целом в культурах сосны Северного Казахстана возраст
кульминации текущего роста в высоту у деревьев разного размера может
находится в пределах 9 - 20 лет.
Исходя из полученных данных, рубки ухода целесообразно начинать в 13-16 летних древостоях, в густых культурах с 9-10 лет. В очень
густых - в 7-9 лет.
Литература
1. Морозов Г.Ф. Рубки возобновления и ухода. - М.-Л., 1943.
2. Кожевников А.М. Рубки ухода за лесом в Беларусии. // Лесохозяйственная наука и практика. – Минск, 1974. - Вып. 24. - С. 9 - 28.
3. Сеннов С.Н. Рубки ухода за лесом. - М., 1977. - 160 с.
4. Макаренко и др. Рубки ухода и продуктивность лесных культур, лесоразведение в гослесфонде и на целинных землях Западной Сибири. –
Новосибирск, 1974. – С. 85 - 87.
5. Смирнов В.Е. Полувековой опыт лесовосстановления в ленточных
борах Казахстана и Алтая. / Труды Каз. НИИЛХ. - Алма–Ата: Кайнар,
1966. –Вып.3, т.5. - 130 с.
6. Макаренко А.А. Влияние рубок ухода на строение загущенных сосняков. / Тр. КазНИИЛХА. - Алма-Ата, 1963. - Т.4. - С. 46 - 52.
7. Ахромейко М.П. Физиологический метод причин усыхания сосновых
культур. / «Бузулукский бор». - М.: Гослесбумиздат 1 – 3, 1950. –
263 с.
8. Морозов В.Ф. Биологические основы ухода за лесом. /Гос. БССР. –
Минск, 1962. - 143 с.
9. Захаров В.К. Рационализация методов таксации леса на корню. //
Лесное хозяйство. - 1965.- № 9. - С. 20 – 25.
10. Смирнов Н.Т. Основные закономерности строения и особенности таксации молодняков. // Вопросы таксации молодых древостоев. – АлмаАта, 1970.
11. Тюрин А.В. Таксация леса. – М., 1938. – 300 с.
12. Эйтинген Г.Р. Рубки ухода за лесом в новом освещении. - М. – Л.:
Гослестехиздат, 1934. – 211 с.
13. Грибанов Л.Н. Перегруппировка сосны по высоте в степных борах.
Советская наука, Лесоинженерное дело. - 1959. - № 1. – С. 17 – 21.
54
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
14. Макаренко А.А. К вопросу о влиянии густоты древостоев на его таксационные показатели // Лесной журнал. - 1965. - № 2. - С. 6 - 9.
15. Георгиевский Н.П. Рубки ухода за лесом. - М.: Гослесбумиздат,
1957. – 142 с.
16. Bradley R.T. Thinning us an instrument of forest manangement “Foresyry”. - 1963. - № 2. - Р. 181-194.
17. Давыдов А.В. Рубки ухода. - М., 1971. - 184 с.
18. Савина А.В. Физиологическое обоснование рубок ухода. - М. - Л.,
1961. - 97 с.
19. Тимофеев В.П. Освещение и прочистки. - М. - Л.: Гослесбумиздат,
1950. – 87 с.
20. Тимофеев В.П., Дылис Н.В. Лесоводство. – М., 1953. – 552 с.
21. Тимофеев В.П. К теории рубок ухода за лесом./ Тр. Института леса
АН СССР. - М.: АН ССС, 1958. - Т. 37.
22. Молчанов А.А. Лес и климат. - М.: АН СССР, 1961.
23. Федосов В.А. Изменение освещенности в лесу при механизированных
рубках ухода. / Межвузовские научные труды. - Брянск, 1974. Вып.2. - С. 142 - 144.
24. Лосицкий К.Б. Изменение некоторых метеорологических факторов под
лесом в связи с рубками ухода. // В защиту леса. - 1937. - № 4.
25. Никитин Ф.А. Формирование смешанных сосново-березовых молодняков на Среднем Урале: автореф. ...канд. с-х. наук. - Л., 1953.
26. Молчанов А.А. Научные основы ведения хозяйства в дубравах лесостепи. - М.: Наука, 1964. – 255 с.
27. Макаренко А.А., Смирнов Н.Т. Формирование сосновых и сосновоберезовых насаждений. – Алма-Ата, 1973. – 188 с.
28. Тольский А.П. К вопросу о влиянии леса на влажность почвы в Наурзумском бору. / Труды по лесному опытному делу. - 1911. - Вып.33.
Авторы
Байлинов М.А., магистрант 2-го курса Казахского агротехнического
университета им. С. Сейфуллина, г. Астана, Казахстан. E mail:
[email protected]
Научный руководитель
Сарсекова Дани Нургисаевна, д.с/х. н., профессор, член корреспондент РАМ.
Казахский агротехнический университет им.
С. Сейфуллина, зав.кафедрой «Лесные ресурсы и лесное хозяйство»,
г. Астана, Казахстан.
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
55
Бостынец Наталья Игоревна,
Денежная Анастасия Николаевна
Разработка эскимогенератора с эффективной системой
теплообмена
Воронежский государственный университет инженерных
технологий, г. Воронеж, Россия
Недостатками известных эскимогенераторов [1-3] является большой расход энергии и длительность охлаждения и нагрева рассола, а
также невысокая надежность работы из-за использования волосяных
щеток.
Поэтому с целью интенсификация процесса теплообмена, снижения энергозатрат и увеличения надежности работы предложена инновационная конструкция эскимогенератора (рис. 1).
Эскимогенератор содержит: горизонтальную карусель 1 с формочками 2, установленную с возможностью вращения (рис. 1), короб 3, выполненный в виде замкнутого кольца и установленный под каруселью 1,
ванну 4 (рис. 3) для замораживания мороженного со сплошным дном 5,
боковыми стенками 6 (рис. 2) и торцевыми стенками 7, на которых установлены шаблоны 8, имеющих разную высоту в соответствии с профилем формочек 2 и зазором между ними. При этом шаблоны (рис. 4) выполнены с впадинами, радиусы которых (r1-r6) соответствуют радиусам
(R1-R6) установки формочек 2 (рис. 2), патрубки (рис. 3) подачи 9 и удаления 10 хладоносителя в виде холодного рассола, а также патрубки
подачи 11 и удаления 12 теплоносителя в виде горячей воды. Эскимогенератор также имеет дозатор смеси 13 (рис. 1), палочкозабиватель 14,
устройство 15 для выемки и глазирования замороженного мороженого,
осушитель 16 формочек 2, моющее устройство 17 и выносной транспортер 18.
Эскимогенератор работает следующим образом.
Наполнение формочек 2 (рис. 1) мерной порцией мороженого происходит с помощью дозатора 13. Формочки 2, закрепленные на карусели
1, совершают прерывистое движение по окружности. При этом они проходят зоны замораживания и оттайки (рис. 3). Хладоноситель через патрубок 9 (рис. 3) подается в ванну 4 до полного заполнения и, омывая
формочки 2 по всей высоте, сливается через верх шаблона 8, между
формочками 2 и впадинами шаблона 8 (рис. 5), а также через боковые
стенки 6 (рис. 2). Небольшая часть хладоносителя сливается через торцевые стенки, просачиваясь через шаблоны 8. Затем происходит забивка
деревянных палочек в мороженое палочкозабивателем 14 (рис. 1). Далее, проходя зону оттайки поверхности мороженого, осуществляется
выемка брикетов мороженного из формочек 2 карусели 1 с помощью
устройства 15 для выемки и глазирования мороженого. Происходит поворот извлеченного мороженого на определенный угол и сбрасывается
на выносной транспортер 18. Далее мороженое направляется на
упаковку.
56
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
14
13
15
А
А
17
2
3
18
17
16
15
14
1
13
Рис. 1. Схема эскимогенератора
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
57
А- А
1
6
8
2
I
Б
Б
I
R6
R5
R4
R3
R2
R1
6
6
r1
r2
r3
r4
r5
r6
8
2
Рис. 2. Разрез эскимогенератора по А-А и увеличенный
фрагмент карусели I
58
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
Б- Б
Зона оттайки
Зона замораживания
2
7
8
Зона замораживания
8
7
5
4
5
4
10
3
9
12
Удаление
хладоносителя
Подача
хладоносителя
11
Подача
Удаление
теплоносителя теплоносителя
10
Удаление
хладоносителя
Рис. 3. Разрез эскимогенератора по Б-Б
r1
r2
r3
r4
r5
r6
8
Рис. 4. Шаблон с впадинами
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
59
2
Слив
рассола
Слив
рассола
8
7
Рис. 5. Схема слива хладоносителя
Преимущества данного эскимогенератора является то, что ванна
для замораживания мороженного, выполненная со сплошным дном и
торцевыми на которых установлены шаблоны, имеющие разную высоту в
соответствии с профилем формочек и зазором между ними, и которые
выполнены с впадинами, радиус которых соответствует радиусу установки формочек, позволяет интенсифицировать процесс теплообмена, за
счет увеличения омываемой площади, увеличить производительность,
снизить энергозатраты и время замораживания.
Литература
1. Патент 2176888 (Российская Федерация) 7 А 23 G 9/08, 5/16 Эскимогенератор / С.Т. Антипов, С.В. Шахов, В.В. Шандановин - Заявл.
03.02.2000, № 2000102735/13, опубл. в Б.И., 2001 № 35
2. Патент 2267956 (Российская Федерация), МКИ А 23 G 9/08 Эскимогенератор с регулируемой системой тепло- и массобмена/ В.Е. Добромиров, С.В. Шахов, В.В. Шандановин, С.П. Телегин, М.Н. Лукьянова Заявл. 17.06.2004, № 2004118360/13, опубл. в Б.И., 2005 № 34
3. Патент 2265360 (Российская Федерация), МКИ А 23 G 9/08 Эскимогенератор / В.Е. Добромиров, С.В. Шахов, В.В. Шандановин, А.М. Шеин,
М.Н. Лукьянова - Заявл. 17.06.2004, № 2004118360/13, опубл. в Б.И.,
2005 № 34
Авторы
Бостынец Н.И., студент 4-го курса Воронежского государственного
университета инженерных технологий, г. Воронеж, Россия. E-mail:
[email protected]
60
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
Денежная А.Н., студент 4-го курса Воронежского государственного
университета инженерных технологий, г. Воронеж, Россия. E-mail:
[email protected]
Научный руководитель
Шахов Сергей Васильевич, доктор техн. наук, профессор Воронежского государственного университета инженерных технологий, г. Воронеж, Россия.
Бобылев Александр Николаевич,
Шаршов Валерий Владимирович
Способ производства сбивного бездрожжевого хлеба из
муки цельносмолотого зерна пшеницы
Воронежский государственный университет инженерных
технологий, г. Воронеж, Россия
Недостатками известных способов производства бараночных изделий с использованием СВЧ-энергии [1], производства сбивного бездрожжевого хлеба [2] , производства хлеба из смеси ржаной и пшеничной
муки [3] являются:
- отсутствие регулирования формирования равномерной структуры
заготовки.
- относительно высокая температура выпечки и продолжительность
процесса
- деление теста после сбивания, что нарушает структуру теста,
приводящее к снижению качества готовых продуктов и увеличению количества бракованных изделий, а также отсутствие натурального обогатителя не обеспечивает функциональных высокопитательных свойств получаемог хлеба.
- низкий выход готовых изделий из-за длительности процесса приготовления теста, высокие производственные и энергетические затраты,
отсутствие диетических и лечебно-профилактических свойств изделий из
пшеничной муки.
Поэтому с целью увеличения выхода готовых изделий, интенсификации процесса приготовления теста, сокращения производственных и
энергетических затрат, расширения ассортимента хлебобулочных изделий путем получения конкурентоспособных качественных диетических и
лечебно-профилактических изделий функционального назначения с пониженной энергетической ценностью из муки цельносмолотого зерна
пшеницы предлагается новый инновационный способ производства
сбивного бездрожжевого из муки цельносмолотого зерна пшеницы который осуществляется следующим образом.
Нешелушенное зерно пшеницы промывают и сушат, а затем измельчают в муку, просеивают и получают муку цельносмолотого зерна
пшеницы, а сход снова измельчают и просеивают. Замешивают тесто из
муки цельносмолотого зерна пшеницы, концентрированный яблочный
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
61
сок и воды питьевой при следующем соотношении компонентов, г: мука
цельносмолотого зерна пшеницы - 100, концентрированный яблочный
сок 3,0-5,0 к массе муки, вода по расчету, причем замес теста осуществляют в два этапа: на первом этапе осуществляют перемешивание рецептурных компонентов в виде концентрированного яблочного сока 3,0-5,0 и
воды питьевой в сбивальной камере при частоте вращения месильного
органа 5-7,5 с‐1 в течение 1-3 мин, после чего вносят муку цельносмолотого зерна пшеницы и продолжают перемешивание в течение 4-10 мин
при тех же параметрах перемешивания. Таким образом, общее время
перемешивания составляет 5-13 мин. После завершения процесса перемешивания, перед процессом сбивания проводят процесс деления. Причем процесс сбивания осуществляют отдельно для каждой порции теста,
для чего в сбивальную камеру подают атмосферный воздух под давлением 0,4-0,5 МПа и осуществляют сбивание перемешанного теста в течение 0,5-1 мин при частоте вращения месильного органа 11,7-13,3 с‐1
При добавлении в тесто концентрата яблочного сока его компоненты (органические кислоты, сахара, пектиновые, минеральные, ду6ильные
вещества) значительно влияют на биохимические, коллоидные, микробиологические процессы приготовления хлеба. С яблочным соком в тесто вносятся сахара, значительное количество яблочной кислоты, активно снижающей рН среды, минеральные вещества и витамины, являющиеся питательными веществами для микроорганизмов теста. Эти факторы
оказывают заметное влияние на ход технологического процесса и качество хлеба. Яблочный сок интенсифицируют пенообразование в тесте и
улучшают его подъемную силу. Степень интенсификации пенообразования увеличивается с возрастанием дозировки этих продуктов (сока и
пюре до 15-20 %; концентрированного сока - до 2,5 % к массе муки). Добавление продуктов из яблок снижает расплываемость теста в той
большей степени, чем больше внесено продукта. Удельный объем теста
уменьшается. Эти данные коррелируют с количеством отмытой клейковины и ее качеством. Количество отмываемой клейковины в тесте с добавками уменьшается, снижается ее растяжимость, увеличивается сопротивление сжатию, снижается гидратационная способность и особенно
при добавлении в тесто концентрированного яблочного сока и яблочного
порошка. С увеличением дозировки концентрата яблочного сока в тесте
возрастает количество органических кислот. Под их влиянием происходят более глубокие изменения белков. В соке из яблок преобладает
яблочная кислота она составляет 72-82 % от общей суммы кислот. На
долю лимонной кислоты приходится примерно 2-4, янтарной 6-9 %. Летучие кислоты в количестве 10-21. Очевидно, при приготовлении этих продуктов они частично улетучиваются. В тесте с продуктами из яблок повышается начальная кислотность и незначительно увеличивается содержание летучих кислот. Степень повышения кислотности определяется дозировкой продукта и его кислотностью. Снижение рН коррелирует с
нарастанием кислотности. Следовательно, в тесте, содержащем продукты из яблок, контроль кислотности можно вести по рН. Поскольку вкусовые свойства хлеба в значительной степени зависят от состава содержащихся в нем органических кислот, а в изделиях с концентратом яблочного сока органолептически определяемая кислотность более ярко выражена, определяли содержание яблочной и суммы летучих кислот в
хлебе с этими продуктами. В тесте и хлебе с концентратом яблочного
62
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
сока заметно возрастает содержание яблочной кислоты. Увеличение
количества яблочной кислоты в хлебе происходит соответственно ее
содержанию в добавленном в тесто продукте. Послевкусие в хлебе с
яблочными продуктами определяется не увеличением процентного
coдepжания летучих кислот, а возрастанием удельного веса яблочной
кислоты, более сильно диссоциирующей на ионы, чем молочная. Вкус
яблочной кислоты сильнее, чем молочной, кислый привкус сохраняется
дольше. Учитывая последнее, следует иметь в виду, что количество внесенных кислот зависит от дозировки продукта и его кислотности. При
добавлении его более 20 % к массе муки кислотность готовой продукции
превышает требования ГОСТа. Установлено также, что хлеб, содержащий яблочный сок, медленнее подвергается плесневению и заболеванию картофельной болезнью.
Существенным является то, что при механическом разрыхлении
теста отсутствуют процессы брожения и расстойки, что сокращает тестоприготовление на 3-5 ч, уменьшает затраты сухих веществ на брожение.
После этого выпечку осуществляют поэтапно, сначала прогревают
заготовки в поле токов СВЧ при мощности 1000 Вт до установившейся
(принятая температура 97 ̊С), а затем путем конвективного подвода энергии доводят до полной готовности хлеба при достижении его равновесной влажности и придания продукту корочки и привлекательного внешнего вида. При СВЧ энергоподводе быстро и окончательно формируется
пористая структура.
Сбивные хлебобулочные изделия предпочтительны для диетического питания людей, страдающих в первую очередь заболеваниями
желудочно-кишечного тракта и онкологическими заболеваниями. Систематическое употребление хлеба, приготовленного по традиционной технологии с использованием в качестве разрыхлителя дрожжей, негативно
влияет на иммунную систему. Способ производства хлеба из смеси ржаной и пшеничной муки, включающий замес теста с использованием в
качестве жидкой закваски концентрированного яблочного сока в два этапа, позволяет исключить дрожжи из рецептуры и жидкую закваску с заваркой и получить хлеб с высокими органолептическими и физикохимическими показателями качества. Исключение из рецептуры прессованных дрожжей, использование муки цельносмолотого зерна и концентрата яблочного сока позволяет получить хлеб диетического, лечебнопрофилактического назначения с высокими органолептическими показателями качества, обогатить бездрожжевые изделия пищевыми волокнами, витаминами, минеральными веществами. При относительно более
длительных процессах формирования структуры хлеба в аналоге и прототипе, стабильность полученной пены снижается и происходит разрушение пенообразной структуры теста, воздушные пузырьки лопаются,
качество сбивного бездрожжевого хлеба ухудшается, тесто характеризуется повышенной активной кислотностью.
Предложенный способ производства сбивного бездрожжевого хлеба из муки цельносмолотого зерна пшеницы имеет преимущества за счет
того, что:
- обеспечение последовательности операций и режимных параметров что позволяет повысить качество готового изделия, увеличить
выход хлеба, интенсифицировать процесс приготовления изделия, получить хлеб диетического и лечебно-профилактического назначения, повыСекция 2. Техника и сельское хозяйство
63
сить витаминно-минеральный состав, замедлить процесс черствения
готового изделия, снизить трудоемкость и энергоемкость процесса производства;
- осуществление выпечки на начальном этапе путем прогревания
заготовки в поле токов СВЧ при мощности 1000 Вт позволяет обеспечить: возможность сокращения процесса выпечки в 2-10 раз, высокий
КПД процесса, стабилизацию и увеличение выхода готовой продукции,
значительное уменьшение тепловых потерь в окружающую среду, высокую пищевая ценность готовой продукции и сохранность витаминов;
- осуществление выпечки на втором этапе путем конвективного
подвода энергии доводят до полной готовности хлеба при достижении
его равновесной влажности позволяет придать продукту корочку и привлекательный внешний вид.
Литература
1. Патент РФ 2422018 Кретов И.Т., Шахов С.В., Лазарев Р.В. A21D13/08,
A21D8/02, заявл. 22.03.2010 2010110960/13, Опубл. 22.03.2010
2. Патент РФ 2370959 Магомедов Г.О., Пономарева Е.И., Алейник И.А.,
Лобосов В.Г., Сарыева А.Г. A21D13/02, A21D10/04, Заявка:
2008129227/13, 16.07.2008, Опубл. 27.10.2009
3. Патент РФ №2489001 Магомедов Г.О., Пономарева Е.И., Пономарева
О.И., Прибыткова О.В., Богданов В.В. A21D8/02, A21D2/36, Заявка
2011141629/13, 13.10.2011, Опубл. 10.08.2013, Бюл. 22
Авторы
Бобылев А.Н., аспирант 2-го курса Воронежского государственного
университета инженерных технологий, г. Воронеж, Россия. E-mail:
[email protected]
Шаршов В.В. студент 1-го курса Воронежского государственного
университета инженерных технологий, г. Воронеж, Россия. E-mail:
[email protected]
Научный руководитель
Шахов Сергей Васильевич, доктор техн. наук, профессор Воронежского государственного университета инженерных технологий, г. Воронеж, Россия.
64
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
Ветров Алексей Валерьевич,
Карибайулы Ерлан
Вибрационный сепаратор для разделения близких по
физическим свойствам частиц
Воронежский государственный университет инженерных
технологий, г. Воронеж, Россия
Недостатками известных устройств для разделения зерновой смеси на фракции, при использовании зигзагообразных отражателей, является недостаточная эффективность и чёткость разделения близких по
физическим свойствам частиц. Это вызвано тем, что ширина канала постоянна и частицы с одинаковой шириной и толщиной, но различной
длины, с различной плотностью, с различными свойствами поверхности,
находясь в различных слоях зерновой смеси, одинаково контактируют со
стенками зигзагообразных отражателей сортировочного стола.
Поэтому предлагается разработать вибрационный сепаратор для
разделения близких по физическим свойствам частиц Задачей изобретения является чёткое разделение фракции сыпучего продукта при одинаковой их крупности и различных значениях плотности, различных свойств
поверхности.
На рисунке 1 изображен общий вид вибрационный сепаратор для
разделения близких по физическим свойствам частиц.
Вибрационный сепаратор для разделения близких по физическим
свойствам частиц (рис. 1) включает в себя приводной механизм, который
состоит из опор 1, 2, установленных с возможностью изменять угол
наклона к горизонтали и привода 3 с шатунами 4. Приводной механизм
соединен с сортировальным столом 5 через платформу 6 и опору 7.
К поверхности сортировального стола 5 прикреплены зигзагообразные отбойно-направляющие перегородки-отражатели 8, состоящие из
стенок из листового материала, а между зигзагообразными перегородками-отражателями 8 образованы каналы сепарирования, предназначенные для движения сыпучего продукта 9.
Причём сортировальный стол 5 разделён на три зоны: нижнюю I с
гладкой поверхностью сортировального стола 5; среднюю II с поверхностью сортировального стола 5, выполненного из сита; верхнюю III с шероховатой поверхностью сортировального стола 5. Стенки зигзагообразных перегородок-отражателей 8 в нижней зоне I прикреплены перпендикулярно (под углом 900) к поверхности сортировального стола 5, а в
средней II и верхней III прикреплены под углом α к поверхности сортировального стола 5.
Канал сепарирования, образованный зигзагообразными перегородками-отражателями 8, имеют ширину в нижней зоне I меньше, чем в
верхней зоне. То есть канал сепарирования сужается к верхней зоне III.
В средней зоне II над поверхностью сортировального стола 5 дополнительно установлен лоток 10, поверхность которого имеет волнообразную форму и выполнена из сита, выполненного с характерными размерами отверстий, обеспечивающими разделение смеси целевого компонента с мелкими примесями от крупных примесей, для перемещения
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
65
которых в верхнюю зону III, предусмотрена направляющая. Над лотком
10 установлено приёмное устройство в виде бункера 11.
Рис. 1. Вибрационный сепаратор для разделения близких по
физическим свойствам частиц
С двух концов сортировочного стола 5 установлены сборники для
целевого продукта и примесей 12 и 13.
Под ситовой поверхностью сортировального стола 5, имеющей характерные отверстия, обеспечивающие разделение целевого продукта
от мелких примесей, размещен лоток 14, с возможностью установки его
под углом, превышающим угол трения скольжения по нему мелких примесей и соединенного со сборником для их сбора 15.
Вибрационный сепаратор для разделения близких по физическим
свойствам частиц работает следующим образом. При поступлении сыпучего материала в приёмный бункер 11, включается приводной механизм,
и сортировальный стол 5 получает горизонтальное возвратнопоступательное движение в направлениях, указанных стрелкой (рис. 1),
при этом угол наклона сортировального стола 5 зафиксирован. Сыпучая
зерновая смесь из бункера 11 попадает сначала на лоток 10, где в результате колебаний и взаимодействия с перегородками-отражателями 8
обрабатываемая зерновая смесь расслаивается. Более тяжелые и гладкие частицы перемещаются в нижние слои и движутся по уклону лотка
10, и при совпадении характерных размеров частиц целевого продукта с
размерами отверстий сита просыпаются вместе с мелкими примесями на
66
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
поверхность сортировального стола 5 в среднюю зону II канала, образованного зигзагообразными отражателями 8, прикреплёнными к сортировальному столу 5. А более легкие и с более шероховатой поверхностью
частицы в результате сегрегации оказываются на поверхности зерновой
смеси и движутся вверх в направлении зоны III, куда скатываются благодаря направляющей, обеспечивающей небольшой запас во времени и
расстоянии для разделения в этой зоне в основном смеси целевого продукта и крупной примеси близкой по физическим свойствам к целевому
продукту.
При этом волнообразная форма поверхность позволяет увеличить
время пребывания и количество смеси целевого продукта и мелких примесей на поверхности лотка 10, что обеспечивает более качественное
предварительное разделение сыпучих продуктов.
Просыпавшиеся в среднюю зону II сортировального стола 5 частицы зерновой смеси под воздействием колебаний окончательно самосортируются. Как и на лотке 10 частицы с меньшей плотностью всплывают в
верхние слои, а частицы с большей плотностью погружаются в нижние
слои, при этом мелкие частицы также проходят через ситовую поверхность средней зоны II сортировального стола 5 и выводятся из сепаратора по лотку 14 в сборник для примесей 15.
Так как ширина канала сепарирования непостоянна по высоте и по
длине, то при постоянной амплитуде колебания сортировального стола
5, частицы одинакового размера, но имеющие меньшую плотность, находящиеся в верхних слоях зерновой смеси чаще контактируют со стенками зигзагообразных перегородок-отражателей 8 и направляются вверх
по поверхности сортировочного стола 5 к сборник для примесей 13, а
более плотные частицы, которые находятся в нижних слоях зерновой
смеси и практически не подвержены воздействию стенок зигзагообразных перегородок-отражателей 8, направляются вниз по поверхности сортировочного стола 5. Таким образом, в средней зоне II частицы имеющие
большую плотность движутся вниз к нижней зоне III, меньшую плотность – вверх к верхней зоне I, а мелкие частицы просеиваются и выводятся из сепаратора.
В нижней зоне III частицы, имеющие большую плотность далее
скатываются по гладкой поверхности, редко ударяясь о стенки зигзагообразных перегородок-отражателей 8, прикреплённых перпендикулярно
к сортировальному столу 5 и выводятся из сепаратора в сборник для
целевого продукта 12.
В верхней зоне I на направление движения частиц вверх по каналу
решающее значение оказывает коэффициент трения этих частиц по шероховатой поверхности и конфигурация стенок перегородок-отражателей
и ширина канала. Так как ширина канала уменьшается частицы ударяются чаще о стенки перегородок-отражателей 8, а после удара задерживаются на шероховатой поверхности за счёт сил трения с шероховатой
поверхностью и после следующего направленного удара движутся вверх
и выводятся из сепаратора в сборник для примесей 13.
Таким образом, техническим результатом данного устройства является повышение эффективности и чёткости разделения путём частого
направленного воздействия зигзагообразных отражателей на частицы
зерновой смеси, находящиеся в верхних слоях, за счёт изменения конструкции зигзагообразных отражателей, состоящих из стенок из листовоСекция 2. Техника и сельское хозяйство
67
го материала и за счёт изменения свойств поверхности рабочей поверхности.
Авторы
Ветров А.В., магистрант 2-го курса Воронежского государственного
университета инженерных технологий, г. Воронеж, Россия. E-mail:
[email protected]
Карибайулы Ерлан, магистрант 1-го курса Воронежского государственного университета инженерных технологий, г. Воронеж, Россия.
E-mail: [email protected]
Научный руководитель
Шахов Сергей Васильевич, доктор техн. наук, профессор Воронежского
государственного
университета
инженерных
технологий,
г. Воронеж, Россия.
1
Измайлов Владислав Николаевич,
2
Онгарбеков Олжас
Разработка экспериментального стенда ситового
сепаратора для очистки сафлора от крупных примесей
Воронежский государственный аграрный университет
им. императора Петра I, г. Воронеж, Россия
2
Воронежский государственный университет инженерных
технологий, г. Воронеж, Россия
1
Актуальной задачей при производстве и переработке растениеводческой продукции в АПК является решение проблем импортзамещения
продовольственных ресурсов и разработка технологий глубокой переработки основного и вторичного сырья, в частности, при переработке масличных культур.
В аспекте климатических изменений в Центрально-Черноземном
регионе представляется целесообразным использовать опыт Казахстана
по развитию посевных площадей и технологий переработки сафлора.
Там, где подсолнух страдает от засухи, гораздо выгоднее и безопаснее с
экономической точки зрения сеять сафлор. Есть у сафлора и другие преимущества, например, его семена белые и хорошо защищены листочками обертки корзинки и не имеют обычно такой привлекательности для
диких птиц. Цвести сафлор начинает раньше подсолнечника и срок его
цветения более растянут – длится целый месяц. Сафлор в отличие от
подсолнечника не выделяет клейкой смолы и поэтому семена после
очистки не содержат даже прилипших семянок амброзии и других злостных сорняков. В масле сафлора намного больше линолевой кислоты,
чем в подсолнечном, и больше витамина Е, чем в других видах растительных масел.
68
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
В литературных источниках практически нет информации об этой
культуре, освещающих и изучаемых его физико-механические и технологические свойства, что должно быть первоначальными данными для разработки как технологии выработки сафлорового масла, так и для проектирования оборудования для этих целей.
Определение рациональных режимов и параметров процесса
очистки зерна от прицепника широколистного и технологической эффективности экспериментальных установок необходимы для дальнейшей
практической реализации результатов экспериментальных исследований.
В связи с этим является актуальной задача по разработке экспериментального стенда ситового сепаратора для очистки сафлора от крупных примесей. Разработанный экспериментальный стенд содержит приемный бункер, внутри которого смонтирован питатель, предназначенный
для регулирования подачи зерновой массы. Внутри корпуса последовательно расположены выдвижная полка, сортировочное сито, выпускной
патрубок, подсевное сито с поддоном и выпускным патрубком. Для выравнивания и регулирования зернового слоя на поверхности сита предусмотрена выдвижная полка.
В качестве разделяющей поверхности сортировочного сита использована цельнометаллическая просечно-вытяжная сетка (ЦПВС) с ромбовидными отверстиями, расположенными в шахматном порядке. Параметры сита: диагонали ромба 2nб = 8,8 мм; 2nм = 4,8 мм; размер перемычки cp = 1,2 мм.
Для возбуждения колебаний корпуса на боковых стенках корпуса
сепаратора закреплены два вибратора. Корпус установлен на станине
на четырёх резиновых амортизаторах.
Устройство работает следующим образом. Продукт (зерно) поступает через из приёмного бункера 1 на выдвижную полку и равномерно
распределяясь на её поверхности перетекает на сортировочное сито 4,
где происходят процессы самосортирования и разделения зернового
продукта на две фракции: сход и проход. Крупные примеси, не прошедшие через отверстия сортировочного сита 4 под действием вибрации
перемещаются по поверхности сита вниз и выводятся из машины через
выпускной патрубок 5, а проходовые частицы (сафлор и мелкие примеси)
на подсевное сито 6. Мелкие примеси, размеры которых меньше размера отверстий, проходят через подсевное сито и выводятся по поддону
через выпускной патрубок.
Перед каждым экспериментом загрузочный бункер наполняли зерновой смесью, а регулировочную заслонку устанавливали в соответствующее положение, обеспечивающее заданный режим загрузки (производительности) рабочего органа машины.
При установившемся режиме технологического процесса проводили отбор проб из выпускных патрубков машины. В ходе экспериментов
качество разделенных фракций определяли методом ручной разборки
навески массой 100 г, выделенной из образца стандартным методом
(ГОСТ 13585.3-83 и ГОСТ 6292-70).
Технологическая эффективность процесса очистки зернового материала сафлора от крупных примесей на ситах с ромбовидными отверстиями в оценивалась двумя показателями, характеризующими их качественную и количественную стороны.
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
69
При очистке зернового материала качественный показатель процесса определяется показателем эффективности выделения по крупной
сорной примеси:

.
СПР
ВЫД .
.
СПР
ИСХ.
 100 , (%)
.
ПР.
где СПР
ВЫД . - количество выделенной крупной сорной примеси, гр.; СИСХ. количество данного вида сорной примеси в исходной зерносмеси, гр.
Количественный показатель определяется показателем уноса полноценного зерна в отходы:

.З.
К ПОТХ
.
 100 , (%)
П.З.
К ИСХ.
.З.
где КПОТХ
. - количество полноценного зерна, попавшего в отходы для дан.З.
ного вида выделенной сорной примеси, кг; К ПИСХ
. - количество полноценного зерна в исходной зерносмеси, кг
Процесс сепарирования на экспериментальном стенде зависит от
очень большого числа факторов. К ним относятся: амплитуда и частота
колебаний, угол направления колебаний, величина подачи материала на
рабочий орган (производительность), угол наклона решет, размеры и
форма зерен, коэффициент внутреннего и внешнего трения, поверхностная влажность и другие.
Учесть все эти факторы не представляется возможным. Поэтому
Опыты проводились таким образом, что изменению подвергался лишь
один основной фактор, а все другие факторы, влияющие на процесс сепарирования, оставались постоянными и имели оптимальное значение.
Повторность каждого опыта была трехкратной.
С учетом того, что в существующих зерноочистительных машинах
значение частоты колебаний является постоянной, поэтому в предлагаемой конструкции представляется целесообразным для выполнения оптимальных параметров вибрации сит и просеивания зернового продукта
принять в качестве вибровозбудителя – два вибратора электромеханических ИВ-98Е ТУ3343-006-00239942-2001 в соответствии с ГОСТ 1515069. Тип вибрационного механизма дебалансный регулируемый, синхронная частота колебаний 3000 об/мин, максимальная вынуждающая сила
11,3 кН, максимальный статический момент дебалансов 11,4 кг*см, номинальная потребляемая мощность 0,9 кВт.
Результаты сравнительных исследований сит с различными формами и размерами отверстий представлены в таблице, откуда видно, что
по доле живого сечения и удельной нагрузке данные сита превосходят
сита с круглыми отверстиями и менее склонны к забиванию.
Таким образом, экспериментально исследовано влияние конструкционных параметров на процесс очистки зерновой массы сафлора от
семян прицепника широколистного. Разработан экспериментальный
стенд ситового сепаратора для определения эффективности работы
сита с ромбовидными отверстиями. Экспериментально апробирован
70
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
способ очистки сафлора от крупных примесей по площади и форме поперечного сечения на сите с ромбовидными отверстиями. Коэффициент
живого сечения предлагаемой разделяющей поверхности – 70,4 %, а
удельная нагрузка 8,33 т/(ч·м2), что позволяет уменьшить ее площадь на
60 % по сравнению со штампованными ситами с круглыми отверстиями.
Таблица 1. Технические и качественные показатели работы
сит с различной формой просеивающих отверстий
Сито с кругСито с прямо- Сито с ромболыми отвер- угольными от- видными отПоказатель
стиями
верстиями
верстиями
 4 мм
425 мм
8,84,8 мм
Площадь сита, м2
0,8
0,56
0,24
Доля живого сечения, %
40,4
47,6
70,4
Удельная нагрузка,
2,5
3,57
8,33
т/(чм2)
Потери сафлора в отхо3-5
1-2
0
ды, %
Авторы
Измайлов В.Н., студент 4 курса (бакалавриат) Воронежского государственного аграрного университета имени императора Петра I, г. Воронеж, Россия. E-mail: [email protected]
Онгарбеков Олжас, магистрант 1-го курса Воронежского государственного университета инженерных технологий, г. Воронеж, Россия.
E-mail: [email protected]
Научный руководитель
Глотова Ирина Анатольевна, доктор техн. наук, доцент, зав. кафедрой технологии переработки животноводческой продукции Воронежского государственного аграрного университета имени императора Петра I, г. Воронеж, Россия.
Каданцев Дмитрий Андреевич
Методика выбора патронов для станков с ЧПУ при смене
номенклатуры выпускаемой продукции
Ливенский филиал Госуниверситета-УНПК, г. Ливны, Россия
В современном машиностроении все большее значение придается
различным приспособлениям. Они представляют дополнительное оборудование, с помощью которого обрабатываемые заготовки или инструмент устанавливаются и закрепляются в соответствии с требованиями
технологического процесса. Приспособления для станков с ЧПУ повышают производительность и точность обработки. Также за счет приспоСекция 2. Техника и сельское хозяйство
71
соблений возможно увеличение срока службы инструмента и отдельных
узлов оборудования.
На основании действующего договора о сотрудничестве кафедры
технологии машиностроения с ОАО «ГМС Ливгидромаш» была проведена исследовательская работа по разработке методики выбора патронов
для станков с ЧПУ при смене номенклатуры выпускаемой продукции.
Методика разрабатывалась для станка с ЧПУ марки DOOSAN
PUMA 2600LY. Этот высокоточный станок предназначен как для простейших токарных и токарно-фрезерных операций, так и для деталей
сложных форм, требующих многокоординатной токарной и фрезерной
обработки, выполняемой на одном станке. Он отличается встроенным
мотор-шпинделем мощностью до 26 кВт, револьверными головками с
приводным инструментом, возможностью обработки по оси Y.
Необходимо настроить станок на обработку детали типа вал из
Стали 45.
Воспользовавшись каталогом, согласно области применения, подбираем механизированные быстросменные патроны с быстрой сменой
кулачков нескольких исполнений.
В нашем случае проходит обработка прутковой заготовки, так как
необходима смена кулачков, то выбираем исполнение патрона DURO –
NC, а по дальнейшим расчетам подбирается точный номер.
Произведем расчет режимов резания для обработки узких шеек
вала на операции 005 – токарной с ЧПУ. По чертежу (рис. 1) определяем
узкие шейки.
Рис. 1. 3D модель и рабочий чертеж вала
Точение производится на станке с ЧПУ модели PUMA 2600LY, Приспособление патрон трехкулачковый со сменными кулачками.
Режимы резания:
Позиция 1, подрезать торец ∅24, Ra 1,6.
Резец подрезной с пластинами ромбической формы из твердого
сплава ВК8 с φ = 450 с механическим креплением пластины Мерительный инструмент – Штангенциркуль ШЦ-I-125-0,01 ГОСТ 166-89
Черновое точение:
Глубина резания: t= 4 мм; подача S=0,8 мм/об; период стойкости
инструмента Т=60 мин.
Определяем скорость резания:
72
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
V
Cv
K v , м/мин
Tm t x S y
(1)
Значения коэффициента Сv и показателей степеней Cv=280;x=0,15;
m=0,2;y=0,45,[1]
Общий поправочный коэффициент на скорость резания, учитывающий фактические условия резания:
Kv=Kμv·Knv·Kuv
(2)
где Kµv – коэффициент, учитывающий физико-механические свойства
обрабатываемого материала, Kµv=1, [1]; Knv – коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки, Knv =1, [1]; Kuv – коэффициент,
учитывающий материал инструмента, Kuv = 1, [1]
Kv = 1·1·1 = 1
280·1
V  0,2 0,15 0,45  110м / мин
60 ·4 ·0,8
5. Частота вращения шпинделя
1000· V
·D
1000·110
п
 1460об / мин  152с 1 
3,14·24
n
(3)
бесступенчатое регулирование
6.Определяем мощность резания
Np 
Pz  V
, кВт
60  1020
(4)
Сила резания
Р z =10С р · t x  Sy  Vп  Кр , Н
(5)
Значение коэффициента Ср и показателей степеней, [1]
Ср=300; у=0,7; х=1; n=-0,15
Поправочный коэффициент Кр, учитывающий фактические условия
резания, [1]
Кр  Kр·Kр·K yр·Kр·Krр  1 0,94  1 1 1  0,94
Коэффициент, учитывающий влияние качества обрабатываемого
материала Кμр=1.
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
73
Коэффициент, учитывающий влияние главного угла в плане,
Кφр=0,94, [1]
Коэффициент, учитывающий влияние переднего угла, Кγр=1, [1]
Коэффициент, учитывающий влияние угла наклона режущей кромки Кλр=1
Коэффициент, учитывающий радиус при вершине Кrр=1, выбираем [1]
Рz=10·300·41·0,80,7·110-0,15·0,94=4765Н
4765  110
Np 
 8,6 кВт
1020  60
(6)
7. Проверяем, достаточна ли мощность привода станка
Nшп=Nдв·η=10*0,9=9 кВт
8,6<9, следовательно обработка возможна.
Чистовое точение:
Глубина резания: t= 1 мм; подача S=0,13 мм/об; период стойкости
инструмента Т=60 мин. Определяем скорость резания:
350·1
 232м / мин
600,2·10,15·0,130,2
V
5. Частота вращения шпинделя
1000 V
 D
бесступенчатое регулирование
1000·232
п
 3080об / мин  321с 1
3,14·24
n
6.Определяем мощность резания
Np 
Pz  V
, кВт
60  1020
Сила резания
Р z =10С р · t x  Sy  Vп  Кр , Н
Значение коэффициента Ср и показателей степеней, выбираем [1]
Ср=300; у=0,7; х=1; n=-0,15
Рz=10·300·11·0,130,7·232-0,15·1=318Н
318  232
Np 
 1,2 кВт
1020  60
7. Проверяем, достаточна ли мощность привода станка
74
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
1,2<9, следовательно обработка возможна
Определив мощность, частоту вращения по графикам (график 1)
выбирем марку патрона.
По данным графикам и расчетам сил резания можем выбрать общее зажимное усилие, а так же приводное усилие и марку патрона.
При частоте вращения 3000 об/мин общее зажимное усилие будет
в диапазоне от 130 – до 160 кН. Следовательно, приводное усилие –
усилие зажима будет в диапазоне от 55 – 70 кН и номер патрона DURONC 315.
График 1. Марка патрона в зависимости от зажимного усилия
и частоты вращения
Подобрав 3х кулачковый патрон DURO-NC 315 мы можем обеспечить точность обработки при скорости резания V=110м/мин, частоте
вращения n=3000об/мин и силе резания Р=4765Н. Так же разработана
методика подбора зажимного устройства при обработке вала из Стали
45.
Литература
1. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-т. / Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1985, 496 с., ил.
Автор
Каданцев Д.А., 3 курс, Ливенский филиал Госуниверситета-УНПК,
г. Ливны, Россия. E-mail: [email protected]
Научные руководители
Миронова Анастасия Леонидовна, зав. кафедрой технологии машиностроения, Ливенский филиал Госуниверситета-УНПК, г. Ливны, Россия. E-mail: [email protected]
Киселева Светлана Валентиновна, старший преподаватель кафедры технологии машиностроения, Ливенский филиал ГосуниверситетаУНПК, г. Ливны, Россия. E-mail: [email protected]
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
75
Киржинова Жаннета Анатольевна,
Шехурдина Надежда Михайловна
Использование дикорастущих в производстве продуктов
питания
Северо-Кавказский федеральный университет,
Институт сервиса, туризма и дизайна, (филиал) СКФУ,
г. Пятигорск, Россия
Вовлечение в продовольственный оборот дополнительных сырьевых ресурсов растительного происхождения, обладающих высокой пищевой и биологической ценностью, нельзя считать исчерпанным. На
сегодняшний день для производства обогащенных изделий недостаточно
используется один из основных резервов пищевого сырья – дикорастущие плодовые и ягодные растения, являющиеся в отличие от культивируемого сырья, обрабатываемого в период роста химическими препаратами, экологически чистыми.
Территория Российской Федерации располагает богатыми массивами дикорастущих плодов. На долю Северного Кавказа приходится значительная их часть – около 90 тыс. га. Дикорастущие плоды и ягоды являются богатейшим источником природных антиоксидантов, витаминов
С, Е, каротиноидов, биофлавоноидов, пектиновых и минорных биологически активных веществ, повышающих устойчивость организма к загрязнению среды, радиации, стрессовым факторам.
В предгорьях Северного Кавказа среди дикорастущих культур
наиболее распространены боярышник, мушмула и ежевика, дающие стабильно высокий урожай, ежегодный потенциал заготовок которых может
достигать в среднем 3,3, 4,5 и 2,1 тыс. т соответственно. [1, с. 24]
Черемша - многолетнее пряно-ароматическое растение, относящееся к семейству луковых. Произрастает в основном в диком виде, имеет
внешнее сходство с ландышем, когда его листья не распустились; по
вкусовым качествам напоминает чеснок. Черемша достигает в высоту 40см, имеет луковицу без кроющей чешуи, то есть черешки растения книзу
утолщаются, образуя мясистую часть. Кверху листочки заострены. Во
время цветения выбрасывает полушаровидный зонтик с белыми цветочками. Плод — трехгранная коробочка. Семена шаровидные, черные.
Растет на заливных лугах, близи рек, ручьев, болот, в широколиственных, широколиственно-еловых, ольховых лесах, часто образуя заросли. Распространена в лесах Северного Кавказа. В пищу употребляют
стебель, листья и луковицу растения. Листья черемши обычно собирают
весной, до цветения. На вкус листья черемши напоминают зелень чеснока и лука, они богаты витамином С. [2, С.457]
Собранную траву используют в свежем виде как пряность в салаты,
супы, овощи, как начинку для пирогов. Траву квасят, солят и маринуют;
сушить её не рекомендуется, поскольку в таком состоянии черемша теряет часть своих ценных качеств. На Кавказе преимущественно черемшу
используют в горячих блюдах, а сырые луковицы, которые собирают
также до цветения, едят с хлебом и солью.
Черемшу можно отнести к низкокалорийному диетическому продукту, который в сыром виде содержит всего 35 ккал.
76
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
Таблица 1. Пищевая ценность черемши в 100 граммах [3]
Калорийность,
Белки, г Жиры, г Углеводы, г Зола, г Вода, г
ккал
2,4
0,1
6,5
1,1
89
35
Полезные свойства черемши
Древние римляне и египтяне называли черемшу – чудо растением,
они считали, что оно помогает очистить кровь и желудок, улучшает деятельность пищеварительного тракта, способствует улучшению аппетита
и активности желудочных соков. Ее используют при различных гнойных
заболеваниях, цинге, атеросклерозе, глистах и кишечных инфекциях.
Известно так же, что в древние времен ее активно употребляли в пищу
во время эпидемий холеры и чумы.
Черемша содержит много витамина С, эфирное масло и другие
вещества, обладает фитонцидными свойствами. Имеет сильный запах
чеснока, который частично удаляется, если перед употреблением черемшу обварить кипятком и залить уксусом. Обладает антицинготным
общеукрепляющим свойством.
Черемша полезна для работы сердца, она способна понижать кровяное давление и блокирует образование холестериновых бляшек. Черемшу рекомендуют при авитаминозе, атеросклерозе и гипертонической
болезни. Древние греки считали, что это растение обладает свойством
"поддерживать мужество".
Листья черемши обладают сильными бактерицидными свойствами.
Достаточно две-три минуты пожевать листок черемши, как вся вредная
микрофлора полости рта будет убита выделяющимися из растительных
тканей летучими веществами-фитонцидами. Фитонциды улучшают также
рост и развитие тканей человека и способствует их восстановлению. В
определённых дозах фитонциды благотворно влияют на укрепление
нервной системы, усиливают секреторную функцию желудочнокишечного тракта, способствуют улучшению обмена веществ, стимулируют сердечную деятельность. Черемша так же прекрасное средство для
профилактики и лечения простудных заболеваний.
Сырую черемшу едят при заболеваниях щитовидной железы, гипои гипертиреозах. Черемша, в отличии от многих препаратов, применяемых при лечении атеросклероза и заболеваний щитовидной железы, не
вызывает медикаментозного гипертиреоза, даже при длительном применении. Аналогично сырой используют квашеную или солёную черемшу и,
кроме того, её используют как возбуждающее аппетит.
Уникальный вкус и аромат черемши позволил использовать ее при
производстве мясных рубленых изделий. При разработке нового продукта за основу была взята базовая рецептура рубленых котлет из кур.
Было создано три образца с заменой части сырья на черемшу. Ниже в
таблице 2. приведены данные по вложению сырья, выход готового изделия и потери массы в процессе производства.
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
77
Таблица 2. Вложение сырья, выход изделий
Масса нетто на 1 порцию, грамм
Опытный
Наименование про- КонтрольОпытный
Опытный
образец
дуктов
ный обраобразец 8% образец 12%
4% черемзец
черемши
черемши
ши
Филе птицы
37
37
37
37
Хлеб пшеничный
9
8
8
8
Вода
13
13
12
11
Внутренний жир
2,5
2,5
2,5
1,5
Сухари
5
4
4
4
Черемша
2
4
6
очищенная
Масса
70
70
70
70
полуфабриката
Масло сливочное
3,5
3,5
2,5
2,5
Масса жареных кот50
50
50
50
лет
Подготовка сырья производится в соответствии с рекомендациями
Сборника технических нормативов для предприятий общественного питания и технологическими рекомендациями для импортного сырья.
№
п/п
1
2
3
4
5
Таблица 3. Органолептическая оценка готовых изделий
Характеристика образца
Контро- Опытный
Опытный
Опытный
Показатели
льный образец 4% образец 8% образец 12%
образец черемши
черемши
черемши
Внешний вид
5
5
5
5
Цвет
5
4
5
5
Консистенция
5
4
4
5
Запах
5
5
5
5
Вкус
5
4
4
5
Для дальнейших исследований был выбран образец с 12% содержанием растительного компонента – черемши. Разработанный продукт
имел хорошие органолептические показатели. Срок хранения готовой
продукции увеличился в три раза по сравнению с контрольным образцом.
Расширение ассортимента продуктов питания с использованием
дикорастущего сырья является актуальным. В связи с развивающимися
неблагоприятными факторами внешней среды возникает спрос на инновационные продукты питания, модификации существующих продуктов
питания, направленные на повышение пищевой ценности и снижение
безопасности, что требует новых видов сырья, функциональных ингредиентов и способов переработки.
78
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
Литература
1. Джабоева, А.С. Использование продуктов переработки дикорастущего
сырья в производстве хлебобулочных изделий: монография / А.С.
Джабоева. – Нальчик: Полиграфсервис и Т, 2008. – 130 с. С.24.
2. Литвинская С. А., Муртазалиев Р. А. Флора Северного Кавказа: Атласопределитель. – М.: Фитон XXI, 2013. – 688 с. С.457.
3. Черемша - калорийность и свойства. Польза и вред черемши [Электронный ресурс] // http://findfood.ru/product/cheremsha(дата обращения
04.10.2014).
Авторы
Киржинова Ж.А., студентка 2-го курса Северо Кавказский федеральный университет, Институт сервиса, туризма и дизайна, (филиал)
СКФУ в г. Пятигорске, Россия.
Шехурдина Н.М., студентка 2-го курса Северо Кавказский федеральный университет, Институт сервиса, туризма и дизайна, (филиал)
СКФУ в г. Пятигорске, Россия.
Научный руководитель
Щедрина Татьяна Викторовна, канд. технических наук, доцент кафедры технологии продуктов питания и товароведения, Северо Кавказский федеральный университет, Институт сервиса, туризма и дизайна,
(филиал) СКФУ в г. Пятигорске, Россия. E-mail: [email protected]
Коверченко Анастасия Артемовна,
Дождалева Мария Игоревна
Оптимизация технологии переработки клубней
топинамбура
Северо-Кавказский федеральный университет,
г. Пятигорск, Россия
Топинамбур, или «земляная груша», – многолетнее клубнеплодное,
крупнотравянистое овощное растение семейства астровых. Химический
состав его весьма разнообразен, в зависимости от биологических особенностей сорта, почвенно-климатических и погодных условий, а также
географических факторов. Клубни топинамбура содержат достаточно
большое количество сухих веществ (19-30%), среди которых: до 80%
потенциально доступных углеводов; до 12% структурных полисахаридов;
до 3,2% белка, который представлен 18 аминокислотами; микро- и макроэлементов (железа - 10,1; марганца - 44,0; кальция - 78.8; магния 31,7; калия - 1382,5; натрия - 17,2 мг % на сухое вещество); витаминов
(С, H, группы В); комплекса активных ферментов, гидролизующих инулин
[1, 2, 3].
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
79
Стоит отметить два недостатка топинамбура, препятствующие выходу этого ценного клубнеплода на рынок России: сложность переработки и возможность длительного хранения. Таким образом, целью работы
становится разработка технологии и унифицированной рецептуры полуфабриката высокой степени готовности длительного хранения для
производства широкого спектра диабетических кондитерских изделий с
использованием продуктов переработки клубней топинамбура.
Объектами исследований служили: концентрированный сок, полученный из клубней топинамбура сорта Интерес; полуфабрикаты и готовые диабетические сахаристые кондитерские изделия (нуга, суфле).
При выполнении исследований использовались следующие методы: Органолептическую оценку готовых изделий проводили по специально разработанной методике на основе описательного и профильного
метода оценки качества готовых изделий с использованием бальной
оценки; содержание редуцирующих веществ, общего сахара и инулина
определяли гексанцианоферрратным методом; содержание фруктозы и
других кетосахаров − методом Мак-Рери и Слаттери; содержание пектиновых веществ – объемным методом; аналитические характеристики
пектина − методом кондуктометрического титрования; массовую долю
клетчатки – методом Кюршнера и Ганека; микроструктуру готовых изделий с помощью микроскопа БИОМЕД-6; витаминный состав − на хроматографе Милихром-4; минеральный состав – методом капиллярного
электрофореза на приборе «Капель 103 Р»; энергетическую ценность –
расчетным методом; антибактериальные свойства – методом диффузии
в агар – способом «колодцев».
Опираясь на работы В.Ю. Бархатова, В.А. Бредихиной, Э.И. Мамедовой, О.М. Клевцовой, Г.А. Купина, Р.И. Екутеча нами разработана
технология получения концентрированного сока длительного хранения
из клубней топинамбура (сока топинамбура). Технологическая схема
переработки клубней топинамбура с получением порошка и концентрированного сока топинамбура приведена на рисунке 1.
Для получения продукта с высокими показателями качества, повышенным содержанием растворимых углеводов, необходимо использовать гидротермическую обработку с добавлением лимонной кислоты. На
основании ранее проведенных исследований экспериментально определили и теоретически обосновали режимы для производства сока топинамбура: оптимальное значение рН среды – 4,7, температура 60-65оС,
продолжительность уваривания – 30 мин.
Разработанный сок топинамбура представляет однородную, гомогенную массу, светло-коричневого цвета, сладкого вкуса и карамельного
аромата. Функциональные и физико-химические показатели сока топинамбура представлены в таблице 1.
80
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
КЛУБНИ ТОПИНАМБУРА
ЛИМОННАЯ КИСЛОТА
Мойка
Инспекция
Тонкодисперсное измельчение
(размеры частиц 10-20 мкм)
Бланширование в СВЧ поле
(750 Вт/кг сырья)
Обработка электроакти-вированной
водой (τ = 30 мин, t = 80оС, рН =
1,5, ЕН = 1190 мВ)
Прессование
Разделение системы центрифугированием
МЕЗГА
Сушка на вакуумной вальцовой
сушилке (t =55 оС, τ = 15 мин)
Измельчение (не более 0,5 мм)
СОК
Фильтрация сока
Уваривание до содержания сухих
веществ 20 - 25%
(t = 60-65оС, τ = 30 мин)
КОНЦЕНТРИРОВАННЫЙ СОК
КЛУБНЕЙ ТОПИНАМБУРА
ПОРОШОК
ТОПИНАМБУРА
Рис. 1. Технологическая схема переработки клубней
топинамбура
Таблица 1. Показатели качества сока топинамбура
Наименование показателя
Значение показателя
Массовая доля сухих веществ, %
20-25
Массовая доля редуцирующих веществ, %
16-18
Кислотность, град
4,0
Массовая доля золы, нерастворимой в рас0,6
творе соляной кислоты, %
Массовая доля фруктозы, %
15-20
Массовая доля растворимого пектина, %
2,0
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
81
На основе полученного сока топинамбура нами разработаны диабетические сбивные кондитерские изделия тяжелого (диабетическая
нуга)[3] и легкого (низкокалорийное суфле) типа. С целью определения
оптимальной дозировки сока топинамбура, готовили опытные образцы
диабетических сахаристых кондитерских изделий – модельные рецептуры с добавлением сока топинамбура 5, 10, 15, 20 и 25%, яичных белков,
желирующих веществ и патоки. Учитывая микроструктуру, органолептические и физико-химические показатели оптимальной дозировкой сока
топинамбура в сбивных сахаристых кондитерских изделиях составляет: в
нуге - от 20%, в суфле – от 10%.
На основании проведенных исследований были составлены рецептуры и нормы расхода сырья для приготовления сбивных сахаристых
кондитерских изделий с использованием сока топинамбура. Функциональные и физико-химические показатели диабетических сбивных сахаристых кондитерских изделий представлены в таблице 2.
Таблица 2. Показатели качества сбивных сахаристых
кондитерских изделий, полученных с использованием сока
топинамбура
Значение показателя
Наименование
Контрольный Диабетическая Низкокалорийное
показателя
образец
нуга
суфле
Массовая доля влаги,
7,4±0,12
13,5±0,4
16,2±0,30
%
Массовая доля белка,
2,7±0,31
1,32±0,02
2,4±0,12
%
Массовая доля редуци8,4±0,23
12,5±0,33
11,5±0,27
рующих веществ, %
Кислотность, град
5,4±0,11
8,3±0,36
5,9±0,24
Массовая доля золы,
нерастворимой в рас0,2±0,17
0,64±0,11
0,45±0,19
творе соляной кислоты,
%
Массовая доля
7,1±0,24
14,1±0,17
13,7±0,23
фруктозы, %
Массовая доля пектина,
1,9±0,17
1,6±0,23
%
Комплексообразующая
способность, мг Pb2+/г
3,6
2,2
продукта
Из таблицы 2 видно, что сбивные сахаристые кондитерские изделия, полученные с использованием сока топинамбура, по сравнению с
контролем содержат большое количество фруктозы, содержат пектиновые вещества, обладающие высокой комплексообразующей способностью. Кроме того разработанные изделия обладают низкой энергетической ценностью. Таким образом, сбивные сахаристые кондитерские изделия могут быть отнесены к продуктам диабетического питания.
В настоящее время условия развития общества и экономики обусловливают необходимость оценки конкурентоспособности новых видов
пищевых продуктов (рисунки 2 и 3).
82
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
1,4
1,2
1
Диабетическая нуга
0,8
0,6
"Нуга ореховая"
0,4
0,2
0
Ко
Кмб Км Кфх Кб Кок
Э Кин
Рис. 2. Диаграмма конкурентоспособности разработанной
диабетической нуги
1,4
1,2
1
Низкокалорийное
суфле
0,8
0,6
0,4
"Ванильное суфле"
0,2
0
Ко
Кмб Км Кфх Кб Кок Э Кин
Рис. 3. Диаграмма конкурентоспособности разработанного
низкокалорийного суфле
Разработанные диабетические сбивные сахаристые кондитерские
изделия с использованием концентрированного сока топинамбура имеют
интегральный показатель конкурентоспособности более 1, что свидетельствует о высокой востребованности этих видов изделий.
В процессе хранения разработанных диабетических сбивных сахаристых кондитерских изделий БГКП не были обнаружены, а рост мезофильных аэробных микроорганизмов был незначителен. Проведенные
исследования позволили установить, что срок безопасного хранения
разработанных сбивных сахаристых кондитерских изделий при температуре 20-25 оС и относительной влажности воздуха 75-80 % составляет 3
месяца, что превышает срок хранения традиционных изделий на 1 месяц.
Разработанные диабетические сахаристые кондитерские изделия
обладают рядом преимуществ по сравнению с импортными и отечественными аналогами: использование дешевого натурального сырья;
низкая себестоимость; отсутствие консервантов; исключение трудоемких и продолжительных стадий технологического процесса; не содержат
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
83
в своем составе сахара или сахарозаменители, обладают гармоничным
сочетанием органолептических показателей и хорошей микроструктурой.
Литература
1. Кочнев Н.К., Калиничева М.В. Топинамбур – биоэнергетическая культура XXI века. – М., 2002. С.41-42.
2. Бобровник Л.Д. Перспективные направления использования топинамбура в пищевой промышленности / Известия вузов. Пищевая технология, 1990. №4. С.12-13
3. Патент на изобретение РФ №2414141. Способ производства кондитерского изделия на основе топинамбура типа нуги и его состав / Дождалева (Курлаева) М.И.
Авторы
Коверченко Анастасия Артемовна, студент 2-го курса ФГАОУ ВПО
«Северо-Кавказский федеральный университет» Институт сервиса, туризма и дизайна (филиал) СКФУ в г. Пятигорске, г. Пятигорск, Россия.
E-mail: [email protected]
Научный руководитель
Дождалева Мария Игоревна, канд. техн. наук, старший преподаватель ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет» Институт сервиса, туризма и дизайна (филиал) СКФУ в г. Пятигорске, г. Пятигорск, Россия.
Коженко Наталья Владимировна
Гидравлические исследования расходных характеристик
регулирующего органа, ленточного регулятора расхода
воды
Кубанский государственный аграрный университет,
г. Краснодар, Россия
С каждым годом конкуренция на рынке риса растет. Не смотря на
то, что Россия всё ещё очень зависима от импорта (около трети риса
поставляется из-за рубежа), Краснодарский край активно развивается в
этом направлении и на сегодняшний день стремится стать лидером по
сбору урожая этой культуры.
Характерная особенность существующих рисовых чеков — это отсутствие современных регуляторов расхода и уровня воды. Обычно для
спуска воды устраивают шлюзы — водоспуски. Существенным недостатком данного устройства является необходимость механического процесса управления выпусками. Регулирование уровня воды в рисовом чеке, с
учетом того, что оно должно быть двухсторонним, является наиболее
актуальной задачей. Данное регулирование должно обеспечивать как
84
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
плановую водоподачу, так и плановое водоотведение. Рисовый чек должен быть достаточно осушен, как к периоду уборки урожая, так и к периоду посева. При этом плановая водоподача включает возможность поддержания различных уровней воды в чеке в различные периоды, такие
как: первичное затопление чека; борьба с сорняками; первичной вегетации; фазы кущения; вегетации молочной и восковой спелости.
На каждом из рассмотренных периодов состояния чека необходим
управляемый уровень воды, что качественно может быть реализовано
лишь при применении систем автоматического регулирования (САР). В
работе [1, с. 301; 2, с. 316] рассмотрены технологические аспекты САР
водораспределением на рисовых чеках, с акцентом на гидравлические
регуляторы уровня воды.
В работе [3, с. 339] на основе анализа существующих и предложенных регуляторов уровня и расхода воды, для рисовых чеков, обоснованно применение ленточных регуляторов, по совокупности положительных
признаков.
Ленточный регулирующий орган представленный на рисунке 1, содержит водовыпускную трубу 1 прямоугольного сечения с седлом 4.
Внутри водовыпускной трубы 1 размещен запорный орган, выполненный
в виде гибкой ленты 2, закрепленной одним концом к верхней стенке
водовыпускной трубы 1, а другим – к основанию седла 4. Гибкая лента 2
образует с корпусом водовыпускной трубы 1 управляющую полость, вода
из которой сбрасывается через сливное отверстие 3.
1 – водовыпускная труба; 2 – гибкая лента;
3 – сливное отверстие; 4 – седло
Рис. 1. Принципиальная схема ленточного регулятора
расхода воды
Ленточный регулирующий орган работает следующим образом.
Вода с верхнего бьефа через зазоры между кромками гибкой ленты 2 и
боковыми стенками водовыпускной трубы 1 поступает в управляющую
полость и сбрасывается из неё через сливное отверстие 3. При этом
гибкая лента 2 частично перекрывает проходное сечение седла 4, обеспечивая сброс воды через него в нижний бьеф. Изменение открытия
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
85
проходного сечения седла 4 осуществляется путем регулирования сброса воды из управляющей полости.
В работе была поставлена задача: определить относительный расQ
ход воды
100% , пропускаемый ленточным регулирующим органом.
Qmax
Исследование именно относительного расхода воды, пропускаемого
ленточным регулирующим органом, вызвано необходимостью расширения области применения полученных результатов и перевода их в разряд универсальных. Задача решалась нахождением функции отклика на
основе экспериментального исследования, методом планирования эксперимента [4, с. 118, 136 ].
В исследовании независимыми переменными приняты следующие
факторы:
H
1)
– относительный уровень воды в верхнем бьефе;
Hmax
d
– относительный диаметр сливного отверстия из управляdmax
ющей полости ленточного регулирующего органа.
Q
H
d
Функцию отклика
100%  f (
,
) было решено аппрокQmax
Hmax dmax
симировать полиномом второй степени, учитывая априорную информацию. Эксперимент проведен по программе центрального композиционного планирования второго порядка. Принятые в исследовании уровни и
интервалы варьирования факторов указаны в таблице 1.
2)
Таблица 1. Уровни и интервалы варьирования факторов
Уровни факторов
Кодовое
Интервалы
ФактоОсновВерхНижобозначеварьировары
ной
ний
ний
ние
ния
0
+1
-1
Н/Н max
Х1
0,200
0,800
1,000
0,600
d/d max
Х2
0,125
0,875
1,000
0,750
В результате проведенных расчетов, переходя от кодированных x1,
H
d
x2 значений факторов к натуральным
,
получили функцию
Hmax
dmax
отклика
 H
Q
d
100%  f 
,
Qmax
 Hmax dmax

:


 H

 d

 0,8 
 0,875 


Q
Hmax
dmax




100%  90,793  10,503 
 26,558 




Qmax
0,2
0,125








86
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
2
 H
  d

 H

 0,8  
 0,875 
 0,8 


Hmax
dmax
Hmax





 
 6,908  

  1,867  

0,2
0,125
0,2

 




 



 d

 0,875 

dmax


 44,466  

0,125




2
После преобразования:
 H
Q
100%  2152,407  114,585
Qmax
 Hmax
 H
 276,320
 Hmax
 d

 d
 max

 H
  46,675

H

 max
2

 d
  4971,600

d

 max

 d
  2845,824

d

 max








2
Это уравнение адекватно, поэтому его можно использовать как инQ
терполяционную формулу для вычисления величины
100% в облаQmax
сти планирования эксперимента.
Поверхность функции отклика по полученному уравнению представлена на рисунке 2, а на рисунке 3 представлен график линий уровня
 H
Q
d 
.
100%  f 
,
функции отклика

Qmax
 Hmax dmax 
Представленные на рисунке 2 и 3 графики показывают, что практически область эксперимента, по факторному пространству, находится в
квазиоптимальной зоне. Осуществим анализ полученных графических
зависимостей.
H
Как видно на рисунках 2 и 3, с увеличением отношения
, во
Hmax
всем диапазоне изменения, от 0,6 до 1,0, при нахождении параметра
d
Q
от 0,6 до 0,8 значения функции отклика
100% имеют слабую
dmax
Qmax
тенденцию к уменьшению. Однако и здесь прослеживается тренд повыd
шения влияния отношения
с его увеличением, на увеличение стеdmax
пени влияния на уменьшение функции отклика.
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
87
Рис. 2. График поверхности функции
 H
Q
d 

100%  f 
,
отклика

Qmax
H
d
 max max 
Рис. 3. График линий уровня функции
 H
Q
d 

100%  f 
,
отклика

Qmax
H
d
 max max 
88
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
С увеличением отношения
d
, в диапазоне изменения, от 0,8 до
dmax
Q
100% имеют ярко выраженную тенQmax
денцию наиболее существенного отклика на уменьшение функции, с
H
увеличением отношения
во всем диапазоне изменения параметHmax
ров.
d
В области отношения
близком к 0,9 находится гребень седdmax
0,9 значения функции отклика
ловины, когда функция отклика
изменению отношения
Q
100% наиболее чувствительна к
Qmax
H
во всем диапазоне изменения параметров.
Hmax
Ниже области отношения
d
близком к 0,9 с увеличением отношения
dmax
H
Q
значения функции отклика
100% уменьшаются, а выше облаHmax
Qmax
сти отношения
H
d
близком к 0,9 с увеличением отношения
знаHmax
dmax
Q
100% увеличиваются. Однако по мере удаQmax
ления от седловины данный эффект имеет ярко выраженную тенденцию
к затуханию.
чения функции отклика
Литература
1. Дегтярев В.Г. Теоретический анализ и экспериментальные исследования адаптивного датчика регулятора расхода воды / В.Г. Дегтярев,
Г.В. Дегтярев // Труды Кубанского государственного аграрного университета.- Краснодар, 2012.- Вып.3(36).- С. 299-302.
2. Дегтярев В.Г. Технологические аспекты систем автоматического регулирования (САР) уровня, для трубчатых водовыпусков рисовых чеков / В.Г. Дегтярев, Г.В. Дегтярев // Труды Кубанского государственного аграрного университета.- Краснодар, 2012.- Вып.3(36).- С. 315-318.
3. Дегтярев В.Г. Ленточный регулятор расхода с адаптивными характеристиками для рисовых чеков / В.Г. Дегтярев, Г.В. Дегтярев // Труды
Кубанского государственного аграрного университета.- Краснодар,
2012.- Вып.3(36).- С. 336-340.
4. Егоров А.Е. Исследование устройств и систем автоматики методом
планирования эксперимента./ А.Е. Егоров, Г.А. Азаров, А.В. Коваль.
Под. ред. В.Г. Воронова, - Харьков. - Изд. при Харьковском Государственном Университете. - Изд. объединение "Вища школа", 1986 240с.
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
89
Авторы
Коженко Н.В., соискатель ФГБОУ ВПО «Кубанского государственного аграрного университета», г. Краснодара, Россия. E-mail: [email protected]
Научный руководитель
Дегтярев Георгий Владимирович, док. тех. наук, профессор ФГБОУ
ВПО «Кубанского государственного аграрного университета», г. Краснодара, Россия.
Крынин Алексей Николаевич,
Долгополов Олег Владимирович
Разработка установки непрерывной ТВЧ-дефростации
продуктов в блоках
Воронежский государственный университет инженерных
технологий, г. Воронеж, Россия
Недостатками известных способов ТВЧ-дефростации продуктов в
блоках [1] является невозможность регулирования распределения мощности излучения по площади блока в зависимости от неравномерности
размораживания центральных и периферийных областей блока, а также
вследствие использования недостаточно эффективного для размораживания тока промышленной частоты.
Поэтому с целью исключения зон перегрева блока продукта предлагается инновационная установка непрерывной ТВЧ-дефростации (рис.
1), обеспечивающая равномерный нагрев блока продукта за счет регулирования распределения мощности излучения по площади продукта.
Установка (рис. 1) состоит из цепного конвейера 1, настил которого
состоит из пластин 2, изготовленных из диэлектрического материала.
Под настилом установлены нижние электроды 3 в виде отдельных пластин. Над конвейером 1 установлена рабочая камера 4 установки, к потолку которой подвешены верхние электроды 5. Каждая пара электродов
подключена к отдельному источнику питания 6, имеющего возможность
регулирования мощности, подаваемой на электроды.
Электроды в зоне их воздействия на блоки продукта 13, расположенного на конвейере 1 устанавливают, таким образом, чтобы электрод
максимальной мощности находился над центральной частью блока 13, а
последующие пары электродов смещены по ходу конвейера на длину
электрода, а по ширине блока на расстояния, превышающие зоны ТВЧдействия краевых эффектов электромагнитного поля, образованного
электродами.
Под настилом конвейера 1 установлен лоток 7 для сбора воды, образовавшейся при таянии льда блоков.
90
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
2
15
13
6
5
4
14
Блоки
ба
Ры
3
7
1
8
9
10
11 12
М
Рис. 1. Схема установки непрерывной ТВЧ-дефростации
продуктов в блоках
Привод конвейера 1 осуществляется от приводных звездочек 8,
установленных с возможностью вращения при помощи электродвигателя
9, соединенного муфтой 10 с редуктором 11 и цепной передачи 12.
Установка непрерывной ТВЧ-дефростации продуктов в блоках 13
работает следующим образом. Замороженные блоки 13 укладываются
на полотно движущегося цепного конвейера 1. Через приемное окно 14
рабочей камеры 4 установки блоки 13 попадают в зону обработки, где,
проходя между электродами 5 и 3, прогреваются и размораживаются.
Равномерный прогрев блоков 13 происходит благодаря определенному
расположению электродов 5, 3 (рис. 2) и возможности регулирования
мощности источников питания. Разнесенная схема размещения электродов 5, 3 позволяет избежать наложения электромагнитных полей от двух
соседних источников при чрезмерно близком расположении электродов
друг к другу (рис. 3) и избежать зон подваривания продукта. При прохождении блока 13 между первой парой электродов 5, 3 происходит прогрев
средней его части. При этом на электроды подается максимальная мощность от источника питания 6 (рис. 4). Центральная часть блока 13 под
воздействием электромагнитного поля прогревается от температуры t1
до t2, при этом возникает температурный градиент, направленный в сторону убывания температуры, т.е. от центра блока 13 к его периферии.
После прогрева центральной части непрерывно движущийся блок 13
проходит под второй парой электродов 5, 3, где происходит прогрев удаленной на некоторое расстояние от центра части блока 13 до температуры t2, однако затраты энергии при этом будут меньше и мощность источника 6 необходимо снижать. Размер прогретой зоны увеличивается. Несмотря на то, что вторые электроды располагаются в один ряд, перегрев
продукта вследствие возникновения краевого эффекта не происходит изза большего расстояния между соседними электродами. Процесс изображен на рис.5. Аналогично происходит прогрев остальной части блока
13 до требуемой температуры. Такое расположение электродов (рис. 2)
позволяет сократить протяженность рабочей камеры (по сравнению,
например, с диагональным расположением электродов) и снизить потери
теплоты в окружающую среду. Размороженный продукт выгружается
через разгрузочное окно 15. Образовавшаяся при размораживании вода
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
91
собирается в установленный под настилом конвейера поддон 7, из которого она потом удаляется.
Установка непрерывной ТВЧ-дефростации продуктов в блоках
имеет следующие преимущества:
- размещение блоков продукта на конвейере позволяет обеспечить
ТВЧ-дефростацию в непрерывном режиме;
- расположение электродов над зоной их воздействия на блоки
продукта таким образом, чтобы электрод максимальной мощности находился над центральной частью блока, а последующие пары электродов
смещены по ходу конвейера на длину электрода, а по ширине блока на
расстояния, превышающие зоны ТВЧ действия краевых эффектов электромагнитного поля, образованного электродами позволяет осуществлять равномерный нагрев при непрерывной ТВЧ-дефростации продукта
путем регулирования распределения мощности излучения по площади
продукта, что устраняет локальные зоны его перегрева.
13
2
2
5
13
5
Рис. 2. Схема расположения электродов
5
6
13
gr ad(t)
6
5
6
t2
3
Рис. 3. Схема наложения электромагнитных полей в результате действия краевых эффектов при чрезмерно близком расположении электродов друг к другу
92
13
t1
t2
3
Рис. 4. Схема температурного
градиента в результате диэлектрического нагрева центральной
части блока продукта
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
5
13
gr ad(t)
6
6
t2
t1
t2
3
Рис. 5. Распределение температур в блоке продукта при
воздействии на него электромагнитных полей последующих
пар электродов
Литература
1. Стефановский В.М. Размораживание рыбы. – М.: Агропромиздат,
1987. – 190 с.
Авторы
Крынин А.Н., студент 4-го курса Воронежского государственного
университета инженерных технологий, г. Воронеж, Россия. E-mail:
[email protected]
Долгополов О.В. студент 4-го курса Воронежского государственного
университета инженерных технологий, г. Воронеж, Россия. E-mail:
[email protected]
Научный руководитель
Шахов Сергей Васильевич, доктор техн. наук, профессор Воронежского
государственного
университета
инженерных
технологий,
г. Воронеж, Россия.
Кулгунин Артур Ильшатович
Мощь SMD освещения
Филиал МГУТУ им. К.Г. Разумовского (Первый казачий
университет) в г. Мелеузе, Республика Башкортостан, Россия
Цели и задачи исследовательской работы:
1) Изучить, насколько можно сэкономить, прибегая к современным
технологиям искусственного освещения на небольшом участке г. Ишимбай и г. Мелеуз.
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
93
2) Понять, какие системы освещения используются в вышеперечисленных городах.
3) Получить информацию о том, насколько вредны вещества, которые содержатся в современных лампах искусственного освещения.
4) Попытаться внедрить инновационные проекты в г. Ишимбай.
5) Получить систему освещения с ультранизким энергопотреблением, используя SMD компоненты.
Продолжительность исследования составляет 3 недели.
Работа является актуальной, так как:
1) Проблема энергосбережения – основная проблема неправильного природопользования.
2) Тема экономии бюджета.
3) Бурно вводятся технологии и задачи по улучшению характеристик ночного освещения улиц городов.
4) Актуальность проблемы окружающей среды, из-за неправильного использования люминесцентных ламп накаливания (ЛЛН)
Методика исследования:
За основу брались 3 типа искусственного освещения:
-ЛН, КЛЛ, СДЛ.
-ЛН – производство РФ.
-КЛЛ–Philips MyAccent
-СДЛ – PhilipsEconic
Привычные еще со времен Ильича лампочки накаливания стремительно уходят в прошлое — уже в 2014 году они могут полностью исчезнуть из магазинов. Какие типы источников света приходят им на смену,
какие преимущества и недостатки им свойственны? И как не попасть
впросак, приобретая недешевую современную лампу?
Революция в освещении
Наша цивилизация немыслима без искусственного освещения, ведущего свою родословную с древних костров и факелов. В качестве
«солнца на столе» более века служили привычные всем лампы накаливания (ЛН, патент Эдисона от 1879 года), но их судьба предрешена. В
ближайшие годы ЛН будут массово вытеснять современные источники
света — компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) и светодиодные
лампы (СДЛ). Собственно, в уличном освещении, на производстве и в
офисах это произошло уже давно, и теперь основной (он же последний)
бастион ЛН — наши жилища.
В свете этих перспектив полезно провести сравнительный анализ
ЛН, КЛЛ и СДЛ. Как мы все знаем, не бывает идеальных технических
решений: любая новая технология несет как плюсы, так и минусы. Новые
и недешевые источники света непосредственно касаются нашего кармана, и что гораздо важнее — нашего здоровья. Понятия зрительного комфорта, зрительной гигиены, отработанные в предыдущие десятилетия
применительно к ЛН, теперь должны быть переосмыслены. Кроме чисто
светотехнических характеристик, КЛЛ и СДЛ выделяют излучения, могущие повлиять на человека и технику. Наконец, в экологическом плане
современные лампочки резко отличаются от простейших (металл да
стекло) ЛН, и, понятно, не в лучшую сторону. Все это довольно неочевидным образом влияет на организм и в первую очередь на зрение.
Между тем нынешнее поколение испытывает огромные зрительные
нагрузки, непредставимые еще 30-40 лет назад. Компьютеры, смартфо94
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
ны, планшеты, электронные книги и т.п. нас окружают повсюду, и мы часами всматриваемся в их экраны, считывая зачастую мелкие буквы и
детали картинок. Особенно страдает неокрепшее детское зрение. В советские времена одним из обязательных требований к школьным учебникам был размер (12-16 пунктов) и контрастность шрифта. Сейчас продвинутый школяр закачивает все материалы в свой смартфон и устанавливает 4-пунктовый диамант (1,4 мм по высоте), чтобы больше текста
влезло на крохотный экранчик. Вот и выходят из 11 класса через одного
очкарики…
По категориям:
ЛН включают как классические лампочки в виде груши, так и галогенные лампы (ГЛН) в колбах из кварцевого стекла.
Светодиоды – это подлинное светлое будущее освещения. Твердотельные источники света имеют неоспоримые преимущества перед
всеми другими, хотя бы за счет малых габаритов, высокой механической
прочности и долговечности. Применение СД для освещения стало реальным в 1971 году, когда был изобретен светодиод синего свечения.
Наложите на кристалл желтый люминофор — и вы получите белый свет
(принцип такой же как у КЛЛ).
Учитывая естественную для светодиодов направленность света
(угол раскрыва, в зависимости от оптики лампы, составляет 30°-180°),
получаем крайне приятный и долговечный источник света. RGB-лампы
тоже производятся, но по отдаче они вдвое уступают белым светодиодам (25-35 лм/Вт) при почти тройной цене. Использовать их за пределами декоративной подсветки непрактично.
Исследовательская часть.
За исследование освещения в малом городе, был взят за основу г.
Ишимбай и г.Мелеуз.
Для исследования были использованы:
Лампа накаливания (ЛН) – 300вт (цоколь x2). Световой поток
3950лм. Среднестатистическая цена в РБ – 112р. Срок работы до 1000
часов.
Компактная люминесцентная лампа (КЛЛ) – 60вт (цоколь E27x2).
Световой поток 3800лм.
Среднестатистическая цена в РБ – 383р. Срок работы до 15000 часов.
Светодиодная лампа (СДЛ) – 30вт (цоколь E27x2, “кукурузница”).
Световой поток 3600лм. Среднестатистическая цена в РБ –900р.
По расчетам, КЛЛ 60 Вт (заменяет ЛН 300 Вт) окупается за 2-3 месяца эксплуатации по 6 часов в день, а СДЛ окупается за 6-7 месяцев,
используя по 7-8 часов в день.
Итак, средняя стоимость электроэнергии в РБ 1кВт/час в ночное
время – 98 копеек (дневное время 2.71р).
Итак, г. Ишимбай, улица Советская. К вечеру, на протяжении всей
улицы включаются примерно 142 фонаря.
Г. Мелеуз, улица Смоленская. К вечеру на этой улице дают пуск
сразу более чем 100 фонарей.
95 процентов ламп в фонарях – это обычные ЛН с мощностью 300340вт.
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
95
Общая цена ламп (ЛН) г. Ишимбай по ул. Советская – 15904р. За 6
месяцев использования по 6 часов в день, было затрачено на электроэнергию: 23004кВт/час(300*142*6*90/1000) = 21850р.
Общая цена ламп (ЛН) г. Мелеуз по ул. Смоленская, примерно
11600р. За 6 месяцев использования по 6 часов в день, было затрачено
на электроэнергию: 16200кВт/час (300*142*6*90/1000) = 15890р.
Экономия:
Для альтернативы будем использовать:
КЛЛ
Общая цена ламп (КЛЛ) г. Ишимбай по ул. Советская: 54000р.
За 6 месяцев использования по 6 часов в день, было затрачено на
электроэнергию: (65*142*6*90/1000) = 4984кВт/час = 4880р.
Общая цена ламп (КЛЛ) г. Мелеуз по ул. Смоленская: 38300р.
За 6 месяцев использования по 6 часов в день, было затрачено на
электроэнергию: (65*100*6*90/1000) = 3510 кВт/час = 3406р.
СДЛ
Общая цена ламп (СДЛ) г. Ишимбай по ул. Советская:127000р.
За 6 месяцев использования по 6 часов в день, было затрачено на
электроэнергию: (30*142*6*90/1000) = 2300кВт/час = 2250р.
Общая цена ламп (СДЛ) г. Мелеуз по ул. Смоленская: 90000р.
За 6 месяцев использования по 6 часов в день, было затрачено на
электроэнергию: (30*100*6*90/1000) = 1600кВт/час = 1568р.
Представим что будем использовать новый источник света 10 лет.
Для КЛЛ общий ценник не превысит 97500р (Ишимбай, ул. Советская) за электроэнергию.
А если же возьмем стандартную ЛН, то расходов выходит аж на
318000р, для г. Ишимбай (+ учитывая то, что срок работы таких ламп в
сотни раз ниже, их придется чаще заменять, а это дополнительные затраты).
Если использовать эти лампы десятки лет (а это возможно, т.к.
срок “жизни” СДЛ превышает 70 000 часов), можно получить огромную
экономию, да и свет от современных источников куда приятней, чем свет
от уже устаревших ламп накаливания.
Итоги и отчет исследования:
96
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
В период с 11 апреля по 27 августа было установлено 9 ламп накаливания (100ватт) на 9-и этажах одного подъезда, 9 светодиодных ламп
(15ватт) второго подъезда, и 9 ламп люминесцентных (40ватт) 3-его
подъезда.
В итоге затрачено “чисто” на электроэнергию:
Подъезд №1 (ул. Молодежная 2, 1 подъезд) = 455р
Подъезд №2 (ул. Молодежная 2, 2 подъезд) = 211р
Подъезд №3 (ул. Молодежная 2, 3 подъезд) = 360р
Часть 2. Супер Экономичная система освещения основанная
на SMD-светодиодах.
Светодиодное освещение помещений - это лучший способ экономии затрат на освещении.
Еще недавно для внутреннего освещения любых помещений, использовались обычные, и уже всем до боли знакомые, лампы накаливания и люминесцентные светильники. Но в последнее время все больше
людей склоняются в сторону экологичных, экономичных и надежных,
современных источников освещения.
В первую очередь к ним относят светодиодное освещение помещений.
Светодиодные, энергосберегающие светильники предназначены
для основного и дополнительного освещения офисных, торговых, складских, производственных помещений, а также гаражей, крытых стоянок,
объектов ЖКХ и ТСЖ. Светильники соответствуют всем требованиям
электробезопасности, пожаробезопасности, а также защите окружающей
среды. В них не содержится ртуть, нет вредного ультрафиолетового излучения, отсутствует стробоскопический эффект, и они не нуждаются в
специализированной утилизации.
В светодиодных светильниках на основе SMD компонентов использованы последние разработки, такие как: применение дублирующих цепочек, защищающих светильник от его полного перегорания, в случае
выхода из строя одного из светодиодов. Блоки питания оснащены защитой, не позволяющей светильнику перегореть в случае перегрузки в сети
питающего напряжения или изменения условий эксплуатации.
Высокая надежность, механическая прочность, виброустойчивость светодиодных светильников Это достигается тем, что конструкция
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
97
светильника состоит из литого монолитного корпуса, выполненного из
алюминиевого сплава позволяет добиться степени защиты IP67, отсутствие нити накаливания дает высокую виброустойчивость. Поликарбонатное стекло выдерживает значительные ударные нагрузки и выстрелы
пневматического оружия.
В светодиодных светильниках на SMD компонентах достигается
высокая контрастность, что обеспечивает лучшую четкость освещаемых
объектов (зданий, строений, подъездов, дворов, рекламных щитов, складов, охраняемых территорий, парков) и цветопередачу (индекс цветопередачи 75-85).
Светодиодный светильник создает освещенность с более высокой
контрастностью, что улучшает качество освещения объекта. Даже притом, что одна из основных характеристик света – индекс цветопередачи – несколько ниже, чем у некоторых газоразрядных источников:
 естественный дневной свет имеет показатель цветопередачи —
100;
 газоразрядные лампы – 80÷95;
 светодиоды – 75÷85;
 люминесцентные лампы полного спектра – 60÷95;
 стандартные лампы (накаливания) белого света – 68;
 натриевые лампы – порядка 25.
Вывод: Используя современные технологии освещения, можно получить не только отличный, приятный, теплый свет светодиодных ламп,
КЛЛ, но и отлично сэкономить на электроэнергии, которую можно потратить на благое дело.
Авторы
Кулгунин Артур Ильшатович, студент 4 курса филиала ФГБОУ ВО
«МГУТУ имени К.Г. Разумовского (Первый казачий университет)» в
г. Мелеузе, Республика Башкортостан, Россия.
Научный руководитель
Айсарина Альфия Алпыспаевна, старший преподаватель филиала
ФГБОУ ВО «МГУТУ имени К.Г. Разумовского (Первый казачий университет)» в г. Мелеузе, Республика Башкортостан, Россия.
98
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
Лыткин Егор Петрусьевич,
Иннокентьев Кэнчээри Анатольевич
Большегрузные автомобили БелАЗ в условиях Крайнего
Севера
Якутский индустриально-педагогический колледж,
г. Якутск, Россия
Эксплуатация карьерных самосвалов осуществляется в тяжелых
дорожных и климатических условиях на рудниках и промышленных площадках металлургических заводов и фабрик. Климатические условия
эксплуатации характеризуются низкими температурами до –50°C, иногда
и ниже, повышенной скоростью ветра, метелями. Значительно затрудняется работа карьерных автомобилей во время полярной ночи. У них
начинают замерзать жидкости и вследствие этого к поломкам масленого
насоса и других агрегатов. Образуются провалы, выбоины шин, что влияет на производительность перевозок и на техническое состояние автомобилей. Еще одной особенностью эксплуатации является перепад высот, например, при перевозке руды из карьера, он составляет около 200
метров. При этом на некоторых участках из-за сложных горногеологических условий уклон достигает 12-14% при допустимых для карьерных автомобилей 8%.
Качественная работа автосамосвалов зависит от влияния климатических условий. На Севере наблюдается значительный рост отказов деталей и узлов автосамосвалов, что приводит к частым поломкам и носит
системный характер. Это является проблемой для большегрузных автомобилей.
Среднегодовому значению потока отказов занимают следующие
неисправности: отказ в работе двигателей; трансмиссия и ходовая часть;
резинотехнические изделия.
Если взять по системам, то наибольшее количество отказов приходится на электрооборудование, систему питания и тормозную систему. Если же смотреть по временам года, то отказы по системам и агрегатам возрастают зимой на 50% по сравнению среднегодовым значением.
Рассмотрим причины резкого увеличения количества отказов в
зимнее время по агрегатам и системам.
Двигатель. Тяжелые условия зимней эксплуатации (нагрузка недостаточно прогретого двигателя, возрастание доли работы на холостом
ходу, перегрузку двигателя) – все это приводит к интенсивному износу
деталей и их частым поломкам. Многие исследователи утверждают, что
износ, получающийся при пуске непрогретого двигателя, равен износу
при работе двигателя с нормальной температурой в течение 10-15 часов.
Система охлаждения. Выход из строя водяного насоса и радиатора; трещина и разрушения водяных шлангов, манжет, разрушения подшипников и крыльчатки водяного насоса. Причина – проворачивание
примерзшей крыльчатки при пуске.
Система питания. Неисправность топливоподкачивающих насосов
(разрыв диафрагмы, износ клапанов).
Электрооборудование: интенсивный износ подшипников, коллекторов и их щеток; пробой изоляции; разрыв ремня генератора; выход из
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
99
строя стартера, генератора, реле-регулятора и распределителя зажигания; потеря емкости аккумулятора из-за трещины корпуса и выливание
электролита; ускоренный саморазряд аккумуляторной батареи из-за старения мастики.
Подготовка автомобилей к зимней эксплуатации. Для обеспечения надежной работы автомобилей в зимнее время необходимо
заранее, до наступления холодов, провести соответствующее техническое обслуживание и ремонт, установить дополнительные устройства,
снабдить автомобиль утеплительными средствами.
Подготовка системы питания. В связи с относительно высокой температурой помутнения дизельное топливо сам может замерзнуть. Зимние сорта дизельного топлива замерзают при минус 35С (-45С). Температуру замерзания дизельного топлива можно снизить добавлением
тракторного керосина (при очень низких температурах можно добавлять:
от -20С до -30С –10%; от -30С до -35С – 25%). Смешивание приводит к
жесткой работе дизеля, а также ухудшаются условия смазывания плунжерных пар.
Подготовка системы смазки. Подготовка системы смазки к зимней
эксплуатации входят замена моторного масла на зимний сорт, утепление
масляных фильтров, отключения масляного радиатора (если имеется).
Разбавление масел зимним дизельным топливом (20%) представляется
более экономичным и безопасным.
Подготовка гидравлической системы автомобиля. Перед зимней
эксплуатацией гидравлическую систему автомобиля заправляют соответствующей жидкостью или маслом. Тщательно проверяют состояние
резиновых шлангов, особенно у штуцеров. Зимой при низких температурах резиновые шланги ломаются и трескаются, особенно тормозные
шланги, так как работают в особых тяжелых условиях (вибрации, действие воды и снега). В гидроприводе тормозной системы автомобиля
применяются следующие тормозные жидкости: спиртокасторовые, спиртоглицериновые, этиленгликолевые. Жидкость этиленгликолевая замерзает при более низкой температуре, чем спиртокасторовая, но химически
неустойчива и ядовита. Несмотря на это, из всех вышеперечисленных
жидкостей в условиях Якутии наиболее подходящей является именно
жидкость этиленгликолевая.
Таблица 1. Технические характеристики самосвалов
Название
Perlini DP 405
БелАЗ 7540A Caterpillar 770
автомобилей
WD
1
2
3
4
Максимальная
50км/ч
74,8 км/ч
70 км/ч
скорость
Радиус поворота
8.7м
8,5м
7.4м
ЯМЗMTU-Detroit
Модель двигателя
3524B HD EUI
240ПМ2
Diesel S60
Объем двигателя
22,3л
15,2 л
14.00 л
Топливный бак
420 л
530 л
500 л
Масса без нагрузки
51750кг
34212 кг
32 500 кг
Ммасса с макси8175кг
71210 кг
72 500 кг
мальной нагрузкой
Полная мощность
420л.с
381 л.с
550 лс
100
Komatsu HD
405-6
5
70 км/ч
7,2м
KOMATSU
SAA6D140E
15,23л
500л
32 050 кг
73175 кг
379 л.с
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
Окончание табл. 1
1
Максимальная
нагрузка
Шины
2
3
4
5
30 000кг
36 998 кг
40 000 кг
41 125 кг
передние шины
18,00-25,
18,00R33 x 2
24.00 R35 (E4)
78.00 x 33
HC32
задние шины
18,00R33 х 4
204литра на 180 литра на 200 литров на 195 литров на
100 км
100 км.
100км
100км
Расход
топлива
Диапазон темпе+40 -50
+40 -40
ратуры
Стоимость (руб.) 15,000,000рб 14,050,000рб
+40 -45
+40 до -55
30,000,000рб 16,000,000рб
Для сравнения мы выбрали 4 разных автосамосвала: БелАЗ 7540А;
Komatsu HD 405; Perlini DP 405 WD; Caterpillar 770 и выбрали лучший
самосвал по следующим показателям.
Лучшие показатели автосамосвалов
1. Максимальная скорость
74,8 км/ч
Caterpillar 770
2. Радиус поворота
7.2 м
Komatsu HD 405
3. Топливный бак
500 л
Caterpillar 770
4. Полная мощность
550 лс
Perlini DP 405 wd
5. Максимальная нагрузка
41 125 кг
Komatsu HD 405
6. Расход топлива
180 л на 100 км Caterpillar 770
7. Диапазон температуры
+40 до -60
Komatsu HD 405
8. Стоимость
14,050,000 руб. Caterpillar 770
После обработки данных у нас остался один карьерный автосамосвал Caterpillar 770.
После исследования мы пришли к выводу, что из наших выбранных
автосамосвалов были исключены три автомобиля Сaterpillar, Perlini и
БелАЗ. Потому что они не отвечают всем требованиям. У Caterpillar и
Perlini диапазон температуры меньше -40С – -45С и это приводит к утрате рабочего времени и поломкам агрегатов и узлов. БелАЗ не отвечает
качеством и надежностью двигателя. Например, из-за низкой температуры у него загустевают смазочные материалы.
Таким образом, карьерный самосвал БелАЗ 7540 не отвечает требованиям, не окупает свою стоимость. Так как он быстро ломается, а
цены на запчасти не дешевые, поэтому сэкономить очень трудно. А
остальные карьерные автосамосвалы (Caterpillar 770; Perlini DP405WD)
могут эксплуатироваться только в более теплых местах, чем в нашем
крайнем Севере. Но мы рекомендуем Komatsu HD405, он лучше, чем
остальные автомобили. Потому что Komatsu HD405 может работать на
минимальных температурах и выдерживать нагрузку крайнего Севера. И
тем самым можно сэкономить на запчасти и время ремонта.
Литература
1. Павлов В.И. Эксплуатация автомобилей в сельском хозяйстве Якутии. – Якутск, 1985.
2. Ишков А.М. Эксплуатация грузовых автомобилей в условиях холодного климата. – Якутск, 1994.
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
101
3. Бакуревич Ю.Л., Толкачев С.С. Шевелев Ф.Н. Эксплуатация автомобилей на севере. 1973.
4. Бояршинов А.Л, Ишков А.М, Теличко В.П. Техническая эксплуатация
автомобилей в условиях севера. – Якутск, 1996.
5. Ишков А.М., Кузьминов М.А., Зудов Г.Ю. Теория и практика надежности техники в условиях севера. – М., 2004.
Авторы
Лыткин Е.П., Иннокентьев К.А., студенты 3-го курса ГБПОУ РС(Я)
«Якутский индустриально-педагогический колледж», г. Якутск, Россия.
E-mail: [email protected]
Научный руководитель
Соловьев Егор Карлович, преподаватель ГБПОУ РС(Я) «Якутский
индустриально-педагогический колледж», г. Якутск, Россия.
Мандаров Дьулустаан Васильевич
Техническая терминология в курсе инженерной графики
Якутский индустриально-педагогический колледж,
г. Якутск, Россия
Постоянно расширяющийся и совершенствующийся парк разнообразных технических средств, используемых в промышленности и в быту,
предъявляет повышенные требования к качеству графической подготовки специалистов, его обслуживающих. В конструировании и современном
производстве чертеж используется как средство фиксации отдельных
этапов процесса конструирования, является лаконичным документом,
четко и однозначно передающим всю информацию об объекте, необходимую для его изготовления, и одновременно уникальным средством и
прямым источником производства во всех отраслях промышленности.
Подготовка подрастающего поколения к освоению «языка техники», чтению и выполнению различных чертежей – задача общегосударственного
масштаба.
В процессе преподавания инженерной графики приходится все
время оперировать новыми, ранее незнакомыми учащимся понятиями, а,
следовательно, и терминами. Эти понятия должны быть прочно усвоены
учащимися при изучении инженерной графики. С другой стороны запоминание их влияет на процесс усвоения учебного материала, так как
возникает необходимость переосмысления теоретических понятий в
приложении к практической графической деятельности.
Трудности, возникающие в процессе обучения связаны с тем, что
учащиеся должны овладевать новыми понятиями, в то время как старые
сведения, на которые опираются новые, усвоены неглубоко или чисто
формально, а порой и подзабыты.
102
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
Одним из тормозящих факторов в области инженерной графики
является плохое знание или неумение владеть технической терминологией.
По этой причине:
а) плохо анализируется и читается графическая и текстовая документация;
б) нечетко формируется цель решения конкретной задачи;
в) принятие решений связано с недопониманием того, о чем идет
речь.
Важнейшим элементом в технической информации в системе техническо-информационного
обеспечения
является
техникотерминологическая лексика (словарный запас), грамматика (правила
образования) и правила соответствия терминологии конкретным деталям
и элементам деталей машин.
Лексика технической терминологии основывается на сочетании
лексики естественного языка с совокупностью терминов, употребляемых
в области техники. Термин – слово или словосочетание слов, точно обозначающее определенное понятие, применяемое в науке, технике, искусстве. Такие «мелочи» как техническая терминология оставленная без
внимания, могут привести к серьезным ошибкам. Вся работа в цепи конструктор – инженер – техник – рабочий – это четкость, образность и конкретность мышления. В мышлении технических работников пространственный конкретный образ никогда не возникает самостоятельно, а связан с конструктивными характеристиками изделий [7, c.107-108].
С целью повышения уровня знаний по технической терминологии
была разработана программа занятий по формированию знаний по технической терминологии.
Словарь-справочник по технической терминологии необходим для
того, чтобы поставить изучение инженерной графики на более научную
основу, содержит сведения о деталях машин и их элементах, и помогает
расширить знания по технической терминологии.
Деталь представляет собой изделие, изготовленное из однородного материала без применения сборочной единицы.
Детали машин весьма разнообразны по форме, размерам, требуемой точности их обработки, выполняемым функциям и тому подобное.
Все учитываемые факторы определяются в конечном итоге размерами
детали, их величинами допусков и порядком нанесения их на чертеже от
тех или иных баз (конструкторских, технологических, измерительных и
других).
Детали могут служить корпусами сборочных единиц (корпусами
машин, редуктором и тому подобное). Такие детали часто изготовляются
литьем, сваркой, прессованием из пластмасс, а затем подвергаются
нескольким видам обработки, например, точению, сверлению, нарезанию
резьбы, фрезерованию.
Большинство деталей и сборочных единиц имеют внутренние
формы, закрытые наружными поверхностями. Существуют детали простой формы, изготовляемые обработкой в процессе вращения. Форма
детали определяет технологический процесс её изготовления, например,
если сконструировать деталь несимметричной формы, то изготовить её
на металлорежущем станке сложнее, чем симметричную. Конечно, детали машин и механизмов далеко не всегда имеют простую геометричеСекция 2. Техника и сельское хозяйство
103
скую форму, такую, например, как ступенчатые валы и втулки, а представляет собой различной сложности комбинацию геометрических тел [1,
c.124].
Машиностроительные детали машин весьма часто имеют конические поверхности. Одни детали могут иметь плотное соединение и работать как одно целое, другие могут свободно скользить относительно друг
друга [12, c.109].
Часто детали имеют форму с элементами различных видов. Какую
бы сложную форму не имела деталь, конструктор выполняет её как совокупность простейших геометрических тел или их частей.
Техническая терминология деталей машин и их элементов поможет
повысить общую техническую грамотность.
Каждый термин непосредственно связан с конструктивными особенностями деталей машин. Это способствует осмысленному оперированию технической терминологии при чтении и выполнении различного
рода документации [7, c.108].
Каждая деталь, а также каждый элемент детали носит определенное название. В этом заключается содержание учебного материала технической терминологии и методы его изучения должны быть научными.
Иначе студенты не смогут овладеть научными знаниями и активно участвовать в процессе производства. Отсюда необходимость изучения технической терминологии как исходного положения, определяющего связь
с производством [14].
Практика показала, что в силу ряда причин в программах никогда
не удается достичь такого положения, как полноценное изучение технической терминологии, как бы это ни было желательно. Большей частью
знакомство с тем или иным термином происходит раньше или позже, чем
это необходимо.
Именно в силу этой причины необходимо как можно точнее определять тот минимум понятий, которыми учащиеся должны овладеть для
сознательного усвоения знаний по технической терминологии [3, 93].
Для усвоения знаний курса инженерной графики необходимо в
полной мере владеть технической терминологией и изучив классификацию понятий, создается
необходимость в разработке словарясправочника по технической терминологии.
Литература
1. Баранова Л.А., Панкевич А.П. Основы черчения. – М.: Высшая школа, 1978.
2. Бахнов Ю.Н. Сборник заданий по техническому черчению. – М.:
Высшая школа.
3. Ботвинников А.Д. Об актуальных вопросах методики обучения. – М.:
Просвещение, 1977.
4. Ботвинников А.Д., Виноградов В.Н., Вышнепольский И.С. Методическое пособие по черчению. – М.: Астрель, 2003.
5. Ботвинников А.Д. Справочник по техническому черчению. – М.: Просвещение, 1974.
6. Виноградов В.Н., Василенко Е.А., Альхименок А.А. Словарьсправочник по черчению. – М.: Просвещение, 1999.
104
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
7. Владимиров Я.В., Ройтман И.А. Черчение для 9-го класса. – М.: Владос, 1999.
8. Воротников И.Е. Занимательное черчение. – М.: Высшая школа, 1990.
9. Вышнепольский И.С. Техническое черчение. – М.: Высшая школа,
1998.
10. Гервер В.А. Творчество на уроках черчения. – М.: Гуманистический
издательский центр ВЛАДОС, 1998.
11. Гордиенко Н.А. Черчение. – М.: ООО Издательство АСТ, 2001.
12. Горский В.А. Техническое конструирование. – М:
Издательство
ДОСААФ, 1977.
13. Давыдов В.В. Развивающее обучение. – М.: Просвещение, 1986.
14. Ройтман И.А. Методика преподавания черчения. – М.: Гуманистический издательский центр ВЛАДОС, 2000.
Автор
Мандаров Д.В., студент 3-го курса Якутского индустриальнопедагогического колледжа, г. Якутск, Россия. E-mail: [email protected]
Научный руководитель
Лыткин Петрусь Иванович, преподаватель спецдисциплин
Якутского индустриально-педагогического колледжа, г. Якутск, Россия.
Мимонов Андрей Михайлович
Оптимизация процесса механической обработки детали
«Корпус» на основе применения
быстропереналаживаемого технологического
оборудования
Ливенский филиал Госуниверситета-УНПК,
г. Ливны, Орловская обл., Россия
Одним из важнейших факторов для успешной деятельности любого
современного предприятия является наличие многофункционального
оборудования необходимого для ускорения процесса производства изделий, включающего в себя огромное количество операций. Поэтому в
последние время на многих российских предприятиях на смену универсальному оборудованию приходят современные обрабатывающие центры (ОЦ).
Обрабатывающие центры впервые появились в США около 60 лет
назад и использовались в авиационной промышленности, хотя создание
обрабатывающих центров с числовым программным управлением приписывается итальянской компании A.Bulleri, которая первая в мире начала проводить эксперименты по использованию оборудования с ЧПУ в
деревообрабатывающей отрасли. В 1968 году японская компания Shoda
создала первый в мире обрабатывающий центр NC-111A, имевший горизонтальный стол и вертикальный фрезерный суппорт.
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
105
К обрабатывающим центрам относят многооперационные станкиавтоматы, предназначенные для последовательного выполнения технологических операций разнообразного характера, связанных с механической обработкой заготовок. При этом обработка изделий идет по программе, заданной заранее, за одну остановку и без остановок, используемых для промежуточной перенастройки и замены инструмента. Современные обрабатывающие центры могут обеспечить выполнение сразу
несколько операций: точение, фрезерование, сверление и другие при
одной установке и закреплении заготовки.
По назначению обрабатывающие центры можно разделить на 2
группы:
1. Для обработки тел вращения. При этом варианте исходная заготовка зажимается в шпинделе станка и вращается с заданной скоростью
(как правило от 5000 до 15000 оборотов в минуту). Механическая обработка производиться аналогично механической обработке на токарном
или шлифовальном станке;
2. Для обработки сложных корпусных деталей. Данный тип центров
напоминает конструкцию фрезерно-расточных станков. Деталь неподвижно крепиться на координатный стол, а шпиндель перемещается при
помощи вспомогательных приводов. Самые современные модели могут
обеспечить до 6 степеней свободы для инструмента и 5 для заготовки.
Это дает возможность обрабатывать практически все поверхности детали самых сложных форм в кратчайшие сроки и с высокой точностью, [3].
Отдельной группой стоят портальные обрабатывающие центры.
Они предназначены для обработки крупных и массивных деталей, имеют
узкие и длинные столы, которые перемещаются по рельсовым направляющим. В магазинах инструментов содержится до 180 орудий труда,
которые способны произвести обработку любой сложности. Широкое
применение эти станки нашли в автомобильной, аэрокосмической промышленности и в судостроении, активно используются для изготовления
пресс-форм и штампов, которые имеют повышенные требования к точности, [1].
Компоновка обрабатывающего центра любой модели, помимо
обычных параметров, определяется его технологическими возможностями. К ним относятся: размеры рабочего пространства, характеристика
инструментального блока, емкость инструментального магазина, время
смены инструмента, количество и размеры столов-спутников, тип системы управления, число одновременно управляемых координат и др.
Инструментальные магазины обрабатывающих центров могут содержать от 10 до 50 различных инструментов, что хватает для всех вариантов обработки, [3].
Все обрабатывающие центры оснащены автоматическим сменщиком инструментов (АСИ). Емкость АСИ, как правило, составляет от 6 до
60 позиций. Это дает возможность на одном станке осуществлять полный цикл изготовления детали от черновой до чистовой обработки поверхности.
Большинство обрабатывающих центров имеет 3-мерную систему
перемещения инструмента относительно детали. Для обработки изделий
сложной формы предназначены 4-, 5- и 6- координатные ОЦ. Существуют центры и с 9-осевой обработкой. Обычно кроме линейных перемещений вдоль осей координат своим перемещением снабжены некоторые
106
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
рабочие органы. Такие центры называют многоосевыми обрабатывающими центрами, [4].
Обрабатывающие центры стандартно комплектуются системой позиционирования и калибрования положения обрабатывающего инструмента, что экономит время, необходимое на подготовку и наладку станка.
Механическая обработка заготовок на обрабатывающих центрах
имеет ряд особенностей. Высокие требования предъявляются к механизмам крепления заготовки. Так как обработка происходит на повышенных режимах резания, зажим заготовки должен обеспечивать ее надежную фиксацию, но при этом обеспечивать и доступ ко всем обрабатываемым поверхностям за один установ заготовки, [3].
Обрабатывающие центры рекомендуется применять при мелко-,
среднесерийном производстве, так как относятся к быстропереналаживаемому оборудованию.
Преимущества применения ОЦ можно рассмотреть на примере
процесса обработки Корпуса 1.04.02.ППО40-0,6СУ из алюминиевого
сплава АК5Н7 на ОАО «Промприбор», г.Ливны. Корпус является основной деталью счетчика жидкости, предназначенного для точного определения объемного количества учитываемого продукта. Технологический
процесс механической обработки Корпуса состоит из операций обработки рабочей полости, торцовых поверхностей, входного и выходного патрубков, крепежных отверстий на торцах корпуса для присоединения
передней и задней крышек (рис. 1).
а)
б)
Рис. 1. Корпус счетчика жидкости: а) заготовка; б) деталь
В таблице 1 представлены 2 варианта маршрута обработки
Корпуса.
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
107
Таблица 1. Варианты маршрута обработки Корпуса
I вариант
II вариант
Наименование операции.
Наименование операции.
Технологическое оборудование
Технологическое оборудование
005 Фрезерно-сверлильно-расточная
005 Фрезерная.
Обрабатывающий горизонтальный
Вертикально-фрезерный, 6Р12
центр
HECKERT CWK 630
010 Фрезерно-сверлильно-расточная
010 Фрезерная.
Обрабатывающий вертикальный центр
Вертикально-фрезерный, 6Р12
TOPPER TMV-610A
015 Сверлильная.
Настольно-сверлильный 2А112
020 Сверлильная.
Настольно-сверлильный 2А112
025 Агрегатная.
Агрегатный 3ХА4912П
030. Токарная.
Токарно-револьверный 1П365
035. Токарная.
Токарно-виноторезный 16К25
040. Токарная.
Токарно-виноторезный 1М63М1
Рассмотрим более подробно представленные варианты.
1 вариант, который ранее применялся для обработки Корпуса на
предприятии, состоит из 8 операций, выполняемых на универсальном и
специальном оборудовании. Первые операции 005, 010, 015 связаны с
формированием технологических баз. На 6 позиционном агрегатном
станке 3ХА4912П растачивали рабочую полость детали, обрабатывали 8
отверстий М12 и 2 отверстия ø9Н8, расположенных на торцах корпуса, а
также 4 отверстия М12, расположенных на бобышках корпуса (рис. 2). На
токарно-револьверном станке обрабатывали поверхности входного и
выходного патрубков. Токарные операции 035 и 040 применяли для чистовой подрезки торца и точения канавки b=4,7мм.
Рис. 2. Сверление 8 отверстий под резьбу М12 на 6
позиционном агрегатном станке 3ХА4912П
108
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
2 вариант обработки Корпуса, который сейчас применяется на производстве, состоит из 2 операций, выполняемых на обрабатываемых
центрах. Черновую обработку торцов, обработку 8 крепежных отверстий
М12 и 2 отверстий ø9, поверхностей входного и выходного патрубков и 4
резьбовых отверстий М12, расположенных на бобышках корпуса выполняют на 2-х местном горизонтальном обрабатывающем центре
HECKERT CWK 630. Обработку выполняют за 2 установа с неоднократным поворотом стола (рис. 3). Для обеспечения свободного доступа режущего инструмента к обрабатываемым поверхностям применяют специальное приспособление. Чистовую обработку торца, точение канавки
b=4,7мм, чистовое растачивание рабочей полости, выполняют на вертикальном обрабатывающем центре TOPPER TMV-610A, (рис.4).
Рис. 3. Черновая обработка Корпуса на 2-х местном
горизонтальном обрабатывающем центре HECKERT CWK
630
Наглядно видно, что применение обрабатывающих центров при
обработке Корпуса позволило сократить количество операций и соответственно количество применяемого технологического оборудования, численность рабочих, высвободить производственную площадь.
Если сравнивать производительность обработки Корпуса на 6 позиционном агрегатном станке 3ХА4912П с обработкой на обрабатывающих центрах при выполнении аналогичных операций, то обработка на
агрегатном станке более производительна, чем на ОЦ. При расчете машинного времени установлено, что машинное время обработки детали
на агрегатном станке составляет Тм=3,96мин, что в 2,5 раза меньше, чем
на обрабатывающих центрах (Тм=9,96мин). Это связано с тем, что для
формирования резьбовых отверстий на агрегатном станке применяют
многошпиндельные сверлильные и резьбонарезные головки, обработку
поверхностей ведут одновременно с нескольких сторон. Обработку этих
же поверхностей на ОЦ выполняют последовательно, что в целом увеличивает время, не смотря на интенсификацию режимов резания.
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
109
Рис. 4. Чистовая обработка Корпуса на вертикальном
обрабатывающем центре TOPPER TMV-610A
Однако, не смотря на то, что производительность на агрегатном
станке выше, чем на ОЦ, их применение ограничивается номенклатурой
выпускаемых изделий. Агрегатные станки разрабатываются для обработки конкретных деталей и при малом выпуске изделий данные станки
простаивают в ожидании новой партии заготовок. Эффективное применение агрегатных станков возможно только при крупносерийном, массовом производстве.
На предприятии также отмечено, что применение обрабатывающих
центров позволило повысить точность обработки Корпуса, снизить процент брака за счет сокращения количества переустановов заготовки,
автоматической настройки станка на размер и его поднастройки по эталонной детали. Также точность обработки не зависит от квалификации и
утомляемости рабочего. Применение обрабатывающих центров позволило не только сократить количество рабочих в 4 раза, но и рационально
использовать рабочую силу. Настройку ОЦ выполняют рабочие высокой
квалификации, а работу на настроенных станках выполняют операторы
3, 4 разряда, при этом применяется многостаночное обслуживание.
Замена универсального оборудования на ОЦ позволило сократить
количество специальных приспособлений для установки и закрепления
заготовки Корпуса. Однако увеличились расходы на закупку режущего
инструмента. Это связано с применением инструмента с механическим
креплением многогранных пластин импортного производства для обеспечения высоскоростной обработки заготовки.
Преимуществом применения ОЦ является их быстрая переналадка
для обработки других деталей. Установленные ОЦ также применяют для
обработки передней и задней крышек счетчика жидкости, корпусных деталей счетчиков других моделей, типоразмеров.
110
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
Выводы:
- современный обрабатывающий центр способен сократить количество операций и соответственно количество применяемого технологического оборудования. Высвобождается производственная площадь, персонал, имеется возможность применения многостаночного обслуживания.
- обработка детали получается достаточно качественной, с малой
величиной погрешности обработки, снижается процент бракованных деталей.
- по сравнению с универсальным оборудованием сокращается
вспомогательное время, затрачиваемое на переустановку заготовки,
замену режущего инструмента и т.д.
- обрабатывающие центры являются быстропереналаживаемым
оборудованием, что дает возможность их применять при серийном производстве.
Литература
1. Обрабатывающие центры с ЧПУ [Электронный ресурс] // «ОкумаТрэйд» - 2009. - URL: http://okumatrade.com/articles/obrabatyvayushhiecentry-s-chpu/ (дата обращения: 9.09.14г.);
2. Обрабатывающий центр [Электронный ресурс] // Большой энциклопедический
словарь
–
2004.
URL:
http://encdic.com/polytech/Obrabatvajuschi-centr-6427.html (дата обращения:
24.04.14);
3. Обрабатывающие центры [Электронный ресурс] // webrarium.ru –
2013. - URL: http://www.webrarium.ru/machine-centr.html (дата обращения: 24.04.14);
4. 5-осевой обрабатывающий центр [Электронный ресурс]: ООО Актант – 2014. - URL: http://actant-stanki.ru/tech/5-osevyj-obrabatyvajushhijcentr.php (дата обращения: 9.09.14)
Автор
Мимонов А.М., студент 4 курса направления 151900.62 «Конструкторско-технологическое обеспечение
машиностроительных производств» Ливенского филиала Госуниверситета – УНПК, г. Ливны, Орловская обл., Россия. E-mail: [email protected]
Научный руководитель
Звягина Елена Александровна, канд. техн. наук, доцент кафедры
технология машиностроения Ливенского филиала Госуниверситета –
УНПК, г. Ливны, Орловская обл., Россия.
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
111
Моногаров Максим Олегович
Использование автоматизированных систем
конструкторской подготовки литейного производства с
целью повышения качества изделий
Ливенский филиал Госуниверситета-УНПК, г. Ливны, Россия
С целью улучшения качества выпускаемых изделий и экономии
всех видов ресурсов возникает острая необходимость во внедрении в
деятельность предприятий новых технологий, в том числе и информационных. На предприятиях используются различные пакеты прикладных
программ для проектирования литейной оснастки изделий из стали, чугуна, пластмассы и т.д.
Для создания сложно-профильных литейных форм и поверхностей
используются автоматизированные системы конструкторской подготовки,
например Solid Works, Power SHAPE и LVM Flow и др. Использование
указанного спектра программного обеспечения значительно облегчает
труд проектировщика, но вместе с тем вскрывает ряд проблем, которые
связаны, например, с необходимостью использования двух отдельных
файлов (3D и готового чертежа) с неразрывной связью между собой или
невозможностью выполнения сложного профилирования (выполнение
скругления сопрягаемых поверхностей радиусом менее 3 мм) и т.д.
Цель данной работы заключается в интеграции специального программного обеспечения, используемого при проектировании литейной
оснастки и разработке алгоритма создания литейной оснастки сложнопрофильных изделий с использованием автоматизированных систем
проектирования. Научно-исследовательская работа проводилась на базе
ОАО «ГМС Ливгидромаш», г. Ливны.
Ранее проектирование сложнопрофильных поверхностей и деталей, выпускаемых предприятием, (например, рабочее колесо с пространственной лопаткой и корпус насоса), осуществлялось «вручную». Чертежи подобных сложнопрофильных изделий выполнялись на кульмане, а
все сопряжения между линиями сводились по лекалу, что значительно
затрудняло проектирование литейной технологической оснастки. Так же
ухудшалась точность геометрии лопатки. На современном этапе конструктор разрабатывает трёхмерную модель рабочего колеса, по которой в дальнейшем изготавливается отдельный сегмент лопатки.
Для работы с твердыми телами и в определённых ограничениях с
поверхностями используется Solid Works [1]. Этот программный продукт
имеет ряд преимуществ перед другим ПО. Единственный минус и, пожалуй, это основная проблема - это необходимость иметь два отдельных
файла (3D и готовый чертёж) с неразрывной связью между собой. Зачастую «перекидывая» файл чертежа по электронной сети предприятия,
возможность открыть его на компьютере исполнителя, т.к. программа
требует 3D файл.
Зачастую некоторые программные продукты не имеют возможности
воплотить требования заказчика или конструктора по реализации сложнопрофильных поверхностей, что в дальнейшем ведёт к некорректному
отображению трехмерной модели, и, как следствие, принятия решений
по упрощению конструкции. Для решения подобных проблем на следую112
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
щем этапе проектирования используется мощный графический редактор
Power SHAPE [2]. Данная программа воспринимает экспортируемый
файл как обрезанные поверхности, причем работа с поверхностями не
имеет границ в редактировании. Если выразиться простым языком, то
любая сложнопрофильная поверхность представляет собой многорёберный проволочный каркас обтянутый тканью. Имея возможность редактирования окончательного трехмерного файла, мы получаем возможность
исправления дефектов самой трехмерной модели, что исключает возможность возникновения дальнейших ошибок на пути следования «трёхмерки» к готовой детали. В дальнейшем трехмерные модели поступают
в инструментальное бюро, где на их основании пишется программа обработки на трех и пяти координатных станках.
На следующем этапе проектирования используется LVMFlow [3].
Это профессиональная система компьютерного 3D моделирования литейных процессов позволяющая автоматизировать рабочее место технолога–литейщика и снизить затраты времени и средств на подготовку
новых изделий. Программа LVMFlow, позволяет на стадии трёхмерной
модели определить годность литейной оснастки. Смоделировать можно
практически все способы литья: литьё под давлением, центробежное, в
кокиль, в песчаные формы. Технолог-литейщик может за короткое время
протестировать различные варианты на компьютере и найти оптимальное решение для каждой конкретной отливки. В ходе моделирования
затвердевания отливки технолог наблюдает динамику процесса по всем
характеристикам модели и в любом, интересующем его сечении отливки.
В ходе проведенных исследований предложен алгоритм проектирования литейной оснастки, представленный на рисунке 1.
Рис. 1. Алгоритм проектирования литейной оснастки с
использованием систем автоматизированного
проектирования
На основе выполненной интеграции систем автоматизированного
проектирования было выполнено проектирование литейной оснастки,
пример одной из них представленной на рис. 2.
Изготовление уменьшенных копий 3-D модели спроектированной
оснастки осуществляется на 3-D принтере, что позволяет в реальном
времени проверить собираемость элементов, увидеть недочеты в разработке конструктора и на ранней стадии их устранить.
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
113
Рис. 2. Пример спроектированной литейной оснастки
Рис. 3. Уменьшенные копии песчаных стержней отливки
«Аппарат направляющий», отпечатанных на 3-D принтере
Подводя итог проведенной работы необходимо отметить, что использование комплексного подхода при проектировании литейной
оснастки, а также интегрирование специального программного обеспечения позволяет значительно ускорить исследовательскую работу, проектирование и изготовление отливок, а визуализация и возможность анализа обеспечивают новые подходы и инженерные методы. Описанные
комплексные системы автоматизированного проектирования позволяют
обеспечить создание адекватных сложно-профильных поверхностей,
114
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
соответствующих требованиям заказчика, выполнить оптимизацию созданной литейной оснастки; а также повысить качество литейного производства и, как следствие, качества изделий предприятия в целом.
Литература
1. Программный комплекс SolidWorks // http://www.solidworks.ru (дата
обращения: 28.12.2013)
2. CAD-система PowerSHAPE // http://www.powershape.com (дата обращения: 26.11.2013)
3. LVMFlow
–
Моделирование
литейных
процессов
//
http://www.lvmflow.ru/index.php/examples (дата обращения: 04.12.2013)
Автор
Моногаров М. О., студент 6 курса Ливенского филиала Госуниверситета-УНПК, г. Ливны, Россия. E-mail: [email protected]
Научный руководитель
Бакурова Юлия Алексеевна, канд. техн. наук, доцент Ливеского
филиала Госуниверситета-УНПК, г. Ливны, Россия.
Нахлесткин Александр Александрович,
Архиреев Антон Германович
Модернизация топливной аппаратуры, обеспечивающей
применение летних горюче-смазочных материалов в
условиях низких температур на специализированной
технике
Омский государственный технический университет,
г. Омск, Россия
Определяющим фактором при выборе темы для науной работы послужили суровые климатические условия Сибири и крайнего Севера. Мы
живем в Западной Сибири с довольно суровыми зимами, поэтому для
России остается приоритетной проблема применения горюче-смазочных
материалов на технике при низких температурах. Наша страна имеет
большие регионы с довольно продолжительными зимами, где хранение и
эксплуатация техники проводится при низких температурах.
Для бесперебойной работы техники в этих условиях, необходимо,
чтобы применяемые топлива свободно прокачивались в топливных системах при низких температурах окружающего воздуха в данных климатических зонах.
Это тема затрагивает одну из самых актуальных проблем на сегодняшнее время - транспорт. Как известно, многие фирмы, работающие
на севере и в Сибири, имеют множество проблем с эксплуатацией специализированной техники из-за низких температур окружающей среды
(от -45 оC до -64 оC). Это связанно с эксплуатацией транспортных
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
115
средств, не предназначенных к данным климатическим условиям. [4,
c.333]
Основной целью нашей работы является разработка модели, на
основе которой будет обеспечиваться эксплуатация транспортных
средств на летних сортах дизельных топлив и масел в условиях низких
температур.
Планом данной научной работы является:
- разработка тактической модели (основной целью разработки служит внедрение устройств экономически выгодных для регионов Сибири
и дальнего Севера);
- исследование факторов, влияющих на прокачиваемость дизельного топлива (температура и фильтры тонкой очистки);
- анализ способов и устройств применения дизельного топлива при
низких температурах;
- разработка системы обеспечения применения дизельного топлива
при низких температурах на специализированной технике;
- технико-экономический анализ (внедрение данной разработки с
большей экономической эффективностью);
Объект исследования:
В данной научной работе проведен анализ низкотемпературных
свойств дизельных топлив и масел, совершенствование устройства,
обеспечивающего применение летних дизельных топлив и масел в условиях низких температур на специализированной технике.
Факторы, влияющие на прокачиваемость ДТ:
-Вязкость ДТ (вязкость при 20 °C для летних сортов в пределах
3,0÷6,0 сСт, для зимних сортов 1,8÷5,0 сСт, для арктических 1,5÷4,0 сСт.)
-Температура помутнения и застывания (дизельное топливо выпускается согласно ГОСТ 305-82 трех марок: Л – летнее, применяемое при
температуре окружающей среды не ниже 0°C , З – зимнее до – 30°C , А –
арктическое до – 50°C .)
-Условия прокачиваемости ДТ (свойства дизтоплива, обеспечивающие бесперебойную подачу дизтоплива в цилиндры в необходимом
количестве. Определяется вязкостью, низкотемпературными характеристиками, содержанием механических примесей, смол и других загрязнений, влияющих на прохождение топлива через фильтр).
-Конструкция систем подачи (система подачи топлива — в двигателях внутреннего сгорания служит для подачи топлива из топливного бака
к топливной рейке избыток топлива через регулятор давления возвращается в бак.) [2, с.96]
Разработка системы обеспечения применения ДТ и масел в условиях низких температур:
-Исходные данные для разработки системы
-Измерение и регулирование температур
-Промышленные виды позисторов, осуществляющие измерение и
регулирование температур
-Разработка системы и проведение стендовых испытаний
-Расчет технико-экономического анализа [3, с.302]
При низких температурах дизельное топливо становится более
вязким, в нем начинают образовываться парафины, что затрудняет работу всей топливной системы. Самыми уязвимыми местами автомобиля
являются фильтр тонкой очистки, топливная магистраль и топливный
бак. Подогрев дизельного топлива в зимний период позволяет умень116
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
шить вязкость дизельного топлива, предотвратить парафинизацию в
топливной системе двигателя автомобиля.[3, c.167]
В качестве примера для установки подогревательной системы
рассмотрим специализированное транспортное средство УРАЛ, на котором был установлен бандажный подогреватель топливного фильтра,
существующий в двух вариациях, мощностью 12В и 24В (в зависимости
от размера фильтра), то есть чем больше габаритные размеры фильтра
тем больше должна быть мощность. Так же на транспортном средстве
был установлен подогрев топливной системы (подогреватели проточные
и ленточный по всей длине магистрали), в топливном баке данного
транспортного средства был установлен подогреваемый топливозаборник , который обеспечивает подогрев ДТ на начальном уровне. Был
установлен подогрев фильтров сепараторов. Эта установка дает возможность улавливать загрязнения ДТ на начальном этапе движения.
Рис. 1. Предпусковые подогреватели дизельного топлива [1]
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
117
Подогреватели НОМАКОН™ ПД-200 устанавливаются между посадочной головкой двигателя и корпусом топливного фильтра и подключаются к бортовой электросети автомобиля. В случае ручного управления
выключатель с индикацией устанавливается в кабине водителя.
Рис. 2. Основные технические характеристики
подогревателей НОМАКОН™ [1]
Подогреватель сохраняет работоспособность при изменении
напряжения питания в пределах 85-125 % от номинального напряжения.
Срок службы подогревателя не менее 5 лет, средняя наработка на отказ
не менее 3000 ч.
В зависимости от температуры окружающей среды рекомендуемая
длительность предпускового разогрева фильтра от аккумулятора составляет 5-10 минут. В режиме маршевого разогрева при работающем
двигателе ориентировочно потребуется одна минута для повышения на
1 градус температуры дизельного топлива.
Экономическая выгода:
По трудовому кодексу РФ рабочий день должен быть 8 часов.
Остальное время машины работают на холостом ходу. Из расчета, что
транспортное средство Урал на холостом ходу использует 10 литров за 1
час, при этом работая 16 часов. Из этого следует, что за 16 часов сгорит
160 литров. Возьмем среднюю стоимость 1 литра зимнего ДТ за 30руб/л.
Получается за 16 часов-4800 рублей. Без учета движение автомобиля во
время работы. За месяц (30 дней)-144000 рублей и это без учета движения. Так же вследствие постоянной работы увеличивается износ рабочих
частей двигателя. Из-за того что двигатель постоянно находится в рабочем режиме нуждается в постоянной поддержке уровня моторного масла
и охлаждающей жидкости (тосол).
Средняя стоимость автоматической подогревательной системы –от
10000 до 15000 рублей. С подогревательной системой подогрев дт осуществляется в автономном режиме, за счет электроэнергии аккумулятора без расхода дт. С подогревательной системой целесообразней использовать летний сорт дт ( цена за 1л-27рублей.),т.к система в автоматическом режиме поддерживает температуру дт. Подогревательная система полностью окупит себя за 4-5 суток.
118
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
Таблица 1. Экономический расчет
Система
Вид топлива
Расход за
Цена за литр
16 часов
Подогревательная Зимнее/летнее
Без подогревательная
Зимнее/летнее
-
160 л
Зимняя-30
руб
Летняя-27 руб
Затраты
Стоимость
установки
10-15тыс.
руб
Зимняя-30
За 16 часовруб
4800 руб
Летняя-27 руб
Литература
1. http://elcer.com.ua/autonagrev/
2. Безгаражное хранение автомобилей при низких температурах. Караменко Г.В., Николаев В.А., Шаталов А.И. - М.: Транспорт, 1984, 136 с.
3. Ленин И.М. Теория автомобильных и тракторных двигателей. М.:
Высшая школа, 1976. 364 с.
4. Ютт В.Е. Электрооборудование автомобилей. М: Изд-во Горячая линия-Телеком, 2009. 440 с.
Авторы
Нахлесткин А.А., студент 2-го курса Омского государственного технического университета, г. Омск, Россия. E-mail: [email protected]
Архиреев А.Г., студент 2-го курса Омского государственного технического университета, г. Омск, Россия. E-mail: [email protected]
Научный руководитель
Постников Денис Васильевич, канд. физ-мат. наук, доцент Омского
государственного технического университета, г. Омск, Россия.
Решетников Даниил Сергеевич
Дверная ручка «Keys in the past». Разработка
современной дверной ручки, с усовершенствованным
механизмом защиты
Армавирская государственная педагогическая академия,
г. Армавир, Россия
В современном обществе охрана частной жизни человека и проблема безопасности жилья является актуальной и решается системой
сложных защитных механизмов, которые не всегда выполняют свои
функции. Оградить частную жизнь от нежелательного взлома в квартире,
а ее хозяина от психологического потрясения или лишнего стресса, могут
разные замки, способствующие сохранности предметов быта или иных
форм собственности. Обычные механические замки не очень практичны,
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
119
они ломаются, а ключи застревают в сердцевине, или теряются и т.д.
Эти противоречия определяют проблему, связанную с отказом от морально-устаревших механических замков и ключей в пользу использования электронных замков с контактным ключом.
Объектом исследования являются дверные замки.
Предметом – технология электромагнитного замка.
Цель исследования - разработка современной дверной ручки, с
усовершенствованным механизмом защиты
Гипотеза исследования заключается в том, что если изучить особенности технологий используемых в домофонах или карточных электрических замках и переработав применить их для создания новой дверной ручки, то разработанная ручка будет отличаться надежностью и простотой в применении.
Поставленная цель и гипотеза требуют решения следующих задач:
- рассмотреть современные аналоги дверных замков;
- вычленить те, из аналогов которые более всего подойдут для создания нашей дверной ручки;
- разработать концепцию, дизайн и технологию дверной ручки
«Keys in the past»
- обеспечить безопасность охраняемого помещения и простоту использования;
- увеличить срок эксплуатации защитного механизма и дверной
ручки, предусмотреть фиксатор двери;
- предусмотреть систему обесточивания при нахождения человека
в помещении, посредством определенного программирования дверного
блока;
- предложить оснащение дверной ручки индикатором, который будет служить датчиком размагничивания двери, а также подсветкой в ночное время суток.
Электронный замок — электронное устройство, предназначенное
для того, чтобы предотвратить доступ в помещение посторонних лиц,
или наоборот, ограничить выход из помещения. Решение о доступе лиц в
помещение принимается на основе сигналов от различных датчиков:
считывателей магнитных карт, штрих-кодов, датчиков контактной памяти,
биометрических датчиков, наборной клавиатуры, комбинаторных флуоресцентных молекулярных датчиков, дистанционного управления и т.д. В
качестве исполнительных механизмов используются электромеханические и электромагнитные запорные устройства.
Изучив предпроектную ситуацию и аналоги, мы разработали технологию электромагнитного замка, на основе технологий, используемых в
домофонах и карточных электрических замках, которые используются,
например, в гостиницах. Новое в предлагаемых технологиях заключается
в том, что в замке отсутствуют привычные ключи для отпирания защитного механизма, что дает возможность облегчить само устройство.
120
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
Рис. 1. Дверная ручка «Keys in the past»
Разработанная дверная ручка «Keys in the past» (рисунок 1), была
создана на основе технологии, главным преимуществом которой является то, что попасть в помещение очень просто, если иметь специальный
магнитный ключ, стоит приложить его к торцу рукоятки ручки и дверь
размагничиваясь, открывается. Оригинальность данной технологии заключается в объединении нескольких технологий, для обеспечения безопасности охраняемых помещений, а также она может дать человеку
уверенность в неприкосновенности его частной жизни и имущества.
Инновация в технологии дверной ручки заключается в том, что она
имеет встроенный электро-механизм, который можно открыть при помощи специального ключа 1-WIRE, оснащенного чипом с криптографическим кодом (срок эксплуатации 10 лет). Сама дверь, в нашем случае
оснащается электро-замком – электромагнитом и дополнительным электропитанием. Код практически не повторим (по крайней мере, в одной
зоне использования, например, в отдельно взятом городе). При поступлении информации от ключа в дверную ручку, дверь размагничивается и
открывает вход в защищённое помещение. Эффективность данной технологии заключается в том, что злоумышленники не смогут открыть
дверь каким-либо способом, так как дверь находиться под защитой электромагнитных сил.
Электромагнитный замок состоит из корпуса с электромагнитом и
ответной планки (якоря) из металла с большой магнитной проницаемостью. Используется в качестве исполнительного устройства систем
управления дверьми. Мощность электромагнита должна быть достаточной, чтобы исключить возможность силового открывания двери без видимых повреждений.
Из всего сказанного следует вывод о том, что на основе нескольких
технологий, была и созданная данная ручка, которая соответствует современным требованиям и способна искоренить факты не санкционированного проникновения в помещения.
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
121
Рис. 2. Принцип работы электромагнитного замка
Авторы
Решетников Даниил Сергеевич, студент группы ВТ-ДИ-3-1 ФГБОУ
ВПО Армавирская Государственная Педагогическая Академия, г. Армавир, Россия. Е-mail: [email protected]
Научный руководитель
Ласкова Марина Куприяновна, канд. пед. Наук, доцент кафедры
технологии и дизайна ФГБОУ ВПО Армавирской государственной педагогической академии, г. Армавир, Россия.
Руфуллаев Эльвин Шахкишиевич
Экологический контроль над параметрами плодородия
почв бассейна реки Ленкоранчай
Бакинский государственный университет,
г. Баку, Азербайджан
Без объективной информации о состоянии окружающей среды и ее
изменениях невозможно реализовать природоохранные мероприятия.
Поэтому ряд международных организаций, в первую очередь, ЮНЭП,
ВМО и ООН выступили с инициативой создания Глобальной Системы
Мониторинга Окружающей Среды (ГСМОС). В связи с этим в программе
ЮНЕСКО «Человек и биосфера» отмечается, что «мониторинг – это система длительных и непрерывных наблюдений в пространстве и во вре122
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
мени, которая дает людям информацию о значительных изменениях
состояния окружающей среды в прошлом, настоящем и будущем». Впервые предложение о применении такой системы мониторинга выдвинуто в
1971 г. Специальной экспертной комиссией (СКОПЭ). На конференции
ООН по проблеме окружающей среды, прошедшей в Стокгольме 15-16
июня 1972 г., был принят термин «мониторинг», и разработана специальная программа. Основными задачами этой программы являются выявление, оценка и прогнозирование изменений состояния биосферы в
зависимости от антропогенных воздействий, прямое и косвенное влияние этих изменений на здоровье людей [1, с.10-12; 2, с.8-9].
Одним из видов экологического мониторинга является почвенный
экологический мониторинг. Экологический мониторинг почв – система
регулярного не ограниченного в пространстве и времени контроля почв,
который дает информацию об их состоянии с целью оценки прошлого,
настоящего и прогноза его изменения в будущем. Это определение
непосредственно вытекает из общего определения понятия экологического мониторинга. Почвенный мониторинг – одна из важнейших составляющих экологического мониторинга в целом, он направлен на выявление антропогенных изменений почв, которые могут в конечном итоге
нанести вред здоровью человека. Особая роль почвенного мониторинга
обусловлена тем, что все изменения состава и свойств почв отражаются
на выполнении почвами их экологических функций, следовательно, на
состоянии биосферы.
Предметом контроля почв являются прежде всего их изменения,
вызванные деятельностью человека. Но многие неблагоприятные изменения свойств почвы могут формироваться естественным путем под
влиянием природных факторов почвообразования, под влиянием катастрофических явлений в природе. Потери почвенного гумуса могут быть
следствием не только распашки или интенсификации земледелия, но
естественной смены биоклиматических условий. Это говорит о сложности вычленения антропогенных последствий изменения контролируемых
при мониторинге свойств почвы. Имеет значение и то, что в почве в отличие от воздуха атмосферы и вод поверхностных водоемов экологические последствия антропогенного воздействия обычно проявляются позже, но они более устойчивы и сохраняются дольше. [3, с.101-102].
С конца ХХ века в различных странах, в том числе в Азербайджанской Республике резко ухудшились экологические показатели. Необдуманное антропогенное воздействие и нарушение природного экологического равновесия приводит к деградации сельскохозяйственных почв и
естественных биогеоценозов, в том числе к минерализации гумуса в почве, повышению кислотности и щелочности, накоплению в профиле солей
и остатков пестицидов, что привело к ухудшению состава почв и, в ряде
случаев, даже к полнейшей их непригодности. В связи с этим экологический мониторинг почв в Азербайджане имеет большое как научнометодическое, так и практическое значение. В нашей республике по экологическому мониторингу почв был проведен ряд научных работ. Эти
работы связаны, в первую очередь, с исследованиями Г.Ш.Мамедова [4,
с.105-108].
Основными функциями почвенного мониторинга являются: учет потерь почвы при водной, ветровой и ирригационной эрозии; выявление
территорий, где создается отрицательный баланс основных питательных
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
123
элементов, а также уменьшается содержание гумуса и минеральных
веществ; контроль почвенной кислотности и щелочности; солевого, водного и теплового режимов; выявление загрязнений тяжелыми металлами, пестицидами и бытовыми отходами, а также различных физических,
физико-химических и химических изменений, происходящих в почве под
влиянием антропогенной деятельности; организация инспекторской
службы с целью учета земель, пригодных в сельском хозяйстве, промышленности и бытовых нужд. В программе почвенного мониторинга
основное место занимает обеспечение последующей экономической
эффективности от правильного подбора контролируемых показателей.
При оптимальном варианте мониторинг проводится на трех группах параметров:
1. Параметры, изменяющиеся за короткий срок. Параметры этой
группы направлены на повышение урожайности при внесении удобрений,
служат для определения свойств почв (например, динамика влажности,
рН, состав почвенного раствора, почвенное дыхание и легкоусвояемые
растениями элементы).
2. Параметры, изменяющиеся за длительный период. Эти показатели состоят из изменений состава почвы за 5-10-летний срок в результате антропогенных воздействий. Эти показатели трудно поддаются
определению. Так, необходимо изучать в течении этого времени содержание гумуса, потери почвы в результате эрозии, структурные элементы,
общую щелочность и кислотность, количество поглощенных оснований,
солевой состав, количество пестицидных остатков и др.
3. К этой группе контрольных параметров относятся показатели,
повышающие продуктивность растений.
В качестве объекта исследования была выбрана территория бассейна реки Ленкоранчай, протекающей в Ленкоранской области Азербайджана. Во время исследования мы использовали «бассейновый метод», так как территория бассейна наиболее отвечает требованиям мониторинга и имеет ряд преимуществ перед другими территориальными
единицами, а именно: определенность границ, однонаправленность потоков вещества и энергии, похожее строение бассейнов всех масштабов.
В пределах водосборного бассейна территориально соседствуют природные, в том числе и заповедные ландшафты, а также ландшафты,
измененные антропогенной деятельностью. В Азербайджане во время
почвенных исследований впервые этот метод был применен
Г.Ш.Мамедовым [].
В результате проведенных нами исследований по экологическому
мониторингу почв выявлено ухудшение параметров плодородия почв
бассейна реки Ленкоранчай. В данной работе мы приводим изменения
некоторых показателей плодородия почвы, причем сравнивали нынешние параметры с известными по прошлым исследованиям 40-50 летней
давности (материалы исследований НИИ почвоведения и агрохимии
НАН Азербайджана и Азгипрозема). Так, заметно уменьшилось содержание важнейшего для плодородия почвы показателя – гумуса. Исследования показывают, что если 40-50 лет назад в бассейне реки Ленкоранчай
в горно-каштановых почвах, используемых там в основном под летние
пастбища, запасы гумуса в слое 0-100 см составляли 174 т/га, то в
настоящее время этот показатель уменьшился на 23% и составляет 134
т/га.
124
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
Соответственно гумусу ухудшились и другие важные показатели
почв. Так в горно-каштановых почвах бассейна реки Ленкоранчай количество валового азота в слое 0-50 см было 0,15-0,17%, в настоящее же
время его содержание 0,08-0,12%. В показателях реакции среды этих
почв также произошли некоторые изменения. Если в прошлом значение
рН водной суспензии было 7,2-7,7, то сейчас повысилось до 8,1-8,3. Отсюда видно что реакция почвенного раствора изменилась со слабощелочной до щелочной.
По нашему мнению,ухудшение почвенных показателей в настоящее время связано, в первую очередь, с изменением климата в сторону
аридности. Бесконтрольная вырубка леса, выпас скота, усиление процессов эрозии, интенсивная производственная деятельность людей и др.
привели к активной минерализации гумуса. Для того, чтобы предотвращать отрицательные последствия уменьшения плодородия почв, необходимо реализовывать агротехнические мелиоративные мероприятия.
Так, если эти мероприятия будут претворены в жизнь, то показатели
плодородия почв не только сохранятся на прежнем уровне, но даже
улучшатся.
Литература
1. Израэль Ю.А. Конфепция мониторинга состояния биосферы // В кн.:
Мониторинг состояния окружающей природной среды. Л.: Гидрометеоиздат. -. 1977. – С.10-25.
2. Ковда В.А., Керженцев А.С. Экологический мониторинг: Концепция,
принципы организации // В кн.: Региональный экологический мониторинг. М.: Наука. – 1983. – С.7-14.
3. Мотузова Г.В., Безуглова О.С. Экологический мониториг почв. М.:
Академический Проект. – 2007. – 237 с.
4. Мамедов Г.Ш. Экологическая оценка почв Азербайджана. Баку: Элм. –
1997. – 282 с. (на азерб.языке).
Автор
Руфуллаев Э.Ш., студент 2-го курса факультета экологии и почвоведения Бакинского государственного университета, г. Баку, Азербайджан, E-mail: [email protected]
Научный руководитель
Шабанов Джасарат Алигейдар оглу, канд. с.-х.наук, замдекана, доцент факультета экологии и почвоведения Бакинского государственного
университета, г. Баку, Азербайджан, E-mail: [email protected]
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
125
Сабырова Жанетта Кайраткызы,
Жанбатыров Алихан Ермеквич
Методы шифрования информации
Центрально-Азиатский университет
г. Алматы, Казахстан
Шифрование – это обратимое преобразование данных с целью их
сокрытия от посторонних. Почти все методы шифрования используют
ключ шифрования – секретную кодовую последовательность, используемую в процессе преобразования информации. Самыми известными
блочными шифрами являются отечественный шифр, определённый
стандартом ГОСТ 28147-89 и американский стандарт DES (Data
Encryption Standard), у которых длина блока n равна 64 и 256 соответственно.
Симметричное шифрование - это метод шифрования, при котором
для защиты информации используется ключ, зная который любой может
расшифровать или зашифровать данные. симметричное шифрование
остаётся самым актуальным и криптографически гарантированными методом защиты информации. В симметричном шифровании, основанном
на использовании составных ключей, идея состоит в том, что секретный
ключ делится на две части, хранящиеся отдельно. Каждая часть сама по
себе не позволяет выполнить дешифрование.
Рис. 1. Схема распределения ключей при симметричном
шифровании
Абсолютно стойкие шифры преименяются в сетях связи с небольшим объемом передаваемой информации, которые используют, как правило, для передачи особо важной государственной информации. Это
объясняется тем, что каждый передаваемый текст должен иметь свой
собственный, единственный и неповторимый ключ. Следовательно, перед использованием этого шифра все абоненты должны быть обеспечены достаточным запасом случайных ключей и должна быть исключена
126
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
возможность их повторного применения. Выполнение этих требований
необычайно трудно и дорого.
При реализации с помощью вычислительной технике, как говорилось ранее, алгоритмы шифрования получили еще одну классификацию
- их подразделяют на блочные и поточные.
Блочный шифр Ak представляет собой автомат, входами и выходами которого являются последовательности X и ψ = Ak(X) длины n. Входная последовательность X разбивается на блоки длины n и каждый блок
шифруется независимо один от другого одним ключем K.
Поточный шифр представляет собой автономный автомат, который
вырабатывает
псевдослучайную
двоичную
последовательность
γ = (γ0,…,γn…). В качестве шифрованной информации выступает последовательность ξ = (ξ0,…,ξn…). Обычно в качестве функции наложения φ
используется функция сложения в каком либо конечном поле или кольце,
в частности, в двоичном случае
. В последнем случае обратное
преобразование (дешифрование) осуществляется по формуле
,
что позволяет на обоих концах канала связи иметь шифраторы с одинаковыми ключами.
Поточные шифры, как правило, более производительны, чем блочные и используются для шифрования речи, сетевого трафика и иных
данных с заранее неизвестной длиной. При достаточно частой смене
ключа для выработки гаммы - последовательности поточные шифры
обеспечивают достаточную стойкость.
3. Классическое шифрование
Шифр DES работает следующим образом [2]. Данные представляются в цифровом виде и разбиваются на блоки длинной 64 бита, затем
поблочно шифруются. Блок разбивается на левую и правую части. На
первом этапе шифрования вместо левой части блока записывается правая, а вместо правой - сумма по модулю два левой и правой частей. На
втором этапе по определенной схеме выполняются побитовые замены и
перестановки. Ключ DES имеет длину 64 бита, из которых 56 битов - случайные, а 8 - служебные, используемые для контроля ключа.
IDEA [5] - блочный шифр с длиной ключа 128 бит. Этот европейский стандарт предложен в 1990 году. Шифр IDEA по скорости и стойкости к анализу не уступает шифру DES.
CAST [5] - это блочный шифр, использующий 128-битовый ключ в
США и 40-битный - в экспортном варианте. CASTиспользуется компанией Northern Telecom (Nortel).
Шифр Skipjack [5], разработанный Агентством национальной безопасности США (National Security Agency - NSA), использует 80-битовые
ключи.
Шифры RC2 и RC4 [5] разработаны Роном Рейвестом - одним из
основателей компании RSA Data Security, и запатентованы этой компанией. Они используют ключи разной длины, а в экспортируемых продуктах заменяют DES. Шифр RC2 - блочный, с длиной блока 64 бита;
шифр RC4 - поточный. По замыслу разработчиков, производительность RC2 и RC4 должна быть не меньше, чем у алгоритма DES.
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
127
4. Асимметричное шифрование
В 1976 году была опубликована работа молодых американских математиков У. Дифффи и М.Э. Хеллмана "Новые направления в криптографии" [6]. В данной работе центральными являются два определения:
односторонняя функция и функция с секретом.
Односторонней называется функция F(Х), обладающая двумя
свойствами: существует полиномиальный алгоритм вычисления значений F(Х), не существует полиномиального алгоритма инвертирования
функции F. Иначе говоря, в этой функции расшифровка зашифрованного
ею же текста не предусмотрена.
Функцией с секретом называется функция Fk зависящая от параметра k и обладающая следующими свойствами: существует полиномиальный алгоритм вычисления значения Fk(Х) для любых k и Х; не существует полиномиального алгоритма инвертирования Fk при неизвестном
k; существует полиномиальный алгоритм инвертирования Fk при известном k.
Шифрование при помощи функции с секретом получило также
название асимметричного шифрования.
На рисунке 2 представлена блок-схема алгоритма шифрования,
основанного на гаммировании. На рисунке 3 – блок-схема полного алгоритма.
Рис. 2. Блок-схема алгоритма
128
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
Рис. 3. Блок-схема полного алгоритма
Литература
1. Шеннон, К.Э. Работы по теории информации и кибернетике, М.: ИЛ,
1963. 832 с.
2. Аграновский, A.B., Хади, Р.А.. Практическая криптография (серия
«Аспекты защиты»), М.: Солон-Пресс, 2002. 254 с.
3. Партыка, Т.Л., Попов, И.И. Информационная безопасность. М.: Форум-Инфра, 2007. 368 с.
4. Глушаков, С.В., Сурядный, А.С. Программирование на Visual Basic 6.
Х.: Фалио, 2004. 497с.
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
129
5. Брюс Шнайер. Прикладная криптография, 2е изд, изд.Триумф, 2002.
816 с.
6. Диффи, У., Хеллман, М.Э. Новые направления в криптографии, 1976.
654 с.
Авторы
Сабырова Жанетта Кайраткызы, студентка 1-го курса ЦентральноАзиатского университета, г. Алматы, Казахстан. E-mail: [email protected]
Жанбатыров Алихан Ермекович, студент 1-го курса ЦентральноАзиатского университета, г. Алматы, Казахстан.
Научный руководитель
Жангисина Гульнур Давлетжановна, проректор по научной работе
Центрально-Азиатского университета, г. Алматы, Казахстан. E-mail:
[email protected]
Синдеев Андрей Николаевич
Анализ устройств для измельчения пищевых сред
Филиал МГУТУ им. К.Г. Разумовского
(Первый казачий университет)» в г. Мелеузе,
Республика Башкортостан, Россия
Процессы измельчения пищевых сред - ведущие процессы многих
пищевых технологий.
Для измельчения пищевых продуктов применяются следующие
способы: раздавливание, раскалывание, разламывание, резание, распиливание, истирание, измельчение с помощью удара.
Измельчение пищевых продуктов производится в специальных измельчительных машинах, применяемых в пищевой промышленности.
Они характеризуются большим многообразием конструктивных форм.
Измельчительные машины подразделяются на следующие типы: дробилки, гомогенизаторы, протирочные машины, эмульсаторы, резательные машины, мельницы, волчки, куттера и т.д.
Измельчение - это процесс механического воздействия на продукт
рабочими органами, который приводит к преодолению сил взаимного
сцепления и разрушению продукта под действием внешних нагрузок, а
также к увеличению поверхности твердых материалов. Данный процесс
связан с затратой большого количества энергии, определение величины
которой основывается на поверхностной теории Риттингера: при измельчении работа расходуется на преодоление сил молекулярного притяжения по поверхности разрушения материала; и объёмной теории В.Л.
Кирпичева: при измельчении работа расходуется на деформацию материала до достижения предельной разрушающей деформации. [1]
130
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
Процессы измельчения характеризуются степенью измельчения,
т.е. отношением среднего размера куска до измельчения к среднему
размеру куска после измельчения
i
dH
dK
(1)
В зависимости от начальных и конечных размеров наибольших кусков и частиц материала измельчение подразделяется на следующие
виды (см. табл.1).
Измельчающие аппараты имеют разную конструкцию, которую выбирают в зависимости от свойств измельчаемого материала и необходимой степени измельчения.
Одним из видов процесса измельчения является диспергирование тонкое измельчение твердых, жидких тел в какой-либо среде, в результате чего получают порошки, суспензии, эмульсии. Диспергирование
применяют для получения коллоидных и вообще дисперсных систем.
Таблица 1. Классификация измельчения
Размер кусков, мм
Виды измельчения
dH
dk
Крупное
1500…2000
200…25
Среднее
200…25
25…5
Мелкое
25…5
5…1
Тонкое
5…1
1…0,075
Сверхтонкое
0,2…0,1
до 10-4
(коллоидное)
Дисперсная система - это смесь, состоящая как минимум из двух
веществ, которые совершенно или практически не смешиваются друг с
другом и не реагируют друг с другом химически. Первое из веществ
(дисперсная фаза) мелко распределено во втором (дисперсионная среда).
Для диспергирования внутренней фазы смесь двух жидкостей нужно подвергнуть интенсивному механическому воздействию, при котором
происходит быстрая деформация частиц внутренней фазы и последующее раздробление их. Для этой цели смесь подвергается в машинах
механическому воздействию (в машинах с вращающимися лопастями
или роторами), выбрасывается с большой скоростью из вращающихся
дисков, проталкивается под большим давлением через узкие щели или
подвергается действию колебаний.
Цель механической обработки смесей в эмульсаторах – получить
эмульсии с возможно более высокой дисперсностью, так как только такие
эмульсии отличаются стойкостью и не расслаиваются в спокойном состоянии в течение продолжительного времени, несмотря на заметную
разницу в удельном весе обеих жидкостей.
Для эмульгирования и гомогенизации применяются эмульсаторы с
мешалками, эмульсаторы ударного действия, эмульсаторы фрикционного действия, центробежно-распылительные эмульсаторы, клапанные
гомогенизаторы, вибрационные эмульсаторы и гомогенизаторы.
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
131
Эмульсаторы фрикционного действия известны преимущественно
под названием коллоидные мельницы, которые бывают двух типов вертикальные и горизонтальными. Вертикальные коллоидные мельницы
работают по следующему принципу: гомогенизируемая масса поступает
в воронку, далее шнековым винтом захватывается и принудительно поддается в узкий зазор между неподвижным статором и коническим вращающимся ротором и выходит через рожок. Смежные конические поверхности статора и ротора тщательно пришлифованы, и зазор между
ними может быть уменьшен до 0,1 мм. Зазор между ротором и статором
регулируют поворотом статора, который при этом ввинчивается в корпус.
Ротор вращается с большой скоростью 4600, 5500 и 6200 об/мин.
В горизонтальных коллоидных мельницах диспергируемый продукт
поступает через патрубок, проходит по зазору между статором и ротором
и выходит через канал. Величина зазора обычно мала – до 0,005 мм.
Степень дисперсности зависит от величины зазора, времени обработки, скорости вращения ротора и свойств продукта. Уменьшения зазора и увеличение числа оборотов повышают интенсивность диспергирования. [2] Получение высокодисперсных систем измельчением требует
большого расхода энергии, что практически не всегда целесообразно.
Данную проблему пытаются решить ведущие специалисты пищевой
промышленности, как отечественной, так и зарубежной.
Нами были исследованы и проанализированы различные разработки в данном направлении. Многие известные конструкции устройств,
например для измельчения продуктов, содержащие приводимый во вращение ротор с кольцеобразными ножами, чередующимися сними шайбами и разгрузочными лопастями, корпус неподвижными кольцеобразными ножами, чередующимися с ними также неподвижными шайбами,
загрузочным бункером и разгрузочным патрубком [3], а также аналогичные по конструкции устройства [4] имеют сложность конструктивного
исполнения и высокую материалоёмкость, что приводит к дополнительным затратам на производство данного оборудования.
Рассмотренное оборудование другого конструктивного исполнения,
например коллоидная мельница, содержащая два соосно расположенных на полом валу с возможностью вращения в противоположные стороны дисковых ротора с чередующимися кольцевыми выступами и впадинами, один из которых выполнен с замкнутым боковым ограждением,
которое в месте с диском имеет в поперечном сечении чашеобразную
форму, а другой ротор размещен внутри ограждения первого [5]. Данное
устройство просто в изготовлении по сравнению с рассмотренными выше и измельчаемый продукт получается более диспергированным. Но
данный вид имеет недостаток - малую степень измельчения, т.е. необходимо первоначальное измельчение исходного материала для получения
более высокодисперсных систем.
В разработанной конструкции мы приняли во внимание описанные
выше недостатки. Данное устройство содержит цилиндрический корпус с
нажимной гайкой, расположенный в нагнетающей камере корпуса питающий орган в виде шнека и в рабочей камере корпуса измельчающий
механизм, расположенный на приводном валу шнека. Измельчающий
механизм выполнен в виде неподвижных и вращающихся дисков с отверстиями различного диаметра и конфигурации, располагаются которые
по окружности и на каждом последующем диске, по ходу технологического процесса, удаляются от центра. Неподвижные диски с промежуточны132
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
ми шайбами распорным кольцом жестко соединены с корпусом при помощи шпонки. Вращающиеся диски с промежуточными шайбами насажены на приводной вал. Диаметр отверстий у неподвижных и вращающихся
дисков уменьшается, количество отверстий увеличивается, по ходу технологического процесса, а диаметр окружностей расположения центров
данных отверстий также увеличивается.
Сложные по конструктивному исполнению ножевые диски заменили
дисками с отверстиями, тем самым упростили процесс изготовления рабочих органов. Диапазон степени измельчения увеличили с помощью
совершенствования технологического процесса и сочетания различных
рабочих органов. Измельчаемый материал шнеком через отверстия первой неподвижной решетки нагнетается в междисковое пространство, где
происходит процесс измельчения. Далее материал проходит через отверстия первого вращающегося диска и опять попадает в междисковое
пространство, где процесс измельчения продолжается. После прохождения второй стадии измельчения в междисковом пространстве, материал
попадает в кавитационное пространство – конические отверстия второго
неподвижного диска, что позволяет улучшить качество измельчения.
Количество циклов прохождения материалом различных видов обработки, можно регулировать увеличением или уменьшением количества неподвижных и вращающихся дисков, что влияет на дальнейшее измельчение и на конечный его результат.
Таким образом, разработанная конструкция позволяет снизить
энергозатраты, упрощается конструктивное исполнение, а также увеличивается диапазон степени измельчения обрабатываемых пищевых
сред.
Литература
1. Острикова А.Н. «Процессы и аппараты пищевых производств»- СанктПетербург, ГИОРД, 2007г, 2 книги;
2. Соколов А.Я. «Основы расчета и конструирования машин и аппаратов
пищевых производств» - Москва, Пищепромиздат, 1960г.
3. Авторское свидетельство СССР, кл В02С18/06 №1576200. Устройство
для измельчения продуктов, 1988.
4. Авторское свидетельство СССР, кл В02С18/30 №1694216. Устройство
для измельчения материалов, 1989.
5. Авторское свидетельство РФ, кл В02С7/06 №79254. Коллоидная
мельница, 2008.
Автор
Синдеев А.Н., студент 4-го курса филиала ФГБОУ ВО «МГУТУ им.
К.Г. Разумовского (Первый казачий университет)» в г. Мелеузе, Республика Башкортостан, Россия. E-mail: [email protected]
Научный руководитель
Перевозчикова Е.Г. старший преподаватель кафедры МАПП филиала ФГБОУ ВО «МГУТУ им. К.Г. Разумовского (Первый казачий университет)» в г. Мелеузе, Республика Башкортостан, Россия.
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
133
Столбовенко Виктория Анатольевна
Расширение ассортимента продуктов здорового питания
Северо-Кавказский федеральный университет,
Институт сервиса, туризма и дизайна, (филиал) СКФУ,
г. Пятигорск, Россия
Здоровое питание – это одна из составляющих здорового образа
жизни. От того что мы едим во многом зависит общее состояние организма. Продукты питания – источники полезных или опасных для здоровья человека компонентов. Современная наука о питании относит к полезным продуктам овощи, фрукты, молочные продукты, продукты животного происхождения. Включая в рацион полезные продукты, мы улучшаем свое здоровье, помогаем своему организму быть более крепким и
выносливым, продлеваем свою жизнь.
Расширение ассортимента продуктов для организации здорового
питания, которые обеспечивают высокую пищевую и биологическую ценность полученных изделий – одно из важных направлений обеспечения
здоровья населения страны.
Здоровое питание – это разнообразное питание, сбалансированный рацион, в состав которого включены все необходимые вещества,
которые обеспечивают полноценную жизнедеятельность человека, помогают сохранить здоровье и реализовать резервы организма. [1, с.3].
Безопасность пищевых продуктов становится аргументом повышенной экономической, общественной и экономической важности,
передовые аналитические методы и технологии могут помочь сохранить здоровье и даже жизнь человека [2 ].
Немаловажное значение в современной технологии имеют пищевые добавки, рациональное использование продовольственного сырья,
позволяющие регулировать состав и функционально-технологические
свойства готовых изделий [3, с.186].
Наиболее частыми нарушениями в питании различных возрастных
групп населения являются: дефицит в пищевых рационах незаменимых
пищевых веществ, избыточное потребление ряда пищевых веществ, в
первую очередь животных жиров и углеводов, однообразие в питании,
злоупотребление отдельными продуктами. Эти нарушения в питании во
многом определили широкое распространение таких заболеваний, как
атеросклероз, сахарный диабет и другие болезни обмена, заболевания
желудочно-кишечного тракта, анемии. Современные исследования подтвердили немаловажную роль питания в развитии отдельных видов рака,
заболеваний опорно-двигательного аппарата, органов дыхания. [1].
Вопрос питания в России стоит наиболее остро, несмотря на создание новых продуктов питание, которые обогащают различными компонентами, большинство из них имеет свои недостатки, к которым можно
отнести завышенную себестоимость. Исследования, проводимые учёными, убедительно показали, что с пищей в организм человека должно
поступать более 600 различных веществ, полностью обеспечивая человека не только энергией, основными пищевыми веществами, но и рядом
непищевых компонентов, значение которых изучено незначительно [4,
108 с.].
134
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
В связи с вышеизложенным актуальным является разработка технологий и рецептур рубленых изделий из говядины с растительными
добавками для увеличения содержания пищевых волокон, микро- и макроэлементов, витаминов, совершенствования процессов тепловой обработки, для сохранения полезных компонентов продукта.
Разработка мясорастительного продукта с использованием имбиря
основывается на сочетание мясного фарша и растительного сырья, совершенствовании способов технологической обработки для максимального сохранения всех полезных веществ.
Имбирь способствует похудению и предотвращению набора лишней массы, так же он является источником анитиоксидантов и способствует благотворной работе желудочно - кишечного тракта.
В корне имбиря содержится эфирное масло (которое придает ему
аромат), его содержание может достигать 3%, витамины А, В1, В2 и С,
микро- и макроэлементы (цинк, натрий, калий, железо, соли магния,
фосфора, кальция), также в составе корня имбиря находятся все необходимые человеческому организму аминокислоты (триптофан, треонин,
лейзин, метионин, фениланин, валин). К преимуществам также можно
отнести и хорошую устойчивость их противоокислительных свойств при
нагревании и изменении рН, что особенно важно при приготовлении пищевых продуктов. Исследования устойчивости имбиря показали, что он
устойчив при повышенной температуре. [5].
Использование говядина рекомендовано при организации специальных видов питания. Основным показанием для употребления говядины является железодефицитная анемия. Говядину можно включать практически в любую диету, так как это мясо считается постным, содержащим
минимальное количество жира. Кроме того, благодаря малой жирности и
калорийности говядины, это мясо можно употреблять больным сахарным
диабетом.
При расчете комбинированных рецептур с растительной добавкой
за основу была принята стандартная рецептура «Котлеты рубленные» из
говядины.
Для определения оптимального гидромодуля был рассчитан химический состав комбинированных полуфабрикатов с добавлением имбиря
и изменением способа тепловой обработки, изменяя при этом различные
соотношения компонентов рецептур.
В задачи исследований входила разработка растительной добавки,
которой является имбирь. Было определено соотношение имбиря и
фарша. Различные комбинации соотношений хлеба, мясной рубленой
массы и имбиря, позволили подобрать наиболее оптимальное соотношение компонентов.
Разработанная рецептура позволяет использовать продукты, которые оптимальные по себестоимости и качеству, и получать готовый продукт, который будет иметь доступную цену для различных категорий потребителей.
Данный продукт можно рекомендовать как в лечебном так и в лечебно-профилактическом питание, так как полезные вещества которые
содержаться в имбире и говядине могут не просто вносить свою лепту в
лечение некоторых заболеваний, но так же предупреждать их.
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
135
Таблица 1. Аминокислотный состав мясных рубленных
изделий (г на 100 г продукта)
Котлета рубленная
Котлета мясорастиПоказатели
(контроль)
тельная
Триптофан
1,1±0,05
1,3±0,05
Лизин
8,5±0,41
9,1±0,41
Метионин
3,8±0,17
4,1±0,17
Валин
5,6±0,001
6,4±0,001
Трионин
4,3±0,49
5,2±0,49
Лейцин
8,0±0,25
9,3±0,25
Изолейцин
4,2±0,39
5,4±0,39
Фенилаланин
7,8±0,3
8,1±0,3
Полученная величина биологической ценности белков характеризует процент их усвояемости при питании человека.
Анализ данных таблицы свидетельствует об увеличении БЦБ разработанных изделий на 0,65 % по сравнению с контрольным образцом.
Это связано с увеличением количества незаменимых аминокислот и их
сбалансированностью.
Определяющим фактором разработанных изделий являются органолептические показатели. Выбор показателей качества при органолептическом анализе зависит от вида продукции и ее особенностей. Основными показателями кулинарной продукции является: внешний вид, цвет,
запах, консистенция, вкус.
Разработаны рецептуры мясорастительных кулинарных продуктов
из рубленой котлетной массы кур, исследованы показатели химического
состава изделий, влияние различных способов кулинарной обработки на
технологические и органолептические свойства.
Литература
1. Распоряжение Правительства РФ от 25 октября 2010 г. № 1873-р «Об
утверждении Основ государственной политики Российской Федерации
в области здорового питания населения на период до 2020 года»
2. Приказ от 2 августа 2010 г. N 593н Об утверждении рекомендаций по
рациональным нормам потребления пищевых продуктов, отвечающим современным требованиям здорового питания.
3. Оттавей П.Б. Обогащение пищевых продуктов и биологически активные добавки: технология, безопасность и нормативная база / П.Б. Оттавей,- Пер. с англ. – СПб.: Профессия, 2010. – 312 с.
4. Тутельян В.А. Научные основы здорового питания: – М.: Издательский дом «Панорама», 2010. – 816 с.
5. Имбирь полезные свойства, противопоказания и применение
[Электронный
ресурс]
//:http://www.medn.ru/statyi/imbir-poleznyesvojstva-protivopokazaniya-i-primenenie.html
(дата
обращения:
13.02.13).
136
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
Автор
Столбовенко В.А., студент 4-го курса Северо Кавказский федеральный университет, Институт сервиса, туризма и дизайна, (филиал)
СКФУ в г. Пятигорске, Россия.
Научный руководитель
Щедрина Татьяна Викторовна, канд. технических наук, доцент кафедры технологии продуктов питания и товароведения, Северо Кавказский федеральный университет, Институт сервиса, туризма и дизайна,
(филиал) СКФУ в г. Пятигорске, Россия. [email protected]
Сулейменов Данияр Толеуханович
Инвентаризация лесных насаждений Сары-аркинского
района города Астаны
Казахский агротехнический университет им. С. Сейфуллина,
г. Астана, Казахстан
Одной из наиболее актуальных проблем современности является
проблема чистоты атмосферного воздуха. Лесные экосистемы способны
сильно влиять на состав атмосферного воздуха, являясь поглотителями
различных примесей. В первую очередь необходима оценка пылеаккумулирующих свойств древостоя-элемента лесных экосистем наиболее
важного как в структурном, так и в функциональном смысле.
В условиях антропогенного воздействия на биосферу, поглощающая способность лесных экосистем приобретает особую важность. Изучение количественных показателей пыле-газо поглотительных свойств
лесных экосистем в техногенных и урбанизированных ландшафтах позволяет раскрыть их экологические функции и стабилизирующие связи,
способствующие сохранению важных для человека и всего живого компонентов биосферы - воздуха, воды и почвы.
Сильный антропогенный стресс, обусловленный возрастанием пылевого загрязнения с выбросами промышленности, ТЭС, транспорта в
последнее время испытывает мегаполис Астаны, характеризующийся
незначительной лесистостью и напряженной экологической ситуацией.
Поэтому, изучение пылеулавливающих свойств лесных экосистем в
этом мегаполисе актуально.
С ростом урбанизации природная среда в городе неузнаваемо преобразилась. Между тем, способность современного человека к биологической адаптации ограничена, поэтому необходимо стремиться максимально приблизить городскую среду к естественной, природной. Этому
процессу в максимальной степени должны способствовать городские
зелёные насаждения.
Городские элементы насаждений являются важнейшим компонентом городского ландшафта и призваны выполнять средообразующие и
санитарно-гигиенические функции. Но, как показывает практика, в настоСекция 2. Техника и сельское хозяйство
137
ящее время экологическая роль зелёных насаждений не всегда проявляется в полной мере, так как при их размещении очень часто не учитываются существующие нормы и основные принципы озеленения. Деревья и
кустарники располагаются в городе без учёта конкретных экологических
ситуации и их особенных средообразующих функции.
Актуальность темы определяется ухудшением экологической ситуации в городе и одновременным ухудшением здоровья горожан.
Объект исследования – городские зелёные насаждения, расположенные на территории конкретного жилого микрорайона.
Предмет исследования - эффективность использования всех видов
зеленых объектов (древесные породы, кустарники, цветники и газоны),
используемых для озеленения конкретного жилого микрорайона.
Инвентаризация начинается со сбора экологических сведений об
участке и нумераций деревьев. При проведении инвентаризации
снимаются все дендрометрические показатели, следы деятельности
человека, лесопатологическое и санитарные состояние, рекомендуемые
работы (удаление, обрезка, лечение, защита, аэрация почвы) – все для
каждого дерева. Для работ по инвентаризации были взяты обьекты в
городе Астана по Сары-аркинскому району.
В работе по инвентаризации первым обьектом исследования стала
ул.Сары-арка. Улица очень большая и одна из главных улиц города
(рисунок 1). Здесь наблюдаются: очень интенсивное движение
транспорта и загрязнение выхлопными газами, влияние антропогенного
фактора. На улице Сары-арка основными деревьями являются вяз, клен,
тополь и береза. Эти породы очень хорошо переносят содержание газов
в атмосфере. Вяз хорошо переносит обрезку по формам. В ходе
исследования был заполнен журнал таксации.
В ходе обследования было установлено, что деревьям требуется
постоянный уход и обогащение почв минеральными и органическими
веществами. На листьях некоторых деревьев таких, как береза, есть
желтые пятна. Некоторые деревья требуют обрезки и побелки стволов.
Деревья по ул.Сары-арка находятся в хорошем состоянии и они создают
хороший фон для отдыхающих людей. По этому обьекту в общей
сложности были измерены 256 деревьев. Основной породой являются
вяз и тополь. В таблице 1 приведены таксационные показатели.
Таблица 1. Таксационные показатели лесных насаждений по
ул. Сары-арка
Номер Название Возраст
посадки растения растения
138
1
2
3
1
Вяз
20
2
Вяз
25
3
Тополь
35
4
Клен
15
5
Береза
25
Наличие
Высота, Диаметр
Состояние
болезней и
м.
см.
обьекта
вредителей
4
5
6
7
обрезка
7
17,8
+
ветвей
8
18,6
+
хорошее
листья
30
27,3
желтеют
5
11,6
+
хорошее
бактериаль
13
15,3
ный рак
водянка
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
Окончание табл. 1
1
6
7
8
9
10
2
Вяз
Ясень
Клен
Клен
Клен
3
15
15
15
15
15
4
6
5
5
5
6
5
9,6
12,1
9,6
8,9
9,3
6
+
+
+
+
+
7
хорошее
хорошее
хорошее
хорошее
хорошее
Рис. 1. Улица Сары-арка
Сквер расположен по проспекту Республики, с торцовой стороны
магазина Есиль. Основные деревья хвойные:
ель голубая и ель
сибирская. Хвоя деревьев пожелтевшая, а в некоторых стволах отпала
кора.
Состояние
объекта
удовлетворительное.
В
основном
антропогенный
фактор
мешает
росту
зеленых
насаждений.
Наблюдается очень короткое расстояние между деревьями, что мешает
расширению кроны деревьев. Недостаток органических и минеральных
веществ в почве, сказывается на хвое и коре деревьев. Требуется
проведение хозяйственных мероприятии, как обрезка ветвей деревьев. В
таблице 2 приведены таксационные показатели лесных насаждений.
Центральный парк расположен в центре Астаны (рисунок 3).
Занимает площадь 5 га. Инвентаризационные работы проходили в 6
точках Центрального парка. Данные показали очень хороший рост
древесных насаждений. Необходимые уходы ведутся на территории
парка регулярно. А также ведутся рубки ухода и обрезка ветвей. В
середине парка есть старые деревья, которые можно убрать и посадить
новые деревья. Основные породы: ива, тополь, клен, вяз. Хвойные:
сосна и ель. В таблице 3 приведены таксационные показатели.
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
139
Таблица 2. Таксационные показатели лесных насаждений в
Сквере « Есиль»
Номер
посадки
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Название Возраст
растения растения
Ель
голубая
Ель
голубая
Ель
голубая
Ель
сибирская
Ель
сибирская
Ель
сибирская
Ель
сибирская
Ель
голубая
Ель
голубая
Ель
голубая
Высота Диаметр
м.
см.
Наличие
болезней и
вредителей
Хвоя
пожелтевшая
20
4
18,1
20
4
17,9
Отпала кора
17,7
Поражена
насекомыми
20
4
Состояние
обьекта
Требуется
уход
Полив
Обрезка
Мероприяти
я по
обогащению
почвы
Загородить
от дом.
животных
25
4,5
16,5
Хвоя
25
5,3
16,9
Хвоя
25
4,9
18,7
Хвоя
Уход
25
5,3
19,1
Хвоя
Уход
20
5,5
17,6
Хвоя
Уход
20
4,5
17,1
Хвоя
Уход
20
4,3
17,2
Хвоя
Уход
Рис. 2. Сквер «Есиль»
140
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
Рис. 3. Центральный парк г.Астана
Таблица 3. Таксационные показатели лесных насаждений в
Центральном парке
Номер
посадки
Название
растения
1
Ива
20
20
17
2
Ива
30
25
23
3
Тополь
35
32
30
4
5
Клен
Вяз
Ель
сибирская
18
24
7
7
10
17
24
5
13
7
Береза
20
11
17
8
9
Рябина
Яблоня
Сосна
обыкновен
15
25
4
7
8
12
Наличие
болезней и
вредителей
отсуствует
вредители в
стволе
насекомые в
ветвях
отсуствует
отсуствует
хвоя
пожелтевшые
желтые пятна
на листьях
отсуствует
отсуствует
25
7
15
отсуствует
6
10
Возраст Высота Диаметр
растения
м.
см.
Состояние
обьекта
хороший
удволет
увдолет
хороший
хороший
хороший
удволет
хороший
хороший
хороший
Заключение
В результате проведенных исследовании доказано, что объекты
инвентаризации находятся в удовлетворительном состоянии. На
некоторых участках
недостаточно древесных культур. Существует
необходимость в проведении хозяйственных мероприятии по
омоложению деревьев путем посадки интродуцентов и внесении в
почву минеральных удобрений. Также, необходимо проводить
постоянные уходные работы. В эстетических целях необходима посадка
красиво цветущих деревьев и кустарников.
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
141
Литература
1. Озеленение городов. Термины и определения. ГОСТ 28329-89.
2. Бесчетнов П.П., Голощапов Г.В. Садово - парковое строительство
Казахстана. Справочник. - Алма – Ата.1988.
3. О правилах содержания и защиты зеленых насаждений города Астаны. Normative.kz. от 28.04.2004. №324
4. Определение показателей восстановительной стоимости зеленых
насаждений города Алматы. Отчетный документ. ГКП «Алматыэкологострой», Алматы, 2001.
5. Об утверждении Методики расчета компенсационной стоимости за
вырубку
зеленых
насаждений
в
городе
Реутов.
http://www.bestpravo.ru/moskovskaya/bz-praktika/c3n.htm
6. Правила проведения инвентаризации зелёных насаждений и паспортизации озеленённых территорий. М., Прима-Пресс.1998.
7. Правила создания, охраны и содержания зелёных насаждений Москвы; М., 1999. Госстрой России. ГУП Академия коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова. (МДС 13-5.2000)
8. Аремьев О.С. Методика инвентаризации городских насаждений. Сибирский ГТУ.г. Красноярск,2003г.
9. Муканов Б.М., Майсупова Б.Ж., Шабалина М.В. Дендрология. Нурайпринт, 2011.
10. Ассортимент декоративных растений для озеленения промышленных
центров Карагандинской области. - Алма -Ата,1978.
11. Ассортимент декоративных растений для озеленения Джезказганского
промышленного района.-Алма- Ата,1979.
12. Ассортимент декоративных растений для озеленения городов и сел
Восточного Казахстана.- Алма-Ата,1981.
13. Е.Г. Мозолевская, Н.К. Белова, Г.С. Лебедева, Т.В. Шарапова. Практикум по лесной энтомологии. Academa, Москва, 2004.
14. Е.Г. Мозолевская, А.В. Селиховкин, С.С. Ижевский Лесная энотомология. «Академия», Москва, 2011.
15. Аркадий Ласточкин. Классификация газонов. http://vk.com/topic34308398_27880389
16. Бобровник В.П. Методическое руководство по комплексной оценке
земель для градостроительства и озеленения. Свидетельства о гос.
регистрации №303,305,306 от 8 ноября 2004г.г.Астана.
17. Т.А. Соколова, И.Ю. Бочкова. декоративное растениеводство. Цветоводство. 5-е издание.2011. 93-293стр.
18. В.С.Теодоронский. Садово-парковое строительство и хозяйство. 2-е
издание2012. 196, 260 -265стр.
19. Методика проведения инвентаризации зеленых насаждений городов и
населенных мест РК. Каз НАУ г. Алматы. 2006г.
Авторы
Сулейменов Д.Т., магистрант 1-го курса Казахского агротехнического
университета
им.
С.Сейфуллина,
г.Астана,
Казахстан.
E-mail: [email protected]
142
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
Научный руководитель
Сарсекова Дани Нургисаевна, доктор сельскохозяйственных наук,
профессор
Казахского
агротехнического
университета
им.
С. Сейфуллина, г. Астана, Казахстан.
Трапезников Вячеслав Александрович,
Шахов Артем Сергеевич
Разработка многосекционной вакуум-сублимационной
сушилки поточно-циклического действия
Воронежский государственный университет инженерных
технологий, г. Воронеж, Россия
Недостатками известных сушилок [1, 2] является недостаточно
эффективное использование внутреннего объема сушилки, а, следовательно, низкая эффективность процесса сушки, малая производительность. Поэтому предложена многосекционная вакуум-сублимационная
сушилка, обеспечивающая повышение эффективности процесса сушки,
повышение производительности, интенсификацию процесса сушки за
счет более эффективного использования внутреннего объема сушилки.
Принципиальная схема многосекционной вакуум-сублимационной
сушилки поточно-циклического действия, поперечная перегородка которой из теплопроводного материала выполнена под углом α к оси обечайки, представленная на рис.1, состоит из секции 1, обечайки 2, поперечной перегородки 3, соединительных патрубков 4, 5, электромагнитных
клапанов 6, 7, нагревателя 8. При этом для повышения эффективности
использования внутреннего объема сушилки путем увеличения площади
поверхности сублимации и десублимации поперечная перегородка секций многосекционной вакуум-сублимационной сушилки поточноциклического действия из теплопроводного материала выполнена под
углом α к оси обечайки, определяемым по формулам
α=arcsin(
  D2
),
4S
(1)
где D – диаметр обечайки, м, S – площадь сублимации, м2 ,
или
α=arcsin(
H
),
h3  h4  h5  2  h6
(2)
где H – расстояние между поверхностью сублимации и десублимации, м,
h3 – высота десублимата, м, h4, h5 – конструктивные размеры для подключения патрубков, м, h6 – конструктивный размер для подключения
секций между собой.
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
143
7
А
5
3
4
к вакуум- насосу
и десублимат ору
D'
1
2
h' 4
1
2
6
h' 2
А
6
H'
h' 3
h' 6
h' 5
h' 1
3
4
замороженный продукт
десублимат
8
Рис. 1. Схема многосекционной вакуум-сублимационной
сушилки поточно-циклического действия, поперечная
перегородка которой из теплопроводного материала
выполнена под углом α к оси обечайки
Габаритные размеры сушилок складываются из габаритных размеров секций, т.е. диаметра обечайки и ее высоты. Высота обечайки включает толщину перегородки, h1, h1’, м; толщину замороженного продукта,
h2, h2’-м; толщину десублимата, h3, h3’, м; конструктивные размеры для
включения патрубков, равные расстоянию от окончания высоты замороженного продукта и десублимата до выступа на обечайке секции, h4, h5,
h’4, h'5м; конструктивные размеры для подключения секций между собой,
определяющиеся высотой выступа обечайки секции, h6, h6’,м, соответственно для секций с перпендикулярно расположенными перегородками
(прототип) и с перегородками, расположенными под углом α к оси сушилки. При равенстве выше перечисленных размеров (т.е. h1= h1’, h2,=h2’…,
h6=h6’) определяем объем загружаемого продукта, площади сублимации
и десублимации и расстояние между ними.
Объем загружаемого продукта, м3:
V  h2
  D2
,
4
V'  h'2 S'  h'2
(3)
sin   D2
V
4 sin 
(4)
Площадь сублимации и десублимации, м2:
144
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
  D2
4
  D2
S' 
4 sin 
S
(5)
(6)
Расстояние между поверхностью сублимации и десублимации, м:
H=h3+h4+h5+2h6;
H’=(h3’+h4’+h5’+2h6’)sinα.
(7)
(8)
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что использование секций с расположением поперечных перегородок под углом α к
оси секции позволяет уменьшить расстояние между поверхностями сублимации и десублимации; увеличить площадь поверхности сублимации и
десублимации. Для повышения эффективности процесса десублимации
путем увеличения площади десублимации поперечная перегородка секций многосекционной вакуум-сублимационной сушилки поточноциклического действия из теплопроводного материала может быть выполнена в виде рифленого профиля и установлена горизонтально
(рис. 2).
Для предотвращения разрушения слоя продукта на внутренней поверхности обечайки 2 секции 1 дополнительно может быть размещен
компенсатор 9, выполненный из эластичного теплоизоляционного материала (рис. 3).
Многосекционная вакуум-сублимационная сушилка поточноциклического действия работает следующим образом.
Циклическая загрузка секции осуществляется путем установки очередной секции с жидким продуктом между нагревателем 8 и последовательно соединенными секциями 1, подключенными к десублиматору и
вакуум-насосу. После чего посредством электромагнитных клапанов 6 в
ней понижается давление до величины, соответствующей самозамораживанию материала. При достижении продуктом заданной температуры
сублимации и необходимого вакуума в системе, осуществляется подвод
энергии от нагревателя к секции. Так как испарение – это эндотермический процесс, то это приводит к быстрому охлаждению продукта до температуры замерзания содержащейся в нем влаги без энергоподвода.
Затем влага кристаллизуется и происходит дальнейшее понижение температуры продукта за счет сублимации поверхностного слоя льда. Причем охлаждение продукта лишь несколько ниже криоскопической температуры дает возможность в достаточной мере сохранить начальные качества, обеспечить равномерную концентрацию растворов. В процессе
работы многосекционной вакуум-сублимационной сушилки поточноциклического действия со ступенчатым понижением давления регулирование давления в каждой секции осуществляется электромагнитными
клапанами 7 таким образом, что оно повышается по мере их удаления от
десублиматора и вакуум-насоса.
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
145
1
S
S1>S
9
замороженный
продукт
2
h
1
2
5
3
4
3
S1
а)
жидкий продукт
а)
S'
h'
S' 1>S'
S' 1
б)
б)
h"
S''
''
''
S1>S
''
S1
в)
в)
Рис. 2. Схема работы секции
многосекционной вакуумсублимационной сушилки поточноциклического действия поперечная
перегородка из теплопроводного
материала выполнена в виде
рифленого профиля
h=h'<h"
Рис. 3. Схема замораживания
жидкого продукта в секции с
использованием компенсатора
При испарительном в вакууме или предварительном с использованием холодильных машин замораживании жидкого продукта за счет деформации установленного компенсатора (рис. 3) исключается повышение давления в жидкой фазе продукта и предотвращается разрушение
слоя продукта. Тепло- и массообмен в предлагаемой сушилке осуществляется следующим образом: пар, образовавшийся при самозамораживании продукта, и пар, образовавшийся при подведении тепла к продукту
от нагревателей 8, под действием перепада давления между секциями
перетекает в секцию с более низким давлением, при этом происходит
теплообмен между поверхностью сублимации замороженного продукта,
находящегося в секции с более низким давлением и насыщенным паром,
через теплопроводящую перегородку 3, связанный с разностью температур насыщенных паров. При этом на теплопроводящей перегородке происходит конденсация пара, а с поверхности замороженного продукта
сублимации влаги, т.к. процесс конденсации экзотермический. Аналогичные процессы конденсации-испарения происходят в период постоянной
скорости сушки в каждой секции. Не сконденсировавшийся пар и неконденсирующиеся газы перетекают по патрубкам 4 из секции с большим
давлением в секцию с меньшим давлением, откуда отводятся на десублиматор через патрубок 5. По мере удаления влаги из продукта секция
146
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
перемещается из зоны высокого давления в зону низкого давления и при
достижении продуктом заданной конечной влажности, ее исключают из
блока после переключения патрубка от десублиматора и вакуум-насоса
на нижестоящую секцию посредством закрытия-открытия соответствующих электромагнитных клапанов 6,7, что позволяет включить в блок дополнительную секцию с жидким материалом со стороны секции с большим давлением и повторить процесс.
При использовании предлагаемого способа вакуум сублимационной сушки процесс сублимации взаимосвязан с процессом десублимации, так как выделившаяся энергия десублимации идет на сублимацию.
Поэтому, чем эффективнее протекает процесс десублимации, интенсивней протекает процесс сублимационной сушки. Поэтому при использовании секций с теплопроводящей перегородкой, установленной под углом
α к оси сушилки (рис. 1) или выполненной в виде рифленого профиля
(рис. 2), площадь поверхности десублимации всегда больше площади
поверхности сублимации, так как в начале процесса сушки площадь поверхности сублимации равна S, а десублимации S1, причем S1> S. По
мере высушивания материала площади S и S1 уменьшаются с сохранением неравенства S1> S, которое верно и в заключительной стадии обезвоживания S’’1> S’’.
Преимущества
конструкции
многосекционной
вакуумсублимационной сушилки поточно-циклического действия по сравнению
с существующими заключаются в том, что:
- сохранение габаритных размеров сушилки постоянными при изменении профиля теплопроводящей перегородки секции, дает возможность интенсифицировать процесс десублимации водяного пара, который приводит к повышению эффективности процесса сушки, сокращая
тем самым время процесса получения обезвоженного материала.
- повышается эффективность использования внутреннего объема
сушилки за счет увеличения площади поверхности сублимации и десублимации при выполнении поперечной перегородки секций многосекционной вакуум-сублимационной сушилки поточно-циклического действия из
теплопроводного материала под углом α к оси обечайки;
- предотвращается разрушение слоя продукта благодаря возможности размещения на внутренней поверхности обечайки секции компенсатора, выполненного из эластичного теплоизоляционного материала.
Литература
1. Патент РФ № 96119815, МПК Кл.6 F26B5/06, Вакуум-сублимационная
сушилка поточно-циклического действия/ С.Т. Антипов, Г.И. Мосолов,
М.Н. Сидоров, А.В. Болдин - Заявл. 03.10.1996, опубл. 27.01.1998
2. Патент 2477827 (Российская Федерация), МКИ F26B 5/06, F26B 9/06
Способ непрерывной вакуум-сублимационной сушки с использованием наноматериалов и термоэлектрических модулей и установка для
его осуществления/ С.Т. Антипов, С.В. Шахов, И.С. Моисеева, Т.И.
Некрылова, Г.Г. Попов, Тарик Джуахра - Заявл. 31.05.2011,
2011122208/06, опубл. 20.03.2013 Бюл. № 8
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
147
Авторы
Трапезников В.А., студент 5-го курса Воронежского государственного университета инженерных технологий, г. Воронеж, Россия. E-mail:
[email protected]
Шахов А.С. магистрант 2-го курса Воронежского государственного
университета инженерных технологий, г. Воронеж, Россия. E-mail:
[email protected]
Научный руководитель
Шахов Сергей Васильевич, доктор техн. наук, профессор Воронежского государственного университета инженерных технологий, г. Воронеж, Россия.
Федоров Николай Егорович
Возможности современного автоматизированного
автодрома для подготовки водителей автотранспортных
средств
Якутский индустриально-педагогический колледж,
г. Якутск, Россия
Якутский индустриально-педагогический колледж (ЯИПК) готовит
кадров среднего звена по специальности «Техническое обслуживание и
ремонт автомобильного транспорта», в рамках которого обучающиеся
изучают устройство автомобиля, техническое обслуживание, проходят
учебные и производственные практики на базе работодателей и социальных партнёров. В конце обучения сдают водительские права категории «С» – водители грузовых автомобилей. Наш колледж имеет автошколу, где занимаются подготовкой водителей транспортных средств всех
категорий.
В настоящее время особое внимание уделяется безопасности дорожного движения. При этом важную роль играет практическое обучение
к вождению. Для формирования первоначальных навыков у студентов
вождение проводится на автотренажёрах, затем практическое вождение
осуществляется на закрытой площадке, т.е. на автодроме.
Идея статьи заключается в реконструкции автодрома ЯИПК на современный автоматизированный автодром, отвечающим нынешним технологиям и требованиям ГИБДД. Это обуславливает повышению формирования первоначальных навыков и компетенций будущих водителей
транспортных средств, учет и контроль качества практического вождения
курсантов, деятельность инструкторов по вождению, и в конечном итоге
повышение безопасности дорожного движения. Сдача экзаменов по вождению будет происходить в автоматизированном режиме.
В современных условиях существуют особые требования к автодромам. Научно-технический прогресс развивается всё быстрыми темпами. Скорость автомобилей и мощность двигателей постоянно увели148
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
чиваются. И плюс к этому качество покрытия наших дорог оставляет желать лучшего. Эти факторы и многие другие обстоятельства обуславливают определенную настороженность с точки зрения безопасности дорожного движения. А также в условиях Севера, в суровых природноклиматических условиях вождение автомобиля является экстремальным.
В связи с этим актуализируется качество подготовки будущих водителей
в аспекте практического вождения автомобилей. Следовательно, возникает необходимость разработки современного автодрома, отвечающим
требованиям ГИБДД – это автоматизированный автодром.
Автоматизированный автодром – комплекс специальных технических средств и сооружений, предназначенный для обучения и приема
первого этапа практического экзамена с использованием автоматизированной системы контроля и оценки навыков управления транспортными
средствами кандидатов в водители. Оборудование автодрома позволяет
в автоматизированном режиме: фиксировать результаты выполнения
испытательных упражнений по специально разработанной методике в
условиях, максимально приближенных к реальному дорожному движению и выдавать результат экзамена без участия экзаменатора [1].
Согласно новой Методики проведения квалификационных экзаменов на получение права на управление транспортными средствами [2],
во время приёма первого этапа практического экзамена необходимо будет выполнить следующие испытательные упражнения:
№ 1 «Старт»;
№ 2 «Остановка и начало движения на подъеме»;
№ 3 «Проезд пешеходного перехода»:
№ 4 «Повороты на 90 градусов»;
№ 5 «Змейка»;
№ 6 «Разворот и парковка»;
№ 7 «Параллельная парковка задним ходом»;
№ 8 «Проезд регулируемого перекрестка»;
№ 9 «Проезд нерегулируемого железнодорожного переезда»;
№ 10 «Полоса разгона»;
№ 11 «Аварийная остановка»;
№ 12 «Финиш».
Автодром Якутского индустриально-педагогического колледжа
находится в г. Якутске по ул. Очиченко, 6/1 с общей площадью 2,6 гектаров, из них 0,8 гектаров забетонировано. Автодром имеет искусственное
освещение и имеет соответствующий требованиям ГИБДД оборудование
и инвентарь.
Имеет 2 площадки:
1. Площадку для обучения категориям «А», «В» с упражнениями:
«Горка», «Параллельная парковка», «Заезд в бокс», «Змейка», «Железнодорожный переезд», «Нерегулируемый пешеходный переход», «Регулируемый и нерегулируемые перекрёстки», «Зона разгона».
2. Площадка для обучения категориям «С», «Д», «Е» с упражнениями: «Горка», «Параллельная парковка», «Заезд в бокс».
Основными элементами автоматизированного автодрома являются
закрытая от движения площадка, оборудованная зонами испытательных
упражнений с элементами улично-дорожной сети, диспетчерский пункт и
аппаратно-программный комплекс, включающий специально оборудованные ТС, технические средства организации дорожного движения, а
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
149
также автоматизированную систему контроля и оценки результатов выполнения кандидатами в водители каждого испытательного упражнения
и экзамена в целом.
Реконструкция действующего Автодрома в соответствии с требованиями методики проведения квалификационных экзаменов на получение права на управление транспортными средствами требует огромных
денежных вложений.
ЯИПК имеет собственный земельный участок с площадью 2,6 гектаров и оборудованный на нем автодром. В связи с этим нам нужно произвести расходы только на:
- сплошное/частичное покрытие из крупнозернистого асфальта
толщиной 4-5 см; 1 м2 = 300 руб. → На 2 гектара = 6.000.000 руб.
- установка дорожного бортового камня (300*30*15) (1 п/м)
1 п.м. = 670 руб. → Всего: 67.000 руб.
- прочная краска для дорожной разметки. Белая. Вес:15 кг. Всего:
3.750 р.
- аппаратно-программный комплекс аудио-видео-наблюдения «Автопрактика-экзамен» (2 шт.).
Всего: 66000 х 2 = 132.000 руб.
- стоимость материала и доставки: 540.000 руб.
- стоимость работ: 234 000,00 руб.
Общая стоимость реализации проекта с учетом вычета оборудования, инвентаря, дорожных знаков составляет: 6976750 + 18% НДС =
8232565 руб.
Подготовительные работы, отсыпку щебнем, установку дорожных
знаков, разметку можно произвести своими силами, т.к. имеется свой
грузовой транспорт, сварочный цех, автомобильный кран.
Диспетчерский пункт и аппаратно-программный комплекс, включающий специально оборудованные транспортные средства (учебные автомобили), технические средства организации дорожного движения, а
также автоматизированную систему контроля и оценки результатов выполнения кандидатами в водители каждого испытательного упражнения
и экзамена в целом. Сам аппаратно-программный комплекс стоит 132000
руб. Предварительный расчет по выбранному типу автодрома показывает, что для реконструкции существующего автодрома нужно 8232565 руб.
Таким образом, можно сделать следующие выводы: возможности
автоматизированного автодрома для подготовки водителей транспортных средств очень высоки, образовательные учреждения в случае поддержки могут самостоятельно строить автоматизированный автодром,
при строительстве автоматизированного автодрома повысятся качество
подготовки водителей автотранспортных средств.
Литература
1. Требования к образовательным учреждениям и организациям, осуществляющим подготовку и переподготовку водителей транспортных
средств различных категорий, по их оснащению техническими средствами. Письмо Министерства образования и науки Российской Федерации от 30 декабря 2008 г., № 13/5-255.
150
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
2. Методика проведения квалификационных экзаменов на получение
права управления транспортными средствами, утв. МВД РФ
09.06.2009 с изм. от 15.01.2010.
Автор
Федоров Н.Е., студент 2-го курса ГБПОУ РС(Я) «Якутский индустриально-педагогический колледж», г. Якутск, Россия. E-mail:
[email protected]
Научный руководитель
Акимов Владимир Васильевич, канд. пед. наук, заведующий научно-методическим кабинетом ГБПОУ РС(Я) «Якутский индустриальнопедагогический колледж», г. Якутск, Россия.
2
1
Фокина Юлия Александровна,
Ракитянский Александр Александрович
Расширение ассортимента функциональных
птицепродуктов за счет использования жмыха чуфы
Воронежский государственный аграрный университет
им. императора Петра I, г. Воронеж, Россия
2
Воронежский государственный университет инженерных
технологий, г. Воронеж, Россия
1
Прогноз потребления мяса птицы свидетельствует о необходимости расширения ассортимента продуктов, а тенденции рынка – о том, что
спросом будут пользоваться продукты, обладающие функциональной
направленностью. Имеющийся опыт разработки функциональных продуктов доказывает перспективу использования мяса птицы в качестве
основного сырья для их производства. Однако, потенциальные возможности этого сырьевого источника, особенно в сочетании с местными сырьевыми ресурсами растительного происхождения, реализуются крайне
недостаточно.
Цель работы - расширение ассортимента птицепродуктов за счет
использования в качестве рецептурного ингредиента клубней чуфы, или
земляного ореха, как перспективного сырьевого источника физиологически активных веществ, в том числе повышающих устойчивость организма
к стрессу.
Как пищевое растение, чуфа (земляной орех) известна с глубокой
древности. В Египте, одном из основных центров человеческой культуры,
наравне с пшеницей и ячменем, чуфа была самым древним пищевым
продуктом страны. Земляной орех содержит масло (до 25 %), крахмал
(около 20 %), белок (в среднем 7 %), клетчатку (около 5,5 %) а также
важные макро- и микроэлементы, мг/кг: натрий – в среднем 14,6; кальций – 148,2; калий – 25,8; магний – 4,2; железо – 21,6. Их содержание
варьирует в зависимости от места и условий выращивания, при этом
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
151
содержание железа сопоставимо с его содержанием в арахисе. Исключая низкое содержание изолейцина, метионина, валина и тирозина, состав аминокислот белка тигрового ореха близок к рекомендуемому
ФАО/ВОЗ составу идеального белка.
Однако аспекты ее использования реализованы, как правило, на
бытовом уровне. В то же время потенциал этого растительного источника требует реализации в промышленном масштабе. Так, в условиях ООО
«Тигровый Орех» (г. Воронеж) обоснована и рекомендована к промышленному внедрению технология переработки чуфы с выделением масла
методом холодного прессования [1]. Масло отличается высоким содержанием жирных кислот ненасыщенного ряда, в частности, олеиновой, и
токоферолов. В настоящее время оно находит применение в косметических средствах. В то же время вопрос о рациональном и эффективном
использовании жмыха требует своего решения. Результаты исследований показывают, что в химическом составе жмыха чуфы преобладают:
белок, сахар, крахмал, т.е. компоненты, формирующие консистенцию и
вкус продукта на мясной основе.
Немаловажен тот факт, что в работах сотрудников ВНИВИПФиТ
(г. Воронеж) чуфа признана эффективным стресс-адаптогеном, что позволяет предположить эффективность обогащения птицепродуктов
стресс-адаптогенными факторами. Учитывая недостаток на российском
рынке продуктов, повышающих стресс-устойчивость организма, актуальным является создание мясных продуктов с использованием клубней
чуфы – земляного ореха.
Основываясь на характеристике частей тушки цыплят-бройлеров и
потребительских предпочтениях, в качестве объектов исследования использовали окорочка в аспекте расширения ассортимента продуктов за
счет варьирования состава начинки в бескостных изделиях, а также
эмульгированные пищевые системы на основе рецептурных композиций,
полученных путем моделирования в интегрируемой программной среде
Generic 2.0.
Принимая во внимание возможности комплиментарного сочетания
белковых источников с эффектом их взаимного обогащения было проведено моделирование рецептуры паштета с использованием традиционных растительных компонентов и чуфы. В качестве объекта сравнения
использовали рецептуру паштета «Куриный».
Графическая мультипликативная модель сбалансированности
аминокислотного состава рецептурной композиции исследуемых паштетов позволяет сравнить значения общей функции желательности предлагаемых паштетов и сделать вывод, что у паштета по предлагаемой
рецептуре она выше.
Необходимым этапом в разработке многокомпонентных продуктов
является оценка функционально-технологических свойств комбинированных пищевых систем. Данные показывают, что по показателям ВУС,
ЖУС, BCC паштет с модифицированной рецептурой превосходит базовый аналог. Это обусловлено особенностями химического состава жмыха чуфы, превалирующими компонентами которого являются белки и
полисахариды со свойствами гидроколлоидов.
По органолептическим показателям паштет по предлагаемой рецептуре практически не отличается от контрольного образца, однако
обладает более насыщенным и ярко выраженным ароматом за счет осо152
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
бенностей химического состава чуфы, который отличается наличием
компонентов, относительно легко переходящих в равновесную газовую
фазу.
Еще одним аспектом использования чуфы в технологии птицепродуктов является получение модифицированных рецептур начинок для
окорочков куриных фаршированных. Полученные данные сенсорометрического анализа характеризуют букет ароматов продуктов с чуфой как
более богатый и привлекательный для потребителя по сравнению с продуктом, полученным по классической технологии. Биологически ценные
компоненты чуфы положительно воздействуют на тест-организмы Paramecium caudatum [2], стимулируя их рост и размножение.
По своему составу мясо птицы способно наиболее полно восполнить потребности человеческого организма в питательных веществах,
что позволяет рекомендовать его для производства продуктов с высокими требованиями к биологической ценности. Производство паштетов и
полуфабрикатов из мяса птицы с использованием чуфы обеспечивает
рациональное использование местных сырьевых ресурсов при высоком
массовом выходе продуктов. Разработан проект технических условий на
паштет «Ароматный» и на полуфабрикаты бескостные фаршированные
охлажденные с использованием клубней чуфы. Расчетный уровень рентабельности производства новых видов птицепродуктов с использованием клубней чуфы составил 12 %, чистая прибыль - 11542 тыс. руб. при
объеме производства 1 т /смену паштетов и 1 т/смену полуфабрикатов.
Литература
1. Антипов С.Т. Новая конструкция пресса для получения масла из
клубней земляного миндаля [Текст] / С.Т. Антипов, С.Н. Соболев,
Д.Ю. Крамарев// Вестник ВГУИТ. – 2008. - № 1. – С. 31-34.
2. МУК 4.2.1890-04 Определение чувствительности микроорганизмов к
антибактериальным
препаратам.
Методические указания
от
04.03.2004 № 4.2.1890-04.
Авторы
Фокина Ю.А., студентка 2 курса (бакалавриат) Воронежского государственного аграрного университета имени императора Петра I, г. Воронеж, Россия. E-mail: [email protected]
Ракитянский А.А.., студент 5 курса Воронежского государственного
университета инженерных технологий, г. Воронеж, Россия. E-mail:
[email protected]
Научный руководитель
Глотова Ирина Анатольевна, доктор техн. наук, доцент, зав. кафедрой технологии переработки животноводческой продукции Воронежского государственного аграрного университета, г. Воронеж, Россия.
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
153
Хабибуллоев Зоиржон Зокирджонович,
Белых Дмитрий Алексеевич
Разработка кавитационного мембранного аппарата
Воронежский государственный университет инженерных
технологий, г. Воронеж, Россия
Недостаткам известных мембранных аппаратов [1,2] является малая сила воздействия на примембранный высококонцентрированный
слой продукта, а также недостаточная степень турбулизации потока при
повышении концентрации сухих веществ в растворе и увеличении его
вязкости, что приводит к снижению эффективности разделения жидкости, а также невозможности использования мембранного механизма для
процессов эмульгирования, диспергирования и гомогенизации.
Для устранения данных недостатков предложен кавитационный
мембранный аппарат (рис. 1-2), который содержит каркас 1, выполненный в виде последовательно расположенных конфузора 2 и двух диффузоров 3 и 4, причём последний диффузор выполнен в виде металлокерамической полупроницаемой мембраны и имеет меньший угол наклона
относительно предыдущего. Внутри каркаса 1, в его диффузорной части,
расположен очистительный элемент 5, выполненный с возможностью
совершения возвратно-поступательного движения, представляющий
собой ряд последовательно расположенных кавитаторов 6 конусообразной или куполообразной формы, увеличивающихся по мере увеличения
диаметра диффузора 4 и соединённых между собой пружинами 7, закреплённый на штоке 8, выполненным с возможностью осевого перемещения посредством винтовой передачи 9, причём большее основание
кавитаторов 6 направлено в сторону выхода из мембранного аппарата,
при этом задаёмся диаметром основания первого кавитатора по ходу
движения исходного раствора. А диаметр второго кавитатора определяется исходя из расчётной схемы (рис. 3) следующим образом
Примем, что AC = L.
Кавитационный
Выразим АС из
треугольника АВС мембранный аппарат
8
9
2
3 1 А
5 4
12
10
11
А
6
Фильтрат
Исходный раствор
13
Концентрат
7
Рис. 1. Поперечный разрезФиг.
кавитационного
мембранного
1
аппарата
154
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
Кавитационный мембранный аппарат
8
2
А
1
3
5
12
13
4
9
Фильтрат
А
10
6
Концентрат
11
Исходный раствор
7
Рис. 2. Трехмерная модельФиг.
кавитационного
мембранного
2
аппаратамембранный аппарат
Кавитационный
4
6

В
С
2
D

d
А
7
L
L
Рис. 3. Расчётная схема для определения диаметра
кавитатора
Фиг. 3
Кавитационный мембранный аппарат
2
8
di+1
di


2
9
Li
Li+1
Рис. 4. Расчётная схема для определения i-того количества
Фиг.
4
диаметров
кавитаторов
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
155
AC  AB  cos
AC

, отсюда AB 
.

2
cos
2
Выразим ВС из треугольника АВС
BC  AB  sin

.
2
Диаметр кавитатора определяется по формуле
D  d  2  BC ,
тогда подставляя выражение для ВС, с учётом выражения для АВ, получим

2 .
D  d 2

cos
2
L  sin
Преобразуя последнее выражение получим
D  d  2  L  tg

.
2
Диаметры всех остальных кавитаторов (рис. 4) определяются из
соотношения

,
2
где di – диаметр i-го кавитатора, мм; Li – расстояние между соседними
кавитаторами, мм, Li = Li+1 = … = L; α – угол раствора диффузора, град.
Количество кавитаторов 6 зависит от физико–химических свойств
исходных растворов. Закрепление очистительного элемента 5 на штоке 8
с возможностью перемещения в ту или иную сторону вызвано необходимостью регулировки режима работы устройства в зависимости от исходных свойств продукта (в основном от структурных и реологических его
характеристик) в начальный период. А жёсткость пружин 7 обеспечивает
необходимые расстояния между кавитаторами 6, в зависимости от давления жидкости и вязкостных свойств продукта, изменяющихся по длине
мембраны. Для подачи исходного раствора служит патрубок 10 с фланцем 11, а для вывода концентрата используется патрубок 12 с фланцем
13.
Предложенный кавитационный мембранный аппарат работает следующим образом.
di 1  di  2  Li  tg
156
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
Кавитационный мембранный аппарат
4
6
7
Р
Рис. 5. Схема работы аппарата
Фиг. 5
Перед началом работы кавитационного мембранного аппарата с
помощью осевого перемещения штока 8 устанавливается в зависимости
от исходных свойств продукта положение очистительного элемента 5 в
виде блока кавитаторов 6. Исходный раствор, предназначенный для обработки, через патрубок 10 подаётся в кавитационный мембранный аппарат под рабочим давлением (например, 5-10 МПа) и поступает в конфузор 2, в котором происходит увеличение скорости его движения, а
затем поступает в два последовательно расположенных диффузора 3 и
4, в которых обеспечивается сглаживание пульсационных давлений и
создаются условия для более плавного его течения и обтекания вокруг
кавитаторов 6. По мере обтекания раствора вокруг каждого кавитатора 6
происходит турбулизация пограничного слоя у поверхности металлокерамической полупроницаемой мембраны и срыв его в середину потока с
возникновением в разделяемом растворе кавитации (рис. 5) путём образования и схлопывания пузырьков, обеспечивающих дополнительные
импульсные воздействия на примембранный слой продукта и способствующие снижению уровня концентрационной поляризации. Кроме этого, пузырьки, оказывая силовое воздействие за счёт энергии их схлопывания на осевшие и прилипшие к поверхности мембраны высокомолекулярные частицы продукта, а также частицы, находящиеся на входе и
внутри капилляра, отрывают их от поверхности, после чего частицы уносятся с потоком разделяемой жидкости. Причём с изменением вязкости
продукта происходит изменение скорости потока и, соответственно, расстояния между кавитаторами 6, которое автоматически регулируется
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
157
жёсткостью соединяющих их пружин 7. По мере движения раствора в
аппарате происходит его разделение, часть которого проходит через
мембрану и выводится наружу в виде фильтрата. Вывод концентрата
осуществляется через патрубок 12.
Предложенный кавитационный мембранный аппарат позволяет:
- повысить эффективность разделения жидкости;
-увеличить силу воздействия на примембранный высококонцентрированный слой продукта;
- увеличить степень турбулизации потока при повышении концентрации сухих веществ в растворе и увеличении его вязкости;
- расширить диапазон использования аппарата, с целью его использования для процессов эмульгирования, диспергирования и гомогенизации.
Литература
1. Патент 2142330 (Российская Федерация), МКИ В01D63/00, 63/16 Реверсивный мембранный аппарат / С.Т. Антипов, С.В. Шахов, Ю.А. Завьялов, А.Н. Рязанов, А.В. Колтаков - Заявл. 20.07.98, № 98114473/12,
опубл. в Б.И., 1999, № 34
2. Патент 2379097 (Российская Федерация), МКИ В 01 D 63/06,
В 01 D 63/16 Мембранный аппарат с вращающимися потоками /
И.Т. Кретов, С.В. Шахов, А.И. Потапов, Е.С. Попов, Д.С. Попов - Заявл. 27.09.2008, № 2008137335/06, опубл. в Б.И. 20.01.2010 № 2
Авторы
Хабибуллоев З.З., студент 4-го курса Воронежского государственного университета инженерных технологий, г. Воронеж, Россия. E-mail:
[email protected]
Белых Д.А., студент 4-го курса Воронежского государственного
университета инженерных технологий, г. Воронеж, Россия. E-mail:
[email protected]
Научный руководитель
Шахов Сергей Васильевич, доктор техн. наук, профессор Воронежского государственного университета инженерных технологий, г. Воронеж, Россия.
158
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
Шарафутдинова Алия Римовна
Товароведная оценка кумысных напитков обогащённых
йодом и инулином
Московский государственный университет
технологий и управления им. К.Г. Разумовского
(Первый казачий университет)»,
филиал МГУТУ им. К.Г. Разумовского (Первый казачий
университет) в г. Мелеузе, Республика Башкортостан, Россия
Известно, что к высокоэффективным противотуберкулезным средствам
относится
кумыс,
являющийся
продуктом
лечебнопрофилактического назначения [1]. К сожалению, выработка кумыса из
кобыльего молока ограничена только районами табунного коневодства
России. В остальных местностях кумыс не вырабатывают из-за отсутствия сырья и невозможности его длительного хранения, в то время как
потребность в кумысе существует повсеместно [2, 3]. Поэтому разработка технологии производства йодобогащённого кумысного напитка, максимально приближенного по составу к естественному, имеет медикосоциальное значение. Создание кумысного напитка наряду с организацией промышленного производства открывает широкие перспективы его
использования в качестве эффективного функционального продукта.
Для проведения товароведной оценки в условиях ЗАО «Мелеузовского молочноконсервного комбината» и СПК «Трудовик» нами были
произведены опытные партии кумысного напитка (таблица 1): кумысный
напиток с йодидом калия и инулином жирностью 0,5 % – рецептура № 3,
кумысный напиток с йодидом калия и инулином жирностью 1,5 % – рецептура № 4. В качестве контроля использовали кумысные напитки
жирностью 0,5 % – рецептура № 1 и 1,5 % – рецептура № 2, приготовленные по тем же рецептурам, но без добавления йодида калия и инулина (базовые рецептуры согласно ОСТ 4967-84) – приложения № 2, № 3 и
№ 4.
Кумысные напитки хранили в холодильной камере при температуре
4 ± 2 oС. В исследуемых объектах определяли органолептические, физико-химические показатели и оценивали их безопасность, исходя из микробиологических исследований, определения уровня токсичных элементов, а также изучали интенсивность реакций ПОЛ на этапах хранения.
Оценку таких органолептических показателей, как консистенция,
цвет запах, вкус и внешний вид проводили по 5-и бальной системе. Как
показали результаты исследований, органолептические характеристики
анализируемых продуктов (рецептура № 3 и № 4) на 1-е сутки хранения
существенным образом не отличались от аналогичных показателей кумысных напитков, приготовленных по базовым рецептурам № 1 и № 2.
По данным органолептического анализа, йодобогащённые кумысные напитки с инулином на 10-е сутки хранения имели специфический,
кисломолочный, освежающий привкус с запахом дрожжей; вкус слегка
острый, щиплющий, без посторонних привкусов и запахов; консистенция – однородная, газированная, слегка пенящаяся жидкость с нарушенным сгустком, цвет молочно-белый, а кумысные напитки без инулина –
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
159
рецептуры № 1 и № 2 – имели кислый вкус, запах и нарушенную консистенцию.
Таблица 1. Смесь ингредиентов для приготовления кумысных
напитков
№
1.
2.
3.
4.
5
5.
6.
7.
Наименование
сырья
Молоко (м.д.ж.
3,2 %, сухих веществ 11,4 %)
Молоко обезжиренное (м.д.ж.
0,05 %, сухих веществ 8,2 %)
Сливки (м.д.ж.
35 %, сухих веществ 40,2 %)
Сыворотка подсырная сухая
Витамин С
Вода
Йодид калия
Инулин
Итого расход
Итого
Количество ингредиентов, кг
Рецептура Рецептура
№1
№2
Рецептура Рецептура
жирность
жирность
№3
№4
0,5 %
1,5 %
жирность
жирность
(базовая
(базовая
0,5 %
1,5 %
рецептура) рецептура)
-
280,2
-
280,2
420,0
-
420,0
-
-
19,7
-
19,7
71,9
83,3
71,9
83,3
0,2
529,8
1021,9
1000
0,2
638,5
1021,9
1000
529,8
0,125
2
1023,8
1000
638,5
0,125
2
1023,8
1000
Инулин оказывал выраженное влияние на показатели титруемой
кислотности кумысных напитков. Так, показатели кислотности в кумысных напитках жирностью 0,5 % и 1,5 % (рецептура № 1 и рецептура № 2)
без внесения инулина увеличились на 57,1 % и 55,4 %, а в кумысных
напитках с инулином (рецептура № 3 и рецептура № 4) аналогичный показатель на 10-е сутки соответственно увеличился на 45,64 % и 44,2 %.
Следовательно, инулин оказывал ингибирующее действие на процессы
образования свободных жирных кислот и других кислых соединений в
продукте функционального назначения.
При сравнительном анализе данных по оценке физико-химических
характеристик на 1-е и 10-е сутки хранения выявлено, что исследуемые
показатели в указанные сроки не претерпевают значительных изменений, оставаясь на значениях, определённых на 1-е сутки хранения (таблица 2).
Следовательно, внесение инулина и йодида калия в состав кумысных напитков жирностью 0,5 % и 1,5 % способствует сохранению физикохимических показателей анализируемых продуктов питания.
Как видно из представленных данных, кумысные напитки обогащённые инулином и йодом отвечают требованиям Федерального закона
«Технический регламент на молоко и молочную продукцию» за № 88-ФЗ
от 12 июня 2008 г.
160
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
Таблица 2. Физико-химические показатели исследуемых
напитков
№
Наименование показателя
1.
Массовая
доля жира, %
2.
Массовая
доля белка,
%
Срок
хранения
1-е сутки
10-е
сутки
1-е сутки
10-е
сутки
1-е сутки
Рецептура
№1
жирность
0,5 % (базовая рецептура)
Рецептура
№2
жирность
1,5 %
(базовая
рецептура)
0,45 ± 0,09
1,45 ± 0,12
0,42 ± 0,09
1,42 ± 0,10
1,47 ± 0,17
1,19 ± 0,11
1,37 ± 0,14
1,17 ± 0,13
Массовая
9,45 ± 0,22
доля сухих
3. обезжирен10-е
ных веществ,
9,35 ± 0,18
сутки
%
Объем от- 1-е сут33,15 ±
стоявшейся
ки
0,38
4. жидкой фазы
10-е
34,10 ±
(сыворотки),
сутки
0,40
%, не более
9,43 ± 0,25
Рецепту- Рецептура
ра
№4
№3
жирность
жирность
1,5 %
0,5 %
0,47 ±
0,06
0,43 ±
0,08
1,48 ±
0,15
1,45 ±
0,12
9,48 ±
0,21
1,47 ± 0,13
1,45 ± 0,14
1,18 ± 0,10
1,15 ± 0,13
9,49 ± 0,19
9,40 ± 0,19
9,43 ±
0,17
9,46 ± 0,15
34,41 ± 0,35
33,7 ±
0,32
33,5 ± 0,28
35,34 ± 0,29
34,7 ±
0,39
34,5 ± 0,31
Литература
1. Гильмутдинова, Л.Т. Уникальный состав кобыльего молока – основа
лечебных свойств кумыса [Текст] / Л.Т. Гильмутдинова, Р.Р. Кудаярова, Н.Х. Янтурина // Вестник Башкирского государственного аграрного
университета. – 2011. – № 3. – С. 74-79.
2. Канарейкина, С.Г. Влияние паратипических факторов и режимов обработки на пригодность кобыльего молока для производства йогурта
[Текст]: автореф. дис. … канд. с.-х. наук: 06.02.04 / Канарейкина Светлана Георгиевна. – Уфа, 2007. – 23 с.
3. Максютов, Р.Р. Оценка качественных характеристик кумыса методом
хемилюминесцентного анализа [Текст] / Р.Р. Максютов, А.Н. Мамцев,
Е.Е. Пономарев и др. // Молочная промышленность. – 2013. – № 12. –
С. 60-61.
Автор
Шарафутдинова А.Р. студентка 3 курса филиал ФГБОУ ВО «Московский государственный университет технологий и управления им. К.Г.
Разумовского (Первый казачий университет)» в г. Мелеузе, Республика
Башкортостан, Россия. E-mail: [email protected]
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
161
Научный руководитель
Максютов Руслан Ринатович, канд. тех. наук, доцент кафедры
«МАПП» филиал ФГБОУ ВО «Московский государственный университет
технологий и управления им. К.Г. Разумовского (Первый казачий университет)» в г. Мелеузе (Республика Башкортостан) Россия.
Юдаев Антон Юрьевич,
Соколов Борис Александрович
Повышение энергетической эффективности
нефтеперерабатывающего комплекса на базе концепции
интенсивного энергосбережения с использованием
Aspen Hysys
НИУ «МЭИ», г. Москва, Россия
Введение. Рациональное использование топливно-энергетических
ресурсов является одной из важнейших задач, стоящих перед экономикой России. По данным отчета, подготовленного Всемирным банком и
Центром по эффективному использованию энергии (ЦЭНЭФ), совокупный технический потенциал повышения энергетической эффективности
процессов добычи и переработки нефти оценивается в 5,7-8 млн. т у.т., а
возможная экономия энергии – на уровне 26-37% от всего объема потребления энергии при производстве нефтепродуктов. На долю процессов добычи и переработки нефти приходится 34 млн. т у.т.
Обобщение накопленного опыта модернизации существующих и
создание новых промышленных схем и новых технологий получения высококачественных моторных топлив и других нефтепродуктов, разработка научных и технических решений в этой области, а также совершенствование структуры предприятия в целом являются актуальными проблемами отечественной нефтепереработки.
Концепция интенсивного энергосбережения. Метод предельного
энергосбережения был разработан под руководством д.т.н. проф. Ключникова А.Д. на кафедре Энергетики высокотемпературной технологии
ФГБОУ ВПО НИУ «МЭИ». Концепция устанавливает способы объективного отражения масштаба и качества использования топливноэнергетических в объекте энергетического анализа, выявляет предельно
полный состав энергосберегающих мероприятий, устанавливает уровни
предельно полного и практически возможного энергосберегающих эффектов.
Алгоритм поиска концепции интенсивного энергосбережения строится на последовательности творческих мероприятий, нацеленных на
решение таких фундаментальных задач энергетики теплотехнологии,
как прогноз потенциала резерва интенсивного энергосбережения действующих теплотехнологических объектов (ДТТО); определение перспективных характеристик
дальнейшего совершенствования (развития)
ДТТО; разработка теплотехнологических объектов (ТТО) нового поколе-
162
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
ния для производства традиционных или новых технологических продуктов [1].
Действующая теплотехнологическая система. Основным оборудованием нефтеперерабатывающей установки является ректификационная колонна, трубчатая печь, реактор и тепломассообменные аппараты.
Основным рычагом повышения эффективности нефтепереработки является повышение глубины переработки нефти, - включение деструктивных
процессов в технологическую схему завода. Гидроочистка дизельных
фракций, полученных при прямой перегонке нефти, значительно увеличивает глубину переработки нефти.
Теплотехнологическая система гидроочистки включает в свой состав аппарат предварительного технологического нагрева за счет физической теплоты теплоносителя, аппарат предварительного технологического нагрева за счет химической теплоты топлива, аппарат реакций гидроочистки, аппарат технологически регламентированного охлаждения
для нагрева дополнительного продукта на внешнее теплоиспользование,
аппарат технологически регламентированного охлаждения за счет воздушного охлаждения [2].
Теплотехнологическая система гидроочистки потребляет водородсодержащий газ, полученный в Комплексе производства исходного сырья
на установке получения водорода за счет конверсии метана. Сырье, которым является вакуумный газойль, получено на установки первичной
переработки нефти (Комплекс производства исходного сырья). Потребляемая вода подается из системы водоснабжения. Природный газ, расходуемый в трубчатой печи, поступает из Топливного комплекса. Конечным продуктом служит очищенное дизельное топливо, которое поступает
в Потребительский комплекс.
Сырье (рис. 1) с температурой tнач=40 оС нагревается в теплообменнике до t1. В трубчатой печи технологический полупродукт нагревается до t2. За счет экзотермических реакций на выходе из реактора t3, после чего температура технологического полупродукта снижается в теплообменнике до t4. После регламентированного технологического охлаждения tкон.
Схема действующей теплотехнологической системы предполагает
преимущественно внешнее теплоиспользование в рамках утилизации
тепловых отходов. Теплота отходящих газов плохо используется, отсутствует технологическая регенерация теплоты технологического продукта
и отходящих газов.
Трубчатая печь является основным потребителем энергии на установке [3]. Большую часть в структуре энергоемкости составляют затраты
на получение сырья, водорода, воды, пара, воздуха, однако, удельная
энергоемкость данных ресурсов не влияет на энергетическую эффективность теплотехнологической системы. Только в результате некоторого
снижения потребления материальных ресурсов возможно снижение общей энергоемкости технологии.
Энергетическое несовершенство технологии скрывает в себе значительно больший потенциал энергосбережения, т.к. повышение энергетической эффективности позволит снизить не только видимые затраты
топлива, скрывающиеся в тепловых потоках, но и уменьшит потребление
материальных потоков. Необходимо разрабатывать такие модели ТТС,
стремящиеся к полному отказу от использования пара и воды.
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
163
Рис. 1. Действующая теплотехнологическая система
Идеализированная теплотехнологическая система. Термодинамически идеальная модель обеспечивает минимальный расход энергии
на реализацию теплотехнологического процесса. Идеализированная
теплотехнологическая система наделена некоторыми предельными,
принципиально возможными свойствами: организация теоретического
противотока рабочего тела и теплоносителя; обеспечение предельно
низкого уровня потерь теплоты через ограждения теплотехнологической
установки; интенсификация внешнего теплообмена; интенсификация
внешнего массообмена; предельно рациональная организация процесса
горения топлива; «реализация» тепловых схем с различными вариантами предельно глубокой регенерации тепловых и энергетических отходов
теплотехнологических объектов; обеспечение предельно низкого самопотребления энергии [1].
Использование теплоты охлаждения технологического продукта
для нагрева исходного материала за счет промежуточного теплоносителя позволяет создать экстремальную тепловую схему теплотехнологической системы.
Сырье (рис. 2) с температурой tнач нагревается в теплообменнике
до t1 за счет теплоты промежуточного теплоносителя. На выходе из реактора t3, после чего температура технологического полупродукта снижается в теплообменнике до tкон.
164
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
Рис. 2. Тепловая схема идеализированной модели
теплотехнологической системы
Перспективная теплотехнологическая система. Схема перспективной модели (Рис. 2) теплотехнологической системы включает: ПТО1 предварительная тепловая обработка исходных материалов (теплообменник); ПТО2 - предварительная тепловая обработка исходных материалов (трубчатая печь); Э(ПКГ)ОГ - элемент подогрева, термической обработки компонентов горения (воздухоподогреватель); (ТРО)В – технологически регламентированное охлаждение продукта (полупродукта) на
внешнем теплоиспользовании при получение продукта А2. Внешнее теплоиспользование – нагрев дополнительного продукта А1 за счет теплоты
отходящих газов.
Сырье (рис. 3) с температурой tнач нагревается в ПТО1 до t1. В ПТО2
технологический полупродукт нагревается до t2. За счет экзотермических
реакций на выходе из реактора (ОТО) t3, после чего технологический
полупродукт охлаждается в теплообменнике (ПТО1) до t4. После технологические регламентированного охлаждения tкон. Основной технологический процесс - группы Б (tнач =tкон) и дополнительные процессы - группы А
(А1 и А2).
Теплота отходящих газов используется на производство дополнительной продукции А1. Теплота охлаждения материала используется на
производство дополнительной продукции А2. Данная схема позволяет
добиться высокого уровня производства дополнительной продукции.
Aspen Hysys. Для расчета технологической схемы гидроочистки в
целях анализа энергетической эффективности на основе теории интенсивного энергосбережения целесообразно использовать Aspen Hysys, программное обеспечение, обладающее большой гибкостью [4]. Условия
работы установки предполагают широкое варьирование многочисленных
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
165
технологических параметров в условиях изменения состава поступающей сырья.
Рис. 3. Тепловая схема перспективной теплотехнологической
системы
Aspen Hysys представляет собой пакет программ, предназначенный для расчета стационарных и динамических режимов работы химикотехнологических схем, содержащих массообменную и теплообменную
аппаратуру, трубопроводы, реакторы и т.д., проведения оптимизационных расчетов, разработки схем регулирования, контроля за работой систем управления, обучения операторов технологических установок [5].
С использованием Aspen Hysys можно проводить расчеты ректификационных колонн, теплообменных аппаратов, трубопроводов, реакторов нефтепереработки. Aspen Hysys включает подсистемы, обеспечивающих решение задачи моделирования химико-технологического процесса: база данных компонентов, методы расчета термодинамических и
транспортных свойств, модели для расчета отдельных элементов технологических схем, средства для формирования технологических схем из
отдельных элементов, средства для расчета технологических схем.
Для проведения расчета (рис. 4) необходимо выполнить следующие шаги:
1) выбрать систему единиц измерения (выбор технических размерностей);
166
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
2) выбрать компоненты (как индивидуальные из базы данных (БД),
так и, в случае необходимости, нефтяные фракции);
3) выбрать термодинамическую модель (термодинамическую систему или пакет);
4) построить технологическую схему (из набора расчетных элементов соответствующих процессам и аппаратам, протекающим в модели,
соединив их между собой технологическими потоками);
5) задать параметры всех сырьевых потоков (состав, спецификации
термодинамического состояния, например, температура и давление);
6) задать параметры работы моделируемых в составе технологической схемы процессов и аппаратов;
7) настроить параметры отчета по результатам расчета модели;
8) произвести расчет, вывести и проанализировать результаты
расчета.
Рис. 4. Построение технологической схемы в Aspen Hysys
Заключение. Таким образом, использование программного пакета
Aspen Hysys и анализ энергетической эффективности действующей теплотехнологической системы нефтеперерабатывающего комплекса,
включающий определение теоретического минимума технологии производства продукта, а также разработку и исследования перспективной
модели теплотехнологической системы, дают возможность создания
принципиально новой энергоматериалосберегающей модели переработки нефтяного сырья. Это открывает перспективу для прогресса в снижении потребления энергетических ресурсов на нефтеперерабатывающих
установках.
Литература
1. Ключников А.Д. Энергетика теплотехнологии и вопросы энергосбережения. − М.: Энергоатомиздат, 1986. – 128 с.
2. Баннов П.Г. Процессы переработки нефти. Учебно-методическое Ч I –
М ЦНИИТ, 2003 – 504 с.
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
167
3. Юдаев А.Ю., Соколов Б.А. Энергетическая модернизация трубчатых
печей нефтеперерабатывающих предприятий //Шестая междунородная школа-семинар молодых ученых и специалистов "Энергосбережение - Теория и Практика", 2012.
4. Юдаев А.Ю., Соколов Б.А. Моделирование технологического процесса в Aspen Hysys на примере атмосферного блока установки первичной переработки нефти // Международная научно-методическая конференция
«Информатизация
инженерного
образования»
ИНФОРИНО-2014. М.: Издательство МЭИ, 2014.
5. Худович И.М. Современные системы автоматизированного моделирования химико-технологических процессов в нефтепереработке и
нефтехимии, 2008.
Авторы
Юдаев А.Ю., аспирант ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ», г. Москва, Россия. E-mail: [email protected]
Научный руководитель
Соколов Борис Александрович, канд. техн. наук, проф. ФГБОУ ВПО
«НИУ «МЭИ», г. Москва, Россия.
Яньшина Светлана Александровна,
Стебунова Ирина Сергеевна
Барьерные технологии мясных полуфабрикатов с
использованием натуральных биополимерных
композиций
Воронежский государственный аграрный университет
им. императора Петра I, г. Воронеж, Россия
Практика промышленно развитых стран показывает приоритет и
перспективу барьерных технологий мясных полуфабрикатов и продуктов
кулинарной готовности, особенно их минимальной технологической обработке. Имея в виду маркетинговые оценки потребительского рынка,
привлекает внимание группа мясных полуфабрикатов в аспекте совершенствования технологических приемов, направленных на модификацию
традиционной схемы с целью пролонгирования их сроков годности и одновременного придания биопротекторных свойств путем реализации
технологии барьеров [1].
К приоритетному направлению в решении поставленной проблемы
можно отнести рациональное использование биотехнологического потенциала растительного сырья, многие виды которого отличают выраженные биоцидные свойства в сочетании высоким уровнем антиоксидантной активности. Следует отметить тот факт, что, согласно теоретическим исследованиям и опыту практической деятельности мясоперерабатывающих предприятий, предпочтительной формой для использова168
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
ния растительного сырья в современных технологиях переработки животных тканей являются СО2-экстраты. Среди их преимуществ – концентрированная форма биологически активных веществ при высоком уровне
целевой активности; исключение дополнительной микробной контаминации продукта при их использовании; высокая хранимоспособность. Известную проблему, однако, составляет необходимость дозирования их
микрообъемов при составлении рецептурных смесей.
С другой стороны, известен положительный опыт реализации элементов барьерной технологии мясопродуктов за счет использования
коллагеновых пленкообразующих дисперсий в качестве съедобных защитных покрытий [2]. Представляет интерес объединить преимущества
данных подходов путем разработки и использования в частных технологиях мясных продуктов пленкообразующих композиционных основ с использованием биомодифицированных компонентов животных тканей и
биологически активных веществ растений.
Проведенный нами анализ антиоксидантной активности СО 2экстрактов лекарственных растений и специй, производимых в широком
ассортименте ОАО «Караван», г. Краснодар, показывает, что по этому
показателю (мг/см3) их можно расположить в следующий убывающий
ряд: гвоздика (19,50) > петрушка (10,01) > пихта (9,88) > корица (9,27) >
полынь (8,77) > зверобой (8,65) > тыква и виноградные косточки (7,79) >
ромашка (6,26) > календула (3,27) > череда (1,46) > тысячелистник (1,38).
Кроме того, немаловажную роль при выборе растительных компонентов
для использования в составе композиционных основ играют их органолептические показатели. По совокупности антиоксидантных свойств и
органолептических оценок для включения в рецептуры пленкообразующих композиционных основ нами предлагается использовать СО 2экстракты гвоздики, петрушки, корицы, тыквы и виноградной косточки,
ромашки.
В основу подготовки белковой составляющей композиционных основ положена технологическая схема получения растворимых форм коллагена путем пероксидно-щелочной обработки (Д.В. Белевцова, А.И.
Сапожникова, 2006), c дополнительным воздействием протеолитическим
ферментным препаратом коллагенолитической направленности, что
обеспечивает возможность использования в качестве сырьевого источника отходов жиловки крупного рогатого скота, сокращение технологического процесса, снижение уровня использования агрессивных химических реагентов, стабильно высокое качество получаемых продуктов с
заданными свойствами.
В качестве диспергирующего агента используют аскорбиновую кислоту, одновременно внося СО2-экстракты в соответствии с рецептурой
композиционной основы и после чего осуществляют иммобилизацию
БАВ растительного сырья на коллагеновом носителе в течение 10-12 ч.
Для экспрессного тестирования уровня биологической активности и
безвредности полученных коллагеновых композиционных основ использовали одноклеточный организм Parameciа caudatum в соответствии с
аттестованной методикой [3]. Эффективность данного метода обусловлена тем, что экспресс-биотест достаточно чувствительно реагирует на
биологически активные вещества, содержащиеся в испытуемых объектах, и позволяет дать количественную оценку их влияния на жизнеспособность тест-организма. Скорость его метаболических процессов корСекция 2. Техника и сельское хозяйство
169
релириует с качественными и количественными характеристиками пищевого субстрата. В качестве объекта сравнения использовали коллагеновую дисперсию без дополнительного внесения биологически активных
веществ, содержащихся в СО2-экстратах (табл. 2).
Полученные экспериментальные данные позволяют сделать вывод, что отклонения показателей биологической безопасности и индекса
биологической активности коллагеновой дисперсии от контрольного образца фиксируются лишь для разведения 1:1000 и являются, повидимому, следствием применения ферментного препарата, коллагенолитическая активность которого предполагает, в том числе гидролитическое воздействие на структурные белки клеточных оболочек тесторганизма. Однако этот эффект нивелируется при последующей тепловой обработке полуфабрикатов, режимы которой обеспечивают полную
инактивацию ферментного препарата, что согласуется с результатами
исследований физико-химических и биохимических свойств этого препарата преимущественно к объектам мясной промышленности [4]. В случае
композиционной основы с СО2-экстрактами растительного сырья результаты позволяют констатировать выраженное бактерицидное действие на
инфузории уже начиная с разведения 1:10000.
Полученные нами результаты на уровне экспресс-биотеста коррелириуют с задержкой роста микроорганизмов таких таксономических
групп, как E. сoli, Proteus vulgaris, B. mesentericus, B. subtilis,
Staphilococcuc aureus, Streptococcus hacmolyticus, Sacharomyces
cerevisiae под действием разработанных композиционных основ, что
позволяет прогнозировать применение пленочных покрытий с СО 2экстратами в качестве технологического барьера в соответствующих
частных технологиях.
Имея в виду, что внесение СО2-экстратов в дисперсионные системы на основе коллагеновых белков не снижает их пленкообразующей
способности, нами апробирован данный прием применительно к технологии мясных рубленых полуфабрикатов. Модифицированная технологическая схема предусматривает переработку отходов жиловки говядины
путем приготовления композиционной основы с СО2-экстратами специй и
растений с ее последующим нанесением на поверхность формованных
полуфабрикатов погружным способом. Использование барьерных покрытий возможно как в технологии мясных рубленых, так и мясорастительных полуфабрикатов.
Антиоксидантный эффект биологически активных компонентов
СО2-экстратов в отношении свободных радикалов обеспечивает большую стабильность пероксидного числа опытных изделий по сравнению с
контрольным образцом.
При этом по органолептическим показателям изделия в коллагеновом покрытии имеют более выраженный аромат и привлекательный товарный вид, чем контрольные образцы. Апробированы различные способы термической обработки мясных рубленых полуфабрикатов в коллагеновом покрытии: варка на пару, жаренье, запекание под действием инфракрасного излучения. Оценка качественных показателей и технологических характеристик (массовый выход изделий, потери массы) показала, что мясные рубленые полуфабрикаты, приготовленные по модифицированной рецептуре, отличаются улучшенными органолептическими
показателями: опытные изделия прекрасно сохраняют форму, имеют
170
I-й Международный конкурс «Молодежь в науке: Новые аргументы»
привлекательный внешний вид. Массовый выход изделий повышается в
среднем на 13,4% для котлет, запеченых под действием инфракрасного
излучения, на 2,7 % для жареных и на 6,5 % для котлет, приготовленных
на пару.
Литература
1. Ляйстнер Л. Барьерные технологии. Комбинированные методы обработки, обеспечивающие стабильность, безопасность и качество продуктов питания [Текст] / Л. Ляйстнер, Г. Гоулд – М.: ВНИИМП, 2006. 236с.
2. Антипова Л.В. Использование вторичного коллагенсодержащего сырья мясной промышленности /Л.В. Антипова, И,А. Глотова. — СПб:
ГИОРД, 2006. — 384 с.
3. МУК 4.2.1890-04 Определение чувствительности микроорганизмов к
антибактериальным
препаратам.
Методические указания
от
04.03.2004 № 4.2.1890-04.
4. Антипова Л.В. Положительное воздействие коллагеназы на структуру
мясного сырья/ Антипова Л.В., Албулов А.И., Донец А.А.// Мясная индустрия, 2002. - № 2. – С. 45-48.
Авторы
Яньшина С.А., студентка 5 курса Воронежского государственного
аграрного университета имени императора Петра I, г. Воронеж, Россия.
E-mail: [email protected]
Стебунова И.С., студентка 5 курса Воронежского государственного
аграрного университета имени императора Петра I, г. Воронеж, Россия.
E-mail: [email protected]
Научный руководитель
Глотова Ирина Анатольевна, доктор техн. наук, доцент, зав. кафедрой технологии переработки животноводческой продукции Воронежского государственного аграрного университета, г. Воронеж, Россия.
Секция 2. Техника и сельское хозяйство
171
Полный текст издания доступен на сайте:
Full text of the edition is available at:
www.science-conf.ru
Подписано в печать 16.11.2014
Формат 60х84/16. Печать цифровая.
Объем 10,75 п.л. Тираж 52 экз. Заказ № 028
Отпечатано на оборудовании ООО «РаДуши»
398059, Россия, г. Липецк, пл. Победы, д. 8, оф. 500А
Тел.: +7 (4742) 37–82–96