ВВЕДЕНИЕ. Изучение темы позволяет ознакомиться с предметом и задачами дисциплины, ее ролью и местом в системе подготовки специалистов в области механизации сельского

 

 

Изучение темы позволяет ознакомиться с предметом и задачами дисциплины, ее ролью и местом в системе подготовки специалистов в области механизации сельского хозяйства, а также с историей и перспективами развития электрооборудования и средств автоматизации сельскохозяйственной техники.

 

 

Вопросы, подлежащие изучению

 

 

Электрификация и автоматизация технологических процессов сельскохозяйственного производства, их роль в научно-техническом прогрессе и реализации решений правительства по совершенствованию и развитию агропромышленного комплекса.

Особенности работы электрооборудования и средств автоматизации в условиях сельскохозяйственного производства.

Роль и место дисциплины в подготовке инженера по механизации сельского хозяйства.

 

 

Те ма 1 Электропривод в сельскохозяйственном производстве

 

 

Изучение темы позволяет усвоить основные понятия, термины и определения в области электрооборудования, получить сведения об электродвигателях, электроприводах, их динамике, аппаратуре управления и защиты электрических установок.

 

 

Вопросы, подлежащие изучению

 

 

Общие сведения об электрооборудовании. Понятия, определения, терминология. Классификация электроприводов, используемых в сельском хозяйстве.

Механические характеристики сельскохозяйственных машин и

электродвигателей. Классификация механических характеристик. Электродвигатели постоянного и переменного тока. Области применения. Механические характеристики в двигательном и тормозном режимах. Способы регулирования частоты вращения.

Синхронный двигатель. Области применения. Угловая и механическая характеристики.

Динамика электропривода. Моменты и силы, действующие в электроприводе. Время переходных процессов. Нагрузочные диаграммы электроприводов.

Тепловой режим электродвигателей. Сведения о нагреве и охлаждении электродвигателей. Классификация основных режимов работы.

Методы определения мощности электродвигателя для различных режимов работы. Общая методика выбора электроприводов.

Аппаратура управления и защиты электрических установок.

Релейно-контактная и бесконтактная аппаратура управления и защиты, назначение, устройство, выбор.

 

Литература: 2, с. 32 – 114.

 

 

Методические рекомендации

 

 

Сначала рекомендуется уяснить понятия, определения, терминологию, а также классификацию электроприводов, используемых в сельском хозяйстве.

Затем необходимо рассмотреть классификацию механических характеристик сельскохозяйственных машин и электродвигателей. При

этом надо помнить, что механическая характеристика рабочей машины является основой как для выбора мощности приводного

электродвигателя, так и для расчета всех элементов электропривода и его режимов работы. Механические же характеристики электродвигателей отражают способность электродвигателей в той или иной степени изменять свою угловую скорость при изменении их нагрузки.

Необходимо обратить особое внимание на классификацию механических характеристик по степени жесткости, знать, как они выражаются аналитически и изображаются графически.

Студент должен овладеть методикой построения механических характеристик электродвигателей переменного тока (асинхронных с

короткозамкнутым ротором, фазным ротором, однофазных и синхронных). Обратить особое внимание на механические характеристики асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором и на основные параметры характеристики (пусковой момент,

максимальный момент, номинальный момент, номинальная угловая скорость и др.).

При изучении вопросов динамики электропривода следует уяснить, что анализ механических переходных режимов работы агрегата имеет большое практическое значение и может быть проведен на основе уравнения движения электропривода. Уравнение движения электропривода позволяет решать графически и аналитически самые разнообразные задачи, связанные с определением времени разбега и торможения систем.

Студенту необходимо усвоить основные положения из области динамики электропривода, проводить анализ уравнения движения электропривода и поведения агрегата в случаях: а) равенства вращающего момента электродвигателя и момента статического сопротивления рабочей машины или механизма; б) когда вращающий момент двигателя больше статического момента сопротивления; в) когда вращающий момент двигателя меньше статического момента сопротивления.

При изучении тепловых режимов электродвигателей студенту необходимо усвоить, что определяющим фактором выбора мощности

электродвигателя для привода рабочей машины или механизма является его нагрев. Нагрев электродвигателя происходит за счет

потерь, возникающих в нем при преобразовании электрической энергии в механическую. Изучая процессы нагрева, необходимо твердо усвоить, какие именно виды потерь имеют место в двигателе и как они, превращаясь в тепловую энергию, влияют на «старение» изоляции машины, также каково влияние температуры окружающей среды, конструктивных факторов и эксплуатационных показателей на величину номинальной мощности электродвигателя.

При изучении методов определения мощности электродвигателя студент должен уяснить, что в зависимости от характера нагрузки и длительности работы машин и механизмов установлено восемь номинальных режимов работы электрических машин, из которых четыре режима – S1, S2,. S3, S4 – находят наибольшее применение в сельскохозяйственном приводе.

В результате изучения данной темы студент должен овладеть методикой определения мощности электродвигателя для различных режимов работы.

Изучение аппаратуры управления и защиты электрических установок предусматривает приобретение студентом знаний по устройству, назначению и применению аппаратуры как ручного, так и автоматического управления электроприводами. Студент должен овладеть навыками по выбору аппаратуры управления и защиты в зависимости от величины тока и напряжения, а также уметь выбирать плавкую вставку предохранителя, нагревательного элемента теплового реле, встраиваемого в магнитный пускатель, уставку теплового и

электромагнитного расцепителей автоматического выключателя.

 

 

Вопросы и задания для самопроверки

 

 

1. Дайте определение понятия «электропривод» (ЭП).

2. Напишите и поясните обобщенное уравнение механических характеристик рабочих машин и механизмов.

3. Что понимают под «жесткостью» и «крутизной» механических характеристик в системе ЭП?

4. Приведите естественные механические характеристики электродвигателей (по каталожным данным): асинхронного, синхронного, постоянного тока с независимым и последовательным возбуждением.

5. Какие способы используются для пуска электродвигателей? Их достоинства и недостатки.

6. Перечислите способы электрического торможения и регулирования угловой скорости электродвигателей и поясните, как они достигаются.

7. Как осуществить реверс электродвигателей?

8. Достоинства и недостатки разомкнутых и замкнутых систем регулирования угловой скорости ЭП.

9. Что понимают под переходными процессами ЭП и каких видов они бывают?

10. Поясните приведение моментов (сил) статического

сопротивления и моментов (масс) инерции к валу электродвигателя.

11. Как рассчитать продолжительность пуска ЭП?

12. Напишите и поясните уравнение нагрева электродвигателя.

13. Перечислите основные режимы работы электродвигателей в системе ЭП.

14. Поясните выбор мощности электродвигателей по нагреву и проверку их мощности по дополнительным условиям.

 

 

Те ма 2 Электротехнология в сельскохозяйственном производстве

 

 

При изучении темы необходимо усвоить основные понятия, термины и определения, а также знать принципы, способы и установки электрического освещения и облучения, нагрева и охлаждения.

Вопросы, подлежащие изучению

 

 

Электрическое освещение и облучение. Воздействие оптического излучения на биологические объекты. Установки электрического освещения и облучения с.х. назначения.

Электротепловые процессы. Принципы и способы электрического нагрева. Электронагревательные установки и их выбор. Принципы действия холодильных установок, их применение в сельском хозяйстве.

Перспективные направления использования электротехнологии в сельскохозяйственном производстве.

 

Литература: 2, с. 253 – 299, 375 – 419.

 

 

Методические рекомендации

 

 

Изучение темы следует начать со спектра электромагнитных колебаний, при этом особое внимание уделить участкам спектра, соответствующим инфракрасному, видимому и ультрафиолетовому излучениям.

Ознакомление с источниками оптического излучения необходимо начать с ламп накаливания – изучить принцип их действия, устройство,

оценить достоинства и недостатки. Затем следует аналогичным образом изучить газоразрядные лампы. Особое внимание следует уделить

схемам включения наиболее распространенных газоразрядных ламп

(люминесцентных и ДРЛ).

Обратите внимание на особенности конструкции газоразрядных ламп для ультрафиолетового облучения ДРТ, ДБ, ЛЭ и ламп накаливания для инфракрасного обогрева.

После этого следует перейти к изучению структуры, обозначений,

классификации и номенклатуры осветительных приборов, методов расчета освещения помещений и открытых пространств.

При изучении тепловых процессов необходимо хорошо усвоить основные принципы преобразования электрической энергии в тепловую, четко представлять физические явления, лежащие в основе каждого способа электрического нагрева. Студент должен освоить методы расчета электрических нагревателей и установок, выбора ТЭНов.

При изучении вопросов электротехнологии студент должен получить представление о больших потенциальных возможностях электричества для обработки кормов с целью сушки, повышения их питательности, усвояемости, удлинения сроков хранения, обратить

9 10

внимание на то, что при этом используется термическое, химическое и биологическое проявления электрического тока.

Обратите особое внимание на вопросы ионизации воздуха в животноводческих и птицеводческих помещениях, способы пастеризации молока, основанные на использовании токов низкой и высокой частоты, сепарацию зерна в электрическом поле.

 

 

Вопросы и задания для самопроверки

 

 

1. Укажите диапазоны длин волн УФ, видимого и ИК излучений и область их использования в сельскохозяйственных электротехнологиях.

2. Какие системы эффективных величин и единиц измерения существуют и на основании спектральной чувствительности каких

приемников оптического излучения они основаны?

3. Опишите принцип действия и устройство ламп накаливания, в том числе галогенных, газоразрядных люминесцентных низкого давления и газоразрядных люминесцентных высокого давления, дайте им сравнительную оценку.

4. Каковы особенности устройства и использования источников ультрафиолетового излучения?

5. Поясните существующие методы расчета систем освещения и облучения и область их применения.

6. Перечислите и поясните основные способы электронагрева

различных веществ, их достоинства и недостатки.

7. Тепловой расчет ЭНУ. Какова его цель?

8. Приведите примеры типовых ЭНУ прямого и косвенного электронагрева.

9. Поясните принцип действия компрессионных и термоэлектрических трансформаторов теплоты, дайте им

сравнительную оценку.

10. Поясните принцип сепарации зерна в электрическом поле и его достоинства.

11. С какой целью осуществляют обработку вещества и корма электрическим током?

12. Типовые установки электроимпульсной технологии, их назначение и принцип действия.

13. В чем заключается ультразвуковая и магнитная обработка материалов, что они дают?

 

Те ма 3 Электрооборудование основных процессов сельскохозяйственного производства

 

 

Изучение темы позволяет получить представление об электрооборудовании, применяемом на основных процессах сельскохозяйственного производства.

При этом студент должен в первую очередь освоить методику определения мощности электродвигателя привода сельскохозяйственных машин, агрегатов и установок, электрооборудование систем водоснабжения и систем обеспечения микроклимата.

 

 

Вопросы, подлежащие изучению

 

 

Электрооборудование мобильных с.х. машин, агрегатов и установок для послеуборочной обработки зерна.

Электрооборудование машин и механизмов для приготовления и раздачи кормов, уборки навоза, доильных установок и установок для обработки молока. Электрооборудование систем обеспечения микроклимата в животноводческих и птицеводческих помещениях и в сооружениях защищенного грунта.

Электрооборудование систем водоснабжения.

Электрооборудование ремонтного производства, подъемно- транспортных механизмов, металлообрабатывающих и деревообрабатывающих станков.

 

Литература: 2, с. 290 – 362; 420 – 436.

 

 

Методические рекомендации

 

 

При изучении электрооборудования мобильных машин студент должен обратить особое внимание на способы снабжения электрической энергией мобильных машин и установок, электрооборудование их рабочих органов.

При изучении электрооборудования машин и механизмов для приготовления и раздачи кормов, уборки навоза, доильных установок и установок для обработки молока, электрооборудования ремонтного производства, подъемно-транспортных механизмов,

11 12

металлообрабатывающих и деревообрабатывающих станков необходимо в первую очередь обратить внимание на вопросы расчета мощности используемых на них электродвигателей.

При рассмотрении систем обеспечения микроклимата в животноводческих и птицеводческих помещениях и в сооружениях

защищенного грунта необходимо изучить электрооборудование установок СФОО и СФОЦ, ознакомиться с устройством управления

«Электротерм», регулятором температуры ЭРТ-4. Кроме того, особое внимание следует уделить наиболее современным электрообогревателям инфракрасного нагрева ЭИС-0,26 И1 «Ирис», установкам комбинированного обогрева (одновременно сверху и снизу) ЭИС II И1 «Комби» и ЭИС-0,37 ИI «Руно», а также установкам увлажнения воздуха в животноводческих и птицеводческих помещениях.

 

 

Вопросы и задания для самопроверки

 

 

1. Как определить мощность нагрузки на валу электродвигателя привода насоса?

2. Какие датчики применяются в установках систем водоснабжения?

3. В чем различие электрокалориферных установок, С.ФСЮ и

СФОЦ?

4. Какие средства местного обогрева применяются в сельскохозяйственном производстве?

5. Каким образом определяется мощность электродвигателей машин и установок для приготовления и раздачи кормов, уборки навоза, доения и первичной обработки молока?

6. Какие параметры влияют на выбор мощности электроприводов машин и установок пунктов для послеуборочной обработки зерна и приготовления витаминно-травяных кормов?

7. Каким образом определяется мощность электродвигателей машин и установок деревообрабатывающих и в ремонтных мастерских?

 

 

Те ма 4 Основы автоматического управления

 

 

Изучение темы позволяет усвоить основные понятия, термины и определения в области автоматического управления, получить понятие об автоматических системах, их характеристиках и структуре.

 

 

Вопросы, подлежащие изучению

 

 

Основные понятия, определения и терминология. Статические и динамические характеристики элементов автоматических систем. Структуры автоматических систем. Преобразование структурных схем.

Линейные и нелинейные автоматические системы. Анализ устойчивости и качества работы автоматических систем.

 

Литература: 3, с. 10 – 27, 207 – 300.

 

 

Методические советы

 

 

Сначала уясните основные понятия, определения и термины,

особое внимание уделите терминам «объект управления», «регулятор»,

«система регулирования».

Затем следует перейти к рассмотрению принципов построения и функционирования систем управления. Обратите внимание на математическое описание систем управления и законы управления.

После этого следует перейти к изучению типовых динамических звеньев и их характеристик. При этом особое внимание обратите на временные и частотные характеристики.

Последующему изучению подлежат структурные схемы автоматических систем, их преобразование и определение передаточных функций. При этом следует обратить внимание на соединение элементарных звеньев.

При дальнейшем изучении темы студент должен перейти к анализу устойчивости и качества работы автоматических систем.

 

 

Вопросы и задания для самопроверки

 

 

1. Поясните, что понимают под терминами «объект управления»,

«регулятор», «система регулирования».

2. Какие принципы используют при построении автоматических систем управления?

3. Какие выражения называют «передаточной функцией» и

«характеристическим уравнением» системы управления?

4. Перечислите типовые элементарные динамические звенья систем управления и приведите их временные и частотные характеристики.

 

13 14

5. Поясните расчет передаточной функции звеньев систем управления, соединенных: а) последовательно; б) параллельно, в) встречно-параллельно.

6. Запишите передаточную функцию замкнутой системы управления относительно воздействия: а) задающего; б) возмущающего.

7. Поясните преобразование исходной многоконтурной АСУ в одноконтурную.

8. Что понимают под устойчивостью систем управления?

9. Поясните корневой критерий устойчивости систем.

10. Как определяется устойчивость АСУ по алгебраическим критериям Рауса и Гурвица?

11. Поясните использование частотного критерия устойчивости замкнутых систем по Найквисту.

12. Перечислите и поясните основные показатели качества регулирования систем и их определение по характеристикам системы.

 

 

Те ма 5 Основные элементы автоматических систем

 

 

Изучение темы позволяет изучить основные элементы автоматических систем. Студент должен получить понятие об устройстве и принципах их действия.

Усвоить методы определения характеристик объектов управления.

 

 

Вопросы, подлежащие изучению

 

 

Классификация элементов автоматических систем. Методы и средства преобразования информации в системах автоматического управления. Измерительные преобразователи физических величин.

Элементная база и схемы усилительных устройств. Логические элементы.

Исполнительные механизмы и регулирующие органы автоматических систем. Их классификация и характеристики.

Методы определения характеристик объектов, управления, оценка их пригодности для автоматизации. Выбор типа системы и элементной базы.

Регуляторы непрерывного и дискретного действия. Выбор закона регулирования и параметров настройки регулятора. Методы улучшения

качества релейных автоматических систем. Микропроцессорные средства автоматического управления.

 

Литература: 3, с. 95 – 204.

 

 

Методические советы

 

Начните изучение с измерительных, сравнивающих, задающих, усилительных, исполнительных и релейных устройств, их назначения и классификации. Обратите внимание на надежность магнитных усилителей, их стойкость к агрессивным средам.

При изучении логических элементов автоматики очень важно понять эффективность использования алгебры логики для минимизации

количества аппаратуры, реализующей ту или иную схему.

В сельскохозяйственных системах автоматики часто встречаются программные реле и реле выдержки времени, поэтому важно хорошо изучить их устройство и характеристики.

Необходимо изучить также ключи, задатчики, измерительные и усилительные блоки серийно выпускаемых регулирующих приборов, их

блоки питания и используемые стабилизирующие элементы, а также типы исполнительных механизмов. Нужно научиться выбирать

исполнительные механизмы исходя из их параметров и конкретных условий работы.

Особое внимание при изучении раздела следует уделить вопросам выбора закона регулирования и параметров настройки регулятора.

 

 

Вопросы и задания для самопроверки

 

 

1. Какие существуют виды и методы измерений?

2. Назовите основные группы первичных измерительных преобразователей.

3. Что может являться чувствительным элементом механических преобразователей?

4. Какой принцип действия используется в электромеханических преобразователях?

5. Как устроены тепловые преобразователи?

6. Для каких целей используются электрохимические преобразователи?

7. На чем основан принцип действия оптических измерительных преобразователей?

8. Перечислите характеристики усилительных устройств.

9. Дайте определение логического элемента.

15 16

 

 

10. Что называется исполнительным механизмом? Какие виды исполнительных механизмов применяются в сельскохозяйственном производстве?

11. Перечислите свойства объектов управления и дайте их характеристику.

12. Перечислите законы регулирования, используемые в регуляторах.

13. Дайте определение понятию «микропроцессор».

14. Что называется мнемокодом?

 

 

Те ма 6 Автоматизация основных процессов сельскохозяйственного производства

 

 

При изучении темы студент должен изучить вопросы автоматизации основных процессов сельскохозяйственного производства, научиться разбираться в работе схем автоматического управления машин, агрегатов и поточных линий, применяемых в сельском хозяйстве.

 

 

Вопросы, подлежащие изучению

 

 

Технологические процессы как объекты автоматизации. Параметры и характеристики технологических процессов. Этапы подготовки объектов к автоматизации. Моделирование некоторых типовых технологических процессов.

Автоматизация технологических процессов в растениеводстве.

Типовые и перспективные технические решения по автоматизации мобильных сельскохозяйственных агрегатов. Системы автоматического вождения мобильных агрегатов. Автоматическое управление положением машин и отдельных рабочих органов относительно поверхности поля. Автоматическое регулирование загрузки рабочих органов и двигателей сельскохозяйственных агрегатов. Автоматический контроль технологических параметров.

Автоматизация технологических процессов в растениеводстве защищенного грунта.

Автоматизация технологических процессов в животноводстве и птицеводстве. Типовые и перспективные технические решения по автоматизации процессов кормления, поения животных и птицы, уборки навоза и помета, обеспечения нормативного микроклимата по автоматизации процессов доения и первичной обработки молока.

Автоматизация технологических процессов хранения и переработки сельскохозяйственной продукции. Типовые и перспективные технические решения по автоматизации процессов кормоприготовления, послеуборочной обработки зерна, хранения овощей и картофеля.

Автоматизация процессов ремонта сельскохозяйственной техники. Автоматизация процессов наплавки и сварки. Автоматизация тепловых (нагрев, закалка, вулканизация) и гальванических процессов восстановления деталей. Автоматизация обкатки и испытания автотракторных двигателей.

Понятие об автоматизированных системах управления в сельскохозяйственном производстве.

Технико-экономическая эффективность электрификации и автоматизации с.х. производства.

 

Литература: 2, с. 122 – 252; 3, с. 44 – 87.

 

 

Методические советы

 

 

Вначале рекомендуется рассмотреть вопрос технологических процессов как объектов автоматизации.

Затем следует перейти к изучению вопросов, связанных с автоматизацией технологических процессов в растениеводстве. Следует изучить автоматическое управление скоростными и нагрузочными режимами рабочих органов и двигателя внутреннего сгорания; система автоматического контроля сигнализации и защиты, системы автоматического регулирования направления движения машин и рабочих органов.

При рассмотрении вопросов автоматизации технологических процессов в животноводстве и птицеводстве, а также технологических

процессов хранения и переработки с.х. продукции особое внимание следует обратить на новые перспективные технические решения в этой

области.

Завершают изучение раздела рассмотрением вопросов автоматизации процессов ремонта с.х. техники и технико-экономической эффективности электрификации и автоматизации с.х. производства.

 

 

Вопросы и задания для самопроверки

 

 

1. Что понимается под технологическим процессом?

2. Перечислите основные требования, которые предъявляются к

17 18

системам автоматического управления поточными линиями.

3. Объясните принцип действия системы автоматического регулирования частоты вращения двигателя внутреннего сгорания.

4. Объясните принцип действия систем автоматического регулирования направления движением машиной и их рабочих органов.

5. Каким образом работают схемы автоматического управления установок для раздачи кормов животным, уборки навоза, поддержания заданной температуры и влажности воздуха?

6. Каковы особенности пуска электропривода сепаратора и схема для его осуществления?

7. Объясните принцип действия устройств для отделения инородных примесей от массы стебельчатого корма.

8. Объясните принцип действия электрической схемы управления тельфером.