Наукові доповіді Національного університету біоресурсів і природокористування України

Вплив мехатронних систем на точність і стабільність роботи віброочисних машин у аграрному секторі

Юрій Рева, Олександр Лукʼяненко, Іван Галич
Завантажити статтю
Анотація

Дослідження було проведено для визначення того, як використання мехатронних систем може оптимізувати роботу віброочисних машин і покращити їх продуктивність у сільськогосподарських процесах. У цьому дослідженні застосовувалися методи вимірювання точності вібрацій, автоматизованого регулювання навантаження, моніторингу робочих параметрів, оцінки зносу, аналізу енергоефективності та оцінки впливу на мінімізацію людського втручання. Дослідження, проведене на підприємстві «BIG Harvest Group», продемонструвало, що впровадження мехатронних систем у віброочисні машини значно підвищує точність і стабільність їхньої роботи. Інтеграція автоматизованого регулювання частоти та амплітуди коливань дозволила зменшити енергоспоживання та підвищити ефективність очищення насіння порівняно з традиційними методами. Виявлено, що система автоматичного моніторингу і корекції параметрів забезпечує стабільну продуктивність машини навіть при змінних умовах навантаження. Зменшення зносу механічних компонентів вказує на подовження терміну служби обладнання, а також зниження частоти простоїв і потреби в ручному втручанні. Загалом, результати підтвердили, що мехатронні системи значно підвищують ефективність віброочисних машин, що позитивно впливає на якість очищення та економічну ефективність у сільському господарстві. Дослідження також виявило, що автоматичне коригування робочих параметрів за допомогою мехатронних систем дозволяє зменшити коливання в роботі машини, що забезпечує більш рівномірне очищення. Система інтегрованого моніторингу дозволила оперативно виявляти і усувати несправності, зменшуючи час на технічне обслуговування. В результаті, були досягнуті покращення в загальному управлінні процесами очищення насіння, що сприяє підвищенню продуктивності і зниженню витрат на експлуатацію обладнання

Ключові слова

автоматизоване регулювання, енергоспоживання, очищення насіння, знос механічних компонентів, економічна ефективність

ЦИТУВАТИ
Reva, Yu., Lukianenko, O., & Galich, I. (2024). Impact of mechatronic systems on accuracy and stability of vibration cleaning machines in the agricultural sector. Scientific Reports of the National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine, 20(5),49-65. https://doi.org/10.31548/dopovidi/5.2024.49
Використані джерела

[1] Adamchuk, V., Bulgakov, V., Gadzalo, I., Ivanovs, S., Stepanenko, S., Holovach, I., & Ihnatiev, Y. (2021). Theoretical study of vibrocentrifugal separation of grain mixtures on a sieveless seed-cleaning machine. Rural Sustainability Research, 46(341), 116-124. doi: 10.2478/plua-2021-0023.

[2] Afolalu, S.A., Ikumapayi, O.M., Abdulkareem, A., Soetan, S.B., Emetere, M.E., & Ongbali, S.O. (2021). Enviable roles of manufacturing processes in sustainable fourth industrial revolution – A case study of mechatronics. Materials Today: Proceedings, 44(1), 2895-2901. doi: 10.1016/j.matpr.2021.01.099.

[3] Aliiev, E., & Lupko, K. (2021). Prerequisites for the creation of a mechatronic system of indented cylinders for the separation of fine seeds. Scientific Horizons, 24(3), 75-86. doi: 10.48077/scihor.24(3).2021.75-86.

[4] Badita-Voicu, L.L., Voicu, A.C., & Zapciu, A. (2024). Tribological tests of nanometric coatings used for mechatronic components with increased wear-resistance. In V. Ivanov, I. Pavlenko, M. Edl, J. Machado & J. Xu (Eds.), Proceedings of the 7th international conference on design, simulation, manufacturing: The innovation exchange (pp. 347-358). Cham: Springer. doi: 10.1007/978-3-031-63720-9_30.

[5] Bolaños, R.D., Valdiero, A.C., Rasia, L.A., & Ferreira, J.C. (2021). Identifying the trend of research on mechatronic projects. In O. Canciglieri Junior, F. Noël, L. Rivest & A. Bouras (Eds.), Product lifecycle management. Green and blue technologies to support smart and sustainable organizations (pp. 25-39). Cham: Springer. doi: 10.1007/978-3-030-94399-8_3.

[6] Brown, V.S., Erickson, T.E., Merritt, D.J., Madsen, M.D., Hobbs, R.J., & Ritchie, A.L. (2021). A global review of seed enhancement technology use to inform improved applications in restoration. Science of the Total Environment, 798, article number 149096. doi: 10.1016/j.scitotenv.2021.149096.

[7] Cardona, C.I., Tinoco, H.A., Perdomo-Hurtado, L., Duque-Dussán, E., & Banout, J. (2024). Optimizing harvesting efficiency: Development and assessment of a pneumatic air jet excitation nozzle for delicate biostructures in food processing. Foods, 13(10), article number 1458. doi: 10.3390/foods13101458.

[8] Essola, D., Njomoue, A.P., Offole, F., Mezoue, C.A., Zanga, C.N., & Venant, K. (2022). Low frequency vibratory cleaning of paint and rust contaminants from machines parts. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 236(4), 387-400. doi: 10.1177/09544054211031451.

[9] Amertet, S., Gebresenbet, G., Alwan, H.M., & Kochneva, O.V. (2023). Assessment of the smart mechatronics application in agricultural: A review. Applied Sciences, 3(12), article number 7315. doi: 10.3390/app13127315.

[10] Hassan, I.U., Panduru, K., & Walsh, J. (2024). An in-depth study of vibration sensors for condition monitoring. Sensors, 24(3), article number 740. doi: 10.3390/s24030740.

[11] Hayat, A.A., Yi, L., Kalimuthu, M., Elara, M.R., & Wood, K.L. (2022). Reconfigurable robotic system design with application to cleaning and maintenance. Journal of Mechanical Design, 144(6), article number 063305. doi: 10.1115/1.4053631.

[12] Ionescu, D., Filipescu, A., Simion, G., Mincă, E., Cernega, D., Șolea, R., & Filipescu, A. (2022). Communication and control of an assembly, disassembly and repair flexible manufacturing technology on a mechatronics line assisted by an autonomous robotic system. Inventions, 7(2), article number 43. doi: 10.3390/inventions7020043.

[13] Ishchenko, V. (2023). Main technological adjustments of grain cleaning machines. Retrieved from https://agronomy.com.ua/statti/1946-osnovni-tekhnolohichni-rehuliuvannia-zernoochysnykh-mashyn.html.

[14] Ji, J., Sang, Y., He, Z., Jin, X., & Wang, S. (2021). Designing an intelligent monitoring system for corn seeding by machine vision and Genetic Algorithm-optimized Back Propagation algorithm under precision positioning. PloS One, 16(7), article number e0254544. doi: 10.1371/journal.pone.0254544.

[15] Kharchenko, S., Kharchenko, F., Samborski, S., Paśnik, J., Kovalyshyn, S., & Sirovitskiy, K. (2022). Influence of physical and constructive parameters on durability of sieves of grain cleaning machines. Advances in Science and Technology Research Journal, 16(6), 156-165. doi: 10.12913/22998624/156128.

[16] Kuntoğlu, M., Salur, E., Gupta, M.K., Sarıkaya, M., & Pimenov, D.Y. (2021). A state-of-the-art review on sensors and signal processing systems in mechanical machining processes. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 116(9), 2711-2735. doi: 10.1007/s00170-021-07425-4.

[17] Lee, J.H., Cho, K.H., & Cho, K. (2023). Emerging trends in soft electronics: Integrating machine intelligence with soft acoustic/vibration sensors. Advanced Materials, 35(32), article number 2209673. doi: 10.1002/adma.202209673.

[18] Li, Y., Xu, L., Lv, L., Shi, Y., & Yu, X. (2022). Study on modeling method of a multi-parameter control system for threshing and cleaning devices in the grain combine harvester. Agriculture, 12(9), article number 1483. doi: 10.3390/agriculture12091483.

[19] Linenko, A., Khalilov, B., Kamalov, T., Tuktarov, M., & Syrtlanov, D. (2021). Effective technical ways to improve the vibro-centrifugal separator electric drive for grain cleaning. Journal of Agricultural Engineering, 52(2), article number 5190. doi: 10.4081/jae.2021.1136.

[20] Ma, Z., Zhang, Z., Zhang, Z., Song, Z., Liu, Y., Li, Y., & Xu, L. (2023). Durable testing and analysis of a cleaning sieve based on vibration and strain signals. Agriculture, 13(12), article number 2232. doi: 10.3390/agriculture13122232.

[21] Martínez-Parrales, R., & del Carmen Téllez-Anguiano, A. (2022). Vibration-based fault detection system with IoT capabilities for a conveyor machine. Acta Polytechnica Hungarica, 19(9), 7-24.

[22] Mincă, E., Filipescu, A., Cernega, D., Șolea, R., Filipescu, A., Ionescu, D., & Simion, G. (2022). Digital twin for a multifunctional technology of flexible assembly on a mechatronics line with integrated robotic systems and mobile visual sensor – challenges towards industry 5.0. Sensors, 22(21), article number 8153. doi: 10.3390/s22218153.

[23] Mohd Ghazali, M.H., & Rahiman, W. (2021). Vibration analysis for machine monitoring and diagnosis: A systematic review. Shock and Vibration, 2021(1), article number 9469318. doi: 10.1155/2021/9469318.

[24] Müller, A., Nunes, M.T., Maldaner, V., Coradi, P.C., de Moraes, R.S., Martens, S., Leal, A.F., Pereira, V.F., & Marin, C.K. (2022). Rice drying, storage and processing: effects of post-harvest operations on grain quality. Rice Science, 29(1), 16-30. doi: 10.1016/j.rsci.2021.12.002.

[25] Ogonowski, S., & Krauze, P. (2022). Trajectory control for vibrating screen with magnetorheological dampers. Sensors, 22(11), article number 4225. doi: 10.3390/s22114225.

[26] Onu, P., Adesoji, A.A., & Emmanuel, A. (2024). A mini review on the role of mechatronics in addressing energy and environmental issues. In International conference on science, engineering and business for driving sustainable development goals (pp. 1-5). Omu-Aran: IEEE. doi: 10.1109/SEB4SDG60871.2024.10630276.

[27] Romanssini, M., de Aguirre, P.C., Compassi-Severo, L., & Girardi, A.G. (2023). A review on vibration monitoring techniques for predictive maintenance of rotating machinery. Eng, 4(3), 1797-1817. doi: 10.3390/eng4030102.

[28] Sinha, J.P., Kumar, A., & Weissmann, E. (2023). Seed processing for quality upgradation. In M. Dadlani, D.K. Yadava (Eds.), Seed science and technology: Biology, production, quality (pp. 213-237). Singapore: Springer. doi: 10.1007/978-981-19-5888-5_10.

[29] Tsai, J.M., Sun, I.C., & Chen, K.S. (2021). Realization and performance evaluation of a machine tool vibration monitoring module by multiple MEMS accelerometer integrations. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 114, 465-479. doi: 10.1007/s00170-021-06856-3.

[30] Ullah, K., Basit, A., Ullah, Z., Aslam, S., & Herodotou, H. (2021). Automatic generation control strategies in conventional and modern power systems: A comprehensive overview. Energies, 14(9), article number 2376. doi: 10.3390/en14092376.

[31] Xie, D., Chen, L., Liu, L., Chen, L., & Wang, H. (2022). Actuators and sensors for application in agricultural robots: A review. Machines, 10(10), article number 913. doi: 10.3390/machines10100913.