Том 83, № 10 (2016)
- Год: 2016
- Статей: 12
- URL: https://journal-vniispk.ru/0321-4443/issue/view/3662
Статьи
Возрождение отечественного сельскохозяйственного машиностроения - неотложная и важная государственная задача
Аннотация
Организация Объединенных Наций призвала к увеличению мирового производства продовольствия на 70% к 2050 году. Располагая 9% мировых сельскохозяйственных угодий и 2% населения Земли, Россия может не только обеспечить себя качественной продукцией, но и поставлять ее на мировой рынок. Однако государственная поддержка сельского хозяйства и предприятий, выпускающих сельскохозяйственную технику, на сегодняшний день недостаточна. Одно из важнейших условий развития сельского хозяйства - масштабное возрождение отечественного сельскохозяйственного машиностроения, одной из старейших отраслей страны. В статье приведены выдержки из истории этой отрасли, дан обзор основных особенностей и направлений развития отечественного и зарубежного сельскохозяйственного машиностроения. Отмечено, что за последние годы существенно сократились производство отечественной сельскохозяйственной техники и работы по ее созданию. Ее основной заказчик и потребитель - Министерство сельского хозяйства Российской Федерации - прекратило прежнее активное и полезное участие в работах по созданию технических средств. Растет импорт зарубежной техники, при том что она не всегда достаточно приспособлена к российским условиям. Развитию отечественного производства техники для села и ее использованию следует придать статус приоритетной государственной задачи. Предлагается ряд мер по реализации этой задачи, которые обеспечат необходимый уровень продовольственной безопасности страны, благосостояние населения, рост экспорта продовольствия и повышение авторитета России в мире.
Тракторы и сельхозмашины. 2016;83(10):3-7
3-7
Дисковый тормозной механизм трактора Минского тракторного завода
Аннотация
Эксплуатация тракторов в высокогорных условиях во многом отличается от их использования на равнинной местности. При торможении на длинных крутых спусках с большим числом поворотов малых радиусов происходит интенсивный нагрев тормозных механизмов, что не только снижает эффективность тормозной системы, но и зачастую приводит к полным отказам. Цель исследования состоит в повышении эффективности работы дискового тормозного механизма трактора Минского тракторного завода при торможении в процессе движения в прямом направлении путем увеличения усилия воздействия нажимного диска на тормозной диск за счет использования тяговых моментов, возникающих между ними. Даны общие характеристики тормозных механизмов трактора, а также предлагаемого усовершенствованного дискового тормозного механизма. Усовершенствованный тормозной механизм позволяет одновременно поворачивать нажимные диски в направлении вращения тормозных дисков при движении трактора вперед. При этом тяговые крутящие моменты, возникающие в процессе взаимодействия поверхностей нажимных и фрикционных дисков, совпадают с крутящими моментами, прилагаемыми к нажимным дискам со стороны приводов тормозов. В результате увеличиваются суммарные осевые силы, воздействующие со стороны нажимных дисков на тормозные диски, что приводит к повышению эффективности торможения трактора. По материалам данной работы получен патент № 2435997 на изобретение дискового тормозного механизма. Предлагаемая конструкция тормозного механизма существенно улучшает тормозные возможности трактора. Она может быть использована в тормозных системах тракторов, автомобилей и мотоциклов.
Тракторы и сельхозмашины. 2016;83(10):8-10
8-10
Определение качества обработки почвы игольчатой бороной
Аннотация
Проведены исследования с целью повышения качества обработки почвы путем усовершенствования технологического процесса и конструкции игольчатой бороны, угол заострения игл которой может меняться. При воздействии на почву ротационными игольчатыми рабочими органами происходит частичное отбрасывание почвы назад и в стороны, рыхление пласта, крошение глыб, заделывание растительных остатков и их извлечение из почвы, уничтожение сорняков и разравнивание неровностей микрорельефа. Определены показатели качества выполнения технологического процесса обработки почвы экспериментальной секцией игольчатой бороны. Исследования процесса обработки почвы экспериментальной и серийной секциями игольчатой бороны проведены на экспериментальной установке. На экспериментальной секции были установлены диски с иглами, угол заострения которых составлял 9 и 5 градусов. В качестве серийной использовали секцию универсального свекловичного многооперационного культиватора 5,4. Пробы брали в слоях почвы на глубине 0-5; 5-10 и 10-20 см. Показатели качества почвы определяли согласно Государственным стандартам Украины 11465-2001 «Качество почвы. Определение сухого вещества и влажности по массе» и 11272-2001 «Качество почвы. Определение плотности структуры на сухую массу». Опыты выполнены в трехкратной повторности. В результате проведенных исследований установлены следующие показатели качества рыхления почвы игольчатой бороной: подрезание (уничтожение) сорняков в зоне обработки - 98,5%, содержание фракций размером до 25 мм для игл с углом заострения 5 градусов - 88,2%, с углом 7 градусов - 90,5%, с углом 9 градусов - 93,5%.
Тракторы и сельхозмашины. 2016;83(10):11-13
11-13
Методика определения рациональных конструкционных параметров четырехвальных несоосных преселекторных коробок передач сельскохозяйственных тракторов
Аннотация
При создании преселекторных коробок передач для различных машин конструкторы машиностроительных предприятий сталкиваются с отсутствием методик, которые позволили бы однозначно определить их конструкционные параметры. В частности, при определении схемы расположения валов в четырехвальных преселекторных коробках передач с несоосным расположением валов при необходимости соблюдения минимальной габаритной ширины возникает взаимное влияние параметров геометрии и расположения шестерен друг на друга и на габаритную ширину одновременно. При решении такой задачи приходится прибегать к применению графоаналитического метода с большим количеством итераций, что трудоемко и не дает гарантии повторяемости результата. В статье приведена методика, позволяющая выбрать рациональные параметры основных кинематических звеньев для обеспечения минимальной габаритной ширины и однозначно определить их положение в пространстве. При разработке методики учитывался опыт авторов в создании трансмиссий сельскохозяйственных тракторов тягового класса 4. Последовательность проектирования преселекторной коробки передач сводится к выбору передаточных чисел и формированию рациональной схемы расположения валов, благодаря которой достигается минимизация габаритной ширины коробки передач. Установлено, что исходя из кинематических параметров звеньев можно построить ромб, который полностью определяет расположение валов в коробке передач. Для полного описания геометрии этого ромба и его положения в пространстве получены аналитические зависимости. В итоге математически точно находятся габариты преселекторной коробки передач и расстояние между входным и выходным валами без применения графоаналитического метода. Разработанная методика определения рациональных конструкционных параметров преселекторных коробок передач может быть использована при создании подобных конструкций для тяговых и транспортных машин.
Тракторы и сельхозмашины. 2016;83(10):13-18
13-18
Расчет номинальных значений основных показателей сельскохозяйственного трактора
Аннотация
В качестве оптимальных значений основных показателей трактора (энергонасыщенности, мощности, эксплуатационной массы, тягового усилия, рабочей скорости) приняты их номинальные значения, расчет которых - актуальная задача теории трактора. Цель исследования - определение номинальных значений основных показателей трактора по максимуму тягового коэффициента полезного действия и минимуму энергозатрат. Объекты исследования: колесный трактор с передними управляемыми колесами меньшего диаметра, чем задние, и гусеничный трактор. Основной метод исследования - расчет с использованием компьютерных программ при изменении показателей методом дихотомии и с заданным шагом в цикле. Нижнее значение номинальной энергонасыщенности определяли минимизацией функции удельных энергозатрат - отношения энергозатрат при обработке единицы площади к единице производительности и единице рабочей скорости. Нижние номинальные значения мощности, эксплуатационной массы, тягового усилия, рабочей скорости определяются нижним значением номинальной энергонасыщенности, максимальным тяговым коэффициентом полезного действия и минимальными удельными энергозатратами, соответствующими работе трактора при допустимом буксовании. Для определения верхнего значения номинальной энергонасыщенности использован обобщенный безразмерный коэффициент эффективности трактора - геометрическое среднее значение частных безразмерных коэффициентов эффективности трактора по эксплуатационной массе, тяговому коэффициенту полезного действия, расходу топлива на единицу площади, производительности, расходу топлива на единицу производительности. При увеличении энергонасыщенности повышается производительность трактора, но снижается его эффективность по другим показателям. В качестве верхнего предела номинальной энергонасыщенности принято значение, при котором снижение обобщенного коэффициента эффективности трактора не превышает 5%. При этом производительность повышается на 11-19%. С использованием принятых критериев оптимальности определены интервалы изменения номинальной энергонасыщенности тракторов: колесных - 15,69-20 Вт/кг, гусеничных - 18,63-26 Вт/кг. Для этих интервалов определены номинальные значения мощности, эксплуатационной массы и рабочей скорости колесных и гусеничных тракторов тяговых классов 3-6.
Тракторы и сельхозмашины. 2016;83(10):19-24
19-24
Условия нагружения поршней двигателей внутреннего сгорания и причины образования трещин на кромке камеры сгорания
Аннотация
Для разработки методов оценки долговечности поршней тракторных дизелей необходимо исследовать причины отказов в эксплуатации, в частности появления трещин на кромке камеры сгорания. Тракторные дизели эксплуатируются на неустановившихся режимах в связи с периодическими изменениями положения органа управления и момента сопротивления при выполнении машинно-тракторным агрегатом сельскохозяйственных, трелевочных и других работ. На неустановившихся режимах напряженно-деформированное состояние поршня меняется во времени, что приводит к появлению усталостных трещин на кромке камеры сгорания. Проведен обзор исследований закономерностей изменения скорости развития усталостных трещин на кромке камеры сгорания тракторного дизеля. Пиковые значения тепловых потоков через тепловоспринимающую поверхность днища на неустановившихся режимах в 2,5 раза превосходят те же значения на установившихся режимах. По данным исследований, для тракторного дизеля 4ЧН 11/12,5 интенсивность напряжений в кромке камеры сгорания, вызванных температурными градиентами, составляет 92-98 МПа и более чем в 2 раза превосходит напряжения, вызванные силами давления газов в цилиндре (38-42 МПа). С увеличением форсирования двигателя кромка камеры сгорания становится локальным концентратором температурных напряжений, что приводит к появлению упругопластических деформаций циклического характера и микродефектов. Напряжения, возникающие в кромке камеры сгорания при резкой смене режима нагрузки, как правило, превышают значения предела текучести материала поршня. Это приводит к тому, что в кромке камеры сгорания возникают пластические деформации. Анализ причин образования трещин в кромке камеры сгорания поршня тракторного дизеля показывает, что при оценке долговечности поршня необходимо учитывать целый комплекс показателей и параметров двигателя.
Тракторы и сельхозмашины. 2016;83(10):25-29
25-29
Рациональный выбор параметров диска-движителя почвообрабатывающего агрегата
Аннотация
Цель исследования - показать преимущество решения неформальной задачи рационального выбора параметров диска-движителя почвообрабатывающего агрегата при ее формализации в виде бикритериальных задач оптимизации по сравнению с формализацией в виде однокритериальных задач. Для этого используется предложенная ранее математическая модель взаимодействия диска-движителя с почвой, позволяющая определить его движущую силу и потери мощности на перемещение диска в почве в зависимости от параметров, определяющих режим его функционирования. В качестве таких безразмерных параметров приняты кинематический коэффициент, равный отношению окружной скорости диска к поступательной скорости почвообрабатывающего агрегата, и относительное заглубление диска, равное отношению абсолютного заглубления диска к его радиусу. Задача рационального выбора параметров диска-движителя формализована в виде задач оптимизации по критериям: максимальной движущей силы; максимального коэффициента полезного действия диска-движителя; максимальных движущей силы и коэффициента полезного действия диска-движителя; максимальной движущей силы и минимальных потерь мощности на перемещение диска в почве. Получены решения этих задач оптимизации. Оказалось, что в случае двух указанных бикритериальных постановок задачи компромиссные кривые в плоскости параметров практически совпадают. Показано, что преимущество формализации в виде бикритериальных задач оптимизации состоит в том, что она позволяет находить такие значения параметров, при которых достигается требуемая движущая сила при максимально возможном коэффициенте полезного действия и минимально возможных потерях мощности на перемещение диска в почве.
Тракторы и сельхозмашины. 2016;83(10):29-33
29-33
Универсализация лемешно-отвальной поверхности рабочего органа плуга
Аннотация
Для экономичной обработки почвы при разных скоростях и грунтовых фонах требуются рабочие органы с разными параметрами. Использование плугов с оптимальными параметрами лемешно-отвальной поверхности позволит минимизировать затраты на обработку почвы без снижения ее качества. Рассматриваются такие параметры рабочих поверхностей плуга, как углы установки лемеха, загиб отвала и другие. Регулировка положения рабочего органа плуга путем поворота и смещения позволит получить наиболее рациональный тип лемешно-отвальной поверхности и обеспечит лучшее качество обработки почвенного пласта с использованием одного рабочего органа на различных грунтах и скоростях. Предложен новый способ сравнения топологии двух лемешно-отвальных поверхностей с использованием критериальной фильтр-функции, а также оригинальные методы ввода данных о топологии лемешно-отвальных поверхностей и их аппроксимации полиноминальными зависимостями для сглаживания и обеспечения унимодальности целевой функции оптимизации при использовании метода Хука-Дживса. Получены оптимальные углы поворота рабочих органов плуга (в пределах 12 градусов), при которых отклонения лемешно-отвальной поверхности сравнения и базовой минимальны. Согласно агротехническим и технологическим требованиям по перекрытию ширины захвата рабочих органов между собой, первый рабочий орган плуга закрепляется без смещения, второй в зависимости от реализуемой скорости должен иметь смещение на 70 мм, третий - на 140 мм, четвертый - на 210 мм. Приведены практические результаты использования разработанного способа универсализации лемешно-отвальной поверхности.
Тракторы и сельхозмашины. 2016;83(10):34-37
34-37
Повышение абразивной износостойкости деталей варьированием техники наплавки двухслойных покрытий с твердой поверхностью
Аннотация
Двухслойная наплавка, применяемая при восстановлении деталей строительной, дорожной и почвообрабатывающей техники, позволяет создавать покрытие, которое хорошо сопротивляется ударным нагружениям и противостоит абразивному изнашиванию. Это обусловлено существенными различиями между свойствами нижнего относительно мягкого слоя и верхнего твердого. Известные исследования данного метода не рассматривают вопрос о влиянии техники наплавки на стойкость полученного покрытия к изнашиванию в среде с высоким содержанием абразивных включений. Цель данной работы - определить степени влияния технологических приемов формирования двухслойных покрытий на износостойкость деталей при их использовании в почвенной среде. Наплавка проводилась ручным способом по четырем вариантам технологии при восстановлении лемехов с лучевидным износом. Износ контролировался по потере массы. Проведенные эксперименты позволили установить, что износ в функции наработки подчиняется прямолинейной зависимости для всех вариантов технологии. Наработка до достижения установившегося режима изнашивания и предельного состояния зависит от техники наплавки. Рассмотрено влияние приемов технологии формирования покрытий на абразивную износостойкость, обусловленное различием термических воздействий на наплавленный металл. Оптимальный технологический вариант, обеспечивающий максимальную износостойкость покрытия, - охлаждение каждого валика при нанесении как первого, так и второго слоя. Применение такой технологии наплавки позволяет увеличить абразивную стойкость на 30% в сравнении с другими приемами. Использование технологии двухслойной наплавки повышает ресурс восстановленного лемеха в два раза в сравнении с заводским.
Тракторы и сельхозмашины. 2016;83(10):38-40
38-40
Беспилотное мобильное энергосредство сельскохозяйственного назначения
Аннотация
Показано, что основой роботизированных технологий в растениеводстве служит беспилотное мобильное энергосредство сельскохозяйственного назначения на базе колесной или гусеничной платформы, на которой размещаются гибридная энергоустановка, аппаратура управления движением и машинного зрения. Приведены описание алгоритма программного обеспечения и принципиальная электрическая схема управления движением. Отмечено, что машинное зрение служит неотъемлемой частью рабочих органов, поскольку значительную часть информации о состоянии растений (интенсивности роста, степени зрелости, наличии заболеваний) получают через зрительные образы, а также системы управления движением, точного позиционирования. Эта информация позволяет роботизированным рабочим органам принимать технологические решения и выполнять требуемые операции, а беспилотному мобильному энергосредству - передвигаться по технологическому маршруту. Другая основополагающая функция беспилотного мобильного энергосредства - позиционирование и управление движением по требуемой траектории. Дан краткий анализ реализации этой функции с помощью спутниковых систем навигации либо наземных средств позиционирования, в том числе машинного зрения и целеуказания. Спутниковые навигационные системы обеспечивают позиционирование и идентификацию на огромных территориях, но не работают внутри помещений. Сетевая беспроводная система локального позиционирования позволяет контролировать местонахождение и движение объектов и надежно идентифицировать их как вне, так и внутри помещений. Совместное использование таких систем позволяет распространить контроль перемещения транспортных средств и сельскохозяйственных машин на зоны, где отсутствует прямая видимость спутников, - крытые дворы, здания. При этом возникают дополнительные возможности контроля локальных перемещений продукции и персонала в производственных и внепроизводственных помещениях закрытого и открытого типа.
Тракторы и сельхозмашины. 2016;83(10):41-44
41-44
Экспериментальное исследование условий маслоснабжения цилиндра быстроходного четырехтактного двигателя внутреннего сгорания
Аннотация
Актуальность работы обусловлена недостаточной изученностью процессов маслоснабжения цилиндров четырехтактных поршневых двигателей с традиционным кривошипно-шатунным механизмом и комбинированной системой смазки. Цель исследования - получение экспериментальных данных о характере распределения моторного масла по окружности цилиндра двигателя внутреннего сгорания указанного типа. Метод измерения состоял в организации дренажа и последующего контроля количества масла, снимаемого поршневыми кольцами с внутренней поверхности цилиндра. Основанная на этом методе экспериментальная установка представляла собой малоразмерный быстроходный четырехтактный дизель с воздушным охлаждением ТМЗ-450Д, в нижнем опорном поясе цилиндра которого были выполнены шесть сквозных маслосборных отверстий, снабженных тонкостенными трубками. Испытания проводились в режиме прокручивания коленчатого вала от постороннего источника (балансирной машины) с номинальной частотой вращения. Окончанием каждого опыта считался момент заполнения маслом любой первой из шести трубок. Контроль количества снимаемого масла производили путем измерения длины его столба внутри каждой из трубок. В условиях прокрутки как со сжатием, так и без сжатия воздуха в цилиндре во всех опытах получено устойчивое превышение на 15-18% количества масла, снимаемого с ненагруженной стороны стенки цилиндра, над аналогичным показателем для нагруженной стороны. Такой характер распределения масла по окружности цилиндра, при котором ненагруженная сторона получает больше масла, чем нагруженная, указывает на нарушение принципа согласования условий смазки с условиями нагружения, что повышает риск износа и задира в цилиндро-поршневой группе. Несмотря на ограниченность рамками одной методики и одним объектом, полученные результаты свидетельствуют о том, что целесообразно продолжить изучение особенностей маслоснабжения цилиндров двигателей указанного типа для повышения надежности их работы.
Тракторы и сельхозмашины. 2016;83(10):45-49
45-49
Шум в кабине гусеничного сельскохозяйственного трактора
Аннотация
Условия труда оператора рассматриваются как один из важнейших показателей технического уровня машины и ее конкурентоспособности на рынке сельскохозяйственной техники. В статье представлены результаты измерений уровня шума на рабочем месте оператора по итогам многолетних испытаний гусеничных сельскохозяйственных тракторов общего назначения класса 3. Измерения уровня шума в кабинах тракторов проводились, согласно требованиям государственных стандартов, при выполнении основного вида работ - вспашки стерни после уборки зерновых колосовых культур. Тракторы производства Волгоградского тракторного завода выпуска 1993-2000 годов соответствовали санитарным правилам по устройству тракторов и сельскохозяйственных машин и имели уровень шума 78-80 дБА. Последующая модернизация кабины гусеничного трактора привела к ухудшению комфортности труда по шуму. Уровень шума в кабине трактора «Агромаш-90ТГ 1040А» производства Волгоградского тракторного завода выпуска 2012-2015 годов поднялся до 88-90 дБА. Анализ результатов измерений уровня шума позволил сделать вывод о том, что основной источник шума в модернизированной кабине - выхлопная труба двигателя. Конструкция кабины не обеспечивает защиту оператора от шума двигателя. Кроме того, системы нормализации микроклимата, примененные в кабинах тракторов «Агромаш-90ТГ», не обеспечивают снижение температуры воздуха до комфортной (24-27 градусов Цельсия). По результатам испытаний установлено, что условия труда на новом тракторе не соответствуют требованиям стандартов. Тракторостроителям при организации нового производства гусеничных сельскохозяйственных тракторов необходимо учитывать предыдущий опыт конструкторских разработок Волгоградского тракторного завода и результаты государственных испытаний тракторов.
Тракторы и сельхозмашины. 2016;83(10):50-52
50-52