Том 85, № 2 (2018)
- Год: 2018
- Статей: 13
- URL: https://journal-vniispk.ru/0321-4443/issue/view/3678
Весь выпуск
Статьи
Дизель-генераторная установка с утилизацией сбросовой теплоты поршневого ДВС
Аннотация
Предметом исследования являлась система утилизации сбросовой теплоты дизеля мини-ТЭЦ, которая может быть использована в качестве стационарного основного, резервного или дополнительного источника электрической и тепловой энергии. Объектом исследования служила система утилизации сбросовой теплоты дизеля Д 180 и мини-ТЭЦ на базе дизель-генераторной установки ДГУ-100С производства ОАО «ЧТЗ». Цель работы заключалась в экспериментальной оценке эффективности использования системы утилизации сбросовой теплоты дизеля. В состав системы утилизации входили: оригинальный теплообменник для утилизации сбросовой теплоты системы охлаждения дизеля, сбросовой теплоты системы смазки, сердцевины которого выполнены в общем корпусе, а также теплообменник для утилизации сбросовой теплоты отработавших газов дизеля (котел подогревателя ПЖД-600). В статье приведены компоновка мини-ТЭЦ с системой утилизации сбросовой теплоты, устройство оригинального теплообменника и схема мини-ТЭЦ с системой утилизации сбросовой теплоты. Описан принцип работы предложенной системы. По сравнению с известными конструкциями, в предлагаемой когенерационной энергетической установке отсутствует необходимость раздельного регулирования температуры охлаждающей жидкости и смазочного масла на входе в поршневой двигатель внутреннего сгорания и необходимость использования дополнительного жидкостно-масляного теплообменника или охладителя масла при работе когенерационной установки без тепловой нагрузки. В совокупности это обеспечило уменьшение сложности, материалоемкости и габаритных размеров системы утилизации и когенерационной энергетической установки в целом. Абсолютный экономический эффект от использования системы утилизации сбросовой теплоты составляет 240…300 тыс. руб. за моторесурс, удельный - 22…28 руб./ч. Срок окупаемости системы утилизации сбросовой теплоты - менее года. Полученные результаты убедительно свидетельствуют об экономической целесообразности реализации предложенной системы утилизации сбросовой теплоты дизеля Д 180 мини-ТЭЦ на базе ДГУ-100С.
Тракторы и сельхозмашины. 2018;85(2):3-7
3-7
Сравнительный анализ потребительских характеристик игольчатых и зубовых борон
Аннотация
В современном сельскохозяйственном производстве, особенно в зонах недостаточного увлажнения, широкое применение получили игольчатые бороны-мотыги и зубовые бороны. Назначение этих групп орудий в целом схоже, однако имеются и отдельные функциональные особенности. Их знание, владение объективной информацией о потребительских характеристиках этих орудий позволит сформировать более рациональную структуру парка машин сельскохозяйственных предприятий, организовать их эффективную эксплуатацию и будет способствовать дальнейшему совершенствованию конструкций самих орудий. Целью представленного исследования является обобщенный сравнительный анализ эксплуатационно-экономических характеристик и агротехнических показателей работы игольчатых борон-мотыг и зубовых борон. Для достижения поставленной цели в рамках исследования был проведен сбор информации об основных эксплуатационных и агротехнических характеристиках зубовых борон и борон-мотыг, проходивших испытания на машинно-испытательных станциях нашей страны. Анализ полученных результатов позволил заключить, что применение игольчатых борон по сравнению с зубовыми обеспечивает повышение производительности агрегатов в среднем на 13…20 %, снижение гребнистости поверхности поля - на 15 % (3 мм), повышение крошения почвы на 7 %. В равных условиях бороны-мотыги повреждают в 3…7 раз меньше культурных растений, чем зубовые бороны. По расходу топлива и неравномерности глубины обработки почвы агрегаты с игольчатыми и зубовыми боронами обеспечили примерно одинаковые показатели работы. При этом бороны-мотыги в 1,83 раза более металлоемки, чем зубовые, и более трудоемки в обслуживании. В целом можно заключить, что эксплуатационные характеристики и агротехнические показатели работы игольчатых борон выше, чем зубовых, однако, экономические - ниже.
Тракторы и сельхозмашины. 2018;85(2):8-12
8-12
Рабочий орган для внесения минеральных удобрений
Аннотация
В настоящее время для поверхностного внесения удобрений, как в Европе, так и в России, используют разбрасыватели различной конструкции и компоновки. Дозирующими устройствами в них, как правило, являются дисковые аппараты центробежного типа с вертикальной осью вращения. Обзор и анализ работы разбрызгивателей показывает, что они не в полной мере удовлетворяют агротехническим требованиям, а именно распределяют удобрения по поверхности почвы со значительными отклонениями от допустимой неравномерности. Поэтому разработка рабочего органа, повышающего равномерность распределения минеральных удобрений по поверхности поля, является актуальной задачей. Равномерность распределения минеральных удобрений центробежным рабочим органом основана на разности скоростей гранул удобрений в момент схода их с рабочего органа. Величина скорости влияет на дальность полета частиц (ширину захвата) и зависит от конструктивных и кинематических параметров рабочего органа. На кафедре сельскохозяйственных машин Мордовского госуниверситета разработан центробежный рабочий орган, в любой точке которого сход гранул минеральных удобрений происходит с разными по величине скоростями. Этого удалось добиться благодаря тому, что рабочий орган содержит коническую поверхность, вдоль образующей которой жестко закреплены прямые лопасти разной длины. При работе, удобрения, подающиеся на коническую часть, распределяются равномерным слоем и продолжают направленное движение по конической поверхности. Окружная скорость рабочей поверхности по направлению к основанию возрастает, следовательно увеличивается и скорость вылета частиц с разных точек рабочей поверхности. Остальная часть удобрений непрерывным потоком поступает на сферический диск и лопастями направляется на поверхность почвы. С лопастей различной длины удобрения сходят на разной высоте, под разными углами наклона к горизонту и различными по величине скоростями, что повлияет на равномерность их внесения. Результаты исследований показали, что применение экспериментального рабочего органа позволяет увеличить рабочую ширину с 10 до 14 м и уменьшить неравномерность распределения туков по общей ширине на 14,2 %.
Тракторы и сельхозмашины. 2018;85(2):13-16
13-16
К вопросу создания отечественного гусеничного трактора для современного сельскохозяйственного производства
Аннотация
Возникший дефицит в последние десятилетия универсальных и универсально-пропашных тракторов класса 2…3, выпускаемых во времена СССР в странах Совета экономической взаимопомощи, а также проблемы производства сельскохозяйственной продукции создали условия для интенсивной экспансии со стороны иностранных компаний, которые активно завоевывают отечественный рынок. Однако зарубежные образцы имеют высокую стоимость при малой приспособленности к условиям регионов РФ и отсутствии надлежащего сервисного обслуживания. В статье поставлен вопрос необходимости создания отечественного универсального гусеничного трактора, сформированы и выдвинуты на обсуждение предпосылки его создания. Оговорена необходимость расширения сферы применения трактора. Указаны потенциальные конкурентные преимущества трактора перед зарубежными аналогами, в том числе агрегатирование с широким спектром машин и орудий, регулируемая колея, возможность движения по различным типам дорог, улучшенная маневренность, экономичность и экологичность, возможность бесступенчатого регулирования скорости и т.д. Описаны: предполагаемые технические решения основных агрегатов и систем трактора, в том числе силовая установка с системой адаптации для работы на сжиженном углеводородном газе; трансмиссия, содержащая полнопоточную гидрообъемную передачу или двухпоточную гидрообъемномеханическую передачу с приводом на каждый борт, а также привод валов отбора мощности (фронтального, заднего и боковых); рамный остов; всесезонная экологически безопасная гусеничная ходовая система с резиноармированными гусеницами и элементами гусеничного обвода на основе полимерно-композитных материалов; современная и комфортабельная кабина с рулевой колонкой. Указаны предполагаемые показатели экономической эффективности от применения трактора, а также перспективы дальнейшего оснащения трактора системами дистанционного и автономного управления.
Тракторы и сельхозмашины. 2018;85(2):17-25
17-25
Выбор режимов ускоренных испытаний головки цилиндров автомобильного дизеля
Аннотация
Рассмотрены возможности прогнозирования долговечности головок цилиндров автомобильных дизелей на стадии проектирования и доводки их до заданных показателей, особенно по надежности. Поскольку дизели в эксплуатации работают на неустановившихся режимах, то основная нагрузка - не только механическая, но и тепловая. При этом она возникает при изменении режимов работы дизеля. Наиболее нагруженными сечениями в головке цилиндров являются перемычки между впускными и выпускными клапанами, а также перемычки между отверстиями под форсунку и впускным или выпускным каналами. Под действием тепловой нагрузки в сечениях головки цилиндров возникают сначала искажения кристаллической решетки, что приводит к появлению по какому-то направлению, в котором действуют наибольшие касательные напряжения, надрывов, постепенно переходящих под действием переменных напряжений в трещину. Когда полная накопленная поврежденность достигает некоторой критической величины, а трещина существенно ослабляет поперечное сечение, происходит усталостное разрушение. Для обеспечения надежности дизеля в эксплуатации необходимо выбрать такие методы расчета и испытаний, которые обеспечили бы заданную долговечность головки цилиндров. Поскольку проверка надежности в эксплуатации занимает значительное время, то для сокращения сроков испытаний используют ускоренные испытания. Рассмотрено место, занимаемое ускоренными испытаниями в проектировании дизелей, а также последовательность формирования их программы. Показано, что на практике возможно достижение лишь некоторой степени изменения технического состояния головки цилиндров, обусловленной степенью полноты учета взаимодействующих эксплуатационных нагрузок и их искажения при воспроизведении на испытательном оборудовании. Предложены возможные режимы испытания головок цилиндров на безмоторном тепловом стенде с целью определения их долговечности. Они соответствуют режимам ускоренных испытаний на надежность дизелей автомобильных двигателей. Рассмотрена проблема сходимости результатов при ускоренных испытаниях и данных, полученных в эксплуатационных условиях.
Тракторы и сельхозмашины. 2018;85(2):26-33
26-33
Автоматическое управление движением гусеничной машины с интеллектуальной гидростатической трансмиссией при целеуказании в координатах GPS
Аннотация
Статья посвящена разработке алгоритма автоматического управления автономным транспортным средством на примере гусеничной машины с бортовой гидростатической трансмиссией. Авторами разработана математическая модель, обладающая научной новизной, получены результаты аналитического решения и физического эксперимента, подтвердившего достоверность модели и работоспособность предложенного алгоритма управления трактором в автоматическом режиме в координатах глобального позиционирования. В модели учтены особенности гидостатического привода, выполненного по бортовой схеме, в том числе механические и объемные потери. Отличительной частью математической модели являются дифференциальные уравнения для промышленного логического контроллера и механизма управления наклонной шайбой аксиально-поршневого регулируемого насоса гидростатической трансмиссии и алгебраические уравнения перевода декартовых координат в координаты глобального позиционирования. Математическая модель реализована в среде программирования VISSIM. Объектом исследования является промышленный трактор ТМ-10 с гидростатической трансмиссией производства завода «ДСТ-Урал» г. Челябинска. Физический эксперимент проведен на опытной модели и показал удовлетворительные результаты. Разработанный алгоритм реализован в среде CoDeSys для промышленного контроллера, управляющего движением серийных тракторов. Расширенная математическая модель позволяет более точно оценить переходные процессы движения в автоматическом режиме. Формирование управляющего воздействия по GPS-координатам открывает новые возможности при решении задачи позиционирования гусеничной машины на открытой местности. Разработанный алгоритм позволяет оценивать время, затраченное на формирование команд микропроцессорными устройствами. Проведенные исследования позволили сформировать новые потребительские свойства промышленному трактору завода «ДСТ-Урал», заключающиеся в появившейся возможности использовании тракторов без оператора в условиях вредных или опасных для человека.
Тракторы и сельхозмашины. 2018;85(2):34-40
34-40
Оптимизация конструктивных параметров радиальных шин движителей зерноуборочных комбайнов
Аннотация
Статья посвящена решению важной научно-практической задачи - оптимизации параметров конструкции оболочки шин ведущих колес зерноуборочных комбайнов высокой производительности, работающих в условиях поверхностей с малой несущей способностью. Оптимизация параметров пневматической шины как звена колебательной системы и главного элемента колесного движителя является одним из направлений совершенствования функционирования зерноуборочных комбайнов. Одним из факторов, влияющим на показатели функционирования зерноуборочных комбайнов, является совершенство колесных движителей. Их агротехнологические свойства возможно улучшить за счет рационального выбора параметров конструкций шин в зависимости от типа поверхности качения, что также будет способствовать снижению расхода топлива. На основе вышеизложенного целью данной работы является исследование влияния на показатели функционирования зерноуборочных комбайнов характеристик шин, применяемых на ведущих колесах, а также улучшение их агротехнологических свойств за счет оптимизации параметров пневматических шин. Приведены описание, методика и результаты экспериментальных исследований с использованием специально разработанных и обеспечивающих получение достоверных результатов приспособлений для определения деформаций внутренней и внешней оболочек шины относительно обода в окружном и радиальном направлениях, а также контактных давлений и напряжений в почве. На основании теоретических и экспериментальных исследований работы зерноуборочных комбайнов высокой производительности установлено влияние параметров пневматических шин ведущих колес на показатели их функционирования. Определено оптимальное сочетание конструктивных параметров опытной пневматической шины радиальной конструкции для зерноуборочных комбайнов. Результаты исследования позволят разрабатывать рекомендации по выбору оптимальных параметров пневматических шин, способствующих совершенствованию показателей функционирования зерноуборочных комбайнов, используемых при различных условиях эксплуатации, путем комплектации их ведущих колес шинами радиального типа.
Тракторы и сельхозмашины. 2018;85(2):41-46
41-46
Оптимизация армирующего слоя компрессорного колеса из композиционного материала турбокомпрессора дизеля
Аннотация
Целью данной работы является поиск оптимальной конфигурации варьируемых параметров армирующего слоя компрессорного колеса из композитного материала. Композитный материал, рассмотренный в данной работе, представляет собой углеродную матрицу, наполненную углеродным волокном. Варьируемыми параметрами являлись: доля волокна в композите, общая толщина армирующего слоя, доля волокна в композите ориентированная в окружном направлении диска. Целевая функция в данном исследовании - запас прочности, колеса. Оптимизация параметров проводилась методом Гаусса-Зейделя. На каждом шаге оптимизации решалась задача теории термоупругости анизотропных сред методом конечных элементов. В ходе исследования установлено, что максимальный запас прочности колеса 1,15 достигается при максимальной доле волокна в композите, толщине армирующего слоя 1,4 мм и доле волокна 0,581 ориентированного в окружном направлении. Деформации колеса с вышеприведенными параметрами остаются на допустимом уровне. По результатам расчетов установлено, что существует возможность повышения уровня технологичности изготовления рабочего колеса за счет перехода к армированию диска только в окружном направлении. При этом снижение общего запаса прочности составит менее 6 %. Исходя из результатов, полученных в ходе процесса оптимизации, следует, что в дальнейшем задачу оптимизации для компонентной базы, рассмотренной в работе можно проводить только относительно доли волокна, ориентированного в окружном направлении. В заключительной части работы также проведен анализ массово-инерционных характеристик рабочего колеса из композита с колесом, выполненным по традиционной технологии. Масса и момент инерции ротора в случае применения колеса из КМ будет снижен на 11 и 18 %, соответственно.
Тракторы и сельхозмашины. 2018;85(2):47-53
47-53
Некоторые предварительные результаты исследования влияния многоцикловой нагрузки на твердость топливопровода высокого давления
Аннотация
Проведено исследование влияния внутреннего давления на распределение твердости в стенке топливопровода. В контурах высокого давления систем Common Rail давление топлива намного превышает уровень давления в традиционных топливных системах. Вследствие этого представляет практический интерес изменение механических свойств материалов деталей в процессе эксплуатации. В настоящей работе была сделана попытка оценки влияния многоциклового нагружения топливопровода высоким внутренним давлением на твердость материала, из которого был изготовлен топливопровод. Нагружение осуществляли в условиях безмоторного испытательного стенда давлением дизельным топливом под давлением 160 МПа. Продолжительность испытаний составляла 500 часов. При выбранных частоте вращения вала насоса и частоте срабатывания клапанов электрогидроуправляемых форсунок это было эквивалентно примерно 96х106 циклов. Перед испытаниями и по их завершению были произведены измерения твердости в поперечном сечении топливопроводов. Получены распределения значений твердости, свидетельствующие о существовании - в данных условиях нагружения - процесса самоупрочнения материала. В исходном состоянии топливопроводы характеризуются некоторой анизотропией твердости и, соответственно, прочностных характеристик. При этом неоднородность поля значений твердости уменьшается с уменьшением радиуса расположения слоя материала. Рассеяние значений твердости имеет место как вдоль оси топливопровода, так и в окружном направлении. Нагружение топливопроводов системы типа Common Rail пульсирующим гидравлическим давлением приводит к перераспределению значений твердости в стенке топливопроводов. Обнаружено, что в слоях материала, расположенных ближе к центральному каналу топливопровода, выравнивание твердости, по мере наработки, происходит в большей степени, чем в слоях, удаленных от центрального канала. В целом происходит повышение твердости, что можно трактовать, как упрочнение топливопровода при работе.
Тракторы и сельхозмашины. 2018;85(2):54-58
54-58
Обоснование конструктивных и технологических параметров цилиндрического очистителя почвенных примесей лукоуборочной машины
Аннотация
Особенностью уборки лука-севка является то, что состав примесей луко-почвенного вороха, поступающего с выкапывающих рабочих органов на сепарирующие, составляют почвенные комки, соизмеримые по размерам с луковицами лука-севка, которые являются трудноотделимыми на щелевых (прутковые элеваторы, грохоты) рабочих органах. Вторичная сепарация вороха лука-севка на наиболее распространенных в настоящее время устройствах вторичной сепарации - пальчатых горках сдерживается неоднородностью механических свойств убираемого лука. У хорошо вызревшего лука с отмершей ботвой углы скатывания четко отделяются от углов скатывания растительных и мелких почвенных примесей, однако при неотмершей ботве разделение луковиц и примесей на пальчатой горке затруднено. Отделение корнеклубнеплодов и лука от примесей в механических сепараторах основано на физико-механических свойствах взаимодействующих продуктов: коэффициентов трения, коэффициентов формы поверхности, коэффициентов восстановления скорости, массы, плотности и прочностных характеристиках. Данное обстоятельство вызвано тем, что выделение почвенных комков на щелевых рабочих органах (прутковые транспортеры и грохоты) происходит по размерным признакам, и это не приводит к решению существующей проблемы - сепарации почвенных комков, соизмеримых по размерам с луковицами лука-севка. В статье представлена конструкция цилиндрического очистителя почвенных примесей, обеспечивающего максимальную полноту сепарации вороха лука от почвенных примесей, в том числе от соизмеримых почвенных комков. Приведены результаты теоретических исследований цилиндрического очистителя почвенных примесей по обоснованию конструктивных и технологических параметров при сепарации вороха лука-севка от почвенных примесей.
Тракторы и сельхозмашины. 2018;85(2):59-64
59-64
Метод и результаты оценки влияния энергии восстановления зерна, контактирующего в колосе с обтекателем жатки, на его параметры и качество работы
Аннотация
При уборке зерновых культур комбайном с очесывающей жаткой процесс контакта растений с ее обтекателем включает удар колоса растения о поверхность обтекателя и движение по его поверхности. Наибольшая вероятность потерь тех зерен колоса, которые контактируют через прикрывающие их чешуйки с обтекателем жатки. Вид удара этих зерен зависит от формы обтекателя и угла наклона растения. При прямом ударе скорости до и после удара пропорциональны коэффициенту восстановления и могут быть направлены в прямом или обратном направлении. Если удар косой, а отклонение вектора скорости в пределах угла трения, скорость после удара определится на основе гипотезы сухого трения Ньютона. У зерновых колосовых культур стебель малой жесткости, который, по нашим данным, компенсирует демпфирующие свойства прикрывающей зерно чешуйки. При ударе колоса зерна приобретают кинетическую энергию, расходуемую на деформацию контактирующих поверхностей (потерянную энергию) и энергию восстановления. Потеря зерна произойдет, если энергия восстановления зерна больше энергии, необходимой на его отделение. Цель исследований - определение энергии, выделенной при восстановлении зерен колоса, контактирующих через прикрывающие их чешуйки с обтекателем жатки. Опробование метода выполнено путем сравнения энергии восстановления зерна озимой пшеницы безостой при контакте колоса с поверхностью обтекателя из стали и высокопрочных полимеров. Установлено, что на восьмой день уборки, при влажности хлебостоя 9-11 %, работа, необходимая на выделение одного зерна из колоса, снижается до 0,0015 Дж. При таких условиях уборочный агрегат, оборудованный очесывающей жаткой с обтекателем, изготовленным из стали, может работать без потерь зерна в первой фазе взаимодействия с ним на скоростях до 2,3 м/с, а с жаткой, обтекатель которой изготовлен из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), - на скоростях до 3,5 м/с.
Тракторы и сельхозмашины. 2018;85(2):65-72
65-72
Разработка элементов технологии повышения долговечности деталей тракторов из серого чугуна
Аннотация
Рассматриваются вопросы повышения долговечности деталей тракторов из феррито-перлитного серого чугуна посредством применения процесса диффузионного поверхностного легирования с последующей закалкой на мартенсит. Процесс диффузионного поверхностного легирования серого чугуна реализуется посредством нагрева сплава в контакте с оксидом легирующих элементов (хрома, титана, ванадия и т.д.). При этом на поверхности сплава происходит диссоциация молекулы оксида легирующего элемента и диффузия атомов вглубь чугуна. Такая схема процесса дает возможность окислять углерод основы чугуна и одновременно легировать поверхностный слой. Исследования диффузионного слоя показали, что он имеет перлитную структуру, а значит, имеется возможность применения процесса закалки с целью получения мартенситной структуры. К важным факторам, которые определяют сопротивление металлов и сплавов износу, можно отнести их структуру, физико-механические свойства, а также взаимное расположение, количественное соотношение и характер связи между отдельными составляющими структуры материала. Важным вопросом практической реализации рассматриваемой технологии является определение режимов закалки, которые обеспечивают требуемую микроструктуру и свойства сплава, прежде всего, времени нагрева под закалку. В данной работе рассматривается возможность применения теплотехнических расчетов для решения указанной выше задачи. Расчет параметров нагрева под закалку осуществлялся при помощи решения уравнения теплопроводности в критериальной форме. Рассматривался нагрев цилиндрической детали. На основе определения критериев Био и Фурье были построены кривые нагрева, что дало возможность определить искомые значения режимов термической обработки. Экспериментальная проверка полученных результатов показала, что микроструктура сплава - мелкоигольчатый мартенсит, что подтверждает применимость расчетного определения режимов закалки.
Тракторы и сельхозмашины. 2018;85(2):73-77
73-77
Применение дифференцированной обработки почвы
Аннотация
Главным показателей физического состояния почв является плотность сложения. При сопоставлении значений равновесной и оптимальной плотности почвы для сельскохозяйственных культур определяется потребность в той или иной механической обработке. Это говорит о том, что в настоящее время система обработки почвы не может быть единой, универсальной, одинаково пригодной и эффективной в разных точках поля. Она должна быть дифференцированной, адаптированной к почвенно-климатическим условиям. Исходя из выше изложенного, появилась идея о необходимости создания комбинированного культиватора для выполнения дифференцированной обработки почвы, который обеспечил бы желаемый прогнозируемый процесс работы при выполнении условий. Цель исследования - снижение затрат энергии, повышение качества поверхностной подготовки почвы за счет применения дифференцированной обработки почвы без снижения показателей урожайности. Полевые исследования по определению плотности и твердости почвы проводили при температуре +20±2 ᵒС на разных глубинах (0…10, 10…20, 20… 30 и 30…40 см) и повторяли по 4 раза для каждой глубины для выявления средних значений амплитуд. Влажность почвы в процессе обработки варьировалась в пределах от 20 до 26 %. Предельная относительная ошибка при измерении составила 5 %. При исследовании твердости и плотности почвы одна точка (как одно измерение) закладывалась на 4…5 га. Результаты исследований показали, что твердость и плотность почвы в разных точках поля разные. Со временем их значения возрастают. Минимальные значения твердости и плотности наблюдалось на глубине 0…10 см и составили 8 кг/см2 и 0,94 г/см3,
Тракторы и сельхозмашины. 2018;85(2):78-82
78-82