Том 85, № 6 (2018)
- Год: 2018
- Статей: 13
- URL: https://journal-vniispk.ru/0321-4443/issue/view/3682
Весь выпуск
Статьи
Математическое моделирование химической кинетики процессов воспламенения топлива в камере сгорания дизеля на режимах пуска
Аннотация
В статье представлены результаты расчетно-теоретического исследования, направленного на обеспечение соответствия дизелей требованиям нормативно-технических документов к пусковым качествам. В ходе исследования создана и реализована в виде отдельного программного обеспечения математическая модель химической кинетики процессов воспламенения и горения топлива в камере сгорания, которая может быть использована при прогнозировании пусковых качеств дизеля. Разработанная математическая модель имплементирована в трехмерную газодинамическую модель процессов в камере сгорания. В ходе расчетного исследования химической кинетики реакций горения топлива на режимах пуска дизеля установлено, что для обеспечения воспламенения топлива в камере сгорания необходимая величина локальных температур рабочего тела должна составлять не менее 1350 К. Допустимая доля оксида углерода в рабочем теле на режиме сопровождения подогревателем воздуха на впуске не должна превышать 40 %. Показано, что увеличение степени сжатия при постоянной температуре газов мало влияет на химическую кинетику предпламенных процессов и скорость реакции горения. Выявлено, что температура стенок камеры сгорания имеет превалирующее влияние на возможность воспламенения топлива. Установлены значения температур стенок, до которых необходимо разогреть дизель с применением средств предпусковой подготовки и облегчения пуска для различных температур среды, частот вращения коленчатого вала, степени сжатия, концентрации продуктов сгорания подогревателя воздуха на впуске. Разработанные математическая модель и программное обеспечение используются в текущих научно-исследовательских и опытно-конструкторских работах Южно-Уральского государственного университета по созданию новых и модернизации существующих дизелей ООО «ЧТЗ - Уралтрак» различных типов.
Тракторы и сельхозмашины. 2018;85(6):3-11
3-11
Влияние конструкции очесывающего устройства на характеристики воздушного потока в камере очеса льнокомбайна
Аннотация
Проведены исследования скорости и распределения воздушного потока в выходном окне камеры очеса льнокомбайна. Целью исследования является определение влияния конструкции очесывающего устройства на скорость и распределение воздушного потока на выходе из камеры очеса льнокомбайна. При проведении исследований использовалась методика выявления средней скорости воздуха путем исследования поля скоростей воздушного потока. В эксперименте применялись серийное и новое очесывающие устройства, установленные на устройство, позволяющее моделировать процессы очеса стеблей льна и сборку вороха. Эксперимент проводился при частоте вращения барабана 230, 280 и 330 мин-1. Математическая обработка результатов данных проводилась в программах Stadia и Excel. Представлены графики распределения скоростей воздушного потока в выходном окне камеры очеса льнокомбайна. Получены уравнения регрессии, характеризующие скорость воздушного потока в зависимости от частоты вращения очесывающего барабана. Сделан вывод, что воздушный поток по площади поперечного сечения выходного окна распределяется неравномерно. Наибольшая скорость потока имеет место в верхней и левой частях окна. Установлено, что изменение конструкции очесывающего устройства практически не влияет на среднюю скорость воздушного потока. Очесывающие устройства рекомендуется применять при частоте оборотов 275…285 мин-1.
Тракторы и сельхозмашины. 2018;85(6):12-16
12-16
Агрегат для внесения пылящихся известковых удобрений
Аннотация
В статье приводятся некоторые результаты сравнительных испытаний агрегата, проведенных в Мордовском государственном университете им. Н.П. Огарева при внесении пылевидных известковых удобрений с серийным и экспериментальным центробежным рабочим органом. Определено влияние поступательной скорости агрегата на неравномерность распределения цементной пыли по ширине захвата. Наблюдения показали, что при механическом разбрасывании (например, центробежным диском) удобрений с различной гранулометрической характеристикой крупные частицы под действием начальной скорости, приобретенной при сходе диска, летят дальше, а мелкие (пылевидные) ложатся на почву вблизи центра диска. Следовательно, можно полагать, что сочетание различных способов воздействия (механического и пневматического) на частицы удобрений в процессе их внесения даст желаемый результат, т.е. качественное распределение частиц независимо от их гранулометрического состава и характеристик. Анализ литературных источников показал, что работы по совершенствованию центробежного диска, с целью усилить воздушный поток, оказались малоэффективными, и машины с такими рабочими органами не получили распространения. По нашему мнению, наиболее полно возможности пневмоцентробежного рабочего органа выявляются при выполнении их конструкции по дисково-вентиляторному типу, которая предполагает при закрепление лопастей к нижней поверхности диска и дифференцированную подачу воздушного потока под частицы удобрений, высеваемых на периферийные зоны рабочей ширины захвата. Для проверки работоспособности агрегата нами проведены сравнительные испытания при разбрасывании цементной пыли с серийным и экспериментальным центробежным рабочим органом на трех скоростях движения агрегата: 2,5, 3,5 и 4,5 км/ч. С учетом данных предложений нами был изготовлен пневмоцентробежный рабочий орган и проведены лабораторные исследования. В результате исследований установлено: неравномерность распределения пылевидной массы по ширине захвата в зависимости от рабочих скоростей, значения которых указаны выше, изменялась в пределах 15-30 %, при этом наименьшая неравномерность (15 %), как при максимальных, так и при минимальных значениях подач, получена при скорости движения агрегата 4,5 км/ч, а наибольшая (30 %) - при тех же подачах и средней скорости 2,5 км/ч. Таким образом, оснащение серийных центробежных разбрасывателей предлагаемым рабочим органом превращает их в универсальные машины, способные вносить все виды минеральных удобрений, известковых материалов и их смесей, любого гранулометрического состава и нормы внесения.
Тракторы и сельхозмашины. 2018;85(6):17-21
17-21
Дифференцированное распределение упрочняющих материалов на режущих лезвиях грунтообрабатывающих машин
Аннотация
Режущие лезвия рабочих органов грунтообрабатывающих машин вследствие их интенсивного абразивного износа во многом влияют на эксплуатационную надежность и производительность работающей техники. Для увеличения эксплуатационного ресурса лезвия упрочняют твердосплавными материалами, целесообразное расходование которых требует определения рациональных зон их нанесения на лезвия и обоснование их геометрических параметров. Предлагается метод определения геометрических размеров слоя упрочняющих материалов, предварительно наносимых на режущие лезвия грунтообрабатывающих машин. Алгоритмика метода заключается вначале в выявлении величин нормальных давлений, действующих со стороны обрабатываемых грунтов на лезвия, и построение соответствующих эпюр характера изменения нагрузок на поверхности лезвия. Характер распределения нагрузок на лезвия грунтообрабатывающих машин рационально определять путем специального нанесения легкоизнашиваемых материалов по поверхности трения. Быстрый износ этих материалов с различной интенсивностью на разных участках трения характеризует распределение реальных нагрузок, действующих на лезвия со стороны обрабатываемых грунтов. Затем после анализа эпюр с учетом характеристик обрабатываемых грунтов, а также свойств упрочняющих материалов, наносимых на лезвия, и ожидаемого ресурса лезвия определяются размеры наносимого слоя упрочняющих материалов. Геометрия распределения упрочняющих материалов и конкретные размеры их сечений выбираются по подобию значений кривых эпюр нормальных давлений, возникающих в условиях реальной эксплуатации. Таким образом, предлагаемое дифференцированное распределение упрочняющих материалов по поверхности лезвий грунтообрабатывающих машин позволяет производить рациональное расходование материалов в условиях абразивного износа рабочих органов и обеспечивает необходимую эксплуатационную долговечность.
Тракторы и сельхозмашины. 2018;85(6):22-26
22-26
Повышение долговечности рабочих органов почвообрабатывающих машин путем нанесения металлокерамических покрытий
Аннотация
В настоящее время наиболее перспективными для повышения долговечности рабочих органов почвообрабатывающих машин являются металлокерамические материалы, которые наносятся на режущие поверхности в виде покрытий. Перспективным способом создания металлокерамических покрытий является карбовибродуговое упрочнение (КВДУ). При КВДУ на упрочняемую поверхность наносится многокомпонентная паста, содержащая металлическую матрицу, керамические компоненты и активатор процесса горения дуги (криолит), которая после высыхания расплавляется вибрирующим угольным электродом с образованием металлокерамического покрытия. Целью работы является обоснование целесообразности использования матричного порошка на железной основе в составе многокомпонентных паст для КВДУ с целью улучшения структуры и физико-механических свойств металлокерамических покрытий и повышения долговечности рабочих органов почвообрабатывающих машин. При проведении исследований в качестве матричного материала многокомпонентных паст для КВДУ использовали порошки ПР-Х30СРНДЮ на железной основе и ПР-НХ17СР4 на никелевой основе, в качестве керамических компонентов паст - карбиды бора и кремния. Наибольшую микротвердость (1354 HV) имеют металлокерамические покрытия, полученные на пастах, содержащих матричный порошок ПР-Х30СРНДЮ и карбид бора. Микроструктура полученных покрытий плотная и практически беспористая, а их износ в 3,6 раза меньше, чем износ стали 30ГР, принятой за эталон сравнения. Использование в составе паст матричного порошка ПР-НХ17СР4 приводит к существенному снижению микротвердости металлокерамических покрытий (1033 HV - при использовании карбида бора и 942 HV - карбида кремния), они содержат значительное количество пор различного размера. Полученные данные подтверждают целесообразность использования порошка на железной основе в качестве матричного материала многокомпонентных паст для КВДУ. По результатам проведенных исследований паста должна содержать 60 % порошка ПР-Х30СРНДЮ, 30 % карбида бора и 10 % криолита. Ее использование позволит значительно повысить долговечность рабочих органов почвообрабатывающих машин, упрочненных металлокерамическими покрытиями, полученными при КВДУ.
Тракторы и сельхозмашины. 2018;85(6):27-31
27-31
Принципы разработки технологического процесса обработки почвы в засушливых условиях юга России
Аннотация
В засушливых условиях южных регионов России возделываемые сельскохозяйственные культуры испытывают недостаток влаги. Важное значение при этом приобретает агротехнически целесообразная обработка почвы. В трещиноватом пористом массиве обработанной почвы наблюдается потеря влаги из глубины пласта при физическом испарении. Физическое испарение влаги в засушливых условиях приводит к иссушительной деградации почвы. При рыхлении только поверхностных слоев может возникнуть псевдослитизация нижней части обрабатываемого слоя, приводящая к гидролизной деградации черноземной почвы. Цель исследования: определить основные требования к агротехнически целесообразному технологическому процессу обработки почвы в засушливых условиях и к рабочим органам для его осуществления. Разработка технологического процесса обработки почвы в засушливых условиях юга России должна основываться на принципах накопления влаги внутри пласта за счет использования термодиффузионных процессов. При разнице температуры слоев почвы внутри пласта перемещается поток тепла, способствующий возникновению процесса термодиффузии влаги. Для этого обработку почвы необходимо производить дифференцированно с различной степенью уплотнения по слоям. При послойной обработке почвы внутри пласта формируется влагонакопительный слой за счет комбинации обоих типов теплообмена: инсоляции и излучения. На глубине 10-15 см пересекаются потоки влаги, доступной для корневой системы сельскохозяйственных культур. Данный процесс осуществляется унифицированной конструкцией, разработанной по методу базового агрегата с общей и сменными частями (подсистемами). Комбинация подсистем реализуется конструктивно на единой несущей системе по определенному принципу размещения с учетом длительности релаксации внутренних напряжений пласта, которая составляет 0,09-0,11 с для черноземной почвы в засушливых условиях. Расстояние в продольном направлении между блоками подсистем должно составлять не менее 0,2 м. При этом конструкции рабочих органов разрабатываются на основе взаимосвязи параметров и режимов работы с физико-механическими свойствами почвы.
Тракторы и сельхозмашины. 2018;85(6):32-39
32-39
Обоснование ширины высыпного отверстия шнекового транспортера-распределителя
Аннотация
Предметом исследования является шнековый транспортер-распределитель зерна с высыпным отверстием вдоль его кожуха. Такая конструкция устраняет необходимость разравнивания зерновой насыпи, перемещения транспортера или использования поворотного лотка для равномерного распределения выгружаемого зерна. Целью исследования является нахождение зависимости ширины высыпного отверстия от параметров транспортера-распределителя. Изготовлена лабораторная установка и проведены исследования по истечению зерна пшеницы через высыпное отверстие различной ширины. Лабораторная установка представляет собой емкость из пластиковой прямоугольной трубы, открытой сверху. В нее вставлены на равном расстоянии поперечные мембраны. Они делят всю емкость по ее длине на отсеки. В днище трубы сделано высыпное отверстие в виде прорези постоянной ширины. Высыпное отверстие закрыто снизу выдвигающейся в бок заслонкой. Под высыпным отверстием установили лотки, каждый под своим отсеком, в которые высыпается зерно. Вынув задвижку, с помощью хронометражной видеозаписи засекали время, за которое происходило полное высыпание зерна через высыпное отверстие. Эксперимент проводили при различной ширине высыпного отверстия и при разной массе зерна в отсеках. Ширину высыпного отверстия меняли от 7 до 13 мм. Установлено, что в условиях ограниченной высоты столба зерна над отверстием скорость истечения через высыпное отверстие не зависит от высоты столба зерна над отверстием. Построена зависимость единичного потока зерна от ширины высыпного отверстия. При ширине высыпного отверстия, равной 7 мм, истечения зерна не происходит. Получено выражение, описывающее форму высыпного отверстия в зависимости от конструктивно-режимных параметров шнекового транспортера-распределителя. Построен график, демонстрирующий форму высыпного отверстия при заданных конструктивно-режимных параметрах шнекового транспортера-распределителя.
Тракторы и сельхозмашины. 2018;85(6):40-44
40-44
Визуализация результатов математического моделирования динамических процессов в мобильных энергетических средствах
Аннотация
Для анализа, оценки и демонстрации поведения созданных математических моделей сложных динамических объектов разработчикам зачастую приходится пользоваться графическими материалами, которые весьма сложны и неинформативны. Современные программные математические пакеты позволяют не только производить решение систем дифференциальных уравнений, описывающих поведение объектов, но и создавать анимированные представления этих процессов. Для этого в среде MathCAD имеется системная переменная FRAME, значение которой может изменяться от 0 до 999. Данная переменная позволяет поочередно обращаться к строкам сохраненной матрицы численного решения систем дифференциальных уравнений и отображать новые состояния элементов анализируемой динамической системы с одновременной покадровой записью данных отображений. Для представления реальных объектов моделирования на двумерных графиках, из которых формируется анимация, рисуются различные геометрические примитивы - квадраты, прямоугольники и окружности с различным количеством степеней свободы. Для создания матриц представления данных примитивов формируются прототипы функций. Геометрические параметры или положение матриц представления жестко связываются с элементами в строке матрицы численного решения, на которую указывает системная переменная FRAME. Результатом применения данной переменной является анимированное представление, которое наглядно демонстрирует поведение объектов и позволяет быстро выявить ошибки, допущенные при моделировании. В данной статье на примере анализа поведения конструктивных элементов мобильного энергетического средства (МЭС) при переезде единичной неровности заданной формы показана методика создания анимации описанного процесса. Также рассмотрен вопрос нахождения численного решения систем дифференциальных уравнений методом Рунге - Кутта 4-го порядка в математическом пакете MathCAD.
Тракторы и сельхозмашины. 2018;85(6):45-52
45-52
Определение передаточной функции пневматической подвески сиденья на стенде-гидропульсаторе
Аннотация
В статье представлены результаты испытаний пневматической подвески сиденья фирмы Sibeco с ножничным направляющим механизмом на одноопорном стенде с гидравлическим приводом производства индийской компании BiSS. Пневматическая подвеска сиденья относится к важнейшим составляющим системы виброзащиты человека-оператора транспортного средства. Для исследователей, инженеров и конструкторов, занимающихся вопросами повышения уровня комфортабельности новой автотракторной техники, очень важно определить динамические характеристики систем подрессоривания существующих моделей сидений с целью дальнейшего проведения конструктивных мероприятий по улучшению их виброзащитных свойств. Важнейшей динамической характеристикой, оценивающей виброзащитные свойства подвески сиденья, является передаточная функция. Цель испытаний - определение передаточной функции. Описана установка, включающая в себя металлические элементы соединения исполнительного механизма стенда-гидропульсатора и грузов, имитирующих подрессоренную массу, с подвеской сиденья, а также датчик силы, встроенный в конструкцию стенда, и датчики ускорений, закрепленные с торца на верхней раме и основании подвески. Исследования проводились на режимах гармонического возбуждения рассматриваемой системы подрессоривания с определенной частотой. С точностью до 0,001 g записывались временные реализации сигналов от датчиков ускорений, которые затем обрабатывались для получения среднеквадратических значений и подсчета величины передаточной функции. В ходе обработки и анализа полученных данных построены зависимости передаточной функции пневматической подвески сиденья от частоты кинематических воздействий стенда и выявлены резонансные частотные диапазоны. В заключение также определен характер изменения экспериментальной передаточной функции рассматриваемой системы подрессоривания сиденья с увеличением частоты возмущений.
Тракторы и сельхозмашины. 2018;85(6):53-57
53-57
Усовершенствованный рабочий орган для рыхления почвы в рядах ягодных культур
Аннотация
Технологии по уходу за ягодными плантациями предусматривают использование ручного труда для обработки почвы между кустами растений. Отсутствие механизированного ухода за почвой между кустами растений останавливает многих фермеров от посадки новых плантаций. Цель исследований - усовершенствование схемы рабочего органа для рыхления почвы в рядах ягодных культур. Изготовлена и испытана разработанная в институте экспериментальная установка с приспособлением для межкустовой обработки почвы. Установлено, что ассиметричный рабочий орган с радиусом вращения рыхлительных зубьев более 0,5 м практически не работает. Обоснован минимальный и экономически целесообразный радиус вращения рыхлительных зубьев, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга на дуге окружности ассиметричного рабочего органа. Представлена зависимость ширины петли удлиненной циклоиды и длины участка обработки почвы от расстояния между кустами растений в рядах ягодных культур для определения необходимого количества рыхлительных зубьев. Приведена схема усовершенствованного рабочего органа в виде вращающегося ассиметричного кругового сектора с рыхлительными зубьями, расположенными на дуге кругового сектора. Получено выражение, определяющее угловую меру кругового сектора.
Тракторы и сельхозмашины. 2018;85(6):58-62
58-62
Контроль качества силовых передач и ходовых систем с использованием цифровых технологий
Аннотация
Нарушение технического состояния трансмиссии и ходовых систем приводит к эксплуатационным и экономическим издержкам, нарушению технических показателей мобильных энергосредств, заложенных заводом-изготовителем. Также это оказывает негативное влияние на окружающую среду. В настоящее время лишь единичные отечественные и зарубежные компании оснастили выпускаемую технику цифровыми системами контроля технического состояния силовых передач и ходовых систем, да и то по одному или нескольким параметрам. Это системы, измеряющие уровень буксования колес трактора, температуру и давление в шинах, углы наклона трактора, а также системы, контролирующие оптимальность преобразования мощности двигателя в тяговое усилие. Основная же масса тракторов не имеет никакой системы контроля в процессе эксплуатации, и диагностика узлов и агрегатов трансмиссии и ходовых систем осуществляется трактористом «на глаз», опираясь на свой опыт и добросовестность. Это достаточно часто приводит к злостным нарушениям, и техника работает в режимах и при нагрузках, близких к возникновению отказа. Поэтому необходимо внедрение в конструкцию техники современной комплексной системы контроля состояния силовых передач и ходовых систем, основанную на применении цифровых технологий. В качестве эксперимента был разработан макетный образец такой системы контроля, включающий различные датчики, как встроенные, так и внешние, аппаратную часть микроконтроллерной платформы Arduino, а также широкодоступные приложения для смартфона, позволяющие измерять и выводить на его экран необходимую информацию о текущем состоянии агрегатов и узлов. Смартфон при этом предполагается крепить в кабине трактора. Были проведены испытания макетного образца, которые можно считать успешными. Поэтому в перспективе планируется расширить его функциональность и дополнить элементами.
Тракторы и сельхозмашины. 2018;85(6):63-69
63-69
Обоcнование потребного количества транспортных средств при комбайновой уборке капусты
Аннотация
При комбайновой уборке кочанной капусты транспортирование продукции с поля в овощехранилище осуществляется преимущественно в кузове транспортного средства навалом или в контейнерах. В первом случае в овощехранилище транспортные средства разгружаются вручную, а во втором случае - с помощью вилочного электропогрузчика. При этом транспортные средства значительно простаивают на разгрузке продукции, особенно в первом случае. В этой связи в целях оценки качества обслуживания транспортных средств смоделирован процесс их разгрузки, используя теорию массового обслуживания. Описана суть происходящих явлений и проведены расчеты показателей качества функционирования системы обслуживания транспортных средств в овощехранилище при доставке продукции навалом и в контейнерах, а также сформулированы рекомендации по ее рациональной организации. С учетом рациональной организации системы обслуживания транспортных средств на разгрузке обосновано их потребное количество в рассмотренных случаях.
Тракторы и сельхозмашины. 2018;85(6):70-76
70-76
Обоснование составов машинно-тракторного парка и их эффективности на базе универсальных мобильных энергосредств для основных регионов юга России
Аннотация
Техническое оснащение агропромышленного производства РФ имеет неуклонную тенденцию к ухудшению своего состояния вследствие старения техники как в физическом, так и в моральном отношении. Это в самом скором времени может напрямую угрожать продовольственной безопасности страны. Положение может быть нормализовано на основе широкого применения решений, базирующихся на максимальной универсализации с.-х. техники, в первую очередь мобильных энергетических средств, и способности выполнения агрегатами на их базе широкого списка работ - от почвообработки до уборки. Такие разработки ведутся как ведущими зарубежными фирмами, так и на территории РФ, в частности в ФГБНУ АНЦ «Донской», подразделение СКНИИМЭСХ (ранее ВНИПТИМЭСХ), совместно с ОАО «Гомсельмаш» (республика Беларусь). В данной работе приведены результаты оценки целесообразности применения универсальных энергосредств со специальными технологическими адаптерами в южной зоне Ростовской области, центральной зоне Краснодарского края и зерново-скотоводческой зоне Ставропольского края. Каждая зона представлена в виде хозяйств, с типовым для нее севооборотам и тремя размерами площади пашни 1250, 2500, 5000 га. Выполнение механизированных работ осуществляется с применением серийной техники (базовый вариант) и сочетанием серийной техники и включением в состав альтернатив универсального энергетического средства с комплектом технологических адаптеров для уборки зерновых культур, кукурузы на силос и трав на сенаж (предлагаемый). В результате рассчитаны составы МТП и показатели эффективности модельных хозяйств. Выполнение механизированных работ осуществляется с применением серийной техники (базовый вариант) и серийной техники в сочетании с универсальным энергетическим средством, снабженным комплектом технологических адаптеров для уборки зерновых культур, кукурузы на силос и трав на сенаж (предлагаемый вариант). Снижение прямых эксплуатационных затрат составляет до 22 % в сравнении с МТП на базе серийной техники, удешевление парка машин - до 29 %, рост чистого дисконтированного дохода - до 26 %.
Тракторы и сельхозмашины. 2018;85(6):77-84
77-84