Том 87, № 1 (2020)
- Год: 2020
- Статей: 13
- URL: https://journal-vniispk.ru/0321-4443/issue/view/3685
Весь выпуск
Статьи
Стабилизация нагрузочного режима ДВС трактора путем использования комбинированной энергоустановки
Аннотация
Известно, что основные затраты при эксплуатации сельскохозяйственных машин связаны с горюче-смазочными материалами и запчастями. Попытки улучшить характеристики машины за счет снижения эксплуатационных затрат осуществляются постоянно, это обусловлено повышающимися конкурентными требованиями к конечному продукту. Например, в процессе ежедневной эксплуатации самого распространенного в странах Евразийского экономического союза трактора МТЗ-82 при работе по доставке кормов и для привода кормораздатчика за год эксплуатации расходы только на топливо составят примерно 20 % от его первоначальной стоимости (300 тыс. российских рублей). Помимо этого, для обеспечения работоспособного состояния трактора потребуется запчастей и других расходных материалов еще на сотни тысяч рублей. Дизельный двигатель, используемый в тракторах, значительную часть времени работает на холостом ходу, и, как следствие, является недогруженным. В пиковых нагрузках, наоборот, требуется большая мощность, и, соответственно, приходится создавать достаточный энергетический запас. Это в свою очередь неизбежно приводит к увеличению расхода топлива. Отсюда и возникает потребность в стабилизации нагрузочного режима работы двигателя, снижении его работы в недогруженных режимах и при максимальных нагрузках. Данная задача может решаться разыми путями. Один из них - это комбинирование дизельного двигателя и электромеханической трансмиссии. Такие энергетические установки так и принято называть комбинированными или гибридными. Среди нескольких типовых конструктивных схем в сельскохозяйственных машинах наибольшее распространение получили комбинированные энергоустановки параллельного типа (mild hybrid) и последовательного типа (full hybrid). Представленная методика позволят проанализировать предполагаемые схемы комбинированной энергоустановки, оценить возможные потери и произвести расчет необходимой мощности двигателя, а в конечном итоге определить более рациональную схему для заданных условий эксплуатации. Авторами также представлены результаты сравнительного расчета необходимой мощности двигателя внутреннего сгорания комбинированных энергетических установок.
Тракторы и сельхозмашины. 2020;87(1):3-9
3-9
Исследование работоспособности дизельной форсунки на смесевых топливах с недостаточными низкотемпературными свойствами
Аннотация
На сегодняшний день свойствами рапсового масла, влияющими на процессы топливоподачи в тракторном дизеле, являются плотность, кинематическая и динамическая вязкость, а также поверхностное натяжение. Целью настоящих исследований является расширение пределов топливной базы тракторных дизелей путем применения смесевых топлив с недостаточными низкотемпературными свойствами. В связи с этим определение оптимального состава смесевого топлива для работы топливоподающей аппаратуры тракторных дизелей является весьма актуальной задачей. Для ее решения были проведены теоретические исследования по определению влияния добавок рапсового масла на свойства смесевого топлива, а также испытания дизельной топливной форсунки. В результате исследований были определены зависимости вязкости смесевого топлива, давления начала впрыскивания, герметичности по запирающему конусу и гидроплотности распылителя форсунки от добавки рапсового масла c присадкой. На основании теоретических расчетов получено значение вязкости смесевого топлива, удовлетворяющей требования ТУ завода-изготовителя для топливных форсунок. Анализ экспериментальных зависимостей показал, что при увеличении доли рапсового масла в смесевом топливе 0 до 100 % увеличились: давление начала впрыскивания с 20,88 до 21,08 МПа, время до отрыва капли топлива от носика распылителя с 18 с до 104 с, а время снижения давления уменьшилось с 5,2 до 11,3 с. Испытания показали, что на всех составах смесевого топлива давление начала впрыскивания, герметичность по запирающему конусу, гидроплотность распылителей и подвижность иглы распылителя соответствуют требованиям ГОСТ 10579-2017, однако качество распыливания соответствует на составах смесевого топлива с долей рапсового масла до 60 %. Таким образом, применение предложенных составов топлив позволит улучшить низкотемпературные свойства смесевого топлива с добавками рапсового масла, а значит, расширить топливную базу тракторных дизелей.
Тракторы и сельхозмашины. 2020;87(1):10-16
10-16
Обоснование нового технического решения при разработке картофелеуборочных машин
Аннотация
Используемые в настоящее время картофелеуборочные машины с прутковым и грохотным просеивающими устройствами, основанные на интенсивном ударном воздействии на пласт почвы, существенно травмируют клубни картофеля в процессе отделения от почвы. К тому же элементы конструкции, работающие в абразивной среде без смазки, интенсивно изнашиваются, склонны залипанию растительными остатками. В этой связи предложена и обоснована теоретически конструктивно-технологическая схема новой картофелеуборочной машины, которая содержит раму с опорными колесами, решето, состоящее из продольных прутков, кинематически связанных задней частью приводным валом посредством эксцентриковых цапф, которые расположены в противофазе относительно друг друга, установлены передней частью с направляющей на оси с роликами и закреплены жестко через один к лемехам, а также из битеров, расположенных в прорезях между прутками. В работе анализирован кинематический режим работы машины. В результате установлено, что пласт почвы на сепарирующих прутках циклически подвергается изгибу, сжатию и растяжению. Это способствует интенсивному его крошению и просеиванию между прутками. Для более эффективного функционирования машины рекомендовано принять угловую скорость вращения эксцентрикового вала сепарирующего устройства ω1 = 10...15 с-1.
Тракторы и сельхозмашины. 2020;87(1):17-23
17-23
Исследование устройства для реализации пропуска подачи топлива в дизельных двигателях
Аннотация
В статье рассматривается проблема повышения топливной экономичности дизельных двигателей на режимах малых нагрузок и холостых ходов методом отключения цилиндров. Метод является одним из эффективных способов повышения топливной экономичности на указанных режимах. Однако присущие ему недостатки не позволяют в полной мере получить экономию топлива. Представлен метод пропуска подач топлива, заключающийся в том, что при переходе дизельного двигателя на режимы малых нагрузок и холостых оборотов прекращается подача топлива не в одном и том же цилиндре, а во всех цилиндрах поочередно. Для реализации такого метода регулирования топливная система дизеля должна позволять пропускать отдельные цикловые подачи. Это возможно лишь при электронном управлении топливоподачей. Множество ныне эксплуатируемых дизельных двигателей оснащены электронно-управляемыми системами топливоподачи, однако из-за конструктивных особенностей не всегда целесообразно перенастраивать систему на работу с пропуском подачи топлива. В связи с этим наибольший интерес представляют электронно-управляемые устройства (клапаны), которые можно внедрить в штатную систему топливоподачи. Практический интерес представляют клапаны кольцевого типа, в которых функцию силового и запирающего элемента выполняет само разрезное кольцо, а гнездом для кольца служит цилиндрическая поверхность. Предложено устройство пропуска подачи топлива на основе электромагнитно-управляемого клапана кольцевого типа. Проведенные теоретические исследования позволили оптимизировать форму и размеры клапана, в частности, улучшить работоспособность при малом сечении кольца, уменьшить противодействующие силы и получить большую мощность электромагнита. Стендовые испытания показали работоспособность предлагаемого устройства при разных числах пропускаемых подач топлива.
Тракторы и сельхозмашины. 2020;87(1):24-29
24-29
Экспериментальная оценка эффективности рекуперативного привода рабочих органов зерноуборочного комбайна
Аннотация
В зерноуборочных самоходных комбайнах при выполнении технологических процессов скашивания зерновых культур и очистки зерна применяются колеблющиеся рабочие органы. Имея преимущества при выполнении технологических процессов, они являются источником знакопеременной нагрузки, вызванной силами инерции масс элементов этих органов и приводящей к динамической нагруженности их приводов и вибрации рамы комбайна. Одним из путей преодоления этих недостатков является рекуперация энергии в приводах рабочих органов. Авторами статьи предложен метод, позволяющий за счет применения рекуперации в приводе рабочих органов комбайна уменьшить динамическую нагруженность привода, а также снизить вибрацию рамы машины. На основе предложенного метода разработан способ уравновешивания одноножевого режущего аппарата. Для экспериментальной оценки правомерности теоретических разработок, положенных в основу представленного технического решения, был разработан и изготовлен макетный образец привода колеблющихся рабочих органов, позволяющий моделировать работу традиционного и рекуперативного приводов режущего аппарата. Проведенные экспериментальные исследования макетного образца подтвердили правомерность теоретических предпосылок разработанного способа уравновешивания одноножевого режущего аппарата и позволили углубить теоретические и эмпирические знания в области рекуперативных приводов. Анализ результатов экспериментальных исследований макетных образцов показал, что по сравнению с традиционным рекуперативный привод позволяет снизить нагруженность и виброактивность более чем в 1,5 раза. Установлены факторы, влияющие на эффективность рекуперативного привода режущего аппарата, к которым относятся: наличие высших гармоник в спектре движений ножа, причиной которых является предложенный механизм качающейся шайбы, резонансные явления в приводе колеблющихся масс и элементах конструкции жатки, а также стремление к упрощению конструкции привода противовеса рекуператора.
Тракторы и сельхозмашины. 2020;87(1):30-38
30-38
Векторный анализ кинематических характеристик двухшарнирной карданной передачи
Аннотация
На примере двухшарнирной карданной передачи представлен метод аналитического описания ее кинематических характеристик, основанный на применении векторного анализа, который долгое время успешно применяется автором при проектировании различных рычажных механизмов. Предлагаемый метод базируется на пространственном методе преобразования координат. В данном методе, чтобы получить повернутый в пространстве вектор, необходимо задать исходный вектор, вокруг которого будет осуществляться поворот, сам угол поворота и, если требуется, новую длину вектора. В предложенном методе векторного анализа для описания кинематики двухшарнирной карданной передачи в качестве исходных геометрических данных выступают только координаты точек осей карданных валов и радиус крестовины. Адекватность полученных результатов кинематического анализа векторным методом проверялась двумя способами. В первом случае полученные векторным методом значения координат всех характерных точек двухшарнирной карданной передачи сопоставлялись с соответствующими координатами характерных точек идентичной параметрической модели, построенной в трехмерном CAD-пакете. Во втором случае полученные векторным методом значения угловых скоростей и ускорений валов двухшарнирной карданной передачи сопоставлялись с аналитическими зависимостями, приведенными в известных литературных источниках. В результате всех проверок был сделан вывод об абсолютной адекватности предложенного метода векторного анализа двухшарнирной карданной передачи. Данный метод может быть в дальнейшем использован для нахождения векторов-нагрузок (сил и моментов), действующих в элементах карданной передачи, с целью проведения последующих прочностных расчетов. Предложенный векторный метод анализа двухшарнирной карданной передачи является универсальным и может быть успешно применен для описания кинематики не только двухшарнирной карданной передачи, но и для поликарданной передачи любой сложности.
Тракторы и сельхозмашины. 2020;87(1):39-48
39-48
Обоснование рациональных конструктивных параметров щелевателя для осенней обработки стерневых фонов к тракторам тягового класса 8
Аннотация
В статье представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований по обоснованию рационального расстояния от точки соединения орудия с трактором до оси вращения опорных колес и расстояния от оси симметрии рамы в горизонтальной плоскости до точки соединения сницы с рамой в вертикальной плоскости. Теоретическими исследованиями установлено, что устойчивость хода рабочих органов при выполнении технологического процесса щелевания почвы (твердость почвы не менее 6 МПа) будет обеспечиваться при расстояния от точки соединения орудия с трактором до оси вращения опорных колес, равном 4,3-5,3 м. Расстояние от оси симметрии рамы в горизонтальной плоскости до точки соединения сницы с рамой должно находиться в пределах 0-300 мм. При проведении экспериментальных исследований состояние почвы на глубине обработки 0-30 см соответствовало следующим средним показателям: твердость почвы 4,8 МПа, влажность 16,3 %, объемный вес 1,39 г/см3. Испытания в производственных условиях проводились на скоростях движения 7,2; 8,9 и 10,0 км/ч. Глубина обработки щелерезами составила 28,5-29,7 см, дисковыми рабочими органами 8,8-9,5 см. Производительность агрегата, при ширине захвата орудия 8,8 м и скорости движения 8,9 км/ч, за один час основного времени составляла 7,8 га, тяговое сопротивление - 82,3 кН. Часовой расход топлива составил 76,2 кг, при этом на один гектар расходуется 9,7 кг. Мощность, потребляемая на преодоление тягового сопротивления орудия, - 203,5 кВт. Устойчивость выполнения технологического процесса по глубине обработки и тяговому сопротивлению говорит об обоснованности выбранных конструктивных параметров щелевателя для осенней обработки стерневых фонов.
Тракторы и сельхозмашины. 2020;87(1):49-55
49-55
Результаты экспериментальных исследований измельчителя корнеклубнеплодов
Аннотация
Для создания машины с целью измельчения корнеклубнеплодов с заданными размерами изготовлена экспериментальная установка. Объектом исследования является функционирование измельчителя корнеклубнеплодов. Эксперименты и анализ полученных данных проводились с использованием теории планирования экспериментов. При проведении статистического анализа сравнения двух групп по количественным шкалам проводились на основе непараметрического критерия Манна - Уитни. Для описания количественных показателей использовались среднее значение и стандартное отклонение в формате «M±S». Чтобы использовать возможность прогнозирования некоторой целевой количественной переменной на базе нескольких независимых переменных (факторов), применялся метод множественного регрессивного анализа. Величина статической значимости была зафиксирована на уровне вероятности ошибки 0,05. Статистическая обработка данных выполнена с использованием пакетов прикладных программ Statistica 10 и SAS JMP 11. Одним из основных показателей качества работы машины является ее энергоемкость. В результате обработки эспериментов получены регрессионные зависимости и поверхности отклика, отражающие описывающие происходящие процессы. По результатам регрессионного моделирования отклика «Энергоемкость процесса Э, Вт» можно заключить, что наиболее важным сочетанием факторов является набор: «Диаметр корнеклубнеплода», «X4⋅x5» и «X4⋅x4». Модель имеет высокий уровень качества прогноза (R2 = 98 %).
Тракторы и сельхозмашины. 2020;87(1):56-61
56-61
Использование простых поверхностей зубьев в несопряженных передачах
Аннотация
В современном мире главенствующее место в практическом применении механизмов передачи вращательного движения занимают сопряженные и, в частности, эвольвентные зубчатые передачи. Воспроизведение поверхностей высоких порядков, используемых в сопряженных передачах, требует использования сложного и дорогостоящего оборудования. Альтернативой таким зубчатым передачам выступают приближенные зубчатые передачи. В работе проанализированы возможности передач с несопряженным зацеплением при использовании простейших поверхностей - плоскости, цилиндра и их различных сочетаний, в качестве рабочих поверхностей зубьев. Показано, что при простейших очертаниях зубьев можно получить качественную передачу. Здесь приведены результаты математического моделирования приближенных передач. Также, приводится сравнение показателей исследуемых зубчатых передач с эвольвентной по параметру циклической погрешности зубцовой частоты. Получившиеся значения ошибки положения и передаточного отношения минимальны и, в частности, для многорядных передач могут быть пренебрежимо малы. Показана нечувствительность приближенных передач к погрешностям изготовления колес и сборке передачи. Приведены несколько компоновок зубчатых колес и различные конфигурации передачи движения. Перспективы применения передач с простейшими очертаниями зубьев связаны с отсутствием необходимости в сложном зубообрабатывающем оборудовании и возможности изготовления и ремонта в полевых условиях. Кроме того, такие передачи незаменимы для экспериментальных установок из-за возможности оперативного изменения параметров, что не требует значительного времени на проектирование и изготовление.
Тракторы и сельхозмашины. 2020;87(1):62-70
62-70
Совершенствования методов оперативного управления надежностью технических систем в АПК
Аннотация
В процессе эксплуатации интервальный коэффициент готовности технических систем в агропромышленном комплексе должен соответствовать стратегии безотказной работы в интервале времени, необходимого для выполнения требуемого объема работ, или технологической операции при производстве сельскохозяйственной продукции. Повышение и поддержание надежности технических систем в агропромышленном комплексе в значительной степени определяется совершенством методов и системы управления надежностью. В настоящее время разработано довольно много моделей управления надежностью, позволяющих количественно оценивать результаты управления и целенаправленно влиять на эти результаты в требуемом направлении. Наиболее полно в них разработаны вопросы управления надежностью на стадиях проектирования и серийного изготовления технических систем и значительно меньше - на стадии их эксплуатации. Однако управление надежностью технических систем на стадии их эксплуатации, которая заключается в поддержании обеспеченного предприятием-изготовителем уровня безотказности работы устройств, реализуемое посредствам обоснования, назначения и выполнения за располагаемое или заданное время комплекса мероприятий по их техническому и технологическому обслуживанию, является не менее значимой задачей. Разработана структурная схема управления надежностью технических систем в агропромышленном комплексе, включающая стратегическое управление надежностью, которое осуществляется на стадиях проектирования и производства технических систем и оперативного управления надежностью, на стадии эксплуатации технических систем в реальных условиях агропромышленных предприятий. Введено понятие «Функциональное оперативное диагностирование» - комплекс мероприятий, направленный на повышение надежности технических систем и их элементов за счет технологий и средств оперативного диагностирования, избыточных с точки зрения классических отечественных стратегий технического обслуживания и ремонта машин, но необходимых для обеспечения абсолютной интервальной надежности. Разработана структурная схема функционального оперативного диагностирования технических систем в агропромышленном комплексе и их элементов.
Тракторы и сельхозмашины. 2020;87(1):71-76
71-76
Задачи и проблемы возрождения отечественного сельскохозяйственного машиностроения
Аннотация
Проблемы снабжения населения качественными продуктами в достаточном количестве по-прежнему остаются в центре внимания всего человечества. Почвенно-климатические особенности нашей страны ставят перед сельским хозяйством наиболее сложные задачи по механизации процессов возделывания, уборки и сохранения полученной продукции в условиях жесткой конкуренции. При этом возрастает роль сельскохозяйственных машин не только в качестве механических помощников, но и как орудий, напрямую воздействующих на средства производства - почву, растения, микроорганизмы, урожай, окружающую среду. Поэтому вопросы технического уровня и качества работы средств механизации по сложности можно сравнить только с выбором технологии возделывания. Отсюда все возрастающие темпы внедрения средств автоматизации, роботизации, гидрофикации и электрификации конструкций. Для средств управления машинами все шире используются цифровые технологии. Однако перемены, происходящие в нашей стране, существенно замедляют темпы внедрения этих тенденций. Импорт зарубежной техники в большинстве случаях проводится без соответствующих региональных испытаний, с ориентировкой только на рекламные показатели. Как результат - растет понимание того, что импорт иностранной техники не заменяет во всех случаях отечественное сельскохозяйственное машиностроение. Возникает парадоксальная ситуация: чем больше мы завозим импортного оборудования, тем больще растет спрос на отечественные стандартизированные и унифицированные разработки. Номенклатура сельскохозяйственной техники обусловлена природными особенностями, многозональностью и многоукладностью сельского хозяйства, большим количеством разных культур, различиями в технологиях их возделывания, изменчивостью условий работы и др. Она формируется периодическими «системами машин» на основе комплексов и наборов машин в рамках соответствующих технологий. Кроме того, разрабатывается и реализуется ряд долгосрочных государственных программ стабилизации и ускоренного развития отрасли на основе перспективных ресурсосберегающих технологий и критериев инновационного развития национальной экономики. Отечественная отрасль сельхозмашиностроения должна иметь научно-техническую систему создания и сопровождения новой техники - сеть ГСКБ, преимущественно при ведущих заводах-изготовителях и СКБ по типам основных машин и их массовым агрегатам. Сеть НТЦ СХТ «ВИСХОМ» - ГСКБ - СКБ - КБ необходимо возрождать ускоренными темпами с подготовкой для нее соответствующих кадров с учетом опыта активной научно-производственной деятельности специального комплекса ВИСХОМ.
Тракторы и сельхозмашины. 2020;87(1):77-81
77-81
Модель определения эксплуатационных затрат машинно-тракторных агрегатов на посев с учетом продолжительности работ и размеров площадей
Аннотация
В статье представлен анализ влияния производительности машинно-тракторных агрегатов на продолжительность проведения технологических работ в растениеводстве. Представлены результаты опроса среди специалистов сельскохозяйственных организаций Томской области, указывающих на существенное влияние технического фактора в целом на производительность техники (33,9 %). Дана интерпретация полученных результатов опроса, и на основе этих данных сформулировано обоснование для создания методики оптимизации технологических параметров посевных агрегатов. Целью работы является разработка методики оптимизации технологических параметров посевных агрегатов, составленных на базе разных моделей тракторов по критерию минимума эксплуатационных затрат. Научной новизной является введение показателя «Удельные эксплуатационные затраты посевного агрегата», при помощи которого обосновывается выбор трактора определенного тягового класса с учетом используемых посевных машин. В результате расчетов подтвержден факт нелинейной зависимости производительности посевных агрегатов от установленной мощности трактора. Для заданных условий (дни посева, посевная площадь) производился подбор различных посевных агрегатов и рассчитывались затраты на их эксплуатацию. В результате математического моделирования определены эксплуатационные затраты различных посевных агрегатов в вариантах стандартной и сниженной мощности двигателя трактора. Для оценки удельных эксплуатационных затрат посевного агрегата на обработку единицы площади предложены соответствующий показатель и его графическая интерпретация. Получены зависимости показателя удельных эксплуатационных затрат от мощности тракторного двигателя - при его установленной (номинальной) величине и сниженной до 15 %. В случае соответствия мощности двигателя установленной величине оптимальным посевным машинно-тракторным агрегатом по критерию минимума удельных эксплуатационных затрат является агрегат на базе колесного трактора с двигателем мощностью 125 кВт, что соответствует тяговому классу 2 или 3. Установлено, что снижение мощности двигателя трактора на 15 % от установленной, вследствие изменения его технического состояния, обеспечивает увеличение удельных затрат на посев на 28,4 %.
Тракторы и сельхозмашины. 2020;87(1):82-87
82-87
Способ повышения качества внесения известковых удобрений
Аннотация
В статье приводятся некоторые результаты сравнительных испытаний, проведенных в Мордовском государственном университете имени Н.П. Огарева, агрегата с серийным и экспериментальным центробежным рабочим органом при внесении пылевидных известковых удобрений. Определено влияние неравномерности распределения удобрений по ширине захвата агрегата. 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. Поэтому предлагается использовать для внесения мелиорантов дифференцированную подачу, как механическую, так и пневматическую. Во многих исследованиях подробно рассматривается влияние кинетической энергии на частицу удобрений при ее слете с центробежного рабочего органа, и недостаточно исследований по влиянию кинетической энергии наклонного воздушного потока на дополнительный разгон разбрасываемых частиц и равномерность их внесения. Для проверки данной гипотезы нами проведены опыты по определению неравномерности распределения удобрений по ширине захвата агрегата при внесении их экспериментальным и серийным рабочим органом. Для проведения опытов за основу была взята базовая модель разбрасывателя МВУ-6. На данной машине вместо серийного рабочего органа был установлен разработанный нами пневмоцентробежный рабочий орган. Как показали опыты, экспериментальный рабочий орган позволил увеличить ширину захвата с 6 до 10 м и уменьшить неравномерность распределения известковых мелиорантов на общей ширине захвата с 45,0 до 25,0 %. Перекрытие смежных проходов для экспериментальной установки на половину или более общей ширины захвата позволяет обеспечить равномерность распределения до ±25 %, а увеличение рабочей скорости с 1,5 до 2,0 м/с на ширине захвата 8 м приводит к ухудшению равномерности распределения удобрений по поверхности поля.
Тракторы и сельхозмашины. 2020;87(1):88-91
88-91