Том 86, № 5 (2019)
- Год: 2019
- Статей: 13
- URL: https://journal-vniispk.ru/0321-4443/issue/view/3696
Весь выпуск
Статьи
Анализ технологий преобразования возобновляемых источников энергии в моторное топливо
Аннотация
Увеличение доли возобновляемых источников энергии в качестве моторного топлива автотракторной техники способно существенно повлиять на экологическую и энергетическую безопасность при эксплуатации техники. Целью исследования является анализ технологий преобразования возобновляемых источников энергии для использования в качестве моторного топлива. К сырьевой энергетической среде в первую очередь относят углеводородные соединения, процесс термохимического преобразования которых сопровождается выходом главного целевого компонента - водорода. Присутствие водородного компонента обуславливает уникальные кинетические и экологические показатели сгорания моторного топлива, высокую эффективность рабочего цикла двигателя. Сложные эфиры являются производными органических или неорганических кислот и спиртов; содержатся главным образом в эфирных маслах и составляют основную часть растительных и животных масел. В настоящее время в качестве одного из наиболее перспективных топлив для дизелей рассматривается диметиловый эфир. В связи с этим при переводе дизелей на эфиры не требуется специальных мероприятий по принудительному воспламенению горючей смеси. Если рассматривать сырьевое происхождение и затраты на производство диметилового эфира, то он является наиболее перспективным моторным топливом. Положительным свойством растительных масел является способность смешиваться в любых пропорциях с бензином, керосином и дизельным топливом, что позволяет получить биотопливо с заданными физико-химическими свойствами. В статье рассмотрены эфиры, способы их получения, растительные масла, а также описаны способы достижения необходимых свойств альтернативных видов энергоносителей как моторного топлива. Приведены результаты сравнительного анализа технологий переработки возобновляемых источников энергии в топливо для автотракторных двигателей. Обоснована потенциальная возможность использования альтернативных источников энергии в структуру энергопотребления АПК.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(5):3-6
3-6
Реализация стратегии форсирования системы нейтрализации дизельных двигателей на основе методики комплексного проектирования
Аннотация
Работа посвящена стратегии форсирования системы нейтрализации при разработке или модернизации двигателей внутреннего сгорания при одновременном учете ужесточения экологических норм. Совершенствование двигателей внутреннего сгорания как в целом, так и их экологических систем - это возможность конкуренции с электрическим транспортом, развитие которого идет быстрыми темпами. Мировая хронология развития экологических норм показывает на главное отличие мирового экологического законодательства от российского - отставание в реализации норм на 2-4 года. Это дает возможность принятия решения на основе уже реализованного мирового опыта разработки систем нейтрализации. В работе поставлена цель - обосновать основные направления выработки стратегических технических решений форсирования систем нейтрализации. Выбран двигатель-аналог с хорошо известными характеристиками - ЯМЗ-6566. Обоснована возможность форсирования базового двигателя на основе аналогичного мирового опыта, и приведен сравнительный технический и экономический анализ применяемых решений для системы нейтрализации с учетом возможности применения рециркуляции. Рассмотрены возможные направления совершенствования рабочих процессов: оптимизация камеры сгорания и степени сжатия, изменение стратегии впрыска, увеличение турбонаддува. По результатам отработки на двигателях КАМАЗ-740 получена экологическая базовая характеристика двигателя в координатах PM-NOx, позволяющая прогнозировать результат применение технических решений. По результатам выбранной стратегии форсирования базового двигателя ЯМЗ-6566 приведены результаты опытной отработки, проведенной на ФГУП НАМИ. Приведены варианты различных технических решений форсирования системы нейтрализации и их реализация на опытной установке. Показаны значения конверсии для различных вариантов технических решений для системы нейтрализации двигателя ЯМЗ-6566. Достигнутая степень конверсии NOx, равная 97 %, позволяет удовлетворить самые жесткие экологические нормы. Подтверждена возможность принятия стратегических решений по форсированию системы нейтрализации и последующая их техническая реализация при достижении поставленных значений экологических показателей двигателя.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(5):7-15
7-15
Селекционная кукурузная молотилка
Аннотация
В настоящее время для обмолота отдельных початков на этапе селекции отсутствует серийно выпускаемые молотильные устройства российского производства. Поэтому российские ученые активно стали разрабатывать селекционные кукурузные молотилки. В частности, в Краснодарском НИИСХ имени П.П. Лукьяненко разработана селекционная кукурузная однопочатковая молотилка. На основании исследований, выполненных в Кубанском ГАУ, предлагается схема кукурузной однопочатковой молотилки, обеспечивающей более высокое качество обмолота кукурузы по сравнению с существующими конструкциями. В этой связи целью исследования является повышение качества обмолота початков селекционного материала кукурузы. Были проанализированы взаимосвязь геометрических параметров предлагаемого устройства и их влияние на технологический процесс обмолота початков. В результате был сделан следующий вывод: каждый початок, в зависимости от своего диаметра, обмолачивается одним из элементарных молотильных устройств, т.е. соответствие зазоров молотильной щели диаметру початков достигается автоматически. Отпадает необходимость в регулировке зазоров молотильной щели. Таким образом, оптимизируются параметры процесса обмолота початков селекционного материала кукурузы и повышает качество обмолота.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(5):16-20
16-20
Методика определения параметров электромеханической трансмиссии промышленного трактора
Аннотация
В представленной работе предлагается методика определения механической характеристики тяговых электродвигателей и параметров электромеханической трансмиссии промышленного трактора. Для обеспечения максимальной производительности машины разработанная трансмиссия имеет два механических диапазона: транспортный и технологический. Особенностью представленной схемы является включение в ее состав механизма поворота типа «ЗК» (разработанного сотрудниками МВТУ им. Н.Э. Баумана: Г.И. Зайчиком, М.А. Крейнесом и М.К. Кристи). Данный механизм характеризуется высокими тяговыми качествами в повороте. Компоновка промышленных тракторов подразумевает размещение трансмиссии в стесненном пространстве внутри рамы. В связи с этим при разработке агрегата требовалось реализовать его наиболее компактное исполнение. Это было достигнуто путем использования одних и тех же планетарных рядов для формирования механизма поворота «ЗК» и для пониженного «технологического» диапазона трансмиссии. В рамках исследования были оценены тяговые возможности трактора в каждом диапазоне. Кроме того, был проведен анализ влияния конструктивного параметра планетарных рядов механизма «ЗК» на эксплуатационные характеристики машины. В зависимости от конструктивного параметра получены потребные крутящие моменты и частоты вращения роторов тяговых электродвигателей для обеспечения заданного режима движения в повороте, а также определено время совершения полного разворота машины вокруг центра масс и остановленного борта в «транспортном» и «технологическом» диапазонах трансмиссии. В заключении проведена оценка влияния параметров трансмиссии трактора на предельную скорость выполнения маневров, что позволило определить потребную мощность электромашин с учетом комфортной работы водителя-оператора.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(5):21-30
21-30
Методика расчета сопротивления и момента сопротивления резанию почвы прямым пластинчатым ножом фрезы
Аннотация
Как известно, в процессе резания почвы пластинчатые ножи фрезы и ее ступица испытывают циклические нагрузки. Поэтому наряду с расчетом ножей на статическую прочность необходим их расчет на усталостную прочность. Для осуществления такого расчета требуется знать зависимость главного вектора сил сопротивления почвы резанию и главного момента этих сил от угла поворота фрезы. Построение методики расчета сопротивления и момента сопротивления резанию почвы пластинчатым ножом в зависимости от угла поворота фрезы и является целью настоящего исследования. Такая методика расчета разработана на основе предложенной математической модели взаимодействия лезвия ножа с почвой. Полученные аналитические зависимости включают в себя также геометрические и режимные параметры фрезы. В качестве режимных безразмерных параметров приняты относительное заглубление фрезы и ее кинематический параметр, равный отношению окружной скорости конца ножа к скорости поступательного движения фрезы. Показано, что равнодействующая реакций почвы на лезвие ножа в процессе резания периодически меняет свою величину, направление и точку приложения, а максимальные значения движущей силы, модуля равнодействующей сил реакций почвы и модуля суммарного момента сопротивления почвы резанию монотонно возрастают с ростом относительного заглубления фрезы. Угол, который составляет равнодействующая сил реакций почвы с направлением движения фрезы, уменьшается почти линейно с увеличением угла ее поворота. Методика позволяет существенно упростить эксперименты по определению силовых характеристик фрезы и значительно уменьшить их объем, поскольку требует определения лишь одной эмпирической постоянной. Благодаря общности основных исходных положений предлагаемая методика может быть в основном перенесена на другие ротационные рабочие органы. Лабораторные эксперименты, проведенные в почвенном канале, подтвердили адекватность предложенной математической модели взаимодействия лезвия ножа фрезы с почвой.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(5):31-39
31-39
Повышение плавности хода кормоуборочного комбайна за счет оптимизации массогабаритных и инерциальных параметров его корпуса
Аннотация
Предложены научно-методическое обоснование и практические рекомендации по стабилизации движения кормоуборочных комбайнов. Теоретически обоснован расчет оптимальных массогабаритных и инерциальных параметров корпуса, а также упругих свойств шин, как основного элемента системы подрессоривания комбайна. С помощью разработанной методики на примере опытного образца комбайна показана возможность расчета оптимальной жесткости шин и массы дополнительных противовесов, устанавливаемых в базе машины, для обеспечения равенства собственных частот колебаний передней и задней оси колес на эластичных шинах. На основе ранее разработанных авторами математической и имитационной модели комбайна проведено моделирование его движения по грунтовой дороге и асфальтобетонному шоссе с разными скоростями движения. Для оценки эффективности предлагаемого способа улучшения плавности хода комбайна проведено сравнение пиковых и среднеквадратических значений продольного угла наклона корпуса, а также уровней вертикальных виброускорений в кабине на полу под сиденьем оператора в базовом исполнении комбайна и доработанном варианте за счет применения противовесов заданной массы и с оптимизированной жесткостью шин. С помощью имитационного моделирования проведен октавный анализ вибронагруженности рабочего места. Показано, что на основных режимах движения оптимизация массогабаритных и инерциальных параметров корпуса, а также упругих свойств шин комбайна обеспечивает улучшение комфортности рабочего места оператора, особенно в наиболее опасном для человека частотном диапазоне. Определены режимы движения, на которых достигается наилучший эффект от доработки. Приведено описание процесса стабилизации. Представлены выводы по направлению дальнейших исследований.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(5):40-47
40-47
Методы оценки площади контакта колесных движителей с опорным основанием
Аннотация
Прогнозирование уровня воздействия сельскохозяйственной техники на почву необходимо как на этапах ее проектирования, так и при подборе шин к уже существующим образцам. Для решения поставленных задач авторами приведена оценка наиболее известных работ, посвященных описанию процесса взаимодействия колесных движителей тракторов и сельскохозяйственных машин с грунтовой поверхностью. Проанализировано тринадцать наиболее известных в России и за рубежом математических моделей, описывающих связь размерных параметров шин с величиной и формой пятна контакта. Предлагается методика оценки точности той или иной модели на основе анализа сопоставимости результатов расчета и результатов измерения контурной площади контакта шин с жесткой опорной поверхностью на специализированных стендах. В результате выявлено, что наиболее приемлемой является модель Э.Б. Станкевича, которая, благодаря своей простоте и высокой сходимости расчетных и измеряемых показателей, используется многими исследователями для практических расчетов, доказывая свою состоятельность как в случае с диагональными, так и с радиальными шинами. На основании проведенного анализа, а также по результатам обжатия современных шин предложена полуэмпирическая модель, связывающая размерные и деформационные параметры резинокордной оболочки с величиной площади контакта. Составной частью модели является формула для определения площади сечения условного цилиндра (имеющего те же габаритные размеры, что и шина) плоскостью, отстоящей от его центра на величину статического радиуса. Модель дополнена уточняющим коэффициентом, учитывающим высоту профиля и степень деформации шины. Ее довольно высокая точность (отклонение от результатов обжатия 74 образцов современных шин не превышает 5 %) и простота в использовании существенно упрощают процесс оценки уровня воздействия сельскохозяйственной техники на почву и подбора наиболее эффективного типа колесных движителей для уже существующих машин.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(5):48-54
48-54
К вопросу повышения эффективности уборки незерновой части урожая для приготовления грубых кормов
Аннотация
Для полноценного кормления крупного рогатого скота необходимо наличие в рационе животных грубых кормов (сено, солома), так как они имеет высокую питательность. Солома - это сухие стебли, получаемые после обработки злаковых и бобовых культур, содержащие высокое содержание клетчатки. Ее используют для придания рациону необходимого объема, или как добавку к рационам с большим количеством сочных кормов. Также широко используется солома ржаная, овсяная, ячменная в качестве подстилки для животных - она образует замечательный изолирующий и преграждающий слой между холодным, сырым полом и животным. Существует несколько основных технологий уборки незерновой части урожая (НЧУ): копенная, валковая, поточная и другие. Выбранный способ уборки определяет марочный состав уборочно-транспортного звена. Одновременная заготовка грубых кормов в период уборки зерновых и колосовых культур позволит сократить ранее затрачиваемые ресурсы для данной операции. Проведенный патентный поиск анализа конструкций и способов уборки НЧУ показал, что продолжаются исследования по совершенствованию способов и технических средств для уборки незерновой части урожая. В данной работе рассматривается вопрос совмещения нескольких технологических операций, а также повышения качества убираемой незерновой части урожая, повышения культуры поля ввиду ее незасарения семенами сорной растительности. Предлагаемый способ по сравнению с известными способами уборки незерновой части урожая имеет следующие достоинства: снижение эксплуатационных затрат; сокращения времени на одну операцию; снижение себестоимости продукции.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(5):55-60
55-60
Обеспечение надежности резьбовых соединений на современной автотракторной технике
Аннотация
При форсировке двигателей возрастают нагрузки на детали узлов и агрегатов автотракторной техники, но особенно на детали самих ДВС, которые подвержены действию газовых, инерционных и тепловых нагрузок. В связи с этим к резьбовым соединениям машин предъявляются серьезные требования; исключить самоотворачивание соединений в процессе эксплуатации и, тем самым, регулярный контроль состояния резьб, а также необходимость их подтяжки при проведении ТО вплоть до капитального ремонта. В статье рассмотрены методы повышения надежности резьбовых соединений: изменение формы и геометрии резьбовых элементов, применение гелей и клеев в резьбовых соединениях при их монтаже, использование обжимных болтов при сборке рам автомобилей и внедрение метода затяжки болтов в несколько приемов по крутящему моменту и углу их поворота. Сделана оценка их эффективности в эксплуатации.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(5):61-66
61-66
Влияние скорости сетчатого транспортера на его сепарирующую способность
Аннотация
Представлены результаты лабораторного эксперимента, подтверждающие возможность предварительной сепарации свободного зерна из очесанного зернового вороха до его поступления в молотильную камеру. В частности, предложено снабдить зерноуборочный комбайн устройством для предварительного выделения свободного зерна, смонтированным между наклонной камерой и молотильным устройством. Оно включает в себя два барабана и бесконечное сетчатое полотно. Для интенсификации процесса разделения очесанного зернового вороха на фракции оси вращения барабанов выполнены эксцентрично по отношению к их геометрическим осям. Все исследования производились на пшенице сорта Московская 56. Влажность зерна составляла порядка 12 %. Скорость движения плавающего транспортера имела пять уровней варьирования в пределах 3-5 м/с. Подача очесанного зернового вороха составляла порядка 10 кг/с при содержании в нем 80 % свободного зерна. Длина сетчатого транспортера равнялась 2 м, а его прямоугольные ячейки имели размеры 17×15 мм. Так, по результатам научных исследований установлено, по мере увеличения скорости сетчатого транспортера количество свободного зерна, прошедшего сквозь его ячейки, имеет тенденцию к уменьшению, а количество сошедшего с него зерна, наоборот - к возрастанию. При этом максимальный проход свободного зерна (94,66 %) соответствует минимальной скорости сетчатого транспортера, равной 3 м/с. Наличие свободного зерна обусловлено тем, что при проведении серии экспериментов длина сепарирующей поверхности оказалась недостаточной. Для определения оптимальной длины сетчатого транспортера рассмотрен характер процесса предварительной сепарации свободного зерна из очесанного зернового вороха. Экстраполяция указанного процесса показывает, что минимальная длина сетчатого транспортера, обеспечивающая 99 % выделения свободного зерна из очесанного зернового вороха, должна быть не менее 2,69 м. Практическое внедрение такого технического решения в конструкцию современного зерноуборочного комбайна позволит увеличить его производительность при очесывании растений на корню, надежно исключив при этом вероятность дробления свободного зерна рабочими органами молотильного устройства.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(5):67-73
67-73
О температурном состоянии двигателя, прогреваемого в условиях отрицательных температур холодного климата
Аннотация
Значительная часть территории Росси находится в зоне холодного климата. Отрицательные температуры окружающегося воздуха оказывают влияние на надежность работы агрегатов сельскохозяйственной техники. Не является исключением и двигатель. Диапазон температурного состояния двигателей, эксплуатируемых в условиях отрицательных температур холодного климата, шире относительно условий средней полосы. Перепады температур двигателя сопровождаются значительными напряжениями в конструкционных материалах, особенно в условиях прогрева. Наиболее часто низкотемпературный режим работы имеет место при прогреве после длительной стоянки покоящегося двигателя. Температурное состояние двигателя в значительной степени определяет ряд факторов в рамках его рабочего процесса. Полнота сгорания топлива, расход картерных газов, вязкость эксплуатационных материалов, условия терния поверхностей сопряженных деталей, наличие конденсационных процессов в картерном пространстве в значительной степени определяют надежность работы. Представляет научный интерес активность изменения температур в условиях прогрева. В настоящей статье описывается эксперимент, заключающийся в наблюдении за изменением температур жидкостей двух систем. В эксперименте в качестве критерия для определения температурного состояния выбраны температура охлаждающей жидкости системы охлаждения и температура масла смазочной системы.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(5):74-78
74-78
Влияние локального рыхления почвы на урожайность сои
Аннотация
Задача чизельных лап - обеспечить заданную глубину хода в условиях повышенной плотности почвы и создавать условия для улучшения накопления в почве влаги и воздуха. При этом нет необходимости перекрывать деформации в почве, которые распределяются под действием чизельных лап. Исследован способ безотвальной обработки почвы, который создает благоприятные условия для роста и развития сои и обеспечивает получение высокой урожайности зерна по сравнению со вспашкой. Определено влияние локальной обработки на условия роста, развития и формирования продуктивности растений по сравнению с традиционной обработкой. Технология выращивания сои в опытах, исключая исследуемые факторы, была общепринятой для восточной лесостепи Украины. Определена эффективность локального рыхления почвы под посев сои по сравнению с отвальной обработкой. Содержание влаги в почве к началу весенне-полевых работ на всех участках, где проводилось с осени локальное рыхление почвы, было на 0,4-1,3 % больше по сравнению с вспашкой. Наибольшая плотность растений и полевая всхожесть были на варианте локального рыхления почвы на глубину 40 см с расстановкой лап через один метр, что составило 76,6 %. Разница по увлажненности на отвальной и безотвальной обработке почвы сохранялась до фазы цветения. Содержание влаги в этот период на участках локального рыхления почвы было больше на 0,6-4,8 % по сравнению со вспашкой; это улучшало условия роста сои, высота растений которой на вариантах локального рыхления почвы была больше на 2,1-3,8 см. На всех вариантах безотвальной обработки почвы урожайность зерна была больше, чем на контроле, на 0,03-0,07 т/га. Наибольшей урожайность была на вариантах безотвальной обработки почвы на глубину 40 см - 1,03 т/га.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(5):79-86
79-86
Методика многокритериальной оценки и выбора эффективного метода обеззараживания зерна
Аннотация
Качественная продукция растениеводства не должна содержать чужеродных и опасных веществ как естественного, так и искусственного происхождения. К естественным контаминантам относятся паразитные микрогрибки и бактерии, к искусственным - химические соединения в виде пестицидов и удобрений. Пестициды, в той или иной мере решая задачу обеззараживания, сами являются опасными ядохимикатами. Кроме того, их постоянное применение ведет к мутациям паразитных микроорганизмов в сторону чрезвычайно устойчивых видов, т.е. проблеме резистентности. Во избежание этих недостатков существуют альтернативные методы обеззараживания, основанные на различных видах электромагнитной энергии. Разнообразие подобных методов выдвигает задачу их объективной оценки, в том числе, в сравнении с химическим протравливанием. Это определило цель исследования, состоящую в разработке научно-обоснованной методики многокритериальной оценки и выбора эффективного метода обеззараживания зерна. Объектом исследования послужили химические и электрофизические методы обеззараживания, предметом исследования - закономерности выбора лучшего из них. Новизну составили этапы методики: структурирование пространства признаков, составление иерархической схемы групп признаков, определение весовых коэффициентов и оценок исходя из специфики сельскохозяйственного производства. В математическом инструментарии применен метод максимума суммы взвешенных оценок, по которому рассчитывается интегральный критерий F. Методика пригодна для любых методов обеззараживания с любым числом признаков и альтернатив. Дан пример ее применения для четырех альтернатив: химическое протравливание, СВЧ-обеззараживание, УФ-обеззараживание, обеззараживание низкочастотным магнитным полем (НМП). При этом установлено преимущество метода НМП, получившего максимальную интегральную оценку F = Fmax = 0,864. В заключение сделаны выводы о достоверности методики, возможности ее применения в расширенном пространстве признаков, что дает уточненную оценку.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(5):87-96
87-96