Том 86, № 6 (2019)
- Год: 2019
- Статей: 12
- URL: https://journal-vniispk.ru/0321-4443/issue/view/3697
Весь выпуск
Статьи
Перспективы применения сухого карбамида в системах нейтрализации отработавших газов дизелей
Аннотация
Совершенствование систем нейтрализации отработавших газов дизельных двигателей - один из актуальных способов в технической конкурентной борьбе с электрической трансмиссией, бурно развивающейся в последнее время. Поиск наиболее оптимальных технических решений позволит снизить экологическую нагрузку при использовании дизельных двигателей. Настоящая статья рассматривает перспективы применения сухого карбамида в системах нейтрализации или, точнее, системах последующей обработки отработавших газов (СПООГ) дизельных двигателей. Система, применяющая сухой карбамид, лишена существенного недостатка широко используемой для нейтрализации системы селективного восстановления оксидов азота SCR. Подобные системы не устойчивы к низким температурам ниже -11 °С и требуют подогрева, что влечет существенные энергетические затраты и усложнение конструкции. Известны способы прямого использования аммиака для восстановления оксидов азота. Фирма Amminex использует аммиак, связанный в виде солей. Рассмотрена конструкция, уже имеющая практическое применение. В автобусах применены блоки, генерирующие необходимое количество аммиака. Одного комплекта достаточно для работы в течение одного-двух дней. Замена блоков осуществляется инфраструктурой. Конструкция достаточна проста и, несомненна, работоспособна. Также имеются патенты, описывающие устройства на основе прямого термолиза карбамида. В этом случае возможно создание компактной конструкции, требующей практического применения. Приведены основные реакции, протекающие при получении аммиака из раствора (мочевины), солей аммиака и сухого карбамида. Рассмотрены особенности термолиза при различных скоростях нагрева и температурных уровнях. В работе проанализированы реакции, протекающие в трех вариантах конструкции. Проведен энергетический анализ и сделан вывод о преимуществе прямого термолиза карбамида. Предложен вариант конструкции системы нейтрализации отработавших газов для дизельных двигателей, использующей прямой термолиз. По результатам широкого анализа сделан вывод о перспективности конструкций, построенных на основе прямого термолиза сухого твердого карбамида.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(6):3-14
3-14
Дрейф механических характеристик топливопроводов Common Rail при наработке
Аннотация
В процессе эксплуатации стальных трубопроводов происходит изменение, дрейф, характеристик материалов, из которых они изготовлены. В области технологических трубопроводов и трубопроводов нефтегазового комплекса этому вопросу посвящена обширная литература, включающая как научные публикации, так и нормативные государственные и отраслевые документы. Изменение характеристик материала топливопроводов высокого давления двигателей внутреннего сгорания не привлекало внимания специалистов. Топливопроводы были важным компонентом двигателей, но при том уровне давлений впрыска, материалах и технологиях, определяющих, в том числе, стоимость компонента в общей стоимости двигателя, они оставались вне зоны особого внимания. Развитие в России собственного производства систем типа Common Rail делает необходимым изучение поведения деталей в условиях длительного нагружения внутренним гидравлическим давлением уровня 1600 кг/см2 и выше. Дрейф характеристик материалов топливопроводов высокого давления может иметь большое значение с точки зрения надежности топливной системы и двигателя в целом. Впервые проведены исследования механических характеристик стальных бесшовных труб при различной наработке на безмоторном стенде при нагружении внутренним гидравлическим давлением 1600 кг/см2 с частотой пульсаций 45-55 Гц. Установлено, что при наработке увеличивается твердость в поперечных сечениях топливопроводов. Также увеличивается стандартное отклонение значений твердости, то есть разброс значений. Характер изменения предела прочности и предела текучести при наработке свыше 1100 ч требует дополнительных исследований. Сделан вывод о необходимости проведения испытаний большего количества образцов на двигателе для выяснения предельных значений механических характеристик материала.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(6):15-20
15-20
Методика выбора оптимальных коэффициентов демпфирования для демпферов крутильных колебаний коленчатых валов автотракторных двигателей
Аннотация
Проведен анализ свободных колебаний приведенной крутильной системы коленчатого вала шестицилиндрового поршневого двигателя с установленным на носке демпфером внутреннего трения резиновым или жидкостным. Установка на носке коленчатого вала демпфера крутильных колебаний изменяет частоту свободных колебаний, при этом для резинового демпфера добавляется еще одна масса крутильной системы с коэффициентом жесткости резинового слоя и моментом инерции маховика. Для жидкостного демпфера крутильных колебаний, маховик которого не имеет непосредственной связи с носком коленчатого вала, при расчете свободных колебаний половину момента инерции маховика жидкостного демпфера приплюсовывают к моменту инерции носка. Рассмотрен порядок подбора оптимальных коэффициентов демпфирования демпферов, а именно моментов инерции маховика демпфера и коэффициентов демпфирования. При выборе амплитуд свободных колебаний массы маховика демпфера и носка коленчатого вала (или корпуса демпфера) в комплексном виде и подстановки производных от этих величин в дифференциальные уравнения свободных колебаний, получены функции, которые могут быть приняты в качества параметров оптимизации. В этом случае при оптимальном затухании или максимуме рассеиваемой в демпфере энергии амплитуда крутильных колебаний носка коленчатого вала снижается максимально. Для демпферов внутреннего трения дополнительно к указанным параметрам добавляется коэффициент жесткости резинового слоя. Показано, что эти выбранные параметры влияют также на круговую частоту свободных колебаний, поэтому подбор их должен проводиться с учетом данного обстоятельства.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(6):21-27
21-27
Современные стенды для динамических испытаний тракторных шин
Аннотация
Для испытаний тракторных шин и их износа используются специальные лабораторные стенды с имитацией реальных условий эксплуатации шин. Они обеспечивают определение таких характеристик шины, как возможность продолжительного движения на максимальной скорости, восприятие усилий при криволинейном движении, динамический радиус, сопротивление шины качению, степень нагрева шин и т.д. Подобные стенды позволяют оценить надежность шин и выявить возможность увеличения срока их эксплуатации. Наиболее распространенные стенды включают в себя неподвижную платформу, беговой барабан, гидроцилиндры, устройства прижима, электропривод барабана, механизмы вращения шин, персональный компьютер и пульт управления. Одним из недостатков таких стендов является наличие высоких потерь на преодоление усилий в механизмах вращения шин. Поэтому актуальным является вопрос поиска решения для повышения энергоэффективности и надежности испытаний тракторных шин. В статье анализируются стенды зарубежных и отечественных производителей для динамических испытаний шин. Рассматриваются их технические характеристики, функциональные и габаритные показатели. Значительное внимание уделяется недостаткам каждого из стендов. Предложен модернизированный вариант стенда, в котором учтены и устранены недостатки аналогов. Конструкция подобного стенда позволяет обеспечить испытания шин, имитируя их взаимодействия с неровной поверхностью дороги, а также снизить потребление электроэнергии и повысить достоверность испытаний шин. Предложена кинематическая схема стенда и функциональная схема силовой части электропривода испытательного стенда. На основе технических данных стендов и их возможностей дана сравнительная таблица, а также сделаны выводы о целесообразности применения более энергоэффективных приводов для подобных стендов.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(6):28-35
28-35
Разработка метода получения участка пониженной жесткости на упругой характеристике автомобильной шины
Аннотация
Статья посвящена разработке метода получения участка пониженной жесткости на упругой характеристике пневматической шины колесной машины. Предложен путь снижения радиальной жесткости шины за счет получения участка с пониженной жесткостью на упругой характеристике пневматических шин, который, в отличие от известных ранее, позволяет значительно снизить радиальную жесткость пневматической шины без увеличения ее статической радиальной деформации и потерь на качение. Сущность метода получения участка с пониженной жесткостью заключается в снижении давления воздуха в пневматической шине при увеличении ее радиальной деформации с помощью оригинальных внутренних устройств, размещенных внутри шины. Разработан алгоритм, включающий четыре этапа, получена упругая характеристика пневматической шины 8.40-15 с участком с пониженной в 4 раза жесткостью. Это обеспечивает уменьшение собственной частоты вертикальных колебаний подрессоренной массы на шине почти в 2 раза: с 3,5 до 1,8 Гц. На основе разработанного метода определены зависимости длины участка пониженной жесткости и изменения силы на этом участке от реализуемой частоты собственных колебаний подрессоренной массы на шине. Для шины 8.40-15 определена зависимость изменения силы на участке с заданной пониженной жесткостью от его длины, которая показала, что с ростом длины этого участка происходит прогрессивное изменение нагрузки на шину на этом же участке. Кроме того, получены зависимости изменения давления в шине от ее радиальной деформации на участках пониженной жесткости для различной заданной частоты собственных колебаний массы груза на шине. Представлены конструктивные схемы колес транспортных средств, у которых шина содержит внутренние структурные элементы, реализующие предложенный метод снижения радиальной жесткости автомобильной шины и, кроме того, обладающие внутренним гидравлическим или воздушным демпфированием вертикальных колебаний колеса.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(6):36-47
36-47
Проблемы эксплуатации малотоннажных автомобильных прицепов в различных областях сельского хозяйства
Аннотация
В статье рассмотрены перспективы развития и использования малотоннажных автопоездов (МАП) с управляемым сцепным устройством, разработанным и подтвержденным заявкой (2018137360) ВолгГТУ и ФГБНУ ФНАЦ ВИМ. МАП по условиям шумности, экологии и расхода топлива намного превосходят магистральные автопоезда при использовании их в мегаполисах, а также в сложных дорожных условиях. Увеличение в последние годы числа малых предприятий, в том числе занимающихся сельским хозяйством, обслуживанием теплиц, торговых точек, охотой и предоставлением услуг в этой области, увеличивает потребность в малых прицепах, используемых в сцепке с легковыми автомобилями. Управляемое сцепное устройство позволяет устранить «виляние», а также обеспечить возможность управляемого движения задним ходом. Помимо прочего использование МАП не требует переобучения водителей и обеспечивает быструю окупаемость (менее 3 месяцев). МАП - универсальный вид транспорта. Универсальность достигается разработкой различных прицепных платформ, необходимых для выполнения разных видов работ. Это может быть прицепной «мини-завод» для переработки и утилизации отходов сельскохозяйственных предприятий (коровников, птицефабрик, теплиц и т.д.). Возможные варианты: мини-мастерская, кухня, передвижной медпункт для обслуживания работников, занятых на посевной, уборке и т.д. В связи с новыми тенденциями развития автомобильного транспорта желательно разрабатывать МАП в автоматизированном варианте управления через ГЛОНАСС с использованием систем СКИФ и СКАУТ, а также со способностью прицепа осуществлять движение самостоятельно в режиме геолокации. При всех очевидных преимуществах имеются и негативные явления, требующие досконального изучения с целью их исключения. Исследования требуют изучения движения МАП с высоким прицепом при воздействии на него больших или же цикличных боковых сил, а также исключения «виляния» при движении по продольной колее и при обгоне.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(6):48-53
48-53
Обеспечение работоспособности и отказоустойчивости машин резервированием сменных элементов
Аннотация
Основной задачей в машиностроении является обеспечение работоспособности машинотракторного парка. Техническая эксплуатация машин требует новых организационных и технологических подходов к поддержанию их в работоспособном состоянии в зональных условиях использования. Так как каждый час простоя этой дорогостоящей техники приводит к большим издержкам, то одной из важных рассматриваемых задач является снижение времени простоя машин на техническом и ремонтном обслуживании. Разработка программ импортозамещения и продовольственной безопасности регионов и областей страны является важным направлением для научных и общественных организаций при решении задач, поставленных правительством РФ. В связи с этим проводится изучение зарубежных технологий и внедрение собственных в производство техники и продукции агропромышленного комплекса. Целью исследования является математическое описание и обоснование отказоустойчивости машин для обеспечения работоспособности на заданном уровне. В статье рассмотрены вопросы обеспечения работоспособности технических систем (машин и оборудования) и планирование числа запасных элементов при техническом сервисе. Установить циклы времени ремонта машин и технологии достаточно просто, если определяющие работоспособность машин переменные технического состояния за время эксплуатации носят детерминированный характер. На практике в большинстве случаев работоспособность определяется стохастическим характером воздействующих факторов, вынуждающим принимать во внимание технические и математические методы их описания. В ситуации, когда время восстановления отказавшего элемента на порядок меньше времени безотказной работы, либо восстановление сводится к замене элемента резервным, законом принять модель мгновенно восстанавливаемого элемента.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(6):54-57
54-57
Эффективность очистки и ресурс модернизированного фильтра грубой очистки дизельного топлива
Аннотация
В работе рассматривается проблема безотказности топливной аппаратуры тракторных дизельных двигателей в условиях пониженных температур. Основная проблема эксплуатации таких двигателей заключается в ухудшении прокачиваемости топлива через топливопроводы, парафинизация и забивка фильтров тонкой очистки. Авторы предлагают новую конструкцию фильтра грубой очистки (ФГО), где в качестве фильтрующего элемента выступает фильтровальная лента из нетканого иглопробивного материала с переменным обжатием, обладающего повышенной эффективностью фильтрации с возможностью одновременного подогрева топлива. Достоинством предлагаемых изменений является использование штатного корпуса фильтра грубой очистки. Представлены эксплуатационные испытания. По результатам эксплуатационных испытаний модернизированного фильтра грубой очистки было установлено, что в отличие от штатного элемента массовая концентрация загрязнений снижается примерно в два раза, а вероятность отсева частиц размером больше 30 мкм равна 90 %. Построены кривые распределения частиц загрязнений по размерам после штатного и модернизированного фильтра и ресурсная характеристика. Приведены результаты сравнительных эксплуатационных испытаний фильтров на загрязнения. Оценен перепад давления на фильтре при наступлении технического обслуживания, предложено увеличение регламентной замены фильтра. Определена степень обжатия фильтрующего материала, исключающая появление после ФГО частиц размером больше 35 мкм.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(6):58-64
58-64
Реализация природоподобных технологий при разработке новых рабочих органов для обработки почвы в засушливых условиях
Аннотация
В соответствии с природоподобными технологиями, в засушливых условиях необходимо накопление влаги внутри пласта почвы. При существенной разнице температуры почвы соседних слоев и уменьшении толщины обрабатываемого пласта локально накапливается влага доступная для корневой системы растений, без диссипации по всему пахотному горизонту. Цель исследований заключается в совершенствовании конструкций рабочих органов для обработки почвы с учетом зонально-природных условий их применения. Существенного различия теплофизических характеристик можно достичь при разной структуре соседних слоев почвы. Толщина обрабатываемого пласта уменьшается за счет дифференцирования слоев при послойной безотвальной обработке почвы и уменьшения глубины рыхления каждым элементом рабочего органа. Отыскание оптимальной формы и параметров рыхлителя, долота и стойки типа paraplow рабочего органа позволит обеспечить необходимую структуру пласта для управления процессом накопления влаги в почве при условии качественного выполнения агротехнических показателей при минимуме затрат. Для уменьшения сопротивления крошению пласта целесообразно представить рыхлитель в форме кривой, обладающей свойством минимума - эллипса. Решением задачи трансформации стойки типа paraplow из ломаной линии в криволинейную является дифференциальное уравнение брахистохроны первого порядка. Параметры долота для осуществления технологического процесса с наименьшими затратами энергии выбираются за счет рационального соотношения площади поперечного сечения обрабатываемого пласта. Необходимо затрачивать оптимальное количество энергии при сжатии пласта почвы на долоте, создавая необходимое и достаточное напряжение (не более 3 кПа) для обеспечения качественного крошения пласта без сгруживания перед рабочим органом. Целесообразно применить принцип золотого сечения, разделив глубину рыхления на гармоническую пропорцию 62 % и 38 %. Глубина хода рыхлителя составит при этом 13-15 см при глубине рыхления 34-39 см.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(6):65-73
65-73
Влияние перекрытий смежных проходов агрегата на равномерность внесения минеральных удобрений
Аннотация
В статье приводятся некоторые результаты исследований влияния ширины перекрытия на равномерность распределения удобрений на смежных проходах агрегата, проведенных в Мордовском государственном университете имени Н.П. Огарева. Предлагаются рекомендации по снижения величины соотношения между шириной захвата и шириной разбрасывания при работе центробежного аппарата. Наблюдения показали, что разбрасыватели с рабочими органами центробежного типа распределяют удобрения по ширине захвата неравномерно: большая часть их приходится на середину, а к краям количество их уменьшается. Чтобы добиться более равномерного внесения удобрения обычно разбрасывают с перекрытием. Для определения влияния перекрытия на равномерность распределения минеральных удобрений нами проведены исследования. Для оценки равномерности поверхностного распределения минеральных удобрений и извести экспериментальной установкой по ширине захвата и по ходу движения сбор удобрений производили в противни размером 0,5×0,5×0,1 м. Противни расставляли на ровном участке плотно друг к другу в три ряда с расстоянием между рядами 5 м. При проведении опытов неравномерность внесения удобрений на ширине захвата агрегата 10 м с перекрытием 2 м была выше агротехнических допустимых значений - 25 %. Исследования показали, что повысить равномерность внесения возможно при уменьшении ширины захвата агрегата до 8 м, при этом перекрытие должно быть не менее 4 м. При этом проблема обеспечения точного вождения агрегатов для внесения удобрений еще более обостряется с увеличением ширины захвата современной высокопроизводительной техники. Очевидно, что в данном случае при отсутствии специальных стендов для оперативной настройки машин выполнить их правильную регулировку весьма затруднительно. Поэтому каждый раз при изменении вида вносимого удобрения и доз необходимо сверять положение регулятора с рекомендуемым руководством по эксплуатации. От этого зависит рабочая ширина захвата, а следовательно, и расстояние между смежными проходами агрегата. Качество работы центробежных машин, кроме того, зависит от качества вносимых минеральных удобрений (спектр размеров и формы гранул, сыпучести), состояния рельефа поля, выравненности почвы, скорости ветра, квалификации механизатора и его добросовестности (строгое соблюдение заданной скорости движения), рабочей скорости и т.д. Очевидно, чтобы внести минеральные удобрения с допустимой неравномерностью (допустимый коэффициент вариации для азотных удобрений ±10 %, для калийных и фосфорных ±20 %) центробежными рабочими органами, необходимо строго выполнять требования регламента выполнения работ.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(6):74-78
74-78
Повышение конкурентоспособности машиностроения
Аннотация
Низкий уровень конкурентоспособности российской техники, машин и оборудования обусловлен, прежде всего, недостаточным уровнем качества изготовления и показателей надежности. По техническим характеристикам, уровню ресурсосбережения, реализации современных технологических приемов и методов производства продукции, работ и услуг многие образцы современной техники не уступают, а зачастую и превосходят зарубежные аналоги. Но низкий уровень показателей надежности и, в первую очередь, безотказности машин в итоге значительно снижает эффективность ее использования в реальных производственно-экономических условиях потребителей техники. Работа направлена на поиск и обоснование направлений повышения качества изготовления и показателей надежности отечественных машин и оборудования на основе создания фирменных производственно-технологических систем и комплексов и внедрения фирменного метода технического сервиса. Повышение качества российской техники на инновационной организационно-технологической основе позволит обеспечить необходимый технологический прорыв в машиностроении с минимальными потребностями производственно-технических ресурсов в сжатые сроки. Исследования указывают на необходимость реорганизации предприятий машиностроения в крупные фирмы, фирменные производственно-технологические системы и комплексы, способные обеспечить резкое и значительное повышения качества техники до уровня лучших мировых аналогов. Организация крупных машиностроительных фирм позволяет решать проблемы качества машин и оборудования на всех основных этапах их жизненного цикла: проектирование, конструирование, производство, эксплуатация и утилизация. При этом существенно повышается оперативность решения возникающих вопросов, поскольку все структурные подразделения фирмы управляются из единого центра, стратегической целью которого является всемерное повышение качества выпускаемой продукции машиностроения. Быстрое и значительное повышение конкурентоспособности отечественных машин и оборудования на основе повышения их качества изготовления и показателей надежности возможно только при внедрении их фирменного технического сервиса. Система фирменного сервиса позволит установить и исключить причины эксплуатационных отказов машин.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(6):79-85
79-85
Определение влияния на энергоемкость гранулирования радиусов рабочих органов пресс-гранулятора
Аннотация
Выявлены ранее неизвестные свойства прессующего механизма пресс-гранулятора с одним прессующим роликом большого диаметра. Методом вычислительного эксперимента с использованием проведенного ранее экспериментального исследования процесса гранулирования полуфабриката растительного происхождения по математической модели напряженного состояния прессуемого в рабочем пространстве пресс-гранулятора полуфабриката определена энергоемкость процесса гранулирования. Определены зависимости геометрических параметров рабочего пространства прессующего механизма. Методами теории пластичности определены силы полезного сопротивления движению кольцевой матрицы. На их основе определена мощность сил полезного сопротивления. На основе расчета напряженного состояния прессуемого полуфабриката в прессующем механизме определены границы зоны выдавливания полуфабриката в фильеры матрицы. На основе расчета массового расхода полуфабриката на входе в зону выдавливания и на выходе из нее вычислена производительность прессующего механизма на единичной ширине рабочих органов. Энергоемкость процесса гранулировани определена отношением мощности сил полезного сопротивления к производительности прессующего механизма на единичной ширине рабочих органов. В вычислительном эксперименте произведено сравнение энергоемкости прессующего механизма пресс-гранулятора ПГМ-05 и проекта прессующего механизма с радиусами рабочих органов, увеличенными пропорционально на 20 %. Показано, что увеличение радиусов матрицы и ролика пресс-гранулятора на 20 % увеличивает производительность и снижает энергоемкость гранулирования. Если энергоемкость процесса одинакова, то производительность увеличивается на 60…89 %. При увеличении энергоемкости увеличение производительности уменьшается. Если производительность одинакова, то энергоемкость уменьшается на 31…38 %. При увеличении производительности падение энергоемкости уменьшается. Таким образом, можно сделать заключение о целесообразности увеличения радиусов рабочих органов пресс-гранулятора ПГМ-05 на 20 %.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(6):86-92
86-92