Том 86, № 2 (2019)
- Год: 2019
- Статей: 13
- URL: https://journal-vniispk.ru/0321-4443/issue/view/3693
Весь выпуск
Статьи
Тепловыделение в тракторных дизелях, работающих на биотопливе
Аннотация
В то время как для сохранения природных ресурсов применяются законодательные ограничения в отношении использования ископаемых видов топлива, все большее внимание привлекают в качестве перспективных альтернативных устойчивых источников энергии для тракторов и сельхозмашин смесевые спиртовые топлива, растительные масла и их эфиры. В работе обоснована необходимость применения биотоплива в тракторных дизелях. Показано, что выбор для дизеля альтернативного биотоплива, имеющего перспективу, должен проводиться в соответствии с конструктивными особенностями двигателя и в ходе первичных его испытаний. В работе исследованы такие экологичные источники энергии, как метанол, этанол и метиловый эфир рапсового масла (МЭРМ). Метанол, этанол и МЭРМ потенциально приводят к некоторым решениям экологических проблем, так как для их производства существуют достаточно обильные ресурсы и эти источники энергии характеризуются относительно низкими выбросами вредных веществ при горении. Рассмотрены пути производства биоэтанола из различных сырьевых материалов и процесс метанолиза рапсового масла. Показано, что сельскохозяйственные предприятия, потребляющие в качестве топлива главным образом нефтепродукты, в настоящее время вполне способны производить, хотя бы для своих тракторов, экологически чистое возобновляемое биотопливо. Проведены экспериментальные исследования тракторных дизелей на биотопливах следующих составов: спирто-топливная эмульсия (СТЭ, спирт (метанол, этанол) - 25 %, моюще-диспергирующая присадка сукцинимид С-5А - 0,5 %, вода - 7,0 %, дизельное топливо - 67,5 %); метанол (88,0 %) и МЭРМ (12,0 %). На основании проведенных исследований показателей тепловыделения тракторных дизелей, работающих на биотопливе, установлены зависимости влияния их режимов работы на характеристики тепловыделения и определены их числовые значения.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(2):3-9
3-9
Основные направления развития отечественного снегоходостроения
Аннотация
В последние годы Россия приступила к активному хозяйственному освоению Арктической зоны, включая добычу углеводородов, а также развитию Северного морского пути. Максимальная протяженность границ России в Арктике составляет почти половину арктического побережья. Из-за отсутствия дорог с твердым покрытием более 10 % населения (15 млн человек) в весенний и осенний периоды остаются отрезанными от транспортных коммуникаций. До настоящего времени 39 тыс. населенных пунктов с общей численностью населения до 2 млн жителей (в том числе 7,5 % общего числа районных центров и 6,7 % центральных усадеб сельскохозяйственных организаций) не имеют связи с транспортной сетью страны по автомобильным дорогам с твердым покрытием. В этой связи снегоходная мототехника занимает вполне определенную нишу среди вездеходных транспортных средств, эксплуатируемых в условиях Крайнего Севера, Арктики и Дальнего Востока, и позволяет успешно решать важные транспортные задачи. Наряду с ценовой доступностью, мобильностью, простотой эксплуатации, ремонтопригодностью, снегоходная мототехника также обладает хорошими показателями удельной грузоподъемности. В настоящее время производство отечественных снегоходов налажено во многих компаниях России. В статье представлен анализ отечественного снегоходостроения. Проанализированы результаты маркетинговых исследований рынка снегоходов в России. Рассмотрена динамика производства снегоходов ведущих отечественных производителей за 2014-2016 гг. Рассмотрены основные классы отечественных снегоходов, дана их сравнительная оценка. Приведены отличительные конструктивные признаки снегоходов с точки зрения потребительских качеств. Представлены основные направления развития конструкции отечественных снегоходов туристического, утилитарного и детского классов. Предложены пути улучшения их технических характеристик и потребительских свойств. Проанализированы новые модели отечественных снегоходов 2018 г.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(2):10-17
10-17
Общая концепция блочно-модульного построения лесных почвообрабатывающих орудий
Аннотация
В статье приводится общие данные о масштабах и перспективах использования блочно-модульных принципов построения технических объектов в различных отраслях промышленности, в частности в сельском хозяйстве при разработке почвообрабатывающих и посевных агрегатов. В лесном хозяйстве блочно-модульное построение почвообрабатывающих орудий не нашло столь широкого применения, поэтому преобладают конструкции, приспособленные к выполнению одной технологической операции в рамках определенной технологии. В то же время все это разнообразие специализированных машин остается невостребованным, т.к. лесные предприятия на современном этапе развития не способны закупать и эксплуатировать широкий спектр оборудования и ограничиваются весьма узким набором морально устаревших почвообрабатывающих орудий. Для решения этих проблем авторами были применены блочно-модульные принципы построения технических объектов для разработки комплекса почвообрабатывающих лесных орудий. Приводится конструктивное описание предлагаемых базовых модульных платформ (однобрусная задненавесная, двухбрусная задненавесная и передненавесная) и различных сменных модулей рабочих органов. Проработаны возможные варианты компоновки модульных орудий в среде 3D САПР SolidWorks, и представлен пример МТА на базе многофункционального модульного лемешного плуга. Проведенный анализ конструкций подтвердил, что оснащаемые различными рабочими модулями орудия способны эффективно производить все операции по основной подготовке почвы, проведению агротехнических уходов, а также частично посев и посадку лесных культур в разнообразных условиях. Таким образом, большое разнообразие используемой лесной почвообрабатывающей техники, зачастую обладающей невысокой эффективностью, можно свести к узкому спектру высокоадаптивных модульных орудий.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(2):18-26
18-26
Исследование крошения почвы при использовании новых рабочих органов
Аннотация
Сравнение полученных результатов исследований и испытаний на МИС качественных показателей с их нормируемыми значениями характеризует соответствие или несоответствие почвообрабатывающих машин и рабочих органов агротехническим требованиям. Согласно агротехническим требованиям, одним из основных показателей, характеризующих качество обработки почвы, является крошение почвы. От качества крошения зависит гребнистость поверхности поля, поскольку при преобладании в обработанном слое почвы требуемого размера комков наблюдается выровненная поверхность поля. При высоком качестве крошения частицы почвы размером менее 1 мм из верхнего слоя просыпаются в нижние, препятствуя возникновению эрозии. Цель работы - охарактеризовать качество крошения почвы при использовании новых рабочих органов в части соответствия агротехническим требованиям и сравнить с аналогами по технологическому адаптеру. Соответствие агротехническим требованиям новых рабочих органов определяли по нормативной документации на испытание машин для глубокой безотвальной обработки почвы. Установлено, что по качеству крошения пласта (до 98,5 %) и уменьшению количества эрозионно-опасных частиц в верхнем слое почвы (до 18,13 %) новые рабочие органы превосходят аналоги по технологическому адаптеру. Положительное влияние на качество крошения оказало использование элементов рабочего органа, выполненных по криволинейной форме (87,8-98,5 %) по сравнению с плоскорезом (65,1-76,8 %). Модернизация конструкции плоскореза с возможностью самоустановки угла резания под углом естественного скола почвы позволила повысить качество крошения до 80,5-82,0 %, а применение альтернативных материалов - до 82,0-84,8 %. По качеству крошения пласта новые рабочие органы соответствуют агротребованиям также и для предпосевной обработки почвы. Это позволяет сократить количество технологических операций на дополнительное рыхление и выравнивание поверхности поля перед посевом. Установлено, что новые рабочие органы не уступают по агротехническим показателям современным техническим средствам для обработки почвы.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(2):27-34
27-34
Компьютерное моделирование механической системы «двигатель - рабочая машина»
Аннотация
Исследовано применение для целей диагностирования технического состояния агрегата двигатель внутреннего сгорания (ДВС) - рабочая машина (РМ) усовершенствованной компьютерной настраиваемой модели ДВС с дополнительной функцией определения технического состояния рабочих машин (механизмов) с приводом от ДВС. Механическая система ДВС - рабочая машина (механизм) рассматривается в виде трех- и двухмассовой системы с сосредоточенными параметрами. Составлены уравнения равновесия моментов, действующих на выделенные сосредоточенные массы, с учетом различных нелинейностей (сухое и вязкое трение, зона нечувствительности и др.), упругости валов и соединений. Приведены структурные схемы системы ДВС - РМ в форме передаточных функций. Проведено компьютерное моделирование этой системы с представлением полученных компьютерных структурных схем и графиков динамических процессов (угловых скорости и ускорения валов и др.). Вводя в эти схемы значения параметров, характерных для конкретного агрегата ДВС - РМ, путем варьирования значений различных моментов можно в статическом и динамическом режимах оценить их влияние на техническое состояние ДВС - РМ. Применение компьютерной модели позволяет учесть влияние указанных факторов на информативные диагностические сигналы, отражающие техническое состояние ДВС - РМ, так как уровень сигналов, характеризующих мощностные показатели ДВС, существенно выше уровня сигналов, отражающих упругости и нелинейности. Разработанная компьютерная структурная схема может непосредственно использоваться в диагностических комплексах, построенных на базе микропроцессорных систем, микроконтроллеров и микроЭВМ для диагностирования ДВС и рабочих машин в эксплуатационных условиях.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(2):35-40
35-40
Оптимизация параметров и режимов работы спирально-винтового катка
Аннотация
Методом планирования двухфакторного эксперимента обоснованы оптимальные параметры и режим работы спирально-винтового катка для прикатывания почвы с целью создания ее оптимальной плотности в посевном слое, обеспечивающей дружные всходы высеянных семян культурных растений и их устойчивое развитие. Исследования выполнены с использованием положений теории планирования эксперимента и основных методов измерений, регламентированных нормативной документацией. Количественными факторами математического метода планирования являются конструктивные параметры и режимы работы прикатывающего катка. Для их оптимизации использовали Вк (план), а в качестве критерия оптимизации (отклика) принята плотность почвы в прикатанном слое, которая зависит от величины балластного груза, закрепленного на раме катка, и рабочей скорости движения агрегата. Уровни варьирования факторов выбраны так, чтобы их оптимальные значения, рассчитанные теоретически, попадали в центр интервала варьирования. Используя полученные уравнения регрессии в канонической форме, получили гиперповерхности зависимости плотности почвы в посевном слое от рабочей скорости агрегата и балластного груза, а также зависимости двумерных сечений плотности почвы. Центр эксперимента лежит в пределах области эксперимента. Получено значение оптимальной плотности почвы в посевном слое - 1,25 г/см3 при рабочей скорости агрегата 7,6 км/ч и величины балластного груза 42,4 кг.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(2):41-44
41-44
Обоснование конструктивных и технологических параметров спирального вальца катка-ложеобразователя машины для уборки лука
Аннотация
Особенностью уборки лука-севка является то, что состав примесей луко-почвенного вороха, поступающего с выкапывающих рабочих органов на сепарирующие, составляют почвенные комки, соизмеримые по размерам с луковицами лука-севка, которые являются трудноотделимыми на щелевых рабочих органах (прутковые элеваторы, грохоты). Данная проблема является наиболее актуальной в первой фазе уборки лука-севка. Кроме того, выделение почвенных комков на щелевых рабочих органах происходит по размерным признакам, что не приводит к решению существующей проблемы - сепарации почвенных комков, соизмеримых по размерам с луковицами лука-севка. Следовательно, для обеспечения качественных показателей уборки лука-севка, а именно полноты отделения луковиц от почвенных примесей, необходимо обеспечить снижение или полнейшее исключение поступления на сепарирующие рабочие органы почвенных комков во второй фазе уборки, т.е. при подборе из валков, что и интенсифицирует предлагаемый каток-ложеобразователь машины для уборки лука. В статье представлена конструкция катка-ложеобразователя машины для уборки лука, интенсифицирующего максимальную полноту сепарации вороха лука от почвенных примесей, в том числе от соизмеримых почвенных комков, во второй фазе уборки лука. Приведены результаты теоретических исследований обоснования конструктивных и технологических параметров катка-ложеобразователя машины для уборки лука.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(2):45-50
45-50
Тормозная сила гусеничной машины
Аннотация
Принято считать, что замедление и остановку машины вызывают силы сцепления ее гусениц с грунтовой поверхностью. Однако силовой анализ показывает, что, хотя эти силы при торможении и играют важную роль, непосредственно причиной замедления машины являются продольные составляющие внутренних сил, прикладываемых к валам затормаживаемых ведущих колес машины и передних опорных катков гусеничного движителя. Сумма этих продольных усилий, направленных против хода движения гусеничной машины, и составляет тормозную силу гусеничной машины. При этом величина этой суммарной тормозной силы в конечном счете определяется отношением тормозного момента, развиваемого силами трения, к радиусу ведущих колес, с которыми сопряжены тормозные устройства. Поскольку при торможении гусеничной машины продольная реакция уравновешена, то она не может быть непосредственной причиной замедления машины, т.е. ее тормозной силой. К тому же, продольная реакция, приложенная к нижней неподвижной части гусеницы, не совершает механическую работу и не может поглощать кинетическую энергию движущейся машины. Такую работу совершает внутренняя тормозная сила Ртор, развивающая при торможении отрицательную (тормозную) мощность. Выясняется, что при торможении продольная реакция нужна вовсе не для того, чтобы вызывать замедление, а для того чтобы она, будучи внешней силой, уравновешивала часть внутренних сил гусеничной машины. В результате ее действия неуравновешенная часть внутренних сил образует внутреннюю тормозную силу, которая непосредственно вызывает замедление и остановку машины. При этом продольная реакция опорной поверхности, без которой невозможно образование внутренней тормозной силы, ограничивает как нижнее, так и верхнее значение последней, а сами эти силы численно равны. Тот факт, что тормозная сила гусеничной машины, как и ее сила тяги, является внутренней силой, совсем не противоречит теоремам о движении центра масс или изменении количества движения механической системы, которые справедливы только для изолированных механических систем, не имеющих источника активных внутренних сил.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(2):51-55
51-55
Особенности спектров нагрузок на агрегаты мобильных машин АПК в полевых условиях при запаздывании внешних воздействий
Аннотация
Проблема выбора колебательных параметров мобильных зерноуборочных комбайнов приводит к разработке динамических моделей, обеспечивающих нормальное функционирование машин, а также к рассмотрению этих параметров в вероятностном аспекте и, следовательно, к оценке их рассеивания. Основным видом воздействий являются воздействия, создаваемые неровностью пути мобильной машины и изменением физико-механических характеристик почвы. Подобные задачи решаются с достаточной для практики точностью в линейной постановке. В статье внешние воздействия в многомерных динамических системах представлены в матричной форме. Использование матриц спектральных плотностей при вычислении статистических характеристик при наличии взаимных связей приводит к необходимости вычислять элементы как главных, так и побочных диагоналей, что, в свою очередь, ведет к усложнению расчетов. Учет корреляционных связей между воздействиями определяет вид матрицы спектральных плотностей внешних воздействий. При вычислении статистических характеристик учет связей приводит к усложнению расчетов. Поэтому целесообразно матрицу внешних воздействий привести к диагональному виду, чтобы получить матрицы некоррелированных воздействий. Проведенные расчеты спектральных плотностей и интенсивности колебаний для мобильных машин агропромышленного комплекса различными методами позволили установить, что одинаковые результаты получаются только для машин со слабыми функциональными связями при движении по микропрофилю поля, создающего некоррелированное внешнее воздействие. Даны рекомендации по практическому использованию расчетных формул.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(2):56-60
56-60
Регулирование режимов работы тракторных дизелей пропуском подач топлива
Аннотация
В статье рассматривается улучшение эффективных показателей дизельных двигателей тракторов на режимах холостых оборотов и малых нагрузок. Возможным способом улучшения показателей работы на таких режимах является отключение цилиндров. Однако у этого метода регулирования есть ряд недостатков, в частности ступенчатое изменение характеристики удельного расхода топлива. Цель работы - повышение топливной экономичности тракторных дизелей при регулировании режимов работы отключением цилиндров. Исследования проводились на тракторных дизельных двигателях 2Ч105х120 и 4Ч105х120, оснащенных распределительными насосами типа НД. Испытания дизельных двигателей 2Ч105х120 и 4Ч105х120 показали, что по мере отключения цилиндров экономичность двигателей ухудшалась даже на малых нагрузках. При дальнейших испытаниях выяснилось, что для достижения необходимого при работе с насосом распределительного типа эффекта от отключения цилиндров требуется корректировка цикловой подачи топлива в работающий цилиндр. Характерной особенностью насосов распределительного типа явилось то, что отключение подачи в один цилиндр существенно изменяло цикловую подачу в другой - остающийся работать - цилиндр. В одном случае она оказывалась больше требуемого и при ее уменьшении удельный расход топлива снижался. В другом случае, когда цикловая подача была меньше, удельный расход топлива можно было снизить ее увеличением. Выявилось, что при простом отключении цилиндров остается нереализованная зона, в которой можно дополнительно получить экономию топлива. Одним из способов реализации этой зоны может стать переход от отключения цилиндров к отключению отдельных подач топлива. Реализовать данный метод возможно при оснащении топливной системы дизеля электронно-управляемым быстродействующим клапаном, который в зависимости от режима работы двигателя будет реализовывать необходимый пропуск подач топлива и регулировку величины цикловой подачи по отдельным цилиндрам. В качестве электромагнитного клапана для отключения подачи топлива был использован клапан фирмы Denso. Для управления работой перепускного клапана был разработан электронный регулятор. Результаты испытаний показали, что при переходе от простого отключения цилиндров к регулированию режимов работы пропуском отдельных подач топлива удельный расход топлива менялся плавно и диапазон мощностей, при которых дизельный двигатель работает на данном режиме, сохраняется таким же, что и при работе со всеми цилиндрами.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(2):61-66
61-66
Транспортирующая способность ротора почвообрабатывающей рыхлительно-сепарирующей машины
Аннотация
Предметом исследования является процесс взаимодействия рабочих органов ротора почвообрабатывающей рыхлительно-сепарирующей машины. Объектом исследования является нож ротора, транспортирующая способность которого определяется размерами бороздки, оставленной им в почве, с формой поперечного сечения, которая близка к форме трапеции. Рассмотрен физический процесс взаимодействия с почвой ножа ротора рыхлительно-сепарирующего устройства. В первой фазе, при заглублении ножа в почву перед ножом образуется нарост почвы. Во второй фазе работы ножа почва находится под воздействием нароста, величина которого увеличивается до тех пор, пока внутренние напряжения в нем не достигнут предельных значений и не произойдет его частичное разрушение. В третьей фазе воздействия ножа на почву нарост начинает отделяться от основной части почвы и сбрасывается с сепарирующей решетки. Определены направление и величина смещения почвы, а также параметры и форма бороздки, образованной после прохода ножа. Установлено, что наибольшую силу влияния на транспортирующую способность ножа ротора оказывает толщина подаваемого слоя почвы к рыхлительно-сепарирующему устройству и угол излома ножа ротора, наименьшую силу влияния оказывает ширина ножа ротора. Доказано, что увеличение транспортирующей способности ротора в начальный момент входа ножа в почву может быть достигнуто, в основном, за счет снижения величины угла вхождения ножей ротора в почву. При выполнении работы применены теоретические исследования с использованием механико-математического моделирования взаимодействия рабочих органов с почвой. Исходная информация для обоснования исследования получена экспериментально и путем анализа литературных источников. Актуальность состоит в том, что увеличение транспортирующей способности ротора за счет снижения величины угла вхождения ножей в почву даст возможность не изменять величины радиуса и угловой скорости ротора, которые определяют энергетические показатели работы рыхлительно-сепарирующего устройства.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(2):67-74
67-74
Влияние угла рыхления рабочего органа земледельческого орудия на интенсивность разрушения почвенных агрегатов
Аннотация
Следствием механической обработки почвы, помимо положительных результатов, являются и отрицательные последствия, связанные с разрушением первичных почвенных микроагрегатов. Часть почвенных микроагрегатов, которые непосредственно контактируют с поверхностью рабочего органа земледельческого орудия, сминаются и разрушаются. Непосредственно микроагрегат представляет собой устойчивую почвенную совокупность, или структурную единицу спелой почвы. В центре микроагрегата имеются твердые частицы материнской породы, как правило - это диоксиды кремния SiO2, вокруг которых располагается плотная органическая оболочка. Факт разрушения первичных почвенных микроагрегатов в обрабатываемом слое почвы подтверждается износом рабочих органов земледельческих орудий, которые подвергаются воздействию абразивных частиц материнской породы, образующихся вследствие разрушения самих микроагрегатов. Получается, что интенсивность износа рабочих органов косвенным образом характеризует интенсивность разрушения почвенных микроагрегатов. В результате обработки спелых почв, ее рыхление с целью обеспечения не менее 50 % пористости, попутно измельчая, разрушает определенный слой структуры агрегатного строения той же самой почвы. Данные противоречия формируют задачу поиска решения снижения возможности разрушения агрегатного строения почвы при ее обработке земледельческими орудиями. Целью настоящей работы являлось выявление влияния геометрических параметров рабочих органов земледельческих орудий на интенсивность разрушения микроагрегатов в прилегающем слое почвы. Данная цель достигалась посредством теоретических исследований и при использовании имитационных лабораторных испытаний, в результате которых определены интервалы геометрических характеристик рабочих органов, при которых достигается наименьшее разрушение почвенных микроагрегатов.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(2):75-79
75-79
Определение парка структуры полуприцепных и прицепных машин для внесения твердых минеральных удобрений
Аннотация
Урожайность сельскохозяйственных культур зависит от эффективного использования твердых минеральных удобрений. Эффективность самих минеральных удобрений зависит от способа и качества их внесения (равномерности распределения и места подачи к корням растений). В последние годы на рынке России, ввиду отсутствия политики по выпуску машин отечественного производства, имеется большое количество импортных машин и оборудования для внесения твердых минеральных удобрений, что создает определенные трудности в их обслуживании и эксплуатации. Главным преимуществом прицепных и полунавесных машин, предназначенных для внесения удобрений, является большой объем бункера, снижение нагрузки на трактор и ширина захвата. В статье описываются технологии внесения минеральных удобрений, рассматривается потребность в прицепных и полунавесных машинах при соответствующих затратах рабочего времени и определения балансовой стоимости машин на заводе-изготовителе. При исследовании существующих технологий внесения удобрений, объемов и сроков внесения, потребного количества транспортных средств, а также технико-эксплуатационных и технико-экономических показателей, были рассмотрены пять вариантов исходных условий, отличающихся один от другого степенью учета реальной ситуации. В результате было получено расчетное число машин необходимых для каждого варианта. На основе проведенного исследования были сделаны выводы о том, что для качественного использования технологий внесения твердых минеральных удобрений необходимо сократить потери рабочего времени, сократить простои транспортных средств по эксплуатационным причинам, обеспечить производителей сельскохозяйственной продукции высокопроизводительными разбрасывателями и погрузчиками.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(2):80-84
80-84