Том 88, № 2 (2021)
Статьи
Прикладная наука и производство: НАМИ и ВТЗ
Аннотация
Начиная с 60-ых годов 20-го столетия, в двигателестроении проявился ряд острых проблем при переходе на дизели нового поколения - с непосредственным впрыском топлива в камеру в поршне. Малое время, отводимое в цикле на смесеобразование и сгорание, особенно - у быстроходных дизелей, заставляет крайне скрупулёзно к этому подходить, чтобы получать высокие и стабильные технико-экономические показатели. Одна из многих проблем - организация эффективного и однообразного по экземплярам газообмена для уменьшения разброса конечных показателей при массовом производстве. В статье рассматривается именно эта проблема, конкретно - в случае кокильного литья индивидуальных головок на Владимирском тракторном заводе с использованием составных стержней впускных и выпускных каналов. Для изучения применена разработанная в НАМИ методика статической продувки впускных каналов с количественной оценкой при этом сопротивления и вихреобразования в цилиндре. У получивших индивидуальные номера головок в статистически значимой выборке заготовок на одном стенде несколько раз, последовательно по стадиям процесса обработки, проверялись газодинамические показатели (ГП). Схематически показано, как по ходу обработки и последующей сборки головок менялись эти параметры. Важно, что получена высокая "наследственная" корреляция между ГП заготовок и полностью обработанных и собранных головок цилиндров. Себестоимость последних несоизмеримо выше отливок. Поэтому, по результатам работы для уменьшения себестоимости изделий и повышения уровня и стабильности качества было принято важное решение о ранней дефектоскопии ГП (после литья) с последующей переплавкой тех заготовок, которые с большой вероятностью «генетически, наследственно» не обеспечат заявленные технико-экономические показатели в собранном изделии. Подобные подходы могут быть использованы при организации производства и других товаров с высокой добавочной стоимостью технологических операций, необходимых после заготовки для обеспечения качества конечных изделий.
Тракторы и сельхозмашины. 2021;88(2):6-15
6-15
Экспресс-методы оценки моторных свойств дизельных топлив
Аннотация
Альтернативное моторное топливо - это смесь различных углеводородов и их соединений. Основу моторного топлива составляют нафтеновые, парафиновые и ароматические углеводороды. Эксплуатационные характеристики топлива зависят от его компонентного состава. При разработке методов контроля характеристик топлив основной проблемой является их многокомпонентность, так как каждый компонент вносит свой вклад в эксплуатационные характеристики. Эксплуатационными же характеристиками являются: цетановое число, содержание серы, водорастворимых кислот и щелочей, низшая теплота сгорания и некоторые другие. Для их определения в настоящее время производят сжигание дизельного топлива (ДТ) и последующий анализ продуктов сгорания. Недостатком существующего метода является то обстоятельство, что невозможно оперативно контролировать топливо по месту эксплуатации, будь то нефтебаза, бензоколонка, технологическая труба или топливный бак транспортного средства. При проектировании анализаторов и измерительных приборов используют корреляционные зависимости, которые связывают величину эксплуатационного свойства топлива с его физико-химическими характеристиками. Учитывая применение различных видов альтернативных топлив (АТ) с широким спектром их эксплуатационных свойств, возникает проблема быстрой и точной предварительной оценки указанных свойств. Наряду с дизельным топливом, для оценки воспламеняемости альтернативных топлив предложено использовать аналогичные физико-химические методы.
Тракторы и сельхозмашины. 2021;88(2):16-20
16-20
Цифровой измеритель частоты вращения
Аннотация
Разработан цифровой универсальный измеритель частоты вращения различных деталей: зубчатого колеса, шлицевого вала, специального диска с прорезями и др. Применение 16-ти разрядного суммирующего электронного счетчика позволяет формировать цифровой код до 65536 импульсов в секунду, что дает возможность устанавливать его практически на любой машине. При этом он обладает простотой, дешевизной, надежностью и точностью. В конструкцию измерителя входят датчик сигналов, автоколебательный мультивибратор, логические элементы, электронный суммирующий счетчик импульсов. Датчик измерителя выполнен в виде катушки индуктивности с магнитным сердечником. В качестве преобразователя сигналов датчика используется первая дифференцирующая цепь с диодом, подсоединенная к логическому элементу И, который своим выходом соединен через резистор со счетным входом счетчика. Вход второй дифференцирующей цепи и второй вход логического элемента И параллельно соединены с выходом автоколебательного мультивибратора, а вход установки нуля счетчика параллельно соединен с выходом второй дифференцирующей цепи. Автоколебательный мультивибратор выполняется симметричным, а сопротивление его резисторов и емкости конденсаторов выбраны таким образом, что обеспечивается формирование на его выходе прямоугольных импульсов напряжения и пауз длительностью 1 с. Наличие шестнадцатиразрядного суммирующего электронного счетчика, состоящего из 16 триггеров и имеющего 16 выходов и 16 светоизлучающих диодов, каждый из которых соединен с одним из выходов счетчика, позволяет при включении измерителя получать на их выходе цифровые коды за одну секунду, отображающие частоту вращения. Приведен пример расчета элементов дифференцирующей цепи мультивибратора. Выполнены эксперименты, подтвердившие работоспособность разработанного измерителя частоты вращения.
Тракторы и сельхозмашины. 2021;88(2):21-26
21-26
Способы управления упругодемпфирующими характеристиками пневматических подвесок сидений
Аннотация
Пневматическая подвеска сиденья относится к важнейшим, а в некоторых ситуациях и к ключевым составляющим системы виброзащиты человека-оператора транспортного средства. На современном этапе научно-технической деятельности большинства разработчиков огромный акцент делается на управляемые системы подрессоривания сидений, как на самые перспективные системы. В данной статье выполнен анализ способов управления упругодемпфирующей характеристикой пневматической подвески сиденья транспортного средства. В ходе данного анализа рассмотрено десять различных и достаточно известных способов изменения формы и параметров упругодемпфирующих характеристик за счет электропневматических клапанов, дросселей, двигателей, дополнительных полостей, вспомогательных механизмов и иных исполнительных элементов, проанализированы достоинства, границы применения и недостатки каждого способа. На основе результатов проведенной аналитической процедуры, а также известных в научно-технической литературе рекомендаций по повышению виброзащитных свойств систем подрессоривания авторами предложен и разработан новый способ управления упругодемпфирующей характеристикой, реализуемый в предлагаемом техническом решении пневматической подвески сиденья транспортного средства. Способ отличается тем, что реализует циклический управляемый обмен рабочим телом между полостями пневматического упругого элемента и дополнительного объема ресивера на ходах сжатия и отбоя, формируя практически симметричную упругодемпфирующую характеристику, и частичную рекуперацию колебательной энергии пневматическим приводом, представленным в виде пневмодвигателя ротационного типа. К тому же способ не требует наличия нерегулируемого гидравлического амортизатора, обладая, тем не менее, преимуществом в виде улучшенных виброзащитных свойств пневматической подвески сиденья транспортного средства в широком диапазоне изменения эксплуатационных воздействий.
Тракторы и сельхозмашины. 2021;88(2):27-33
27-33
Моделирование параметров свободного и ведущего режимов качения колеса с учетом несимметричности эпюры нормальных реакций
Аннотация
Приведена методика определения силовых и кинематических параметров шины и колеса для свободного и ведущего режимов качения с учетом смещения центра нормальных реакций дорожной опорной поверхности. Величина смещения представлена в функции линейной зависимости от коэффициента продольной силы. Аналитическое описание зависимости отражает взаимосвязь коэффициента продольной силы и коэффициента несимметричности эпюры нормальных реакций опорной поверхности и определяет смещение центра нормальных реакций в направлении к переднему краю контактной площадки шины. Расчетная несимметричность эпюры относительных нормальных реакций может быть получена выбором соответствующего значения коэффициента несимметричности в интервале от 1 до 0. На численном примере представлено графоаналитическое отображение силовых и кинематических параметров качения колеса с тракторной шиной 15,5-R38 модели Ф-2А при использовании эпюры относительных нормальных реакций, описываемой параболической зависимостью четвертой степени. Коэффициент продольной силы определяется с учетом образования результирующей продольной реакции двумя составляющими - на участке буксования и на участке покоя элементов контактной площадки шины. Установлено, что максимальное значение коэффициента продольной силы для несимметричной эпюры относительных нормальных реакций наблюдается при большем значении коэффициента буксования колеса по сравнению с симметричной эпюрой, однако остается практически неизменным для обеих сравниваемых эпюр относительных нормальных реакций. Приведенная методика определения силовых и кинематических параметров с учетом несимметричности эпюры нормальных реакций опорной поверхности может найти практическое применение при выборе и обосновании рациональных режимов работы колесных движителей тракторных транспортно-технологических агрегатов в различных дорожных условиях.
Тракторы и сельхозмашины. 2021;88(2):34-44
34-44
О влиянии упрочнения на эксплуатационные свойства почворежущего инструмента
Аннотация
В настоящее время почворежущий инструмент изготавливается в основном из углеродистых сталей, которые подвергают термообработке для обеспечения высокой твердости и прочности. Однако в настоящее время стойкость такого упрочненного почворежущего инструмента как отечественных, так и иностранных производителей оставляет желать лучшего. Одной из причин недостаточной стойкости против абразивного износа почворежущего инструмента, подвергнутого упрочнению путем термообработки, может являться его нагрев силой трения при контакте с почвой. В результате такого нагрева сталь подвергается дополнительному отпуску, приводящему к уменьшению твердости поверхности режущей кромки инструмента почти в 2 раза - 49-50 HRC до 22 - 34 HRC в зависимости от интенсивности нагрева металла. Данное обстоятельство было установлено при металлографических исследованиях образцов, вырезанных из лемехов корпуса КБ-01 плуга ПБС-4. Одним из путей решения данной проблемы является получение на поверхности почворежущего инструмента износостойкого слоя, не подверженного отрицательному воздействию повторного нагрева в процессе эксплуатации, например, из легированного белого чугуна методом плазменно-порошковой наплавки. Проведенными металлографическими исследованиями было установлено, что наплавленный слой имеет твердость более 62 HRC. При этом такие виды термообработки, как закалка, нормализация или отжиг не оказывают заметного влияния на твердость наплавленного слоя. Металлографические исследования наплавленного металла после эксплуатации также показали отсутствие заметных изменений его микроструктуры и твердости. Это свидетельствует о том, что повторный нагрев от действия сил трения не оказывает существенного влияния на свойства почворежущего инструмента, упрочненного плазменно-порошковой наплавкой, что способствует повышению его длительности эксплуатации.
Тракторы и сельхозмашины. 2021;88(2):45-51
45-51
Сравнительный анализ методов повышения качества упрочненных трубных и прутковых заготовок для деталей сельхозтехники
Аннотация
Проблема получения качественной поверхности остро стоит при термической, химико-термической и термомеханической обработке изделий прокатного производства. Но, в связи с тем, что многие металлургические заводы недостаточно оснащены средствами зачистки при указанных видах обработки, не обеспечивается необходимое качество поверхности металлопродукции. На операциях, связанных с удалением дефектов поверхности проката, занято от 30 до 60 % рабочих прокатных цехов. Необходимость зачистки приводит к разрыву поточности производства, так как металл для контроля и зачистки дефектов должен быть предварительно охлажден. В результате общие затраты по зачистке в 2 - 3 раза превышают затраты на выполнение основных технологических операций - нагрева и деформации металла. В связи с этим определенный интерес представляют совмещенные и комбинированные методы горячей прокатки с одновременным упрочнением и устранением дефектов поверхности, что дает значительную экономию энергоресурсов и исключает операции травления в растворах серной и соляной кислот. В рассматриваемой работе предлагаются новые методы зачистки проката перед деформированием в режиме высокотемпературной термомеханической обработки (ВТМО) цилиндрических горячекатаных (г/к) сплошных и полых заготовок с деформацией винтовым обжатием (ВО), совмещающие, наряду с высокопроизводительным методом формообразования и упрочнения проката, экологически чистые (безкислотные) методы очистки поверхности, а также совмещенные с механической обработкой методы удаления дефектов поверхностного слоя. При этом одновременно с очисткой поверхности и повышением точности проката происходит формирование структуры поверхностного слоя по механизму фазовых превращений при термомеханической обработке. - изменяет вид излома при низкотемпературных разрушениях от хрупкого к вязкому. Следует отметить также необходимость дальнейшего развития таких хорошо зарекомендовавших себя методов зачистки, как лезвийная и гидроабразивная обработка, которые позволяют при зачистке проката из любых марок стали от окалины реализовать максимально надежную систему очистки, обеспечивают эффективное удаление поверхностных и более глубоких дефектов, повышают выход годного, уменьшают расход энергии и хорошо вписываются в линию непрерывного прокатного стана. Наряду с этим, по данным последних исследований, гидроабразивная обработка повышает усталостную долговечность полых цилиндрических деталей до 15%.
Тракторы и сельхозмашины. 2021;88(2):52-60
52-60
Молотильно-сепарирующее устройство
Аннотация
В статье представлены краткий анализ технологии уборки зерновых культур и технических средств, из которого следует, что односекционные молотильно-сепарирующие деки конструктивно выглядят следующим образом. «Гнезда» для их установки в комбайне закреплены на боковых щеках, которые в свою очередь жестко связаны с поперечными планками, установленными между собой с равномерным интервалом по всей длине деки, а поперечные планки внутренней стороной расположены на цилиндрической поверхности с определенным углом охвата барабана. При этом для увеличения жесткости поперечных планок и всей деки в целом ниже поверхности яруса прутков поперечные планки связаны между собой ребрами прямоугольной формы изогнутыми по концентрической окружности большего радиуса, чем радиус рабочей поверхности сепарирующей решетки. Все деки устанавливаются на комбайне относительно внешнего диаметра бичей барабана не по концентрической окружности, а со смещением. Поэтому принципиальными недостатками однобарабанных односекционных дек являются достаточно высокие уровни недомолота, потери свободным зерном в грубом ворохе через соломотряс и особенно дробление. В связи, с чем возникает необходимость её совершенствования, а также необходимость модернизации молотильно-сепарирующего устройства с улучшением работы воздушно-решетной очистки. На основании поисковых исследований предложена защищенная патентом РФ односекционная молотильная дека. Дека состоит как минимум из трех зон; в первой зоне - вымолота и сепарации - сепарирующая решетка выполнена двухярусной с изменяемым расстоянием между ярусами путем вариантной установки под основным ярусом съемных прутков решетки, расположенных на поперечных планках с шагом t на больших, чем у основного яруса радиусах, проходящих посередине шага прутков основного верхнего яруса с интервалами от 0,75 до 1,25t, во второй зоне - сепарации и обмолота - сепарирующая решетка протяженностью от 5 до 12 интервалов между поперечными планками выполнена одноярусной, но шаг между прутками решетки, расположенными на продолжении яруса первой зоны на поперечных планках зоны составляет не менее 1,5t шага прутков первой зоны, в третьей зоне - домолота и сепарации - протяженностью не более 6 интервалов между поперечными планками одноярусная решетка является продолжением верхнего яруса первой зоны с шагом прутков от 0,5 до 1,5t шага первой зоны. Данное решение имеет практическую значимость и перспективу для внедрения путем их установки на самоходных зерноуборочных комбайнах.
Тракторы и сельхозмашины. 2021;88(2):61-67
61-67
Модернизация аппарата для измельчения корнеклубнеплодов
Аннотация
Устойчивое функционирование агропромышленного комплекса во многом определяет его научно-техническое обеспечение. Одним из ключевых направлений развития аграрной науки является механизация процессов животноводства. При решении комплекса проблем большое внимание уделяется подготовке кормов к скармливанию, а именно измельчению корнеклубнеплодов. Это позволяет существенно повысить отдачу каждой кормовой единицы. В результате проведенного широкого обзора литературных источников, тщательного анализа современных конструкций измельчителей корнеклубнеплодов удалось решить техническую задачу по его модернизации путем создания простой, а также надежной конструкции. Особенность модернизации состоит в том, что электродвигатель смонтирован на крышке корпуса с помощью фланца, являющегося его составным элементом, кроме того ось вращения конструкции вала совмещена с осью вращения конструкции диска. Загрузочный бункер тоже установлен на крышке. Для этого в крышке изготовлено отверстие под ведущий вал электродвигателя, а также окно для прохождения корнеклубнеплодов из полости приемного бункера в пространство корпуса. На свободном краю конструкции вала жестко смонтирован диск. Корпус закреплен на основании с помощью стоек вертикально и с образованием свободного пространства под его днищем и основанием для установки выгрузной горловины, а также емкости под обработанные корнеклубнеплоды. Выгрузная горловина конструктивно изготовлена в форме воронки, притом с образованием конической составляющей вверху и цилиндрической составляющей внизу. К тому же ось симметрии воронки совмещена с осью вращения вала. Ее коническая составляющая прикреплена к внешней поверхности конструкции днища, а цилиндрическая составляющая воронки сориентирована в емкость под обработанный материал. В днище изготовлены концентрические отверстия для прохождения переработанных корнеклубнеплодов из полости корпуса в конструкцию выгрузной горловины. Принцип энергосбережения осуществляется путем подачи обработанного корма в устройство выгрузной горловины и далее - в приемную емкость главным образом за счет силы тяжести обрабатываемого корма.
Тракторы и сельхозмашины. 2021;88(2):68-72
68-72