Том 86, № 1 (2019)
- Год: 2019
- Статей: 13
- URL: https://journal-vniispk.ru/0321-4443/issue/view/3683
Весь выпуск
Статьи
Экспериментальный стенд для исследования энергетической установки с биогазовым ДВС
Аннотация
Биогаз является альтернативным источником энергии, в настоящее время его также можно использовать в качестве моторного топлива для бензиновых двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием. В данной статье рассмотрен биогаз, полученный путем переработки навоза КРС. Полученный биогаз был обогащен и компримирован до уровня природного газа. Дана принципиальная схема экспериментального стенда для исследования автомобильного биогазового ДВС. Приведено описание измерительных приборов, используемых на данном экспериментальном стенде. В данной работе поставлена задача создания автоматизированного стенда для исследования рабочего процесса двигателя, который приспособлен для работы на биогазе. Для выбора и обоснования параметров рабочего процесса необходим полный комплекс измерительной аппаратуры, удовлетворяющий следующим требованиям: возможность работы на бензине и биогазе; возможность управления составом рабочей смеси, как при работе на бензине, так и на биогазе; возможность принудительного управления величиной угла опережения зажигания; измерение момента сопротивления на валу двигателя во всем диапазоне изменения частоты вращения (n = 800…5590 мин-1); регистрация давления в цилиндре двигателя (индикаторная диаграмма) с последующим определением индикаторных показателей; регистрация расхода воздуха и топлива; поддержание стабильного температурного режима двигателя. Кроме того, автоматизированная система исследования должна обеспечивать сбор экспериментальных данных для оперативной обработки и набора базы данных. Применение биогаза в качестве топлива для бензиновых двигателей внутреннего сгорания позволит сохранить природные ресурсы и улучшить экологическое и экономическое состояние как Республики Саха (Якутия), так и России в целом.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(1):3-8
3-8
Результаты экспериментальных исследований подкапывающего лемеха для уборки лука
Аннотация
Качественная работа лукоуборочных машин, как при двухфазном, так и при однофазном способах уборки, обеспечивается удовлетворительной подготовкой поля перед уборкой. Даже незначительное содержание растительных примесей (свободная ботва, сорняки) 2…4 % (по агротехническим требованиям - до 5 %) делает ворох непригодным ни для реализации, ни для хранения. Качество выполнения технологического процесса работы машины для уборки лука определяется работой выкапывающего рабочего органа, так как от его типа и технологических параметров зависят конструктивно-технологические параметры сепарирующих устройств. Представлена конструкция выкапывающего лемеха для уборки корнеплодов и лука машины для уборки лука. Данная конструкция, за счет предварительной сепарации лука от почвенных комков, соизмеримых по размерам с луковицами, и, как результат, снижения поступления почвенных комков на сепарирующие органы уборочной машины, повышает качественные показатели работы сепарирующих органов. Представлены результаты исследований выкапывающего лемеха для уборки корнеплодов и лука по определению подачи вороха лука на подкапывающий лемех в зависимости от изменения физико-механических свойств почвы и технологических параметров (глубина подкапывания и поступательная скорость движения) исследуемого рабочего органа. Описаны методика и применяемое оборудование при проведении исследований. Результаты исследований представлены в виде графических зависимостей, анализ исследований проведен методом вариационной статистики.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(1):9-15
9-15
Сеялка с сошниками для посева зерновых и разноуровневого внесения минеральных удобрений
Аннотация
Производство зерновых культур составляет основу не только растениеводства, но и всего сельскохозяйственного производства. В системе мер по повышению урожайности возделываемых зерновых культур интенсификация производства является одной из главных при условии рационального использования удобрений. Существующие конструкции посевных машин не всегда удовлетворяют агротехническим требованиям. Внесение удобрений при посеве совместно с семенами в один рядок, из-за риска солевого эффекта и токсичного воздействия минеральных удобрений, приводит к гибели ростков всходов, и, соответственно, снижению полевой всхожести семян, и как следствие, снижению урожайности. Поэтому наиболее эффективным является раздельное от семян разноуровневое внесение минеральных удобрений. Был разработан комбинированный сошник, который выполняет двухстрочный посев зерновых с шириной рассева 50 мм при расстоянии между строками 80 мм, с одновременным внесением стартовой дозы удобрений при этом минеральные удобрения размещаются ниже уровня семян на 0,04 м, что исключает контакт между семенами и удобрениями при посеве. Проведенные в течении двух лет сравнительные полевые двух факторные исследования работы сеялок с серийными сошниками - СКП-2,1 и СКП-2,1М - оборудованных сошниками для разноуровневого посева и внесения минеральных удобрений показали, что сеялка с экспериментальными сошниками более равномерно заделывает семена по глубине 5,40 см при среднеквадратическом отклонении 0,48 см, тогда как на посеве серийной сеялкой данный показатель составил 6,13 и 0,66 см. При посеве сеялкой с комбинированными сошниками средняя полевая всхожесть мягкой яровой пшеницы составила 94,1 %, против 80 % при посеве серийной сеялкой. По всем вариантам посева обеими сеялками с одновременным внесением стартовой дозы удобрений с разными нормами: 100, 150 и 200 кг/га была получена прибавка урожая зерна пшеницы в среднем от 9 до 22 % в сравнении с посевом без удобрения. Существенная прибавка урожая зерна 0,52 т/га, или 22 %, была получена при внесении стартовой дозы минеральных удобрений 150 кг/га сеялкой с сошниками для разноуровневого размещения удобрений в сравнении с контрольным посевом без удобрений.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(1):16-20
16-20
Обоснование параметров агрегата для совмещения операций посева и внесения полимерного гидрогеля в почву
Аннотация
Один из способов сохранения посевов сельскохозяйственных культур в зонах недостаточного увлажнения - заделка в почву различных абсорбентов, способствующих сохранению влаги в корнеобитаемом слое почвы. В последние годы в качестве абсорбентов применяются полимерные гидрогели, способные впитывать влагу в объеме, в тысячу раз превышающем объем гранул полимера. Однако вопросы практического использования гидрогелей в полевых севооборотах в настоящее время недостаточно проработаны. В статье приведены материалы трехлетних исследований по изучению физических свойств полимерных гидрогелей и их взаимодействия с растительным материалом. На основании полученных данных дается обоснование конструктивно-технологических параметров агрегата для комплексного внесения семян и сухих гранул полимера в почву. По результатам практического использования различных машин, совмещающих посев и внесение абсорбента влаги в почву, предлагается вариант машинно-тракторного агрегата с использованием селекционной сеялки точного высева с микропроцессорным управлением. На сеялку были смонтированы четыре бункера-дозатора барабанно-лопастного типа. Конструктивная схема дозатора включала: вращающуюся шестерню, червячный редуктор и 12-вольтовый электромотор. Дозировка полимерного абсорбента производилась с места оператора при помощи ШИМ-регулятора частоты вращения электродвигателя. Наличие в комплектации сеялки 4 полозовидных и 4 двухдисковых сошников позволило использовать первый комплект для высева семян, а второй - для внесения в почву гидрогеля на заданную глубину. Постоянный мониторинг влажности в метровом слое почвы показал, что заделка в почву полимерного гидрогеля способствовала росту влагонасыщенности прикорневой зоны, снижению потерь влаги на физическое испарение, уменьшению ее гравитационного стока в нижележащие слои. Проведенные полевые испытания модернизированной сеялки показали, что ее использование в зонах неустойчивого увлажнения позволяет повысить урожайность сои на 5,5-12 %, в зависимости от количества выпадающих осадков. Особенно эффективно применение данной машины в селекции и семеноводстве с целью обеспечения оптимальных по увлажнению условий для вегетации растений в гибридных и селекционных питомниках.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(1):21-26
21-26
Развитие технической концепции трактора
Аннотация
Анализируется развитие технической концепции сельскохозяйственного колесного трактора в зависимости от непрерывного роста его энергонасыщенности как непременного фактора повышения технического уровня. Рассмотрены технологические свойства и способы агрегатирования тракторов трех поколений энергонасыщенности, получивших названия тяговой, тягово-энергетической и энергетической концепций. В настоящее время в мировом тракторостроении практически сняты с производства тракторы тяговой концепции, выпускаются в основном тракторы тягово-энергетической концепции и в меньшем количестве - энергетической концепций. Тракторы второго поколения отличаются от тракторов первого поколения тем, что включают в заводскую комплектацию балласт. Балластирование стало необходимым способом искусственного увеличения веса трактора и понижения его энергонасыщенности вследствие ограничения скорости выполнения технологических операций, введенного правилами агротехники. Предполагается, что в обозримом будущем это ограничение не будет снято. Уже в настоящее время балластирование, как способ компенсации снижения веса трактора, практически исчерпало свои возможности, потому что балластные грузы достигают половины веса трактора и более. По мере дальнейшего непрерывного повышения энергонасыщенности трактора и сохранения ограничений по скорости выполнения технологических операций балластирование потребует замены. В статье предлагается вместо балластирования использование третьего подкатного моста и системы блочно-модульного агрегатирования, а также применение на тракторах третьего поколения электрической трансмиссии и активного привода на мотор-колесах сельскохозяйственных машин. Показано, что тракторы второго поколения обладают потенциальными технологическими свойствами, которые могут быть реализованы при условии грамотного и удобного в эксплуатации маневрирования уровнем балластирования. В целом, применение тракторов второго и третьего поколений - тягово-энергетической и энергетической концепций - позволит существенно снизить: материалоемкость МТА; расход топлива; вредное воздействие движителей трактора на почву; разномарочность (различие тракторов по параметру номинального тягового усилия на крюке) тракторов в хозяйстве.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(1):27-35
27-35
Равновесие ромбовидного плуга в горизонтальной плоскости
Аннотация
Ромбовидный плуг, открывая борозду с наклонной стенкой, уменьшает площадь боковой опоры, что рождает проблему сохранения устойчивого хода плуга. В то же время более широкая борозда ромбовидного корпуса позволяет энергонасыщенному трактору двигаться правыми колесами по ней и благодаря этому, сместить линию тяги плуга вправо, что в свою очередь разгружает боковую опору и уменьшает тяговое сопротивление плуга. Замена полевых досок на всех корпусах общей полевой доской, установленной на последнем корпусе, изменяет место приложения уравновешивающей реакции стенки борозды и ее величину, вследствие чего изменяется и тяговое сопротивление плуга. В вертикальной плоскости проекций это соответствует смещению силы трения полевой доски по линии действия. У ромбовидного корпуса, вследствие иной формы отрезаемого пласта, точка приложения равнодействующей давления почвы на него смещается в горизонтальной плоскости ближе к носку лемеха по сравнению с обычным корпусом. Исследуемый ромбовидный плуг навешивается на трактор по двухточечной схеме с прохождением горизонтальной проекции центральной тяги через точку присоединения нижних тяг к трактору. Эта точка является мгновенным центром вращения плуга в горизонтальной плоскости. При рассмотрении схемы плуга с полевыми досками, одинаковыми на всех корпусах (производственная), будем условно представлять ее с одной полевой доской на среднем корпусе, что облегчает теоретический анализ. Неотрывное изменение во времени сил, действующих на рабочие и дополнительные органы - специфическая особенность условий работы сельскохозяйственных агрегатов. На данном основании эти усилия рассматривают как стационарные случайные функции времени, а для изучения динамических объектов, находящихся под их воздействием, используют статистический метод, базирующийся на представлениях теории стационарных случайных процессов.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(1):36-40
36-40
Влияние числа осей колесных транспортно-тяговых машин на сопротивление качению
Аннотация
Процесс «деформирование - уплотнение - разуплотнение - накопление уплотнения почвы» зависит как от режимов эксплуатации техники, так и от изменяющихся свойств почвы в зависимости от ее типа, агрофона и периодов года. Поскольку основная часть потерь энергии при передвижении по полю машинно-тракторных агрегатов тратится на образование следов, то весьма важным является установление влияния числа проходов колес на изменение силы сопротивления качению. Необходимо обоснование закономерности изменения силы сопротивления качению от числа проходов колес по следу в различных почвенных условиях. Это позволит определить перспективные пути улучшения конструкций ходовых систем, в частности обосновать число осей колесных транспортно-тяговых машин. В статье показана графическая зависимость силы сопротивления качению колесной ходовой системы от числа осей для сильно упрочняющейся почвы. Проанализировано влияние параметров колесной ходовой системы транспортного средства на сопротивление качению по сильно упрочняющейся почве. Определено сопротивление качению при повторных проходах колес на слабо упрочняющихся почвах. Обоснованы зависимости силы сопротивления качению колес от числа проходов по следу при различных состояниях опорной поверхности. Рассмотрены варианты сильно упрочняющейся и слабо упрочняющейся почв. Экспериментальные исследования тягово-сцепных свойств многоосного колесного хода проводились на механической модели в почвенном канале. Предложенные закономерности изменения силы сопротивления качению при повторных проходах колес по следу учитывают тип и состояние почвы. Увеличение числа осей способствует снижению сопротивления качению.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(1):41-46
41-46
Дорожные испытания электромеханической системы управления движением колесного трактора
Аннотация
Одним из наиболее эффективных способов повышения производительности труда при выполнении сельскохозяйственных работ является внедрение систем точного земледелия. Важнейшим элементом таких систем являются подруливающие устройства и системы автопилотирования. В АлтГТУ им И.И. Ползунова проводятся исследования, целью которых является разработка системы управления движением для колесных сельскохозяйственных машин с использованием спутниковых радионавигационных систем. Одним из наиболее важных этапов при этом является апробация данной системы в реальных дорожных условиях. На начальных этапах исследований была разработана структура программно-аппаратных средств электромеханической системы управления и проведены ее лабораторные испытания в режиме реального времени. В состав системы управления входят: бесколлекторный двигатель с блоком управления, устройство ЦАП/АЦП, навигационный приемник, датчик угла поворота управляемых колес и ПК с управляющей программой. Дорожные испытания системы управления были проведены на тракторе МТЗ-1221.2. Предварительно с помощью спутникового радионавигационного приемника ГЛОНАСС/GPS была записана требуемая траектория движения. Затем осуществлялось движение по задаваемой траектории с использованием разработанной электромеханической системы управления. Дорожные испытания подтвердили достаточно хорошую работоспособность разработанной системы. При движении по прямолинейной траектории со средней скоростью 1,5 м/с максимальная ошибка составила 0,23 м, среднее квадратичное отклонение - 0,09 м. При движении по криволинейной траектории со средней скоростью 1,3 м/с максимальная ошибка составила 0,61 м, среднее квадратичное отклонение - 0,27 м. В перспективе предполагается апробация разработанной электромеханической системы в реальных рабочих условиях при проведении полевых работ.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(1):47-52
47-52
Исследование динамики движения зерно- и кормоуборочных комбайнов методами математического и имитационного моделирования
Аннотация
Рассмотрена математическая модель движения зерно- и кормоуборочного комбайна, показана возможность ее алгоритмизации в программном комплексе, а также приведены данные, подтверждающие ее адекватность. Математическая модель включает динамические и кинематические уравнения связи угловых и линейных скоростей с угловыми и пространственными координатами. Особенность модели заключается в применении набора систем координат, что позволило учесть не только массогабаритные и компоновочные особенности исследуемого вида машин, но и характер взаимодействия эластичного колеса с демпфируемым основанием. В приведенной модели скорость движения комбайна задается не принудительно изменением координаты центра масс остова, а формируется моделированием процесса взаимодействия ведущих колес с опорным основанием. Такой подход обеспечивает более адекватное описание процесса криволинейного движения комбайна, позволяет моделировать трогание машины, разгон, торможение, преодоление препятствий, процессы буксования и юза с учетом характеристик шины и сцепных свойств грунта. Принятый подход обеспечивает достаточную точность модели при минимальном наборе факторов и требований для вычисления. На основе разработанной математической модели составлена модель в среде имитационного моделирования Simulink программного комплекса MATLAB. Представлены экспериментальные и расчетные данные, полученные в результате имтационного моделирования. Сопоставление действующих сил и спектральных плотностей ускорения в основных частях комбайна показало достаточную сходимость результатов. Выявленная неточность обусловлена несоответствием численного описания опорной поверхности и испытательной дороги, представлением остова комбайна как абсолютно жесткого тела, отличиями упруговязких свойств шин. Сделаны выводы и определены направления дальнейших исследований, обеспечивающих улучшение эксплуатационных свойств самоходных комбайнов за счет систем подрессоривания колес и рабочих органов.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(1):53-59
53-59
Фрикционные механизмы поворота в двухпоточных трансмиссиях транспортных гусеничных машин
Аннотация
Проблема качества управления поворотом является общей для гусеничных машин различного назначения, особенно для быстроходных транспортных машин. Обычно данную проблему решают применением двухпоточной трансмиссии с использованием гидростатической передачи в параллельном потоке мощности с трансформирующим механизмом (центральные или бортовые коробки передач). В статье предложено использовать фрикционный механизм поворота в составе замкнутой (следящей) системы управления как альтернативу гидростатической передаче. Для контроля над усилием сжатия и, соответственно, буксованием дисков фрикционного механизма поворота применяется принцип широтно-импульсной модуляции рабочего давления. Проведена оценка рассеиваемой мощности на буксующем элементе управления фрикционного механизма поворота, установленного в трансмиссии гусеничной машины с бортовыми коробками передач массой 42 тонны. Установлено, что при наиболее вероятном радиусе поворота рассеиваемая мощность не превышает 50 кВт. Кроме того, в работе представлены кинематические схемы одноступенчатого и двухступенчатого фрикционного механизма поворота. Одноступенчатый фрикционный механизм поворота был апробирован на ходовых испытаниях гусеничной машины с бортовыми коробками передач; его применение ограничено одним расчетным радиусом поворота и высокой нагруженностью фрикционных элементов управления. Применение двухступенчатого механизма поворота позволяет снизить износ дисков элементов управления и более плавный поворот, по сравнению с одноступенчатым, но несколько усложняет конструкцию. Также приведена схема двухпоточной трансмиссии с центральной коробкой передач. Ожидается, что мощность рассеиваемая на фрикционном механизме поворота окажется выше, чем при использовании в трансмиссии с бортовыми коробками передач. Таким образом, расчеты и испытания показывают, что фрикционные механизмы поворота способны заменить гидростатическую передачу в механизме поворота гусеничной машины, особенно в условиях плотной компоновки трансмиссионного отделения, где другие варианты пока невозможны.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(1):60-69
60-69
Определение коэффициентов сопротивления боковому уводу шин для достижения требуемых эксплуатационных качеств МТА
Аннотация
В статье рассматривается возможность определения путем аналитических расчетов таких показателей коэффициентов сопротивления боковому уводу пневматических шин передних и задних колес трактора, при которых будут обеспечены приемлемые тяговые показатели трактора, требуемые эксплуатационные качества агрегата и заданное траекторное движение агрегата. Разработанная М.В. Келдышем теория качения пневматического колеса дает наиболее соответствующую модель бокового увода. При неустановившемся боковом уводе центр контактного отпечатка описывает траекторию, называемую линией качения шины. Если скольжения нет, то средняя линия протектора в пределах контактной площадки совпадает с линией качения. То есть в окресностях центра площадки его абсолютная скорость и угловая скорость данной окресности равны нулю, а кривизна этих совпадающих линий определяется боковой и угловой деформациями шины. Для практической реализации принятых расчетных моделей шины необходимо в уравнениях определить соотношение коэффициентов кривизны и величину функции проскальзывания. Приводятся экспериментальные исследования пропашного агрегата с блокированной навеской культиватора.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(1):70-74
70-74
Системные исследования приготовления белковых комбикормов
Аннотация
Цель исследования - определить направление развития системных исследований приготовления белкового комбикорма. Системный анализ приготовления белкового комбикорма проводится методом разделения системы на подсистемы разного уровня (технологические линии) и элементы (технические устройства), что позволяет наметить этапы проведения исследований и построить их классификацию. В научной системной теории пойдем по пути «точной технологии животноводства», которую рассматривал академик Л.П. Кормановский. Технология построена на основе математических моделей, полученных в результате теоретических исследований (анализа) и экспериментально (эмпирически). В свою очередь, «точная технология животноводства» должна базироваться на технических системах математической модели и конкретных технических разработках устройств и технологий приготовления белкового комбикорма. Для приготовления белкового корма в сыпучем и гранулированном видах с целью снижения энергоемкости процесса и повышения его качества были разработаны линия его осуществления (патент № 2646092) и способ (патент № 2636480). Приведены устройство и технологический процесс работы линии. Разработана система приготовления белкового корма на основе общей теории систем. Анализ в данной области показал отсутствие системных исследований приготовления белкового комбикорма на основе общей теории системы применительно к «точной технологии животноводства», а именно в «точной технологии приготовления белкового комбикорма» с помощью мультимедийного устройства, контролирующего технологический процесс. Поэтому необходимо разработать математическую модель на базе теории общей системы применительно к точной технологии приготовления белкового комбикорма. Разработанная математическая модель позволила повысить пищевую ценность белковых комбикормов, а также расширить их ассортимент для кормления крупного рогатого скота, а именно: для каждого вида сельскохозяйственного животного с его физиологической особенностью и потребностью в них, и улучшить экологию окружающей среды.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(1):75-80
75-80
Регрессионная математическая модель двухэтапной комбинированной электротехнологии высокотемпературной конвективной сушки и озоновоздушной обработки зерна
Аннотация
Большие объемы производства в России зерновых колосовых культур в 2014-2018 гг. (100-130 млн. т) подразумевают необходимость сушки 10-30 % ежегодно собираемого в стране урожая для обеспечения его количественной и качественной сохранности. Основным способом снижения избыточной влажности зерна в РФ является высокотемпературная конвективная сушка, но она относится к очень энергоемким технологическим операциям и поэтому весьма дорогостоящая. В условиях постоянного роста цен на энергоносители в российской экономике перед сельхозяйственными товаропроизводителями страны стоит первостепенная задача повышения рентабельности зерновой отрасли, в рамках которой необходимо снижать материальные затраты на всех этапах производства, в том числе за счет создания новых высокоинтенсивных энергосберегающих технологий и технических средств для сушки зернового сырья. Авторы разработали отвечающую этим требованиям двухэтапную технологию высокотемпературной конвективной и озоновоздушной сушки зерна. В статье на основе анализа параметрической схемы конвективно-озоновоздушного способа удаления влаги, составленной с учетом условий и возможностей проведения экспериментальных исследований процесса на промышленной сушильной установке «ЭЛЕКТА-1» небольшой производительности, определены параметры оптимизации этого процесса, в качестве которых приняты: уменьшение продолжительности сушки и суммарное снижение энергозатрат на нее, кроме того выделены основные варьируемые в опытах факторы: начальная влажность зерна, величина подачи озона на 1 м3 зерна и затраты времени на удаление влаги. Разработаны регрессионные математические модели второго порядка для процесса конвективно-озоновоздушной сушки зерна ячменя с разной начальной влажностью (30, 25 и 20 %), и проведена оценка их статистической значимости. Анализ экспериментальных данных исследованных вариантов комбинированной сушки при 6%-м влагосъеме за один цикл обработки зернового материала выявил следующие параметры эффективности способов конвективно-озоновоздушного удаления влаги: при сушке зерна с начальной влажностью 30 % снижение продолжительности процесса произошло на 28 %, а уменьшение суммарных энергозатрат составило 33-43 %; при сушке зерна с влажностью 25 % снижение продолжительности процесса - на 19 %, энергозатрат - на 24-35 %; а при сушке зерна влажностью 20 % снижение продолжительности процесса - на 30-35 %, энергозатрат - на 35-40 %.
Тракторы и сельхозмашины. 2019;86(1):81-95
81-95