Том 88, № 1 (2021)
Статьи
Роль Научно-исследовательского института двигателей (НИИД) в развитии специальных транспортных двигателей
Аннотация
Рассмотрена история создания и развития головного института Миноборонпрома СССР по двигателям - Научно-исследовательского института двигателей (в настоящее время АО «НИИД»). С участием института проходила разработка и совершенствование практически всех послевоенных двигателей для бронетанковой техники - семейства 5ТД (6ТД), В2, 2В, УТД, ГТД-1000Т и его модификаций. Исследования и разработки института обеспечивали оказание всесторонней технической помощи заводам отрасли и создание опережающего научно-технического задела.
Тракторы и сельхозмашины. 2021;88(1):6-13
6-13
Определение оптимального состава смесевого топлива по экологическим показателям дизеля
Аннотация
Применение в тракторных двигателях и другой сельскохозяйственной техники рапсового масла (РМ) в чистом виде или смеси РМ с дизельным топливом (ДТ) накладывает ряд ограничений, связанных с некоторым различием физико-химических свойств. Поэтому наиболее перспективным является использование смесевого топлива (СТ) состоящего из ДТ и РМ. Целью настоящих исследований является определение оптимального состава СТ, состоящего из ДТ и РМ путём оптимизации аппроксимированных зависимостей экологических показателей дизеля. Для решения поставленной задачи проведены стендовые испытания работы дизеля Д-245.5С, размерностью 4ЧН 11,0/12,5. В качестве определяемых экологических показателей работы дизеля выбраны: сажа ( С ), оксиды азота ( NOx ), несгоревшие углеводороды ( CxHy ), диоксид углерода ( CO2 ) и монооксид углерода ( CO ). Исследования проведены на различных составах СТ состоящих из 80% ДТ и 20% РМ, 55% ДТ и 45% РМ, 20% ДТ и 80% РМ по массе соответственно. В результате проведенных стендовых испытаний получены две нагрузочные характеристики, одна из которых при частоте вращения n = 1400 мин-1 соответствующей значению максимального крутящего момента, а вторая при частоте вращения n = 1800 мин-1 соответствующей значению номинальной мощности, а также внешняя скоростная характеристика тракторного дизеля Д-245.5С, размерностью 4ЧН 11,0/12,5. Анализ полученных экспериментальных данных выявил зависимости экологических показателей от частоты вращения коленчатого вала дизеля, среднего эффективного давления и добавки РМ в СТ по массе. При помощи метода наименьших квадратов определены аппроксимированные математические зависимости экологических показателей дизеля. Анализ полученных зависимостей, показал, что: при увеличении частоты вращения коленчатого вала n , доли РМ в СТ и снижении среднего эффективного давления pe приводит к снижению сажи С до 4,0 %, оксидов азота NOx до 100,0 ppm, несгоревших углеводородов CxHy до 1,0 ppm, диоксида углерода, CO 2 до 2%, и увеличению монооксида углерода CO до 0,16 %. В результате решения полученной системы уравнений аппроксимированных зависимостей экологических показателей определили оптимальную добавку РМ в СТ до 35 % по массе.
Тракторы и сельхозмашины. 2021;88(1):14-22
14-22
Цифровое устройство бортового диагностирования сцепления
Аннотация
Работа посвящена созданию бортового устройства цифрового типа для диагностирования сцепления тягово- транспортных машин (ТТМ) и позволяет с высокой точностью определять буксование сцепления при появлении в нем неисправностей. Принцип работы устройства основан на применении цифровой техники для измерения частоты вращения (количества импульсов) в цифровом коде маховика и первичного вала коробки передач (КП). С помощью светоизлучающих диодов высвечиваются полученные цифровые коды, отображающие количество импульсов напряжения за одну секунду от датчиков частоты вращения маховика и шестерни первичного вала КП. Полученные цифровые коды водителем (оператором) переводят в десятичную систему счисления. Учитывая, что количество зубьев маховика больше, чем количество зубьев шестерни, производится корректирование количества импульсов от датчиков, разделив количество импульсов от маховика за один оборот на отношение количества зубьев маховика к количеству зубьев шестерни. Далее определяют разность скорректированных количества импульсов от шестерни и маховика, которую сравнивают с допустимым количеством импульсов и на основании сравнения делают заключение о техническом состоянии сцепления. При разности равной нулю или менее допустимой сцепление будет считаться исправным. Устройство для диагностирования сцепления включает два цифровых датчика частоты вращения, каждый из которых содержит катушку индуктивности с магнитным сердечником, жестко закрепленных вблизи зубьев маховика и шестерни первичного вала коробки передач. Первая дифференцирующая цепь, с отсекающим диодом на выходе, входом подсоединена к катушке индуктивности и выполнена на первом и втором резисторах и конденсаторе. Вторая дифференцирующая цепь с отсекающим диодом на выходе выполнена на резисторе и конденсаторе и входом соединена с выходом автоколебательного мультивибратора. Автоколебательный мультивибратор выполнен на двух логических элементах И-НЕ, двух конденсаторах, двух диодах и двух резисторах. Выход второй дифференцирующей цепи соединен со входами установки нуля шестнадцатиразрядных суммирующих электронных счетчиков. Выходы логических элементов И соединены посредством резисторов со счетными входами двух электронных счетчиков, на выходе которых формируются цифровые коды, отображающие частоты вращения маховика и шестерни первичного вала коробки передач. Приведен пример расчета параметров элементов дифференцирующей цепи автоколебательного мультивибратора.
Тракторы и сельхозмашины. 2021;88(1):23-28
23-28
Синтез системы инерционной динамической стабилизации с управлением по набору параметров, измеряемых на борту самоходной машины
Аннотация
Работа посвящена развитию направления инерционного динамического гашения и стабилизации самоходных транспортно-технологических машин с навесным рабочим органом. Обоснована необходимость и возможность совершенствования разработанных ранее уравнений управления системой стабилизации. Приведено описание подхода для синтеза системы управления и обосновано применение интегральных критериев для формирования требований к переходным процессам системы управления. Предложена модель оптимального управления, для обеспечения информационного поля которой определен набор параметров, измеряемых на борту самоходной машины. Алгоритм работы системы управления является адаптивным, автоматически перенастраивающим усиление в системе в зависимости от изменения ее инерционных параметров. На примере кинематической схемы привода подвижностью адаптера современного кормоуборочного комбайна представлена расчетная схема для перерасчета величин требуемых стабилизирующих моментов в силу, развиваемую гидроцилиндром или другим исполнительным приводом. Приведены требования к информационному полю системы стабилизации в виде набора измеряемых параметров, диапазона их измерений, мест установки датчиков и допустимых погрешностей измерений. Предложен набор критериев эффективности и работоспособности системы стабилизации. На основе численных экспериментов подобраны значения настроечных коэффициентов системы стабилизации и построены переходные процессы изменения углов продольного наклона и продольной угловой скорости корпуса при единичном ударном нагружении машины. Показано, что предложенный подход обеспечивает асимптотическую устойчивость рассматриваемой колебательной системы. С целью оценки работоспособности на основе имитационного моделирования построены осциллограммы изменения углов поворота адаптера и сил на штоке гидравлического цилиндра при движении комбайна с включенной системой стабилизации по грунтовой дороге и асфальтобетону с различными скоростями. Приведена оценка эффективности разработки. Сформулированы условия модернизации существующего поколения комбайнов для их оснащения предложенной системой стабилизации. Сформулированы выводы и определены направления дальнейших исследований.
Тракторы и сельхозмашины. 2021;88(1):29-39
29-39
Оценка способов экспериментально-аналитического определения контурной площади пятна контакта пневмошины с опорным основанием
Аннотация
Предмет исследования Для экологической оценки мобильного энергетического средства (МЭС) представлены результаты экспериментов по оценке погрешности способов экспериментального и расчетного определения контурной площади на примере современных радиальных шин 360/70R24 мод. «Бел-89» и 18,4R34 мод. Ф-11 сельскохозяйственного трактора МТЗ-1025.2. в режимах неноминального нагружения при штатной нагрузке на шины и изменении внутришинного давления воздуха в диапазоне., рекомендуемом для полевых работ. Цель исследования Оценка возможности совершенствования расчетного метода определения контурной площади пятна контакта протектора шины пневматического колеса, основанного на математической модели В.Л. Бидермана. Материалы и методы. Оценка проведена для четырех способов определения площади пятна контакта шины: 1) непосредственно измерением площади, используя цифровую фотографию отпечатка пятна контакта шины в среде программы «Kompas-3D» V13 с определением масштабирования и погрешности метода используя квадрат из миллиметровки 100х100 мм; 2) расчетом по формуле площади эллипса, используя длину и ширину пятна контакта шины, измеренные рулеткой непосредственно по полученному отпечатку; 3) расчетом, определенные по его цифровой фотографии в среде программы «Kompas-3D» V13; 4) расчетом, определенные расчетом с использованием параметров универсальной характеристики шины (УХШ). Результаты и обсуждение В результате проведенных экспериментов установлено, что для современных радиальных тракторных шин, статическая деформация которых не превышает 18-22%, может с достаточной (для инженерной практики) точностью, использоваться способ теоретического определения контурной площади пятна контакта шины с использованием параметров УХШ. Полная сходимость расчетной и экспериментальной контурных площадей пятна контакта шины может обеспечиваться коэффициентом их соотношения. Выводы Проведенная оценка возможности использования методов расчетного определения условной контурной площади шины показала, что эти методы вполне могут быть использован для сравнительной оценки техногенного механического воздействия движителей на почву.
Тракторы и сельхозмашины. 2021;88(1):40-50
40-50
Разработка конструкции системы охлаждения ДВС с функцией предпускового разогрева
Аннотация
Главная тема статьи - разработка эффективной конструкции системы предпускового разогрева двигателя внутреннего сгорания для условий ограниченного энергоснабжения. В Тихоокеанском государственном университете ведется работа по совершенствованию конструкции легких колесных вездеходов на пневматиках низкого давления. Опытные образцы легких колесных вездеходов используются в основном в сельском хозяйстве и для лесопродукционного производства. Существуют предпосылки для их применения на нефте- и газопромыслах, в условиях Крайнего Севера. Данная техника эксплуатируется круглый год, в условиях полного отсутствия энергоснабжения, хранится под открытым небом, поэтому проблема запуска холодного двигателя стоит достаточно остро, а тема создания конструкции системы предпускового разогрева ДВС в условиях ограниченного, либо полного отсутствия энергоснабжения является актуальной. Цель работы - разработка и исследование эффективности работы системы предпускового разогрева двигателя внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением для условий ограниченного энергоснабжения. Разработана собственная конструкция системы охлаждения с функцией предпускового разогрева на базе бензиновой горелки. Для оценки эффективности процесса разогрева двигателя схема была собрана на легком колесном вездеходе. Проведены экспериментальные исследования по определению закономерности изменения температуры охлаждающей жидкости двигателя в ходе предпускового разогрева при различных температурах окружающей среды. Результаты проведенного эксперимента свидетельствуют о высокой эффективности разработанной системы на базе бензиновой горелки. Средняя скорость нагрева охлаждающей жидкости двигателя в процессе разогрева составила 2,1 - 2,8 оС в минуту, что говорит об интенсивном темпе предпускового разогрева.
Тракторы и сельхозмашины. 2021;88(1):51-56
51-56
Особенности работы моторных масел в объединенной системе смазки «двигатель-коробка передач»
Аннотация
Представлены результаты исследований возможности вторичного использования части теплоты, рассеиваемой системой смазки двигателя в окружающую среду. Для повышения эффективности использования бросовой теплоты предлагается контактный способ теплообмена. Исследования показали, что этот способ, не смотря на эффективность процессов тепло- и массообмена, простоту устройств для его реализации не всегда может быть применим. При контактном способе происходит непосредственное смешение двух теплоносителей: горячего и холодного, в результате чего более чем в три раза снижается кратность циркуляции, что способствует снижению жесткости условий работы масла в системе «двигатель-КП». Горячим теплоносителем в данном случае является моторное масло работающего двигателя, а холодным - масло той же марки, находящееся в КП трактора. Физико-химической анализ проб масел, взятых в процессе эксплуатационных испытаний тракторов, показал, что при продлении срока службы масла в объединенной системе смазки основные показатели не выходят за предельные состояния. Следует отметить незначительное превышение содержания механических примесей относительно их количества в КП серийного трактора, что намного меньше предельного значения 3%.
Тракторы и сельхозмашины. 2021;88(1):57-63
57-63
Анализ эффективности и возможности создания вспомогательной тормозной системы автомобиля с электронным управлением по патенту на полезную модель № 153 247
Аннотация
В статье отмечается, что электронное управление рабочими процессами в агрегатах и системах автомобилей является одним из эффективных и современных способов улучшения их эксплуатационных параметров. Средства электроники позволяют увеличить среднюю скорость движения автомобилей, снизить расход топлива, улучшить управляемость, устойчивость, проходимость и плавность хода, повысить тормозные качества и безопасность движения, облегчить управление автомобилем. Все современные электронные системы автомобиля - цифровые, скорость передачи данных - до 1 мегабита в секунду. Это позволяет каждый датчик использовать для нескольких систем. Размеры датчиков постепенно уменьшаются, повышается их быстродействие, надежность и точность. Одним из перспективных путей совершенствования транспортных средств является использование в качестве вспомогательной тормозной системы двигателя внутреннего сгорания с электронным управлением его тормозным моментом. Рассмотрен патент № 153 247 на полезную модель «Вспомогательная тормозная система автомобиля с электронным управлением», проведен его анализ с использованием диаграмм фаз газораспределения. Выявлены допущенные в описании патента ошибки. При описании тактов впуска и выпуска не учтено увеличение объема цилиндра на объем коллектора из-за открытия соответствующих клапанов, а также то, что давление в выпускном тракте ограничено силой предварительного поджатия пружин выпускных тормозов двигателя. Электромагнитный клапан должен обладать быстродействием на порядок большим штатных клапанов и такой же пропускной способностью, его пружины должны иметь большое предварительное поджатие, чтобы он не открывался под действием давления в ресивере штатной тормозной системы. Для быстрого сброса давления электромагнитный клапан должен максимально быстро отрыть большое проходное сечение, преодолевая силу действующего на его тарелку высокого давления в цилиндре (7,5 МПа) плюс силу предварительного поджатия клапанных пружин. Приведены формулы для определения пропускной способности клапана, анализ которых показал, что для обеспечения заданной пропускной способности клапана при снижении времени его открытия необходимо пропорционально увеличивать высоту подъема электромагнитного клапана или средний диаметр, что не всегда возможно. Проведенный в статье анализ показал, что эффективность предложенной системы ниже заявленной, а ее создание невозможно, поскольку не существует электромагнитного воздушного клапана удовлетворяющего предъявляемым к нему в данной конструкции требованиям.
Тракторы и сельхозмашины. 2021;88(1):64-72
64-72
Оценка эффективности работы транспортного обслуживания кормоуборочных комбайнов при уборке кукурузы на силос в условиях Новосибирской области
Аннотация
Выполнена оценка эффективности работы предприятия, по уборке кукурузы на силос за счет позиционирования и мониторинга транспортных средств. Проведен расчет необходимой мощности кормоуборочного комбайна для выполнения бесперебойной работы обслуживающих транспортных средств, которые отвечают за транспортировку зеленной массы. Выявлено несогласованность между отъездами загруженных транспортных средств и приездами порожних транспортных средств. Отсутствие средств позиционирования и мониторинга негативно сказывается на производительность уборочно-транспортного процесса. В результате исследований было установлено, что фактическая производительность кормоуборочного комбайна при уборке кукурузы на силос значительно ниже, чем теоретическая производительность. Путем экспериментов было выявлено простои кормоуборочных комбайнов на поле из-за неправильной организации транспортного обслуживания. При анализе состояния парка кормоуборочных комбайнов и транспортных средств выявилось требования новых подходов в решении транспортных задач, способствующих коренному улучшению транспортного процесса при уборке силосных культур. Полученные расчеты и закономерности изменения технико-технологических параметров могут быть использованы для проектирования новых, специальных сельскохозяйственных транспортных средств, а также в уборочно-транспортном процессе для определения требуемого количества транспортных единиц, при транспортировке измельченной зеленной массы. Получены на основании экспериментальных данных закономерности изменения объема кузова транспортного средства от массы прицепа и зависимости изменения объема кузова транспортного средства от массы прицепа при транспортировках зеленной массы. На основании анализа статистических данных и производственной эксплуатации в сельскохозяйственных предприятиях Новосибирской области имеется острая нехватка технологического транспорта или его отсутствие.
Тракторы и сельхозмашины. 2021;88(1):73-80
73-80
Снижение энергоемкости сушилки аэродинамического нагрева
Аннотация
Перспективным направлением развития сушильных установок в технологиях переработки плодово-ягодного сырья является использование сушилок аэродинамического подогрева. В них реализуется принцип трансформации электрической энергии, расходуемой на привод центробежного вентилятора, в тепловую энергию за счет взаимного трения циркулирующих в замкнутой камере воздушных потоков. При этом подавляющая часть подводимой к ротору электрической энергии расходуется на преодоление аэродинамических потерь в проточной части рабочего колеса и в сушильной камере. Для снижения энергоёмкости процесса сушки путем снижения расхода энергии на нагрев сушильного агента в сушильной камере предложено утилизировать теплоту отработанного сушильного агента за счёт оснащения сушилки комбинированным теплообменником. Он совмещает в себе пластинчатый теплообменник и воздушный солнечный коллектор. Целью исследования являлся анализ эффективности использования комбинированного теплообменника для снижения энергоемкости сушилки аэродинамического нагрева при сушке яблок. Исследовалась работа сушильной установки при использовании комбинированного теплообменника и без его использования. Для фиксирования параметров сушильного агента, окружающей среды, расхода элек-троэнергии использовали восьмиканальный измеритель-терморегулятор ТРМ-138 с датчика-ми термосопротивления и счетчик электрической энергии с трасформаторами тока. Результаты исследования показали, что использование комбинированного теплообменника позволило повысить температуру поступающего в сушильную камеру сушильного агента в среднем на 20 ºС относительно температуры атмосферного воздуха. Более интенсивный рост температуры сушильного агента при использовании комбинированного теплообменника позволил сократить продолжительность сушки на 3 часа. Расход электроэнергии при этом уменьшился на 27,4 %.
Тракторы и сельхозмашины. 2021;88(1):81-87
81-87
Энергоемкость измельчения отплодоносивших стеблей малины
Аннотация
В статье проанализированы результаты измерения усилия, необходимого для разрушения подсохшеого стебля малины посредством поперечного воздействия на него. В качестве вариантов опыта использовали перерезание стебля с опорой в одной и в двух точках, а также его переламывание при расстоянии между опорами 30 и 54 мм. Установлено, что усилие на рабочем органе линейно зависит от диаметра стебля. Подтверждена существенная зависимость необходимого усилия от способа воздействия на материал. Выявлено, что усилие перерезания подсохшего стебля существенно выше усилия, необходимого для его переламывания. Для осуществления процесса переламывания предложен рабочий орган в виде пары горизонтальных двенадцатилопастных роторов, смонтированных с радиальным перекрытием между ними на величину, примерно равную расстоянию между наружными кромками соседних лопастей. При этом роторы должны иметь диаметр порядка 200 - 210 мм. Кроме того, они должны быть снабжены синхронным приводом и сдвинуты по фазе на угол 150. В результате моделирования фаз разрушения стебля поперечным переламыванием получены силовые и энергетические параметры процесса. При длине ротора один метр и одновременном измельчении 25 стеблей средняя мощность, необходимая для его привода, составляет 9,3 кВт, при вероятности пиковых значений в 16,4 кВт. При прочностном расчете следует учитывать, что на вал ротора в вертикальной плоскости действует распределенная нагрузка величиной до 12400 Н, а в горизонтальной плоскости распределенная нагрузка величиной 2750 Н. Макетный образец измельчителя был испытан и подтвердил свою работоспособность.
Тракторы и сельхозмашины. 2021;88(1):88-95
88-95