Том 87, № 3 (2020)
- Год: 2020
- Статей: 11
- URL: https://journals.rcsi.science/0321-4443/issue/view/3687
Весь выпуск
Статьи
Анализ влияния закрытой системы вентиляции картера на топливную экономичность двигателя с воспламенением от сжатия
Аннотация
В статье представлена актуальная информация в части анализа влияния перепуска картерных газов из системы вентиляции картера во впускной коллектор высокофорсированного двигателя с воспламенением от сжатия с турбонаддувом. Представлена информация по прорыву картерных газов в картерное пространство через цилиндропоршневую группу. Имеются данные о типах исполнения систем вентиляции картера двигателей, представлены их особенности и влияние на окружающую среду. Приведены государственные стандарты и международные нормы по разработке и требованиям к закрытым и открытым системам вентиляции картерного пространства. Раскрывается необходимость оценки рабочего процесса двигателя при разработке закрытой системы вентиляции картерного пространства. Проведена разработка и верификация математической модели рабочего процесса двигателя с закрытой системой вентиляции. Достоверность математической модели подтверждается максимальным отклонением до 1 % от результатов натурных испытаний двигателя по удельному расходу топлива, максимальному давлению сгорания и расходу картерных газов. Расписано описание методики расчетного исследования и элементов расчетной термодинамической модели двигателя с закрытой и открытой системой вентиляции картера. Проведен анализ расчетного исследования и сравнения двух исполнений системы вентиляции двигателя при прочих равных условиях. Показано влияние открытой и закрытой системы вентиляции на эффективные показатели двигателя по удельному расходу топлива и максимальному давлению сгорания. Имеются данные, которые подтверждают, что подача КГ во впускной коллектор ухудшает топливную экономичность двигателя, особенно на низких режимах работы, и разница может доходить до 1 г/кВт⋅ч.
Тракторы и сельхозмашины. 2020;87(3):3-9
3-9
Преимущества расположения нейтрализатора до турбины агрегата наддува
Аннотация
В статье рассматриваются принципы работы каталитической системы нейтрализации, расположенной в выпускном тракте до турбины агрегата наддува дизеля или газового двигателя. Важными преимуществами такой системы являются высокая эффективность снижения выбросов вредных веществ в широком диапазоне нагрузок и возможность использования тепловой энергии каталитических реакций в рабочем цикле комбинированного двигателя. Благодаря повышению эффективности нейтрализации также появляется возможность применения каталитических реакторов с меньшим объемом активной зоны. В АО «НПО «Турботехника» начаты работы по экспериментальному исследованию новой схемы расположения системы нейтрализации. Выполнение работы преследует цель определения возможности регулирования мощности турбины с помощью теплового потока системы нейтрализации. Для получения необходимого теплового эффекта предложено использование подачи дополнительного (вторичного) топлива на вход каталитического нейтрализатора. Окисление вторичного топлива обеспечивается наличием свободного кислорода в отработавших газах двигателей при сгорании бедных смесей. Дополнительное регулирование мощности турбины призвано устранить известные проблемы одноступенчатого газотурбинного наддува: недостаток располагаемой энергии отработавших газов в области низких частот вращения и задержку реакции на переходные режимы. В статье приведены результаты экспериментального исследования прототипа нейтрализатора в составе двигателя на моторном стенде. Было получено подтверждение возможности дополнительного управления турбиной. В результате проведенных исследований и испытаний определены особенности новой конструкции системы нейтрализации, предусматривающей объединение нейтрализатора с турбокомпрессором в едином модуле. Предложено разместить сотовый тороидальный каталитический блок в полости перед улиткой турбины.
Тракторы и сельхозмашины. 2020;87(3):10-18
10-18
Оценка топливной экономичности автотракторных дизелей, работающих с отключением части цилиндров
Аннотация
Проведен анализ выполненных ранее исследований по определению топливной экономичности автомобильных и тракторных двигателей при отключении части цилиндров. Отключение может осуществляться на частичных режимах работы двигателя путем прекращения подачи топлива в цилиндры с одновременным закрытием органов газораспределения для этих же цилиндров или без воздействия на органы газораспределения. Показано, что если система отключения цилиндров для двигателей с принудительным воспламенением топлива используется в серийных двигателях, то для дизелей требуются дополнительные исследования, поскольку приведенные в литературе данные противоречивы. Предлагаемые ранее методики основаны на использовании экспериментальных характеристик, эмпирических зависимостях и других опытных данных, справедливых только для конкретных дизелей и режимов их работы. Кроме того, оценка топливной экономичности в основном выполняется расчетным путем без экспериментального подтверждения. Поэтому результаты расчетных исследований, приведенные в этих работах, качественно отличаются от результатов экспериментальных исследований, приведенных в ряде других работ. Предлагается методика, основанная на обобщенных опытных данных, которая позволяет по нагрузочной характеристике полноразмерного дизеля выполнить расчет его индикаторных и эффективных показателей, когда прекращена подача топлива в некоторые цилиндры. Представлены результаты экспериментальных и расчетных исследований изменения топливной экономичности дизеля 4Ч10,5/12 на частичных режимах при отключении части цилиндров. При этом рассмотрено несколько вариантов: путем прекращением подачи топлива совместно с закрытием впускных и выпускных клапанов, а также без оказания какого-либо воздействия на органы механизма газораспределения. Показано, что улучшение топливной экономичности дизеля 4Ч10,5/12 достигается при отключении части цилиндров с закрытием впускных и выпускных клапанов вследствие снижения насосных потерь в отключенных цилиндрах.
Тракторы и сельхозмашины. 2020;87(3):19-27
19-27
Выбор системы дифференцированного внесения удобрений и результаты лабораторных испытаний в Северном Казахстане
Аннотация
В статье представлен анализ систем дифференцированного внесения удобрений и результаты лабораторных испытаний плоскореза-удобрителя. Технология дифференцированного внесения удобрений является одним из приоритетных направлений в координатном земледелии. Цель исследований - выбрать наиболее эффективную систему ДВУ для плоскорезов-удобрителей, применяемых в северных регионах Казахстана и проверить конструктивно-технологическую схему пневматического транспортирования. Оптимальная система дифференцированного внесения удобрений выбиралась по обобщенной функции желательности, основная сложность заключалась в создании одного единого признака, количественно определяющего функционирование исследуемого объекта. Для построения множественного параметра оптимизации использована идея преобразования натуральных значений частных откликов в безразмерную шкалу. Обработка полученной информации по системам дифференцированного внесения удобрений проводилась стандартными методами сравнения, анализа и синтеза. Результаты лабораторных испытаний обрабатывались методами математической статистики. По результатам исследований по обобщенной функции желательности выбрана система «Агронавигатор-Дозатор», состоящая из навигационного комплекса «Агронавигатор плюс», ГЛОНАСС/GPS-антенны, актуаторов, соединительных кабелей и пульта управления для дистанционного включения режима «Обработка». По результатам лабораторных испытаний проверена работоспособность системы пневматического транспортирования гранул минеральных удобрений и дозирующего устройства. Конструктивно-технологическая схема пневматического транспортирования включает в себя: вентилятор с приводом от гидромотора, распределитель потока воздуха, соединительные трубопроводы и эжекторные воронки. Установлено, что в интервале оборотов вентилятора от 2100 до 2700 об/мин обеспечивается устойчивое транспортирование гранул без забивания трубопроводов и эжекторных воронок, скорость воздушного потока в трубопроводах обеспечивается в интервале от 13 до 25 м/с. Отклонение фактической дозы внесения удобрений от заданной составило 2,1-5,0 %.
Тракторы и сельхозмашины. 2020;87(3):28-34
28-34
Расчетно-экспериментальная оценка воздействия на почву шин сверхнизкого давления мобильных энергосредств
Аннотация
В статье приведен метод определения максимальных давлений в контакте шины сверхнизкого давления с деформируемой почвой с низкой несущей способностью на примере тонкостенной шины 1020х420-18 модели Бел-79. В сложившейся практике определения воздействия пневматических шин на почву используется метод определения площади контакта шины на недеформируемой плоской опорной поверхности. Максимальное давление шины на почву вычисляется как отношение нагрузки на шину к полученной площади контакта, умноженное на поправочные коэффициенты. Сравнением полученного максимального давления в контакте шины с недеформируемой опорной поверхностью с допустимым давлением оценивается соответствие тракторных и сельскохозяйственных шин условиям эксплуатации на почвах с определенной влажностью и твердостью. Но такой метод оценки неприемлем для шин низкого и сверхнизкого давления из-за значительной деформации шины и почвы в контакте и, следовательно, большей площади контакта и меньших значениях максимальных и средних давлений на почву. Поэтому новизной работы является экспериментальная оценка воздействия на почву шин низкого и сверхнизкого давления на деформируемом грунте. Метод включает в себя экспериментальное определение зависимости деформаций шины и грунта от давления воздуха в шине и нагрузки, а также зависимости размеров площадей контакта на деформируемом грунте от деформаций шины и грунта. По площадям контакта и коэффициентам неравномерности распределения давления в контакте по среднестатистическим значениям и формам эпюр определено максимальное давление в контакте шины с деформируемым грунтом. В результате впервые получены кривые зависимостей максимальных давлений в контакте от давлений воздуха и нагрузок на деформируемом грунте для шин низкого и сверхнизкого давлений. Зависимости максимальных давлений в контакте от давления воздуха при фиксированных нагрузках могут быть, своего рода, паспортом тонкостенных шин, аналогично тяговым характеристикам тракторных шин и тягово-скоростным характеристикам автомобильных шин. Полученные результаты позволяют с большой точностью определить эксплуатационные режимы автотранспортных средств высокой проходимости на шинах низкого и сверхнизкого давлений.
Тракторы и сельхозмашины. 2020;87(3):35-47
35-47
Повышение маневренности четырехколесного трактора
Аннотация
В статье наряду с положительными качествами трехколесных тракторов (маневренность) отмечаются и их недостатки (неустойчивость, ограниченность тягово-сцепных качеств, малая суммарная грузоподъемность). Указанные недостатки отсутствуют у четырехколесного универсально-пропашного трактора; при этом он обладает недостаточной маневренностью. Целью представленных исследований является повышение маневренности четырехколесного универсально-пропашного трактора, что обеспечиваеи минимальные потери продуктивных площадей в зоне разворотных полос на краях поливных участков с посевами хлопчатника и других культур. Это достигается за счет увеличения угла поворота управляемых колес трактора. В статье предлагается новая конструкция рулевой трапеции рулевого привода универсально-пропашного трактора. В ней каждая половина передней разрезанной симметричной тяги со стороны шарнира центрального рычага заторцована подпружиненным торцевым диском, свободно помещенным внутри обоймы. При этом полости обоймы, разделяющиеся торцевым диском, выполнены в виде сообщающихся полостей, а сам диск - в виде поршня-клапана, опирающегося под давлением пружины на седло отверстия в дне обоймы, соединяющего через канал обе полости обоймы. Предложенная новая конструкция рулевой трапеции рулевого привода, позволяет при развороте увеличить угол поворота управляемого колеса. При этом развороте трактора оси вращения всех трех колес в горизонтальной проекции пересекаются в точке пересечения осей симметрии четвертого заторможенного (правого - при развороте «направо» или левого - при развороте «налево») заднего колеса. В результате точка пересечения осей вращения колес становится центром разворота трактора, и он производит разворот вокруг заторможенного заднего колеса с минимальным радиусом. Тем самым устраняется известный недостаток четырехколесных универсально-пропашных тракторов.
Тракторы и сельхозмашины. 2020;87(3):48-53
48-53
Закономерности контактного взаимодействия малоразмерных опорных элементов шагающих машин со слабонесущими грунтами
Аннотация
Обсуждаются результаты конечно-элементного моделирования механики контактного взаимодействия малоразмерных опорных элементов (стоп) шагающих машин со слабонесущими грунтами. Сформулирована плоская контактная задача для жестких стоп прямоугольной формы, взаимодействующих с упругопластичной опорной поверхностью. Применялись нелинейные модели поведения грунта при нагружении. Реализован двухэтапный итерационный алгоритм решения рассматриваемой нелинейной задачи в вычислительной системе конечно-элементного анализа ANSYS. Задача решалась в условиях больших деформаций опорной поверхности. Результаты моделирования показали, что при взаимодействии стопы малого размера с опорной поверхностью нагружен достаточно большой объем грунта. При нормальном нагружении наибольшие напряжения и деформации имеет место непосредственно под стопой. Здесь может иметь место разрушение почвогрунта. На нормируемой глубине 0,5 м напряжения уменьшаются. Верхний слой грунта остается малонагруженным. Помимо вертикальных деформаций имеет место «выдавливание» грунта вправо и влево из-под стопы. При сдвигающей нагрузке поля напряжений и деформаций утрачивают симметричный характер. Зоны наибольших эквивалентных напряжений и деформаций смещаются в сторону действия касательной нагрузки. Наибольшие грунтовые напряжения имеют место под стопой и на боковой поверхности стопы. В направлении сдвигающей нагрузки существенно нагружен весь массив грунта, включая его верхние слои. Вблизи стопы, в зоне наибольших напряжений, появляется характерный участок, где грунт выдавливается вверх. Здесь имеет место процесс, обратный уплотнению грунта. Показано, что использование стоп с малой опорной поверхностью приводит к нежелательному росту грунтовых напряжений в зоне контакта. С другой стороны, у малоразмерных стоп имеет место уменьшение зоны уплотнения почвы, и ее верхний слой нагружается меньше. Также у малоразмерных стоп опорная поверхность используется более эффективно - напряжения по ее длине распределяются более равномерно, а боковая поверхность выполняет роль грунтозацепа.
Тракторы и сельхозмашины. 2020;87(3):54-61
54-61
Результаты исследования сепаратора измельченного вороха зерновых культур
Тракторы и сельхозмашины. 2020;87(3):62-67
62-67
Разработка показателей комплексной оценки интеллектуализации машинного производства овощных культур
Аннотация
Овощеводство является важной отраслью сельскохозяйственного производства. Среди множества овощных растений все большее значение придается культурам, продукция которых содержит физиологически активные вещества. К этим культурам относятся пасленовые овощи - томаты, сладкий перец, баклажаны и лук. Для производства овощных культур применяются комплексы специальных и универсальных машин. К универсальным машинам относятся транспортные средства общего назначения, энергетические средства различного тягового класса, к специальным машинам - техника для посадки, культиваторы, машины для полива, химзащиты. Интенсивность ведения сельского хозяйства в современных условиях производства невозможна без высокого уровня насыщения машинно-технологических комплексов средствами интеллектуализации. Получение качественной конкурентоспособной продукции можно только при использовании современных высокопроизводительных машин, обеспечивающих совмещение технологических операций, в конструкциях которых заложены системы автоматизированного управления технологическими процессами, учета почвенного плодородия, сохранение экологической чистоты агроландшафтов. Общемировой тенденцией в современном сельскохозяйственном производстве становится применение интеллектуальных технологий, когда при выполнении технологических операций производится сбор и оперативная обработка больших объемов информации. Технические средства и машины для реализации таких технологий также должны обладать определенной степенью интеллекта, оснащаться приборами и устройствами для сбора, обработки и передачи информации, принятия решения по определенным алгоритмам и реализации управленческих решений. В статье представлены результаты исследований определения показателей комплексной оценки интеллектуализации машинного производства овощных культур.
Тракторы и сельхозмашины. 2020;87(3):68-74
68-74
О взаимном расположении ленты растений льна-долгунца и очесывающего аппарата при раздельной уборке
Аннотация
В настоящее время при остром дефиците высококачественного сырья для текстильной промышленности и значительном подорожании энергоносителей внедрение технологии раздельной уборки льна в производство становится особенно актуальным. Однако применение такой технологии сдерживается ее высокой зависимостью от погодных условий и отсутствием надежной и недорогой техники. Наибольшую сложность для механизации представляет вторая фаза раздельной уборки, которая в наибольшей мере зависит от погодных условий. Уровень погодной зависимости всецело обусловлен особенностями конструкции подборщика-очесывателя, главным рабочим органом которого является аппарат для отделения семенной части урожая от стеблей. В результате исследований установлено, что качество работы этого аппарата зависит от ширины зоны расположения коробочек в ленте растений и от ее ординаты относительно зажимного транспортера очесывающего аппарата. При работе подборщиков указанная ордината изменяется в более широких пределах из-за систематических ошибок копирования ленты льна в горизонтальной плоскости подбирающим рабочим органом. С целью максимального сбора продукции при раздельной уборке льна ученые Костромской ГСХА исследовали процесс отделения семенной части урожая от стеблей гребневым очесывающим аппаратом с учетом влияния отмеченных факторов. Результаты экспериментальных исследований показали, что поставленное требование выполняется при минимальном размере зоны расположения коробочек ≤30 см и ее удаленности от передней кромки зажимного транспортера на 53 см. В этом случае все семенные коробочки попадают в зону действия гребней очесывающего аппарата, а потери стеблей не превышают 3 %. Стабилизировать оптимальное положение ленты растений можно с помощью ориентирующего устройства и системы автоматического передвижения очесывающего аппарата. Минимальный размер зоны расположения семенных коробочек может быть обеспечен только при высоком качестве выполнения всех предшествующих технологических операций по возделыванию льна-долгунца.
Тракторы и сельхозмашины. 2020;87(3):75-80
75-80
Развитие технологии внесения удобрений и структура парка машин
Аннотация
Интенсивные и индустриальные технологии базируются на эффективном применении средств химизации. Однако возможности последних используются далеко не полностью. Недобор урожая зерновых, возделываемых по интенсивным технологиям, во многом был предопределен низким уровнем организации агрохимических работ. Успешное повышение эффективности применения всех видов удобрений и химических средств защиты растений возможно только на основе комплексной системы управления качеством выполнения технологических процессов (КСУ КТП), включающей взаимосвязанные организационные, технологические и социальные мероприятия. Технологический процесс применения твердых органических удобрений представляет собой совокупность технологических операций приготовления удобрений (компостов), их погрузки, транспортирования и заделки в почву, т.е. сложную систему. Для нее показателями эффективности служат неравномерность распределения питательных элементов на всей обрабатываемой площади и доза удобрений. Учитывая, что полная идентификация технологического процесса представляет собой комплексную задачу, в данной работе ограничимся установлением функциональных связей между показателями второго, третьего и четвертого уровней. Необходимость установления связи между этими уровнями обусловлена, в первую очередь, тем, что качество выполнения технологического процесса применения удобрений в производственных условиях определяется главным образом операциями их приготовления и внесения, поддающимися контролю и управлению. Для обоснования технологических допусков на выполнение этих операций вначале установим функциональную связь между показателями, характеризующими качество распределения питательных элементов в массе удобрений и распределения их физической массы по всему обрабатываемому полю и комплексным показателям качества распределения питательных элементов по этому же полю. По операции приготовления компостов устанавливают зависимости между такими входными показателями, как качество исходных компонентов (влажность, плотность, фракционный состав), их соотношение, и выходными - влажность, плотность и фракционный состав полученного удобрения, качество распределения питательных элементов в массе. В качестве технологических констант и параметров в зависимости должны также входить время приготовления, затраты энергии на приготовление и другие показатели. Эти данные необходимы для оптимизации операции приготовления и всего технологического процесса.
Тракторы и сельхозмашины. 2020;87(3):81-88
81-88