Том 85, № 5 (2018)
- Год: 2018
- Статей: 12
- URL: https://journals.rcsi.science/0321-4443/issue/view/3681
Весь выпуск
Статьи
Инновационная технология реконструкции и восстановления полезащитных лесных полос
Аннотация
Полезащитные лесные полосы в настоящее время в значительной своей части расстроены и нуждаются в реконструкции и восстановлении, то есть необходимы полное удаление расстроенных рядов, затем подготовка почвы и все последующие лесокультурные работы, выполнение которых с применением заимствованных из лесного хозяйства технологий и машин не дадут существенных положительных результатов. Предлагается технология, основанная на современных достижениях в области механизации которая, включает: превращение надземной части древесно-кустарниковой массы в щепу и перемешивание ее с верхним слоем почвы с помощью мобильных мульчеров роторного типа, движущихся со скоростью до 5 км/ч; удаление остающихся в почве пней корчевателем непрерывного действия КНД-1.1; сбор и вывоз выкорчеванных пней подборщиком-трелевщиком универсальным ПТУ-2,1. Корчеватель КНД-1.1 вырезает пни, отряхивает их от почвы и оставляет на поверхности при непрерывном поступательном движении со скоростью 3…5 км/ч; его производительность, по сравнению с применяемым корчевателем КСП-20, в 30 раз выше. КНД-1.1 и ПТУ-2,1 - это парк технических средств, увязанных между собой по производительности. Положительным элементом является то, что КНД-1.1 не только удаляет пни, но и одновременно готовит почву под посадку полосой шириной 1,1 м и глубиной 0,4…0,5 м, исключая применение плуга, культиватора или дисковой бороны, сокращая тем самым металлоемкость и энергоемкость корчевки пней и подготовки почвы в 9 и 6 раз, соответственно.
Тракторы и сельхозмашины. 2018;85(5):3-8
3-8
Способы и устройства обработки стеблестоя зерновых колосовых культур, убранных по технологии комбайнового очеса
Аннотация
Цель исследований - разработка способов и устройств для обработки стеблестоя при уборке зерновых культур комбайновым очесом. Предложены способы утилизации очесанного стеблестоя: измельчение роторными измельчителями после обмолота; разрезание утилизируемых стеблей на фрагменты во время обмолота очесом; срезание очесанных стеблей уборочным очесывающим агрегатом с одновременной укладкой их в валок. Разработка способов выполнена с учетом требований к обработке почвы, осуществляемой после уборки зерновых колосовых культур на полях, которые должны быть подготовлены для возделывания последующих культур по традиционной, минимальной и нулевой технологиям. Для измельчения очесанных стеблей растений зерновых колосовых культур разработано навешиваемое на жатку и наклонную камеру комбайна устройство, разрезающее стебли на части 140-170 мм и укладывающее их в расстил. На базе навесной на комбайн и прицепной валковых жаток, оборудуемых интегрирующим транспортером, роторным питателем и измельчителем, разработаны схемы прицепного жатвенного агрегата, обеспечивающего измельчение и распределение материала по ширине захвата жатки. Предусмотрена возможность сбора и погрузки измельченного материала в транспортное средство. Для заготовки соломы на различные нужды из очесанного стеблестоя предложен агрегат для уборки зерновых культур очесом с одновременным срезанием и сбором стеблей в валок. Сзади на очесывающую жатку навешен режущий аппарат, а слева и справа к жатке и комбайну присоединены боковые грабли, которые подают срезанную массу в межколейное пространство комбайна. Срезанные стебли в зонах колеи левого и правого передних колес комбайна отводятся в стороны специальными направителями. Предложенные технические решения защищены патентами РФ на изобретения.
Тракторы и сельхозмашины. 2018;85(5):9-14
9-14
Исследование скоростных режимов работы тракторного дизеля на спирто-топливных эмульсиях
Аннотация
В работе обоснована необходимость использования спирто-топливных эмульсий как экологических энергоносителей для тракторных дизелей. При этом исследованы такие возобновляемые экологические источники энергии, как метиловый и этиловый спирты. С целью разработки, определения и оптимизации состава спирто-топливных эмульсий для тракторного дизеля 4Ч 11,0/12,5 проведены его испытания при работе на дизельном топливе, метаноло- и этаноло-топливных эмульсиях. Экспериментальными исследованиями установлено, что для применения в тракторном дизеле 4Ч 11,0/12,5 экологических энергоносителей на основе смеси со спиртами были использованы эмульсии следующего состава: спирт (метанол СН3ОН или этанол С2Н5ОН) - 25 %, моюще-диспергирующая присадка сукцинимид С-5А - 0,5 %, вода - 7 %, дизельное топливо - 67,5 %. Представлены результаты экспериментальных исследований мощностных и экономических параметров, показателей токсичности и дымности отработавших газов дизеля, работающего на экологической смеси вышеуказанного состава. Перевод исследованного дизеля с нефтяного дизельного топлива на экологические энергоносители позволил при сохранении мощностных показателей снизить содержание в отработавших газах при работе на метаноло-топливной эмульсии - сажи в 6,9 раза, оксидов азота - на 41,3 %, диоксида углерода - на 6,7 %, оксида углерода - на 45,0 %; при работе на этаноло-топливной эмульсии: сажи - в 5,2 раза, оксидов азота - на 50,2 %, диоксида углерода - на 23,8 %, оксида углерода на 25,0 %. Сделан вывод о перспективности использования в тракторных дизелях таких экологических энергоносителей, как этиловый и метиловый спирты.
Тракторы и сельхозмашины. 2018;85(5):15-19
15-19
Расчет показателей корректорного участка скоростной характеристики тракторного двигателя
Аннотация
Одним из основных показателей корректорного участка скоростной характеристики тракторного двигателя служит его коэффициент приспособляемости по крутящему моменту. В статье изложен метод общего решения задачи по расчету этого коэффициента. Метод заключается в минимизации разности двух функций (критерия оптимальности): первая - зависимость знаменателя геометрического ряда передач от коэффициента приспособляемости, вторая - зависимость знаменателя от силового диапазона трактора, то есть от отношения касательной силы тяги на последней передаче к такой же силе на первой передаче. С учетом найденного коэффициента приспособляемости по моменту определены частота вращения вала двигателя при максимальном моменте, коэффициент приспособляемости двигателя по частоте вращения вала, тяговый и скоростной диапазоны, теоретическая скорость на последней передаче. Частота вращения вала при максимальном моменте определена из условия, что коэффициент загрузки двигателя по мощности при максимальном моменте равен 0,85. Силовой диапазон определен по результатам минимизации критерия оптимальности, скоростной диапазон равен силовому. Скорость трактора на последней передаче определена с учетом заданной скорости на первой передаче и найденного скоростного диапазона. Общепринятый диапазон минимальных значений коэффициента приспособляемости, исходя из временного увеличения тягового сопротивления, составляет 1,15…1,20. В некоторых современных тракторных двигателях этот коэффициент больше 1,2. Целью статьи является оптимизация интервала значений коэффициента приспособляемости больше 1,2. Объект исследования - двигатель колесного трактора тягового класса 3. Исходный материал: номинальное тяговое усилие и масса трактора, его тяговый диапазон, интервал теоретической скорости на первой передаче. Методы исследования нелинейное программирование с использованием минимизации выпуклой функции; аппроксимация линейной функцией зависимости крутящего момента от текущей частоты вращения вала. Основной вывод: с учетом принятых критерия оптимальности, ограничений и коэффициента вариации момента сопротивления оптимальный коэффициент приспособляемости по крутящему моменту тракторных двигателей находится в интервале 1,27…1,45.
Тракторы и сельхозмашины. 2018;85(5):20-25
20-25
Совершенствование конструкции рабочего органа для послойной безотвальной обработки почвы
Аннотация
Обработкой почвы принято считать приемы механического воздействия на почву, способствующие повышению ее плодородия и созданию лучших условий для роста и развития растений. Послойная безотвальная обработка занимает одну из наиболее значимых операций, проводимых при подготовке почвы. Это подтверждается тем, что послойная обработка способствует накоплению влаги внутри пласта почвы, разделению пласта по слоям, снижению эрозии почв. Целью исследований является совершенствование конструктивных особенности основных элементов рабочего органа для послойной безотвальной обработки почвы. Основываясь на методах анализа и синтеза проведенных исследований, а также моделирования, была предложена усовершенствованная конструкция рабочего органа. Она предусматривает возможность замены по мере износа практически всех основных элементов, что в свою очередь указывает на высокий уровень износостойкости разработанной конструкции и на существенное снижение трудозатрат при ее обслуживании. Помимо применения в конструкции рабочего органа металлических основных элементов различной формы (плоскорез, криволинейный рыхлитель) также предусмотрено использование сверхвысокомолекулярных полиэтиленовых вставок частично или полностью замещающих основные элементы конструкции рабочего органа. Экспериментальными исследованиями было установлено, что тяговое сопротивление рабочего органа с использованием в конструкции плоскорезного рыхлителя составляет 9,30 кН, с криволинейным рыхлителем - 8,04 кН, что на 13,56 % ниже по сравнению с плоскорезом. С использованием сверхвысокомолекулярных полиэтиленовых вставок отмечено снижение тягового сопротивления до 7,6 кН, что на 18,28 % ниже по сравнению с плоскорезным рыхлителем. Предлагаемая конструкция позволяет производить послойную безотвальную обработку почвы, осуществляя одновременно глубокую - 25-35 см - и мелкую - 12-16 см - обработку почвы, а также позволяет получить выровненный фон поля после прохода агрегата.
Тракторы и сельхозмашины. 2018;85(5):26-31
26-31
Гибкий элемент в составе рабочих органов роторной почвообрабатывающей рыхлительно-сепарирующей машины
Аннотация
Поверхностная обработка почвы для выращивания сельскохозяйственных культур проводится с целью крошения пласта ее верхнего слоя, измельчения пожнивных остатков, уничтожения сорных растений и выравнивания поверхности поля. Цель исследований - определить качественные показатели экспериментальной почвообрабатывающей роторной рыхлительно-сепарирующей установки с применением гибкого рабочего органа в виде троса. Изучены в полевых условиях физико-механические свойства почвы после осенней вспашки, раннего весеннего боронования и культивации стрельчатыми лапами на глубину 0,12 м. Проанализирован получаемый после прохода установки структурно-агрегатный состав почвы в зависимости от частоты вращения ротора и наличия гибкого элемента в виде троса. Проведены исследования экспериментальной почвообрабатывающей рыхлительно-сепарирующей установки на слое почвы, который после обработки расслаивается на два подслоя: верхний надсеменной и нижний слой в зоне заделки семян. В нижнем слое почвы наблюдается значительное преимущество рабочих органов с гибким элементом в виде троса. Увеличение частоты вращения ротора от 1,1 до 2,3 с-1 способствует увеличению коэффициента структурности почвы в нижнем слое примерно на 10 %, в верхнем - не более чем на 2,3 %. С применением гибкого рабочего органа в виде троса в составе рабочих органов экспериментальной почвообрабатывающей роторной рыхлительно-сепарирующей установки коэффициент структурности примерно в 1,5 раза выше по сравнению с рабочим органом без него, что обеспечивает более благоприятные условия для заделки в почву семян. Выявлен, что обработка почвы с использованием экспериментальной почвообрабатывающей роторной рыхлительно-сепарирующей установки в составе рабочих органов, в которой применен гибкий элемент в виде троса, позволяет усовершенствовать методы предпосевной обработки почвы для улучшения ее агротехнических качеств.
Тракторы и сельхозмашины. 2018;85(5):32-39
32-39
К определению оптимального угла наклона отверстий решетчатого днища наклонной камеры
Аннотация
По результатам лабораторных экспериментов установлен оптимальный угол наклона отверстий решетчатого днища наклонной камеры зерноуборочного комбайна, обеспечивающий максимальную сепарацию свободного зерна из очесанного зернового вороха до его поступления в молотильную камеру. Это позволяет минимизировать поступление свободного зерна в молотильное устройство, надежно исключив вероятность его дробления рабочими органами молотилки. Исследования производились на пшенице сорта «Московская 56». Влажность зерна составляла порядка 12 %. Скорость движения транспортера - 3 м/с - и угол его наклона к горизонту - 45° соответствовали аналогичным параметрам работы для большинства современных зерноуборочных комбайнов. Угол наклона отверстия решетчатого днища имел семь уровней варьирования в пределах 0-90°. Подача очесанного зернового вороха составляла порядка 10 кг/с при содержании в нем 80 % свободного зерна. Длина съемного решетчатого днища равнялась 0,95 м, а ее прямоугольные отверстия имели размеры 160×8 мм. Для исключения влияния на выходной параметр площадь «живого сечения» отверстий решетчатого днища во всех сериях эксперимента была принята одинаковой. Так, по результатам научных исследований установлено, что по мере увеличения угла наклона количество свободного зерна, прошедшего сквозь отверстия решетчатого днища, уменьшается, а количество сошедшего с него зерна, наоборот, возрастает. При этом максимальная сепарация свободного зерна - 68,7 % - соответствует углу наклона отверстий, равному 0°. Для обеспечения полного выделения свободного зерна из очесанного зернового вороха длина сепарирующей поверхности должна быть не менее 1,18 м. Такое техническое решение может быть реализовано, например, в наклонной камере зерноуборочного комбайна КЗС-1218 «Полесье GS-12», имеющей длину порядка 1,3 м.
Тракторы и сельхозмашины. 2018;85(5):40-46
40-46
Виброметрирование турбокомпрессора дизеля сельскохозяйственного назначения
Аннотация
Экологические, эффективные и экономические требования к дизельным двигателям непрерывно ужесточаются, что вызывает необходимость их модернизации. Повышение степени форсировки дизеля - один из вариантов достижения соответствия новым стандартам. Однако это приводит к увеличению нагрузки на различные узлы и компоненты дизеля. Турбокомпрессор как один из важнейших агрегатов двигателя подвергается высокой вибрационной нагрузке ввиду большой частоты вращения ротора. Из практики завода-изготовителя известно, что это становится одной из наиболее распространенных причин отказа в работе турбокомпрессоров. Поэтому оценка вибронагруженности подшипников скольжения в современных агрегатах турбонаддува требует тщательного исследования, что и стало целью данной работы. Для проведения измерений вибрационных явлений в турбокомпрессоре использовался трехосевой вибропреобразователь AP81, установленный на турбокомпрессор таким образом, чтобы оси датчика совпадали с осями турбокомпрессора. Это необходимо для определения не только величин вибраций, но и их направлений. По измеренным величинам виброускорений можно сделать вывод о технической исправности турбокомпрессора, спрогнозировать возможный отказ и, следовательно, принять решение о необходимом комплексе мероприятий или внесении изменений в конструкторскую документацию (КД) в случае обнаружения существенных отклонений. Исследования проводились в два этапа: на специализированном балансировочном станке и на газодинамическом безмоторном стенде. В ходе проведения испытаний были выявлены гармонические и негармонические составляющие, резонансы, связанные с ростом числа оборотов ротора. Измерены величины виброускорения вдоль оси ротора турбокомпрессора, перпендикулярно оси ротора в горизонтальной плоскости, перпендикулярно оси ротора в вертикальной плоскости. По результатам экспериментальных данных сделаны выводы, позволяющие отметить следующее: для снижения вибрационных нагрузок на ходовую часть турбокомпрессора необходимо проектировать компрессорную ступень таким образом, чтобы на всех режимах работы двигателя имелся существенный запас до границы помпажа; радиальная нагрузка существенно выше осевой, поэтому радиальный подшипник должен иметь существенный запас прочности для повышения надежности и безотказности турбокомпрессора.
Тракторы и сельхозмашины. 2018;85(5):47-55
47-55
Малозатратный экологичный дизель с теплоизолированной камерой сгорания
Аннотация
Эффективность работы дизеля изучалась с использованием хорошо известных типов керамических теплоизолирующих HIC- или термобарьерных TBC-покрытий. Эта проблема актуальна для дизеля с низкими тепловыми потерями камеры сгорания, в которой интенсивная лучистая компонента (в ближнем ИК-диапазоне) достигает ∼ 50 % от суммарного теплового потока. В данной работе авторы продолжили изучения этих покрытий, но как полупрозрачных (SHICs или STBCs) с объемным поглощением проникающей лучистой энергии. Проведенное спектрофотометрическое моделирование оптических параметров этих покрытий позволило оценить характеристики формируемого температурного поля с уменьшенным приповерхностным градиентом температуры (в сравнении с непрозрачными покрытиями), обуславливающего существенное снижение потерь тепла через теплоизолируемый поршень. Было выбрано полупрозрачное STBC-покрытие на основе частично стабилизированного диоксида циркония (PSZ-керамика ZrO2 + 8 % Y2O3), определяющее формирование оптимального температурного профиля в головке поршня. Для стендовых испытаний был использован экспериментальный одноцилиндровый тракторный дизель. При частоте вращения n > 2800 1/мин тепловые потери не превышали 0,2 МВт/м2 через днище поршня с теплозащитным слоем. Выполненные испытания показали более низкий удельный расход топлива на ∼ 2-3 % в сравнении с камерой сгорания дизеля с непокрытым керамикой поршнем. При этом крутящий момент и эффективная мощность возрастали на ∼ 2-5 %.
Тракторы и сельхозмашины. 2018;85(5):56-68
56-68
Некоторые результаты экпериментального моделирования условий маслоснабжения ЦПГ малоразмерного четырехтактного дизеля
Аннотация
В статье представлены и обсуждены экспериментальные результаты прямой визуализации процессов маслоснабжения трущихся поверхностей цилиндро-поршневой группы (ЦПГ) быстроходного четырехтактного дизеля. Актуальность работы связана с недостаточной изученностью условий смазки, в частности, дефицитом экспериментальных сведений о процессе маслоснабжения деталей ЦПГ четырехтактных двигателей с традиционным кривошипно-шатунным механизмом (КШМ). Цель исследования состояла в выявлении реально существующего механизма процессов подачи масла на трущиеся поверхности сопряжения «цилиндр - поршень» четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. Исследование было выполнено методом экспериментального моделирования работы системы смазки на специальной макетной установке с автономным приводом масляного насоса и оптически прозрачными цилиндром и поршнем. В работе ставились и решались задачи: наблюдения процесса истечения масла из зазоров шатунного подшипника в квазистатическом и динамическом режимах работы макетной установки; выявления условий и механизма попадания смазочного материала на трущиеся поверхности поршня и цилиндра; сопоставления характера маслоснабжения нагруженной и ненагруженной сторон стенки цилиндра. Обработка результатов исследования позволила уточнить имеющиеся представления о механизме попадания смазочного материала в сопряжение «цилиндр - поршень», а также идентифицировать новую функцию поршня, заключающуюся в переносе разбрызгиваемого шатунным подшипником моторного масла на трущиеся поверхности поршня и цилиндра. В ходе экспериментов была подтверждена ранее высказанная гипотеза о существовании аномалии количества смазочного материала, поступающего на нагруженную и ненагруженную стороны стенки цилиндра. Представленная экспериментальная информация может быть использована для доводки и модернизации любых систем смазки комбинированного типа, обслуживающих четырехтактные поршневые двигатели с традиционными КШМ.
Тракторы и сельхозмашины. 2018;85(5):69-75
69-75
Перспективы развития ходовых систем современных мобильных энергосредств сельскохозяйственного назначения
Аннотация
Завершающим этапом возделывания сельскохозяйственных культур является уборка урожая. От качества проделанной операции зависит годовой итог и эффективность всех предыдущих работ. Важно еще не только качественно убрать урожай, но сохранить плодородие почвы и избежать уплотнения почвы. Проблема переуплотнения становится все острее в связи с массовым применением тяжелых колесных тракторов и комбайнов. Степень уплотнения почвы зависит от типа движителя, массы трактора и числа проходов агрегатов по полю. Негативное воздействие ходовых систем на почву следует учитывать при создании новых машин на основе новых компоновочных схем для снижения конструкционной массы с учетом динамики и распределения центра масс от вариации нагрузки на крюке. Снизить давление и равномерно его распределить позволяет создание более совершенных движителей и ходовых систем. Целью данной статьи является анализ самых перспективных конструкций ходовой системы мобильной сельскохозяйственной техники, которая может уменьшить удельное давление на грунт, улучшить проходимость сельскохозяйственной техники и обеспечить более комфортную высадку и сбор урожая. На данный момент можно выделить следующие основные направления развития ходовых систем сельхоз техники: пневмогусеницы, сдвоенные колеса, полугусеничный ход, установка резиноармированной гусеницы (РАГ) и торсион в качестве упругого элемента подвески. Проводимые испытания подтвердили, что установкой сменного гусеничного движителя можно добиться снижения степени уплотнения почвы на 17-46 %, а применение сдвоенных колес показало увеличение тягового усилия на 20 % и уменьшение на 40 % глубины колеи. Использование пневмогусеницы позволяет повысить проходимость транспортной машины на грунтах со слабой несущей способностью и одновременно свести к минимуму ущерб, который она может нанести опорному основанию. Популярная в последние годы сельхозтехника, на которой применяется резиноармированная гусеница. Ее ресурс в 4-5 раз больше по сравнению с металлозвенчатой. Кроме этого она позволяет снизить вибронагруженность и производить работы в условиях переувлажненной почвы. РАГ ставится как в цельногусеничном исполнении, так и в форме колесо - гусеница. Данный движитель имеет форму резиновой треугольной гусеницы и монтируется вместо колеса. В настоящее время на гусеничных тракторах широко применяются индивидуальные торсионные подвески опорных катков. Преимуществами новой торсионно-балансирной подвески позволило повысить надежность и долговечность ходовых систем гусеничных тракторов, повысить навесоспособность и снизить вибрации на рабочем месте оператора.
Тракторы и сельхозмашины. 2018;85(5):76-84
76-84
Методика определения рационального состава пахотного агрегата
Аннотация
Используя техническую характеристику прицепного лемешно-отвального плуга ПБС-10П и результаты испытаний тракторов лаборатории Nebraska Tractor Test США, установлена величина тягового усилия тракторов Case Magnum 340 (239 кВт), New Holland Т9020 (213 кВт), Challenger MT 835 (271 кВт), John Deer 9120 (182 кВт), Versatile 375 (226 кВт), Versatile 400 (247 кВт), New Holland Т9030 (310 кВт) и тягового сопротивления плуга ПБС-10П на соответствующих скоростях движения, определены аналитические зависимости тягового усилия тракторов и тягового сопротивления плуга от скорости движения. Изложена методика определения рационального состава пахотного агрегата, включающая: экспериментальное определение тягового сопротивления плуга при различной глубине обработки почвы и скорости движения; определение тягового усилия трактора при максимальной тяговой мощности трактора; аппроксимация полученных результатов в виде эмпирических формул; построение графических зависимостей по эмпирическим формулам и определение оптимальной скорости движения пахотного агрегата, по которой рассчитывается производительность пахотного агрегата.
Тракторы и сельхозмашины. 2018;85(5):85-88
85-88