Том 83, № 4 (2016)
- Год: 2016
- Статей: 12
- URL: https://journals.rcsi.science/0321-4443/issue/view/3656
Статьи
Математическое моделирование испарения рапсового масла и этанола в камере сгорания дизельного двигателя
Аннотация
Скорость испарения топлива в цилиндре влияет не только на эффективные показатели дизельного двигателя, но и на экономичность его работы, токсичность отработавших газов. Процесс испарения в камере сгорания дизеля при работе на альтернативных топливах изучен недостаточно. Статья посвящена теоретическому исследованию процесса испарения этанола и рапсового масла в условиях камеры сгорания дизельного двигателя 2Ч 10,5/12,0. В основу расчета положен закон Срезневского. Для этого принято допущение, что факел распыленного топлива состоит из множества одинаковых капель со средним диаметром по Заутеру. Приведенная математическая модель учитывает физические характеристики топлива, конструкционные особенности распылителей, температуру и давление газов в камере сгорания дизеля. Необходимые для расчета показатели работы тракторного дизеля (температура и давление газов в камере сгорания) были определены на экспериментальном стенде на кафедре тепловых двигателей автомобилей и тракторов Вятской государственной сельскохозяйственной академии. Дизель работал на этаноле с воспламенением от запальной порции рапсового масла с использованием двойной системы топливоподачи. В статье представлены результаты теоретических расчетов испарения рапсового масла и этанола на номинальном режиме работы дизеля. По результатам расчетов установлено, что средний диаметр капли рапсового масла по Заутеру почти в 4 раза больше среднего диаметра капли этанола. Скорость испарения этилового спирта выше, чем у рапсового масла, несмотря на то, что на рассматриваемом режиме работы двигателя спирта в камеру сгорания подается в 4 раза больше. Согласно результатам расчета, весь этанол в камере сгорания на данном режиме испаряется к 20 градусам поворота коленчатого вала, тогда как рапсовое масло полностью испаряется к 35 градусам. С началом горения топлив процесс испарения интенсифицируется.
Тракторы и сельхозмашины. 2016;83(4):3-6
3-6
Усовершенствование конструкции чизельного плуга
Аннотация
Чизельные плуги - разнообразная группа почвообрабатывающих орудий, среди которых широкое распространение получили конструкции с рабочими органами типа paraplow, расположенными на раме по стреловидной схеме. Такая компоновка имеет ряд преимуществ, однако способствует уменьшению степени крошения почвы, повышению энергоемкости процесса рыхления, снижению сохранности стерни. С целью повышения эффективности процесса безотвальной обработки почвы предложено располагать рабочие органы чизельного плуга на раме орудия попарно как в поперечном, так и в продольном направлении. Чизельный плуг-рыхлитель с предложенной компоновкой рабочих органов прошел испытания на Северо-Кавказской машиноиспытательной станции, по результатам которых был рекомендован к внедрению. При этом для оценки эффективности разработки результаты испытаний усовершенствованного рыхлителя сравнивались со среднестатистическими показателями работы классических чизельных и лемешных плугов. Сравнительный анализ данных показал, что поперечно-парное расположение рабочих органов обеспечило повышение степени крошения почвы на 17-21%. Благодаря этому формируется оптимальный водо-воздушный режим почвы и нарушается ее контакт с корнями сорных растений, что провоцирует гибель части корнеотпрысковых сорняков. Более рациональное использование подводимой от трактора энергии и продольно-попарное расположение стоек рабочих органов позволили снизить удельный расход топлива на 20-27% в сравнении с орудиями-аналогами, сократить количество открываемых борозд, повысить сохранность стерни, снизить гребнистость поверхности поля более чем в 2 раза.
Тракторы и сельхозмашины. 2016;83(4):7-10
7-10
Противоэрозионная пакетно-комбинированная пахотно-посевная машина для полосовой обработки почвы на склоне
Аннотация
Представлена высокопроизводительная ресурсосберегающая противоэрозионная комбинированная сельхозмашина для полосовой обработки эродированных почв на склонах. Машина обрабатывает только подлежащие посеву полосы шириной 20-30 см и глубиной 15-25 см без переворачивания. Оставшиеся невспаханными полосы почвы отдыхают и подлежат обработке в последующие годы. За один выход в поле машина выполняет 6-8 операций, а ее рабочие органы расположены двумя пакетами на одной общей раме. Рабочие органы первого пакета (черенковые ножи, лапы глубокорыхлителя, загортач и борона) выполняют рыхление почвы без ее переворачивания, а рабочие органы второго пакета (сеялка и прикатывающие катки) осуществляют посев и уплотнение вспаханной полосы. Машина трехрядная. Ширина междурядья составляет 70 см, полная ширина захвата 170 см, глубина вспашки 15-25 см, ширина вспашки 20-30 см, рабочие скорости 7-9 км/ч, часовая производительность до 1,5 га/ч. Пакетно-комбинированная машина агрегатируется с тракторами тяговых классов 1,4-3,0. Благодаря образованию мини-лиманов и максимальному сохранению стерни в почве на продолжительное время сохраняется влага. Это приводит к увеличению толщины плодородного гумусного слоя, сдерживанию эрозионных процессов, в результате чего повышается урожайность. Поскольку сменная производительность предложенной машины для вспашки и посева в 2-2,5 раза выше, чем при сплошной вспашке обычными плугами, а расход горюче-смазочных материалов и загрязнение окружающей среды выхлопными газами в 2-2,5 раза ниже, машину следует рассматривать не только как энерго-, ресурсосберегающую и противоэрозионную, но и как природоохранную.
Тракторы и сельхозмашины. 2016;83(4):11-14
11-14
Измерение силы тяги на крюке трактора в агрегате с навесной сельскохозяйственной машиной
Аннотация
Динамометрирование используется при выполнении научных исследований и эксплуатации почвообрабатывающих машин. Оно необходимо для комплектования тракторных агрегатов, установления норм выработки и расхода горючего, а также для обеспечения контроля технического состояния тракторов и сельхозмашин, правильности их регулирования. В условиях эксплуатации динамометрирование заключается в определении горизонтальной составляющей тягового сопротивления почвообрабатывающих машин. По этим данным можно дать общую сравнительную оценку энергоемкости различных машин. Существуют методы динамометрирования с использованием динамометрических рам, а также с использованием тензодатчиков, встраиваемых в тяги и пальцы трехточечной навески. Все эти методы имеют ряд недостатков. Основные из них - использование нескольких датчиков и, как следствие, невозможность непосредственного измерения суммарных сил и большие погрешности определения искомых величин. Цель исследования - разработать устройство для динамометрирования навесных сельхозмашин, позволяющее выполнять необходимые измерения без внесения изменений в конструкцию трактора и агрегатируемой машины с использованием одного силоизмерительного датчика. Представленная динамометрическая автосцепка изготовлена на базе двух стандартных автосцепок, между которыми установлен силоизмерительный датчик. Результаты экспериментальных исследований свидетельствуют о работоспособности представленной динамометрической автосцепки. Предлагаемое устройство универсально, может быть использовано с любым трактором и навесной сельхозмашиной, не требует изменения конструкции трактора и сельхозмашины. Применение одного силоизмерительного датчика позволяет выполнять измерения с высокой точностью.
Тракторы и сельхозмашины. 2016;83(4):15-19
15-19
Пространственные несущие системы каркасной схемы для технологических надстроек сельскохозяйственного назначения
Аннотация
Для создания нового поколения транспортно-технологических машин и транспортных средств сельскохозяйственного назначения использован модульный принцип проектирования с применением пространственных несущих систем каркасной схемы. Конструкционные решения реализованы и внедрены в производство в виде полноприводного автомобильного шасси Урал-432065 со сменными технологическими надстройками. Разработано приспособление для снятия сменных технологических надстроек с шасси автомобиля и установки на опоры для хранения. Выбрана пространственная несущая конструкция в виде сварного каркаса из стальных труб, приспособленная для установки на технологические надстройки и унифицированная по установочным местам на раме автомобиля. Проведены расчеты на прочность, выбраны профили конструкционных элементов и способ их изготовления. По разработанной конструкторской документации изготовлены опытные образцы приспособлений и установлены на надстройки: на разбрасыватель твердых минеральных удобрений - с помощью резьбовых соединений; на надстройку для транспортировки и внутрипочвенного внесения жидких органических удобрений - приварены к несущим силовым частям цистерны. Компьютерное моделирование функционала сменных технологических надстроек позволило оценить эффективность принятых конструкционных решений, а результаты проведенных испытаний подтвердили данные аналитических исследований. В результате обеспечивается выполнение транспортных и транспортно-технологических работ как на дорогах общего пользования, так и в полевых условиях с соблюдением экологических и агротехнических требований. При наличии в хозяйстве нескольких технологических надстроек возможно использование одного автомобильного шасси, что сократит простои техники и снизит влияние фактора сезонности работ.
Тракторы и сельхозмашины. 2016;83(4):19-23
19-23
Анализ нового уравнения движения колесной машины
Аннотация
На авторитет классического уравнения тягового баланса, разработанного корифеями отечественной автомобильной науки, посягают работы профессора Г.И. Мамити, в которых предлагается заменить эти проверенные временем теоретические разработки на новое уравнение движения. Цель статьи - анализ обоснованности гипотезы, используемой при выводе нового уравнения, и заключение о его применимости для расчетов тягово-скоростных свойств колесных машин. В качестве материалов и методов анализа используются известные законы теоретической механики для рычажно-шарнирных механизмов, специальные эксперименты и расчетно-теоретические примеры движения колесных машин. Г.И. Мамити считает, что действующие на корпус машины в продольной плоскости моменты от силы сопротивления воздуха, инерционной силы, силы со стороны прицепа и силы, противодействующей движению на подъеме, создают на ведущих колесах противодействующие моменты. Но такое представление правомерно только для монолитной структуры, а кузов и колеса в сборе представляют собой рычажно-шарнирный механизм. Создаваемые указанными силами моменты вызывают лишь продольный крен подрессоренной части и появление сил, приводящих к изменению нормальных реакций в подвеске и на осях машины, но не создающих крутящие моменты на колесах. Если бы гипотеза Г.И. Мамити была правильной, реактивный момент на кузов со стороны ведущего моста (или от поперечно расположенного силового агрегата в переднеприводном автомобиле), передающийся, по его мнению, на ведущие колеса, суммировался бы с крутящим моментом, передаваемым им трансмиссией. В итоге тяговая сила равнялась бы нулю, поскольку эти моменты одинаковы по величине и противоположны по направлению действия, и машина не могла бы двигаться. Ошибочная исходная гипотеза приводит к выводу ошибочного уравнения, использование которого, как это показано в статье, приводит к серьезным погрешностям в расчетах и неправильным выводам по возможному совершенствованию конструкции колесных машин.
Тракторы и сельхозмашины. 2016;83(4):24-28
24-28
Влияние газотурбинного наддува на пусковые качества дизельных двигателей в зимний период
Аннотация
Представлены результаты экспериментального исследования пусковых качеств дизельного двигателя 6ЧН 13,0/11,5 (СМД-62) в комплектациях с турбокомпрессором и без него при низких температурах окружающей среды. Известно, что при отрицательных температурах окружающего воздуха, характерных для большинства регионов России, пусковые качества дизельных двигателей существенно ухудшаются. Цель исследования - изучение влияния агрегатов наддува на пусковые качества дизельных двигателей. В процессе экспериментальных исследований с помощью светолучевого осциллографа фиксировались показатели, характеризующие процесс пуска: частоты вращения коленчатого вала и ротора турбокомпрессора, расход воздуха, время пуска, давление в цилиндре. Установлено, что пусковые качества двигателя с наддувом соответствуют требованиям государственного стандарта при температуре до -8 градусов Цельсия, а двигателя без наддува - при температуре до -12 градусов Цельсия. Время пуска двигателя, оснащенного турбокомпрессором, увеличивается из-за создаваемого им сопротивления на линии впуска, что приводит к увеличению разрежения во впускном коллекторе, уменьшению давления в конце такта сжатия, а следовательно, и максимального давления в цилиндре. Определены режимы работы турбокомпрессора во время пуска и послепускового прогрева. Установлено, что на этих режимах при низких температурах окружающей среды происходит нарушение смазки подшипника турбокомпрессора. Исследования показали, что установка турбокомпрессора на двигатель вызывает существенное снижение коэффициента наполнения и, как следствие, ухудшение пусковых качеств. Сохранение пусковых качеств на прежнем уровне возможно путем установки перепускного клапана во впускном коллекторе или компрессоре, а также применения отключаемого турбокомпрессора. Установлено, что при низких температурах турбокомпрессор в начальный период послепускового прогрева может работать в режиме масляного голодания. С целью снижения износа сопряжения «вал - втулка» рекомендуется изменить существующую схему смазки или конструкцию турбокомпрессора для подачи масла непосредственно к подшипникам турбокомпрессора в момент включения стартера.
Тракторы и сельхозмашины. 2016;83(4):28-33
28-33
Уравнение теплового баланса воздушного гелиоколлектора с аккумулятором теплоты
Аннотация
Цель работы заключается в нахождении математической зависимости температуры тепловоспринимающей поверхности аккумулятора теплоты воздушного гелиоколлектора от времени его работы в условиях переменных внешних факторов. В данном случае определяющим внешним фактором служит переменная солнечная активность в течение светового дня. Воздушный гелиоколлектор с аккумулятором теплоты - базовый элемент гелиоустановок, например для сушки зерна, нагрева воды, естественной вентиляции животноводческих помещений. На примере барабанной гелиосушилки зерна с водяным аккумулятором теплоты получено дифференциальное уравнение теплового баланса гелиоколлектора. Уравнение учитывает следующие составляющие теплового баланса: количество теплоты, поступившей в гелиоколлектор с атмосферным воздухом; количество теплоты, поступившей с солнечной энергией и поглощенной тепловоспринимающей поверхностью водяного аккумулятора; количество теплоты, отведенной сушильным агентом (подогретым атмосферным воздухом) после теплообмена с тепловоспринимающей поверхностью; количество теплоты, идущей на нагрев стенок аккумулятора; количество теплоты, затраченной на нагрев воды в аккумуляторе; потери теплоты в окружающую среду. На основании имеющихся экспериментальных данных приняты допущения, что температура воды в аккумуляторе прямо пропорциональна температуре его стенок, а энтальпия атмосферного воздуха пропорциональна плотности потока солнечной энергии. Искомая зависимость температуры тепловоспринимающей поверхности аккумулятора найдена путем решения задачи Коши для дифференциального уравнения теплового баланса гелиоколлектора. Полученное выражение экспоненциального вида связывает параметры переменных внешних факторов с конструкционно-технологическими параметрами гелиоколлектора. Это позволяет моделировать выходные теплотехнические характеристики гелиоустановок сельскохозяйственного назначения в зависимости от различных внешних условий.
Тракторы и сельхозмашины. 2016;83(4):33-36
33-36
Влияние количества осей ходовой системы мобильной сельскохозяйственной техники на глубину следа
Аннотация
Ухудшение свойств почвы вследствие многократного воздействия ходовых систем машинно-тракторных агрегатов ведет к снижению урожайности сельскохозяйственных культур. Повышение плотности почвы, вызванное воздействием движителей тракторов и сельскохозяйственных машин, привело к увеличению твердости почвы в 2-3 раза. Для прогнозирования показателей воздействия на почву ходовых систем с учетом типа и состояния почвенного агрофона, а также для определения перспективных путей улучшения конструкций ходовых систем и повышения их агроэкологических свойств необходимо обоснование закономерностей накопления повторных осадок почвы при воздействии ходовых систем. Необходимо определить закономерность нарастания осадки деформатора при повторных нагружениях почвы. Деформация почв при каждом последующем нагружении сопровождается повышением напряжения в зоне контакта по сравнению с предыдущим. Это объясняется увеличением интенсивности нагружения при повторных деформациях, в частности из-за уменьшения площади контакта колес с почвой при повторных проходах по следу. Для определения закономерностей накопления повторных осадок применена зависимость Больцмана, связывающая энтропию процесса и вероятность данного состояния. Получены зависимости, которые позволяют определить деформацию почв с разными физико-механическими свойствами при различных режимах работы и параметрах ходовых систем машинно-тракторных агрегатов. Для сильно упрочняющихся почв глубина следа уменьшается при увеличении количества осей ходовой системы. Для слабо упрочняющихся влажных почв для уменьшения глубины следа рекомендуется применять движители с большей шириной колес.
Тракторы и сельхозмашины. 2016;83(4):37-41
37-41
Определение кинематических параметров включения гидроцилиндров манипулятора форвардера при исполнении заданного движения навесного устройства
Аннотация
Статья посвящена кинематическому анализу манипулятора форвардера: определяются параметры выдвижения штоков гидроцилиндров для выполнения заданной траектории движения навесного устройства. Современные системы управления гидравлическими манипуляторами технологических машин не позволяют оператору реализовать оптимальные траектории и скоростные характеристики движения звеньев манипулятора. Этот недостаток может быть частично ликвидирован с помощью автоматического управления манипулятором на некоторых фазах технологического цикла. В работе представлен кинематический анализ согласованного включения гидроцилиндров типового манипулятора форвардера. Определено, как должны выдвигаться штоки гидроцилиндров, чтобы обеспечить прямолинейную траекторию навесного устройства на этапе движения от момента захвата круглых лесоматериалов до момента их расположения в середине верхней границы грузового отсека трактора. Необходимо обеспечивать плавный разгон в начале и плавное торможение в конце движения навесного устройства; штоки гидроцилиндров также должны плавно ускоряться в начале и плавно замедляться в конце движения. При кинематическом анализе использованы общеизвестные методы, представленные в статье в сокращенном виде. Показано, что для типовой конструкции манипулятора форвардера, в структуре которого есть рычажные механизмы, одновременное соблюдение условий плавности движения и прямолинейности траектории не выполняется. Результаты работы могут быть использованы для создания алгоритмов управления манипулятором в автоматизированном режиме на одном отдельном этапе погрузки лесоматериалов, когда существует множество точек захвата лесоматериалов (управление при захвате обеспечивает оператор) и одна точка доставки. В этом промежутке для управления нет необходимости использовать дополнительные системы распознавания объектов окружающей среды, что позволяет с помощью недорогих средств интегрировать эти алгоритмы в общую систему управления форвардером.
Тракторы и сельхозмашины. 2016;83(4):42-47
42-47
Математическая модель принудителных систем смазки сельскохозяйственных машин и оборудования
Аннотация
Ресурс работы двигателей и трансмиссий сельскохозяйственных машин и оборудования зависит от интенсивности износа взаимодействующих деталей (трибосопряжений). В свою очередь, интенсивность износа трибосопряжений определяется величиной потерь на трение и тепловыделением. Оптимизацию работы взаимодействующих деталей и увеличение их ресурса обеспечивает подача к ним рационального количества смазочного материала (масла). Существующие методики расчета систем подачи масла основаны на определении объемных подач. Известно, что в двигателях, трансмиссиях и гидроприводах сельскохозяйственных машин масло насыщается пузырьками газа и приобретает физико-химические свойства двухфазной газомасляной смеси, отличные от свойств масла в чистом виде. Это значительно влияет на потери трения и тепловыделение и вызывает более интенсивный износ. На основе разработанных математических моделей проведен анализ влияния на физические свойства (плотность, вязкость) масла содержания в нем газовых пузырьков. Проведен анализ систем смазки двигателей и трансмиссий сельскохозяйственных машин и определены их параметры, в том числе виды каналов принудительных систем смазки, наиболее существенно влияющие на возникновение двухфазной газомасляной среды. Предложены расчетные зависимости движения двухфазной газомасляной смеси по каналам принудительных систем смазки, позволяющие на стадии проектирования механизмов определить рациональные параметры каналов. Это позволяет обеспечить подачу нужного количества смазочного материала для минимизации потерь на трение, соблюдения необходимого теплового режима деталей и минимизации их износа. Применение предложенной математической модели позволит уменьшить количество ресурсных испытаний при создании новых сельскохозяйственных машин и оборудования.
Тракторы и сельхозмашины. 2016;83(4):48-51
48-51
Н.Н. Колчину - 90 лет
Тракторы и сельхозмашины. 2016;83(4):52
52