Тракторы и сельхозмашины

Обоснование. Картофель является культурой, требующей создания мелкокомковатой структуры верхнего клубнеобитаемого слоя почвы для формирования клубней правильной формы, а также для обеспечения условий для хорошей сепарации почвы во время выполнения уборочных работ. С этой целью большинство технологий возделывания данной культуры предусматривает формирование профилированной поверхности поля. Одним из результатов глобальных климатических изменений является увеличение частоты выпадения ливневых осадков в период вегетации растений. При этом наличие профилированной поверхности на полях, обладающих даже небольшим уклоном, ведет к значительным рискам развития водной эрозии почвы во время ливней из-за стекания воды со стенок гребней в междурядья. Это приводит к ежегодным невосполнимым потерям плодородного слоя почвы. Поэтому для обеспечения сохранения уровня естественного почвенного плодородия и исключения рисков развития водной эрозии при использовании интенсивных технологий производства картофеля в условиях глобальных климатических изменений требуется совершенствовать технологические приёмы и технические средства, используемые для формирования профилированной поверхности поля.

Цель исследования — защита почвы от водной эрозии при возделывании картофеля на профилированной поверхности поля за счёт совершенствования технологических приёмов и технических средств, используемых для формирования профилированной поверхности поля, а также обоснования параметров рабочих органов.

Методы. Объектом исследований является ротационный лункователь бесприводного действия, установленный на пропашном культиваторе-глубокорыхлителе. Для выбора рациональных параметров рабочих органов лункователя были проведены теоретические исследования, на основе которых выбран диаметр ротора его лопастей. В качестве исходных данных для определения технологических параметров лункователя приняты следующие допущения: интенсивность выпадения ливней; глубина хода рыхлительных лап пропашного культиватора-глубокорыхлителя; скорость впитывания дождя по капиллярам на среднесуглинистых почвах при определённой степени уклона поля. Теоретический расчёт технологических параметров лункователя выполнен на основе построенных траекторий перемещения центра ротора и его лопастей во время выполнения рабочего процесса. Расчёт параметров лункователя выполнялся с учётом того, что передняя и задняя стенки лунки образованы его лопастью путём смятия рыхлой почвы при перекатывании с шагом t относительно неподвижной точки на определённой глубине h, шаг лункователя t определяется конструктивными параметрами ротора: диаметр D и количество лопастей на нём.

Результаты. Для определения числа лунок на погонном метре был рассчитан объём воды, который попадает в междурядья во время ливня в зависимости от их ширины. Результаты расчёта показали, что при интенсивности осадков 15 мм/ч число лунок на погонном метре профилированной поверхности поля, варьируется от 2,4 до 3,1 шт/м. Эти данные позволили определить рациональные параметры лункователя для защиты от водной эрозии сельскохозяйственных земель, расположенных на склонах, при возделывании картофеля на профилированной поверхности поля.

Заключение. Эффективным методом предотвращения водной эрозии на профилированной поверхности поля при возделывании картофеля является глубокое рыхление междурядий с одновременным формированием лунок на дне борозды. Для этой цели предлагается использовать ротационный лункователь бесприводного действия. При использовании лункователя с диаметром ротора 600 мм количество лунок на погонном метре варьируется от 2,4 шт/м при ширине междурядья 70 см до 3,1 шт/м при ширине междурядья 90 см. Для надёжной защиты почв от водной эрозии при ширине междурядья 70 см на роторе достаточно установить 4 лопатки, при ширине 75 и 80 см 5 лопаток, а при ширине 90 см потребуется 6 лопаток.

Обоснование. При воздействии на почву в процессе культивации улучшается влаго- и воздухопроницаемость пласта, благоприятствующие деятельности микроорганизмов и росту и развитию растений. Увеличение производства сельскохозяйственной продукции растениеводства напрямую зависит от уровня техники нового поколения. Поэтому усовершенствование их конструкций с целью повышения уровень техники нового поколения является актуальной задачей агропромышленного комплекса.

Цель работы — систематизация и упорядочивание известных конструкций паровых культиваторов, выявление их достоинств и недостатков.

Материалы и методы. Применялся метод монографического обследования конструкций паровых культиваторов как машины в целом, так и отдельно основных рабочих органов на основании известных научных исследований и результатов государственных испытаний. Таким образом, рассматривались реально работающие паровые культиваторы, рекомендованные к применению в сельскохозяйственном производстве. Помимо этого, анализу подвергались запатентованные конструкции рабочих органов паровых культиваторов. Эффективность функционирования паровых культиваторов определялась на основании результатов государственных испытаний Поволжской, Северо-Западной, Сибирской, Кубанской, Северо-Кавказской, Центрально-Чернозёмной, Кировской, Владимирской МИС за последние 10 лет.

Результаты. В статье представлен обзор паровых культиваторов и их конструкций. Приведена классификация культиваторов по 3 видам: по типу основных рабочих органов (лапы); по типу дополнительных рабочих органов (катки, бороны, штанги); по типу присоединения к трактору (прицепные, навесные). Рассмотрены их достоинства и недостатки. Представлен обзор исследований по усовершенствованию конструкций паровых культиваторов для повышения качества и снижения энергозатрат на обработку почвы. Модернизации подвергаются рабочие органы (лапы), рама в части размещения основных рабочих органов, стойка и конструкция дополнительных рабочих органов паровых культиваторов. Рассмотрены теоретические исследования по повышению эффективности культиваторов. Выявлены условия достижения и улучшения качества обработки почвы паровым культиватором за счет определения взаимосвязи параметров с показателями технологического процесса. Рассмотрено применение компьютерного иммитационного моделирования при решении теоретических задач исследования новых рабочих органов, выявлены достоинства и недостатки.

Заключение. Систематизация паровых культиваторов, представленная в данной статье, позволит определить пути дальнейшего их усовершенствования.

Обоснование. Повышение количества и качества посевного материала сельскохозяйственной культуры сои можно обеспечить с помощью использования комбайна с двухфазным обмолотом, так как при классической послеуборочной обработке выход семенного материала уменьшается за счёт травмирующего воздействия рабочих органов очистительных машин. Одним из важнейших процессов получения семенной фракции сои является процесс очистки. В этой связи совершенствование систем воздушно-решётной очистки зерноуборочных комбайнов является важнейшей задачей комбайностроения.

Цель работы — выявить закономерности изменения скорости воздушного потока в зависимости от режимных параметров системы воздушно-решётной очистки комбайна.

Методы. Для изучения параметров воздушного потока экспериментальная часть исследований была проведена на лабораторном стенде, имитирующем работу системы очистки зерноуборочного комбайна. Всего проведено 43 опыта в трёх повторностях согласно матрице многофакторного эксперимента и получены 4 уравнения регрессии.

Результаты. Представлены эмпирические зависимости, которые характеризуют изменение скорости воздушного потока за решетом в зависимости от различных параметров системы зерноочистки. Исследовано влияние режимных параметров системы воздушно-решётной очистки зерноуборочного комбайна на характер распределения воздушного потока. Рассмотрено изменение скорости воздушного потока на выходе из диффузора вентилятора и распределение скорости на всей поверхности верхнего решета.

Заключение. Полученные закономерности позволят оптимизировать распределение воздушного потока по всей длине решета системы воздушно-решётной очистки и создают предпосылки для автоматизации уборочного процесса. Раскодированные уравнения регрессии будут являться основой при разработке алгоритма автоматического управления параметрами воздушно-решётной очистки комбайна.

Обоснование. Топологическая оптимизация широко применяется в авиастроении и архитектуре, но все ещё ограниченно используется в тяжёлом машиностроении. Вместе с тем, раскрой металла для производства рабочих органов, рам и других конструкций повсеместно осуществляется методом плазменной резки на станках с числовым программным управлением. Указанное обстоятельство позволяет получать плоские детали практически любой сложности. В свою очередь, это делает возможным использование методов топологической оптимизации без необходимости применять аддитивные технологии для создания трёхмерных конструкций.

Цель работы — снижение массы силовых деталей рабочего оборудования фронтального погрузчика без потери жёсткости и прочности, по сравнению с традиционными конструкциями и изучение возможностей топологической оптимизации для выполнения поставленной задачи.

Методы. В качестве базовой машины использовался погрузчик DM-30. Рабочее оборудование машины преобразовывалось в набор проектных объёмов плоской формы, к которым применялись методы топологической оптимизации пакета Autodesk Inventor Professional (AIP). Поскольку металлоконструкция рабочего оборудования испытывает в процессе эксплуатации переменные нагрузки, действующие в разных направлениях, был использован метод последовательной генерации форм деталей для каждого расчётного положения с последующим синтезом всех форм в один объект. Силы, действующие на элементы рабочего оборудования, определялись при помощи динамического моделирования расчётных положений для базовой машины, что позволило рассмотреть большинство рабочих ситуаций.

Результаты. В итоге массу рабочего оборудования фронтального погрузчика удалось снизить на 36%, при сохранении прочностных характеристик.

Заключение. Предложенная методика формирования оптимизированной металлоконструкции позволяет использовать простые модули топологической оптимизации и получать до 40% менее металлоёмкие пространственные конструкции.

Введение. Высокоподвижные колёсные машины предназначены для движения по дорогам и местности в различных дорожно-грунтовых условиях, что сопровождается частым и значительным по величине изменением тяговых сил и сил сопротивлений качению. В этой связи, для сохранения показателей подвижности машины и обеспечения низких затрат энергии при выполнении транспортных задач необходимо непрерывно в процессе движения изменять режим работы от полностью блокированного до дифференциального в случае механической трансмиссии. При этом выбираемый водителем режим работы трансмиссии не всегда является рациональным. Таким образом, разработка закона управления подводимой мощностью к движителю, обеспечивающего минимальные потери энергии при сохранении подвижности машины в широко изменяющихся дорожных условиях является актуальной задачей.

Цель работы — повышение энергоэффективности высокоподвижных колёсных машин путём применения адаптивного к условиям движения закона управления подводимой мощностью к движителю.

Методология и методы. Повышение энергоэффективности движения может быть достигнуто за счёт снижения потерь на буксование колёс путём управления подводимой мощностью к движителю. Закон управления целесообразно получить в результате решения задачи оптимизации, где в качестве целевой функции выбрана мощность потерь, а в качестве варьируемых величин — силы тяги, развиваемые на каждом из колёс. При этом для сохранения возможности движения машины необходимо учесть, что суммарная тяговая сила на всех колёсах должна определяться внешними условиями и обеспечиваться силовой установкой. Для решения задачи оптимизации применён метод множителей Лагранжа.

Результаты и научная новизна. Проведённые исследования позволили в аналитическом виде получить единый закон адаптивного управления подводимой мощностью к движителям, применимый в широком диапазоне дорожных условий, как при прямолинейном, так и при криволинейном движении, обеспечивающий близкое к оптимальному распределение моментов по ведущим колёсам машины.

Практическая значимость. Применение разработанного закона управления подводимой мощностью к движителям, основанного на использовании в процессе движения информации о продольной и вертикальной силах на осях колёс, их частотах вращения и углах поворота, а также оценке коэффициента сцепления с опорной поверхностью, позволит повысить эффективность выполнения транспортных задач при движении машины в непрерывно изменяющихся дорожных условиях. Это достигается за счёт снижения нагрузки на водителя в части управления блокировками дифференциалов в сравнении с механической трансмиссией, как при прямолинейном, так и при криволинейном движении.

Обоснование. Механизированное теребление посевов осуществляется наиболее эффективными льнотеребильными аппаратами с поперечными ленточно-дисковыми ручьями. Вместе с тем анализ работ показал, что в них не проведён анализ действия сил инерции растений при перемещении в криволинейных теребильных ручьях, не установлено их влияние на качество выполнения технологического процесса, не определено условие теребления всех растений из почвы без их чрезмерного расплющивания, что снижает их эффективность.

Цель работы — теоретическое и экспериментальное исследование процесса теребления растений льна-долгунца аппаратами с поперечными ленточно-дисковыми ручьями.

Материалы и методы. Экспериментальные исследования проводили по известным и разработанным методикам, с оценкой льнопродукции по ГОСТам. Определялись влияние центробежных сил инерции растений на отгиб ленты растений, растяжение её верхней части и потери семенных коробочек, и условие теребления всех растений с учетом максимальной силы сопротивления растений тереблению. Применялась стандартная аппаратура и разработанные установки.

Результаты исследования. Получены зависимости для определения сил инерции растений в зонах теребильных шкивов и отклоняющих роликов, и изгибающих моментов, создаваемых силами инерции растений и действующих на растения, а также скорости теребильного ремня, для предотвращения больших сил инерции растений, отрицательно влияющих на показатели качества работы, и условие теребления всех растений из почвы с учетом максимальной силы сопротивления растений вытягиванию. Экспериментально установлено предельное значение угла отгиба ленты растений, которое не должно превышать 20°.

Заключение. При проектировании льнотеребильных аппаратов с ленточно-дисковыми ручьями для снижения сил инерции необходимо чтобы элементы смежных теребильных секций по возможности имели одинаковые размеры и форму, что позволит уменьшить силы инерции растений, исключить пиковые давления в ручье, увеличить долговечность ремня, снизить потери льнопродукции.

Обоснование. В статье рассматривается влияние вездеходов-снегоболотоходов ХИЩНИК-3930 и ХИЩНИК-3940 на пневматиках сверхнизкого давления с разной конфигурацией оборудования на почву.

Цель работы — исследование колёсного оборудования: Белшина Арктик транс 28.1R26 Бел -44 и Мамонт 1780×710-32) в части оценки влияния конструктивных параметров движителей колёсных вездеходов-снегоболотоходов разного класса на почву и определения удельного давления на грунт вездеходов-снегоболотоходов ХИЩНИК-3930 и ХИЩНИК-3940 на пневматиках сверхнизкого давления.

Материалы и методы. Определение давления в шинах (4 и 50 кПа) проведено согласно результатам воздействия такой техники разных классов и конфигураций колёсного оборудования и дополнительного оборудования на грунт в соответствии с ГОСТ Р 58656 – 2019 в природно-производственных условиях районов Крайнего Севера и приравненным к ним местностям РФ.

Результаты. Представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований воздействия движителей вездеходов-снегоболотоходов на грунт.

Заключение. Предлагаются методы и способы снижения негативного воздействия движителей вездеходов-снегоболотоходов на почву. Практическая ценность исследования заключается в практических рекомендациях о возможности апробирования результатов исследований в природно-производственных условиях районов Крайнего Севера и приравненным к ним местностям.

Обоснование. Решение проблемы обеспечения надёжности двигателей внутреннего сгорания в процессе эксплуатации требует комплексного подхода, по разным направлениям. Указанные проблемы являются актуальными комплексными задачами. Основными среди них выделяют: условия эксплуатации, вид используемого топлива, контроль показателей моторных масел, а также разработку обоснованных сроков службы последних. При поддержке эксплуатационных свойств моторных масел двигателей, контроль основных характеристик работающего масла также является актуальным.

Цель работы — оценка накопления продуктов загрязнения и износа в масле М10Г2 дизельных и газовых двигателей на базе дизеля. Применение теоретических уравнений для оценки изменения концентрации продуктов загрязнения и проведения лабораторных анализов в целях оценки содержания продуктов загрязнения и износа, а также размера их частиц в составе масла.

Материалы и методы. Основным путём уменьшения повышенного износа и нагарообразования в двигателях является добавление присадок к маслу двигателя, способных нейтрализовать коррозионные и нагарообразующие действия сернистых продуктов сгорания топлива, т.е. обладающих высокими антиокислительными и моющими свойствами. Продукты органического и неорганического происхождения и механические примеси продуктов износа накапливаются в моторном масле в результате длительной эксплуатации. После первых 100 часов работы масла в нём содержатся определённые количества продуктов загрязнения и износа, а также нерастворимые продукты окисления и износа деталей двигателя.

В ходе исследований использовались законы теории смазки, методы планирования экспериментов и математической статистики, а также методы, базирующиеся на существующих нормативных документах. При обработке экспериментальных данных применялись методы обработки на прикладных пакетах Microsoft Office Excel.

Результаты. Рассмотрен процесс старения масла в двигателях внутреннего сгорания, а также факторы, влияющие на старение масла двигателя. С помощью аналитических уравнений производился расчёт изменения концентрации продуктов износа и загрязнения масла газового двигателя на базе дизеля, приведены графические зависимости показателей масла от продолжительности работы.

Заключение. Практическая ценность исследования заключается в том, что с помощью теоретических уравнений можно оценит накопление продуктов загрязнения в составе масла, по результатам лабораторных анализов можно оценить концентрацию продуктов износа и загрязнения в составе масла. Эксплуатация дизеля и газового двигателя на базе дизеля в масле высокой концентраций загрязняющих примесей и продуктов износа ведёт к снижению надёжности двигателя, уменьшению ресурса смазывающего масла, ускоренному износу отдельных деталей, лакообразованию и осадкообразованию на отдельных деталях двигателя.

Обоснование. Технология 3D-печати стремительно развивается, предоставляя возможности для изготовления деталей с заданными свойствами. Однако, механические характеристики материалов, полученных методом 3D-печати, зачастую не соответствуют требованиям для различных приложений, например, сельскохозяйственных машин. Повышение ударной вязкости материалов, получаемых методом 3D-печати, является актуальной задачей для расширения их применения.

Цель работы — исследование влияния термообработки (отжига) и параметров 3D-печати (толщина слоя, процент заполнения) на ударную вязкость образцов из полилактида (PLA).

Методы. Проведено экспериментальное исследование с использованием образцов PLA, изготовленных методом 3D-печати с варьируемыми параметрами: толщина слоя (0,15 мм, 0,20 мм, 0,25 мм) и процент заполнения (50%, 75%, 100%). Образцы подвергались отжигу при температуре 80°C в течение 2 часов. Ударная вязкость определялась по методу Шарпи с помощью стандартного испытательного оборудования.

Результаты. В исследование было включено 27 образцов PLA. Отжиг существенно повысил ударную вязкость всех образцов. Наблюдалась зависимость ударной вязкости от толщины слоя и процента заполнения. Максимальное значение ударной вязкости (2,58 ± 0,12 Дж/см²) достигнуто при толщине слоя 0,15 мм и 100%-ном заполнении. Статистический анализ результатов, выполненный с использованием ANOVA (p < 0,001), показал значимое влияние всех факторов на ударную вязкость.

Заключение. Полученные результаты демонстрируют, что отжиг и оптимизация параметров 3D-печати (толщина слоя, процент заполнения) позволяют повысить ударную вязкость материалов, полученных методом 3D-печати из PLA. Оптимальные параметры, достигнутые в данном исследовании, могут быть использованы для разработки деталей сельскохозяйственных машин с улучшенными механическими свойствами.

Обоснование. Показана актуальность рационального балластирования нового поколения колёсных 4к4а тракторов на одинарных (1к) и сдвоенных задних (2к') колёсах с регулируемой в широком диапазоне эксплуатационной массой при использовании в зональных технологиях почвообработки.

Цель работы — обоснование уровней рационального балластирования колёсных 4к4а тракторов нового поколения на операциях почвообработки.

Методы. В качестве основного параметра-адаптера принята удельная масса трактора, эталонное значение которой представляет отношение эксплуатационной массы с полным балластом к развиваемой мощности двигателя в номинальном тяговом режиме на операциях первой группы (отвальная вспашка) при скорости 2,50 м/с (9,0 км/ч), обеспечивающее полную реализацию потенциальных возможностей.

Результаты. Установленные по результатам моделирования и экспериментов эталонные уровни удельной массы составляют 67,3 (1к) и 70,0 (2к') кг/кВт и определяют максимальное значение эксплуатационной массы трактора заявленной мощности. На операциях меньшей энергоёмкости 2 и 3 гр. с номинальной скоростью 2,90 и 3,33 м/с её оптимальные значения снижаются на 16 и 33% соответственно, что определяет целесообразность их выполнения при минимальном балластировании с удельной массой 58,0–60,0 кг/кВт. При этом рациональное использование трактора с полным балластом ограничено скоростным интервалом 7,6–10,0 км/ч на операциях 1 и 2 гр. и 10,0–13,0 км/ч с минимальным при выполнении операций 2 и 3 гр. Работа трактора с полным балластом на операциях 3 гр. при скорости 12–13 км/ч сопровождается повышением вредного воздействия движителей на почву и увеличением расхода топлива до 0,7–0,9 л/ч для перемещения каждой тонны излишней массы.

Заключение. Предложенные варианты балластирования обеспечивают реализацию потенциальных возможностей тракторов нового поколения на операционных технологиях почвообработки при минимальном повышении трудоёмкости эксплуатации.

Обоснование. Проведённые лабораторные исследования влияния низкочастотного магнитного поля на показатели продуктивности семян зерновых культур выявили стимулирование биофизических и биохимических свойств семян, увеличение их всхожести, энергии прорастания и рост растений, что соответствует плану научных исследований Федеральной научно-технической программы развития селекции и семеноводства зерновых культур до 2030 года.

Цель работы — изучить влияние низкочастотного электромагнитного поля на показатели продуктивности промышленной партии семян зерновых культур.

Материалы и методы. Исследования проводились в соответствии с ГОСТ на опытном образце оборудования для электромагнитного воздействия на 11 сортах зерновых культур по 5 показателям продуктивности: лабораторной всхожести, полевой всхожести, густоте всходов, густоте растений перед уборкой, урожайностью. Варьируемыми параметрами являлись режимы облучения: частота (Гц), магнитная индукция (мТл), время воздействия (мин).

Результаты. Установлено повышение урожайности облучённых промышленных партий семян зерновых культур по сравнению с необлучёнными до 22%, при этом установлено повышение лабораторной всхожести до 17%, полевой всхожести до 10%, густоты всходов до 10%, густоты растений перед уборкой до 11%.

Заключение. Эффективность режимов облучения промышленных масс семян доказана приростом урожайности для следующих сортов: 16 Гц, 25 мТл, 25 мин — для сортов яровой пшеницы Эстер (прирост 13%); 50 Гц, 25 мТл, 25 мин — для ярового ячменя Знатный (прирост 5%); 75 Гц, 25 мТл, 5 мин — для сортов озимой пшеницы Поволжская 21 (прирост 22%); 16 Гц, 10 мТл, 25 мин — для озимой пшеницы Поволжская Нива (прирост 19%), Московская 39 (прирост 13%).