Том 11, № 1 (2017)
- Год: 2017
- Статей: 12
- URL: https://bakhtiniada.ru/2074-0530/issue/view/3711
Статьи
Энергоэффективность машинно-тракторного агрегата на переходных режимах
Аннотация
Изучение переходных режимов функционирования машинно-тракторного агрегата (МТА) c целью повышения энергоэффективности и энергосбережения является весьма важной задачей. Процесс трогания с места и разгона МТА является наиболее тяжелым режимом работы, который характеризуется значительными динамическими нагрузками и который оказывает существенное влияние на важнейшие показатели: производительность, топливную экономичность, а также буксование движителей, истирание почвы и шин, нагруженность и срок службы элементов трансмиссии тракторов. Одним из эффективных методов снижения динамической нагруженности является введение упругодемпфирующих звеньев в привод движителей тракторов. Исследования влияния упругодемпфирующего привода ведущих колес на параметры работы МТА в период разгона проводились комплексно: теоретически на разработанной нами шести массовой динамической эквивалентной модели, адекватно отображающей реально протекающие процессы разгона, и экспериментально в полевых условиях на натурных образцах. Использовались методы программного математического моделирования и разработанные методики экспериментального исследования. Комплексом проведенных исследований установлено: вследствие снижения динамических нагрузок получено улучшение всех эксплуатационных показателей МТА, в том числе уменьшение буксования движителей, износа шин и истирания почвы, существенное повышение энергоэффективности: удельный расход топлива в процессе трогания и разгона МТА с упругодемпфирующим приводом на стерне на передачах с третьей по шестую уменьшается в среднем на 40% по сравнению жестким серийным приводом. Вследствие сглаживания пиков крюковой нагрузки (на 38 %) и крутящего момента (на 36 %) с эластичными элементами происходит более плавный и в то же время более интенсивный разгон агрегата (сокращается время разгона за счет того, что снижается буксование ведущих колес и в меньшей степени уменьшается частота вращения коленчатого вала двигателя).
Известия МГТУ “МАМИ“. 2017;11(1):2-7
2-7
Выбор основных параметров легковых автомобилей классов D, E и F
Аннотация
Объектом исследования являются легковые автомобили классов D, E и F по европейской классификации, изготовленные в 2010 - 2015 гг. на более чем 80 предприятиях во всех автомобильных странах мира. Цель исследования заключается в установлении зависимостей снаряженной и полной масс легковых автомобилей от их главного классификационного параметра - габаритной длины. Новизна работы состоит в том, что были исследованы модели современных легковых автомобилей, тогда как аналогичные исследования выполнены на автомобилях, освоенных в производстве в начале XXI века, большинство из которых к настоящему времени сняты с производства. Выполненная работа актуальна, так как ее результаты позволяют научно обоснованно выбирать при проектировании важнейшие конструктивные параметры легковых автомобилей, снаряженную и полную массы. На основании статистической обработки исходных данных были получены аналитические и графические зависимости снаряженной и полной масс автомобилей от их габаритной длины в каждом классе и, кроме того, в классах D и E эти зависимости установлены отдельно для автомобилей с кузовами седан, хетчбек, купе и кабриолет. Всего проанализировано 1165 моделей автомобилей. Большой объем исследованных моделей позволил получить статистически достоверные результаты. В статье показано, что с погрешностью от 6,8% до 27,9% зависимости между массами и габаритной длиной автомобилей всех исследованных классов могут быть аппроксимированы полиномами второго порядка. Результаты исследования рекомендуется использовать в проектно-конструкторских и научно-исследовательских организациях автомобильных концернов для обоснованного выбора параметров проектируемых легковых автомобилей.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2017;11(1):8-15
8-15
Аспекты развития типажа тракторов и тенденции технического переоснащения производственных формирований различного типа
Аннотация
Отечественная промышленность и стран ближнего зарубежья выпускает колесные и гусеничные тракторы, отличающиеся различными параметрами. Многообразие предлагаемых на рынке тракторов общего назначения ставит перед производственниками выбор приобретения техники для выполнения комплекса технологических операций. Сравнительная оценка использования колесных и гусеничных тракторов различных тяговых классов на основных технологических операциях показала повышение эксплуатационных затрат на единицу выполненной работы с увеличением параметров тракторов, особенно на колесном движители. Применение колесных тракторов высоких тяговых классов сопровождается повышенным удельным давлением на почву даже на сдвоенных шинах из-за увеличения ширины колеи. Использование колесных тракторов с мощностью свыше 350 л.с. на транспортных работах нецелесообразно. Это снижает годовую загрузку и дополнительно увеличивает затраты на выполнении технологических операций. В результате конкурентоспособность гусеничного трактора высоких тяговых классов существенно возрастает. Колесный трактор целесообразен только при маневрировании на большие расстояния. В результате реформирования сельскохозяйственного производства сложилась многоукладная система ведения хозяйственной деятельности предприятий. Наряду с крупными холдингами и производственными формированиями на базе бывших колхозов и совхозов значительную долю составляют фермерские хозяйства. В качестве трактора общего назначения для фермерских хозяйств выступает машина на колесном движителе с мощностью двигателя 150-200 л.с. Для выполнения вспомогательных работ по обеспечению работы основного агрегата нужен трактор типа МТЗ-80. Парк тракторов крупных предприятий зернового направления состоит из высокопроизводительных колесных машин класса 6-8, а также тракторов класса 3-4 на колесном ходу для выполнения вспомогательных работ. Основной объем земли в обработке в регионе приходится на предприятия, сформированные на базе бывших совхозов и колхозов. Это многоотраслевые хозяйства зерново-животноводческого направления. Многоотраслевое производство позволяет формировать более развитую структуру посевных площадей за счет возделывания разнородных культур. Для выполнения комплекса работ в этих хозяйствах нужны гусеничные тракторы класса 4-5 и колесные тракторы общего назначения класса 3-4.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2017;11(1):16-22
16-22
Моделирование процессов испарения и смесеобразования в цилиндре тракторного дизеля при работе на этаноло-топливной эмульсии
Аннотация
Статья посвящена вопросам моделирования процессов испарения и смесеобразования в цилиндре тракторного дизеля 4Ч 11,0/12,5 с камерой сгорания типа ЦНИДИ (Центральный научно-исследовательский дизельный институт) при работе на этаноло-топливной эмульсии. В дизеле 4Ч 11,0/12,5 с камерой сгорания типа ЦНИДИ при работе на этаноло-топливной эмульсии имеет место объемно-пленочное смесеобразование с преобладанием испарения топлива до начала процесса горения. Испарение топлива зависит не только от динамики движения среды и температурных режимов, но и от характеристик впрыскивания и распыливания. Скорость движения и турбулизация смеси являются важными характеристиками. Поэтому вышеперечисленные параметры и определяют интенсивность испарения и смесеобразования. При испарении капель этаноло-топливной эмульсии и диффузии в окружающую паровоздушную среду происходит образование горючей смеси. При этом воспламеняется не само топливо, а его пары в смеси с воздухом. Построенная модель учитывает особенности испарения и смесеобразования при распыле топлива и позволяет достаточно точно рассчитать их скорость. В зонах, где находится низкая концентрация капель, расчеты проведены для одной капли, а в зонах с большой концентрацией учтено взаимодействие между каплями при испарении и горении. С целью лучшего рассмотрения характера взаимодействия капель друг с другом и с окружающим турбулентным потоком газов весь процесс горения разделен на стадии: образование аэрозольных частиц, движение капель, их испарение, смешивание с окислителем, воспламенение и горение. Также приняты следующие основные допущения: имеет место сферическая симметрия капель; коэффициент теплопроводности, удельная теплоемкость постоянны и не зависят от температуры; имеет место идентичность процессов переноса тепла и массы; имеет место квазистационарность процесса.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2017;11(1):23-27
23-27
Экспериментальное и расчетное исследование нагруженности деталей колесного редуктора снегоболотохода
Аннотация
В статье представлен анализ результатов экспериментального исследования, в ходе которого определялась нагруженность вала шестерни колесного редуктора заднего моста трансмиссии вездехода на шинах сверхнизкого давления ТРЭКОЛ-39041. Эти вездеходы обладают очень хорошей проходимостью и бывают незаменимыми при эксплуатации по бездорожью во время распутицы или по глубокому снегу, но у них часто случаются отказы в трансмиссии, особенно часто происходит поломка валов, на которых установлены шестерни колесного редуктора как переднего, так и заднего мостов. В трансмиссии этих ТСШСД использованы узлы от ряда серийно выпускаемых автомобилей. Использование таких узлов удешевляет конструкцию и упрощает технологию производства, техническое обслуживание и ремонт, но и создает определенные трудности при компоновке данного типа вездеходов, в некоторых случаях увеличивает массогабаритные показатели. Осуществлено сравнение данных эксперимента с данными других авторов и с расчетными данными. Произведено сопоставление полученных данных с экспериментальными и расчетными данными по нагруженности элементов трансмиссии автомобиля УАЗ-31512, основные узлы которого использованы в компоновочной схеме снегоболотохода. Результаты исследований указывают на то, что основной причиной отказов в трансмиссии снегоболотохода ТРЭКОЛ-39041 являются условия эксплуатации, в том числе несколько другое, нежели у обычных шин, взаимодействие имеющей лучшие тягово-сцепные качества шины сверхнизкого давления с опорной поверхностью, и более сложная схема трансмиссии, чем у обычных вездеходов, при которой трансмиссия просто компонуется из узлов ряда серийно выпускаемых автомобилей и не выполняются расчеты динамической нагруженности ее элементов на форсированных режимах работы, что, в частности, наиболее часто приводит к возникновению существенно превышающих допустимые значения напряжений в шлицевом соединении вала колесного редуктора, к его пластической деформации и выходу из строя.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2017;11(1):28-34
28-34
Математическая модель бокового увода трактора
Аннотация
Вопросы курсовой устойчивости движения сельскохозяйственного тракторного агрегата приобретают наибольшую актуальность при пахоте, так как на плуге (в силу геометрии его рабочих поверхностей) возникает дополнительный разворачивающий момент, который может уводить трактор в сторону от прямолинейного движения. Оператору приходится часто подправлять движение машины, что способствует быстрой утомляемости и, как следствие, снижению производительности работ. Разработка математической модели движения трактора под действием внешней внецентренной нагрузки на крюке позволит определить предельное значение сдвигающей силы. Увод трактора под действием внешних сил (без участия со стороны водителя) представляет собой пассивный поворот, которому в настоящее время в теории криволинейного движения гусеничного трактора уделено недостаточно внимания, так как теория поворота направлена, как правило, на исследования активного движения (при управляющем воздействии водителя). Увод представляет собой совокупность управляемого прямолинейного движения и неуправляемого сдвига под действием боковой составляющей силы на крюке. Учитывая невысокие рабочие скорости движения трактора можно составить квазистатическую модель криволинейного движения при уводе, которая состоит из: дифференциальных уравнений движения и условий равновесия внешних сил при предельном страгивании. В результате решения системы представленных уравнений получены траектории движения трактора при различной нагрузке на крюке. Модель позволяет: исследовать траекторию движения на различных грунтовых фонах; найти оптимальные соотношения веса трактора и сил сопротивления; изучить влияние параметров рабочего органа (точки крепления плуга и угла наклона лемешной поверхности) на характеристики движения.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2017;11(1):35-39
35-39
Методика расчетной вероятностной оценки шума, излучаемого агрегатами легкового автомобиля
Аннотация
В статье рассматривается проблема снижения шумности автотранспортных средств. Шумовое загрязнение окружающей среды является важной экологической проблемой. В настоящее время уровень городского транспортного шума варьируется в пределах от 70 до 95 дБА, что существенно превышает действующие санитарные нормы. Основным источником шума автомобиля является двигатель и его системы. В шуме двигателя выделяют компоненту, обуславливаемую процессом сгорания, и компоненту механическую. Следующим по значимости источником шума являются узлы трансмиссии. В них шум генерируется зубчатыми передачами, подшипниками и быстро вращающимися валами. Шины движущегося легкового автомобиля являются одним из основных источников вибрации и шума при высоких скоростях движения (начиная с 80-90 км/ч). Источниками шума аэрогидродинамического происхождения являются стационарные или нестационарные процессы в газах. Одним из наиболее интенсивных аэродинамических источников шума является вихреобразование в проточных частях механизмов. При движении автомобиля в потоке воздуха он является источником турбулентности, поэтому шум с увеличением скорости движения возрастает. Авторами выполнен ряд экспериментальных исследований шумоизлучения отдельных агрегатов легкового автомобиля: двигателя, коробки передач, карданной передачи, дифференциала, системы выхлопа. С учетом результатов экспериментальных исследований предложена методика вероятностной расчетной оценки шума автомобиля. Создана математическая модель расчета ожидаемой шумности в салоне легкового автомобиля, которая позволяет получать не только математическое ожидание уровней шума от каждого агрегата и его спектральные составляющие, но и их разброс. На основе модели создана программа, позволяющая получать спектральные составляющие шума от каждого из источников в третьоктавных полосах частот с оценкой вероятного разброса их значений (доверительных интервалов) еще на этапе проектирования автомобиля, что позволяет уже на стадии проектирования закладывать необходимые характеристики шумоизлучения агрегатов и автомобиля в целом. Созданная методика может с успехом использоваться также для оценки характеристик шумоизлучения других машин - грузовых и иных автомобилей, автобусов, колесных и гусеничных тракторов, рабочих сельскохозяйственных машин.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2017;11(1):40-46
40-46
Беспилотное мобильное транспортное средство для мониторинга сельскохозяйственных и лесных угодий
Аннотация
Ухудшение плодородного состояния биоактивных почв, сельскохозяйственных и лесных угодий, а также береговых зон водоемов от интенсивной сельскохозяйственной, промышленной, транспортной и ресурсодобывающей деятельности человечества с каждым годом экспоненциально возрастает. Свыше 30% мелиорируемых земель находятся в неудовлетворительном состоянии. Более 18 млн. га территории вокруг промышленных предприятий имеют большую степень загрязнения, в том числе тяжелыми металлами и токсичными веществами. Общемировая площадь экономической зоны, интенсивно осваиваемая человеком, составляет 36 % площади акватории Мирового океана. В последнее десятилетие наблюдается интенсивный выброс на поверхность Мирового океана экологически опасных продуктов захоронений на дне водоемов обычных боеприпасов, химического и бактериологического оружия, а также ядерных отходов. Для контроля уровня загрязнений и принятия мер по их устранению необходим непрерывный мониторинг. Существует как дистанционный, так и наземный (стационарный и передвижной) способы контроля окружающей среды. Для автоматизации процесса наземного мониторинга предлагается использовать беспилотные транспортные средства, оборудованные специальным комплексом приборов. В статье рассмотрен как зарубежный опыт использования робототехнических комплексов в сфере сельского и лесного хозяйств, так и отечественная разработка мобильного робототехнического комплекса, шасси которого может быть использовано для мониторинга состояния почв, лесных угодий и водоемов. Описаны место и типы проводимых испытаний шасси, даны основные технические характеристики. Представлено оборудование, используемое для автономного движения комплекса. Приведены результаты исследований рельефа и физико-механических свойств полотна пути, которые позволяют повысить подвижность робототехнического комплекса. По результатам испытаний сделаны соответствующие выводы о возможности применения разработанного робототехнического комплекса для экологического мониторинга, работ в сфере сельского и лесного хозяйств, поставлены дальнейшие цели по его доработке и усовершенствованию.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2017;11(1):47-56
47-56
Физико-химические свойства дизельного топлива стандарта Евро
Аннотация
Известно, что качество дизельного топлива характеризуется как эксплуатационными показателями, так и экологическими свойствами горючего. При этом введение современных норм и стандартов, которые связаны с модифицированием компонентного состава топлива, ставит задачу контроля физико-химических свойств дизельных топлив. Для решения поставленной задачи были исследованы пробы топлива, приобретенные у разных производителей горючего, и образцы дизельного топлива с неизвестной предысторией, хранящиеся длительное время в лабораторных условиях. Исследовали также и смеси топлива с керосином. Разбавленное керосином топливо при его эксплуатации снижает не только мощность, но и ресурс двигателя. Плотность объектов исследования измеряли нефтеденсиметрами. Вязкость и фракционный состав топлив определяли, используя, соответственно, вискозиметр ВПЖ-4 и аппарат для разгонки нефтепродуктов АРНС-1Э. Цетановые числа измеряли индикатором ОКТАН-ИМ. В результате проведенных исследований установлено, что плотность, вязкость, фракционный состав дизельных топлив соответствуют представленным в ГОСТе нормам. Кислотность проб с длительным временем хранения и неизвестной предысторией больше значения показателя ГОСТа. Среднее значение цетанового числа дизельных топлив, измеренное индикатором ЦЧ ОКТАН-ИМ и отличающееся от требуемых регламентом параметров, идентично значению, представленному в Стандарте Мировой топливной хартии (стандарт ISO 5156). Во всех без исключения топливах присутствуют ненасыщенные и ароматические углеводороды. Показано, что в горючем, выпускаемом разными производителями, соотношение ненасыщенных и ароматических углеводородов может быть различным. Плотность, вязкость и другие показатели смеси, содержащей 10% керосина, идентичны нормируемым значениям на дизельное топливо. Плотность смеси, содержащей 30% керосина, не только ниже нормы, но и ниже измеренных значений плотности дизельных топлив.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2017;11(1):57-62
57-62
К вопросу повышения эффективности работы каталитического нейтрализатора
Аннотация
В статье рассмотрены вопросы эффективности работы каталитического нейтрализатора автомобилей в эксплуатации с целью решения проблемы снижения загрязнения атмосферного воздуха отработанными газами автомобилей. Проблема снижения выбросов вредных веществ автомобилей считается одной из главных. В статье приведены расчеты эффективности работы нейтрализатора на различных режимах работы ДВС, определены факторы, влияющие на процесс окислительно-востановительных реакций. Показано, что малое количество кислорода (О2) до нейтрализатора лимитирует окислительные процессы и не дает хорошей эффективности снижения по СО и СН. При концентрации О2 1,7 - 0,75 % до нейтрализатора эффективность окислительных реакций в нейтрализаторе является максимальной. Рассмотрены основные требования, предъявляемые к процессу катализации вредных выбросов, и недостатки современных нейтрализаторов. Основной вклад в выбросы СО и СН вносят режимы пуска и прогрева двигателя. Особенно это ощущается в цикле «холодных испытаний» автомобиля по Правилам № 83-06 ООН. Выбросы углеводородов пропорционально возрастают при понижении температуры двигателя. В этой связи рассмотрены новые типы нейтрализаторов, обеспечивающие достижение активности каталитического реактора при более низкой температуре по сравнению с применяемыми на автомобилях в настоящее время, а также бортовые системы диагностики автомобилей, поддерживающие экологические характеристики автотранспортных средств в эксплуатации. Проанализированы причины «старения» нейтрализатора при его эксплуатации, методы диагностики нейтрализатора с целью оценки его технического состояния и бортовые системы контроля. Отмечена актуальность задачи совершенствования конструкции автомобиля с точки зрения ограничения токсичности и системы технического контроля в эксплуатации. Совершенствование экологического контроля автотранспортных средств связано в первую очередь с работоспособностью бортовых диагностических систем автомобиля в эксплуатации и системы каталитической нейтрализации. Приведена нормативная база РФ и ЕС в области экологического контроля автотранспортных средств в эксплуатации.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2017;11(1):63-71
63-71
Методика определения вероятностных оценок удельного расхода топлива газотурбинного двигателя в составе пахотного агрегата
Аннотация
В статье изложена методика определения вероятностных оценок удельного расхода топлива газотурбинного двигателя в составе пахотного агрегата. При обосновании математических моделей для определения вероятностных оценок удельного расхода топлива ГТД применялся метод функции случайных аргументов профессора Л.Е. Агеева. Новизна исследований заключается в разработанных математических моделях и порядке расчета средних и оптимальных значений вероятностных оценок - математического ожидания, дисперсии, среднего квадратического отклонения и коэффициента вариации удельного расхода топлива газотурбинным двигателем. Для повышения точности расчетов при определении вероятностных оценок удельного расхода топлива газотурбинного двигателя предложены поправочные коэффициенты (или функции) и формулы для их определения. Математическое ожидание удельного расхода топлива, обратное к нормально распределенному аргументу, в данном случае эффективной мощности газотурбинного двигателя, не равно обратной величине математического ожидания аргумента. Данное неравенство изменяется в зависимости от коэффициента вариации эффективной мощности, что следует учитывать также при определении дисперсии и среднего квадратического отклонения удельного расхода топлива ГТД. Экспериментальные исследования пахотного агрегата, состоящего из газотурбинного трактора (ГТТ) с газотурбинным двигателем марки ГТД-350Т и навесного плуга с изменяемой шириной захвата ПНИ-8/9-40, для проверки достоверности математических моделей вероятностных оценок удельного расхода топлива ГТД проводились на полях учебно-опытного хозяйства Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. Предложенная методика позволяет определить средние и оптимальные значения математического ожидания, дисперсии, среднеквадратического отклонения и коэффициента вариации эффективного удельного расхода топлива ГТД в составе различных сельскохозяйственных агрегатов.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2017;11(1):72-77
72-77
Некоторые вопросы управления динамикой трактора при электронном управлении переключением передач
Аннотация
В статье рассматривается управление процессом разгона тракторного агрегата с позиций выполнения требований, предъявляемых к динамике трактора: максимального значения ускорения трактора и максимального темпа роста ускорения. Поскольку при электро-гидравлическом управлении переключением передач давление в переключаемых фрикционных муфтах управляется обратной связью, осуществляемой пропорциональными гидравлическими клапанами, процесс изменения давления рассматривается как экспоненциальный. Дано определение постоянной времени этого процесса. Установлено, что одновременное принятие допустимых значений максимального ускорения трактора и максимального темпа роста ускорения (джерк) определяет расчетное значение постоянной времени процесса изменения давления во включаемой фрикционной муфте в период разгона. Определены параметры расчетного процесса разгона и базовые значения давлений в фрикционных муфтах, которые используются при формировании программы изменения давлений в муфтах при переключении передач. С позиций динамики и тепловых потерь в фрикционных муфтах оценено влияние конструктивного различия гидравлических схем подвода давления к муфтам на протекание процесса разгона трактора. Рассмотрены некоторые варианты формирования программы изменения давления, позволяющие при неблагоприятных конструктивных характеристиках подвода давления к муфтам выполнить требования к динамике трактора при переключении передач. Представлены результаты расчетов, выполненных с помощью математической модели динамики трактора в процессе переключения передач, значений динамических параметров и работы трения в фрикционных муфтах при различных характеристиках гидравлических систем подвода давления или при различных программах изменения давления. Проведен анализ результатов расчетов; сделаны выводы и даны рекомендации.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2017;11(1):78-88
78-88