Тракторы и сельхозмашины

Обоснование. Использование аммиака (NH₃) в качестве добавки к дизельному топливу представляет значительный интерес для решения экологических и эксплуатационных проблем, таких как сокращение выбросов вредных веществ и повышение эффективности двигателей. Однако влияние аммиака на вибрационные характеристики дизельных двигателей остаётся малоизученным, что требует детального исследования.

Цель работы — анализ влияния аммиака (NH₃) в качестве добавки к дизельному топливу на вибрационные характеристики дизельного двигателя с помощью искусственной нейронной сети (ИНС), разработанной для прогнозирования этих параметров.

Методы. В работе использованы методы моделирования на основе искусственной нейронной сети. Для создания и обучения нейросети применялись фреймворки TensorFlow и Keras. В качестве входных данных использовались параметры двигателя (диаметр цилиндра, частота вращения, степень сжатия и др.) и характеристики топливных смесей с содержанием NH₃ (5%, 10%, 15%). Точность модели оценивалась на основе экспериментальных данных.

Результаты. Разработанная ИНС продемонстрировала высокую точность прогнозирования вибраций, достигая 98,67%. Экспериментальные данные показали, что увеличение концентрации аммиака в топливной смеси приводит к росту вибрационной активности двигателя. Максимальная амплитуда вибрации составила 11,67 м/с² при концентрации NH₃ 15%. Полученные результаты указывают на потенциальные риски ухудшения эксплуатационных характеристик двигателя при использовании аммиака, несмотря на его экологические преимущества.

Заключение. Исследование показало, что добавление аммиака в дизельное топливо приводит к повышению вибрационной активности двигателя, что может негативно сказаться на его надежности и долговечности. Несмотря на высокую точность прогноза нейронной сети, выявленное увеличение вибрации требует дополнительного изучения. Для безопасного применения NH₃ в качестве топливной добавки необходимы дальнейшие исследования, направленные на оптимизацию состава смеси и изучение влияния других факторов, таких как давление и температура.

Введение. При эксплуатации пружин происходит их циклическое нагружение «сжатие-растяжение», в результате которого наступает постепенное снижение упругих свойств и работоспособности, образуются микротрещины, и происходит разрушение пружин. Причем, если это пружины клапанного механизма ДВС, то они подвергаются нагреву, что усиливает процессы потери упругости и разрушения. На практике контроль пружины зачастую сводится к её внешнему осмотру, оценке геометрических параметров и динамическому испытанию. Последнее требует наличия дорогостоящего оборудования и продолжительного времени на само испытание.

Цель исследований — совершенствование метода неразрушающего контроля для определения состояния винтовой цилиндрической пружины посредством нового технического решения на уровне патентоспособности.

Методы. Наличие микротрещин и их рост в ходе циклического нагружения приводит к изменению микроформы поперечного сечения витка пружины, что влияет на электротехнические свойства, в частности, на её электрическое сопротивление. Поэтому оценка работоспособности пружины сводится к определению числа и объёма микротрещин. Измерение микрогеометрии пружины может быть достигнуто при помощи высокочувствительного микроомметра с ценой деления не менее 10^-6 Ом. В рабочих витках пружины, особенно на «внутреннем волокне витков» [12], возникают наибольшие касательные напряжения в процессе её работы. Следовательно, внутреннее волокно рабочих витков пружины более подвержено образованию микротрещин.

Результаты. Для реализации предлагаемого неразрушающего контроля состояния винтовой цилиндрической пружины необходимо устройство, включающее микроомметр-измеритель и силовую конструкцию механического типа для её растяжения и сжатия. Контроль на растяжение и сжатие пружины осуществляется динамометром. Клеммы от микроомметра для измерения сопротивления закрепляются на испытуемых витках пружины. Определение величины сопротивления новой пружины и последующий контроль в процессе эксплуатации позволит выявлять неисправный элемент на более ранней стадии и установить целесообразность восстановления пружины.

Заключение. Предложенное техническое решение упрощает проведение контроля состояния всей пружины без её разрушения, снижает время контроля её состояния в целом, уменьшает энергоёмкость данного процесса.

Обоснование. Динамика сельскохозяйственного производства направлена на прогрессивное повышение уровня механизации и максимизацию эффективности. Понимание взаимосвязи между механизацией и урожайностью сельскохозяйственных культур имеет важное значение для повышения производительности.

Цель работы — оценка временного сходства между урожайностью сельскохозяйственных культур и уровнем механизации (УМ-LOM). Особое внимание уделено влиянию УМ на урожайность сельскохозяйственных культур с течением времени.

Методы. В исследовании использовалась метод наименьших квадратов (МНК) с эффектом взаимодействия для анализа тренда и динамической трансформации временной шкалы (DTW), для анализа сходства паттернов. Для оценки эффективности определения DTW-расстояния между последовательностями использовались описательная статистика — стандартное отклонение, среднее, минимальное и максимальное значения — наряду с показателями ошибок, в частности, абсолютной средней ошибки (MAE) и среднеквадратичной ошибки (RMSE).

Результаты. Анализ МНК выявил почти параллельные наклоны линий тренда (наклоны 0,038 и 0,053 процента). Анализ DTW показал значительное временное выравнивание, с 44,4% идеального совпадения и оценкой сходства 34 (34 оптимальных пути в 28 парах наборов данных). Соответствующие значения метрик оценки производительности — стандартное отклонение, среднее, минимум и максимум были рассчитаны как 7,56x10⁻³, 1,08x10⁻², 1,42x10⁻⁵ и 3,22x10⁻²; значения MAE и RMSE были вычислены как 6,33x10⁻³ и 7,56x10⁻³ соответственно. На основе этих значений были использованы среднее сходство, согласованность, качество трансформации и ошибки для оценки уровня сходства. Наборы данных продемонстрировали высокий уровень сходства и согласованного выравнивания (на основе низких средних DTW-расстояний, стандартного отклонения и ошибок), несмотря на некоторые случаи плохой трансформации.

Заключение. Временное сходство в УМ и урожайности показало, что урожайность зерновых культур значительно зависит от колебаний в УМ. Сельскохозяйственная продуктивность может выиграть от механизации за счёт внедрения современных технологий, улучшения поддерживающих политик и интеграции устойчивых практик.

Обоснование. Независимо от конструктивного совершенства любого автомобиля или трактора он не будет приведен в работоспособное состояние, если его силовую установку (в основном, мощный дизельный двигатель) не вывести из состояния покоя, т.е. прокрутить коленчатый вал с частотой не ниже минимальной пусковой, преодолевая момент сопротивления прокручиванию. Для этой цели применяют различные системы пуска и в основном электростартерного типа. Обеспечивая рабочий процесс системы электростартерного пуска (СЭСП) автотракторных двигателей, параметры и характеристики аккумуляторной батареи, стартерной цепи и стартера связаны между собой определёнными законами и нормами. Данная статья посвящена исследованию основного структурного параметра — внутреннего сопротивления компонентов СЭСП, от которого зависит выбор номинальных параметров аккумуляторной батареи и стартера.

Целью работы является проведение анализа параметров и характеристик аккумуляторной батареи и стартера в режиме низкотемпературного пуска двигателя, оказывающих существенное влияние на их внутренние сопротивления, от соотношения которых зависят массогабаритные параметры и экономические показатели основных компонентов системы электростартерного пуска.

Материалы и методы. Данное исследование является неотъемлемой частью общей методологии проектирования систем электростартерного пуска автотракторных двигателей внутреннего сгорания, основанной на синтезе фундаментальных законов электромагнитной индукции, второго Кирхгофа и теории подобия с использованием системы относительных единиц.

Результаты. Учитывая, что при производстве аккумуляторных батарей и стартеров используются дорогостоящие стратегические материалы — свинец и медь, запасы которых в мире весьма ограничены, правильный выбор их параметров при проектировании позволит минимизировать массогабаритные показатели и стоимость компонентов СЭСП. Для решения этой задачи в статье предложено использовать графический метод определения доли сопротивлений АБ и стартера в СЭСП с помощью треугольной системы Гиббса, что значительно проще и нагляднее вычислительной работы

Заключение. Проблема расчётного определения основных параметров системы электростартерного пуска автотракторных двигателей в мировой практике автотракторного машиностроения до сих пор является нерешённой из-за отсутствия математического аппарата пересчёта параметров стартера в рабочей точке на номинальные условия. В данной статье приведен алгоритм её решения в части определения основных структурных параметров — сопротивлений аккумуляторной батареи и стартера при их совместной работе в этой системе с целью минимизации расхода свинца и меди при их производстве.

Обоснование. Для сохранения физических свойств почв производители сельскохозяйственных машин используют средства уменьшения давления опорных элементов шасси на грунт. Одно из них — снижение жесткости шин. Нормальная (радиальная) жёсткость шины определяет её способность к деформированию и геометрические параметры пятна контакта, определяющие давление на почву. Значения величины нормальной жесткости шины при проектном моделировании движения тракторов и сельскохозяйственных машин рассчитывают по известным универсальным экспериментальным зависимостям, не являющимся специализированными для тракторов и сельскохозяйственных машин.

Цель работы — разработка методики расчёта нормальной жесткости шин для тракторов и сельскохозяйственных машин на основе радиуса качения в ведомом режиме колеса.

Материалы и методы. Для тракторов и сельскохозяйственных машин расчёты нормальной жесткости шин заданного свободного радиуса при нормируемом давлении в шине и вертикальной нагрузке производились по новой предложенной методике через радиус качения в ведомом режиме колеса. Использовались программные продукты: Excel, MatLab, Curve Expert Professional.

Результаты. Разработана методика расчёта нормальной (радиальной) жёсткости сельскохозяйственной шины заданного свободного радиуса при заданной нагрузке и внутреннем давлении, основанная на использовании радиуса качения в ведомом режиме колеса. По полученной методике рассчитаны жесткости 93 шин для тракторов и сельскохозяйственных машин. Максимальная погрешность расчёта жёсткости сельскохозяйственных шин по предложенной методике составила для радиальных и диагональных шин 20%, а средняя погрешность составила: для радиальных шин — 6%, а для диагональных шин — 10%.

Заключение. Разработана и реализована методика расчёта нормальной жесткости сельскохозяйственных шин через радиус качения в ведомом режиме колеса. Методика может быть использована при проектном моделировании движения трактора или сельскохозяйственной машины.

Обоснование. Современные строительные и сельскохозяйственные машины имеют в своём составе гидравлическую систему, которая обеспечивает управление рабочим оборудованием. Надёжность и высокий ресурс работоспособности гидросистемы определяет и надёжность всей машины в целом. Значительное количество причин выхода из строя гидросистем является загрязнение рабочей жидкости продуктами износа внутренних поверхностей гидромашин, внешние загрязнители, изменение свойств рабочей жидкости. Используемые в настоящее время фильтры не всегда могут произвести очистку рабочей жидкости вовремя эксплуатации машины. Степень очистки рабочей жидкости зависит не только от тонкости фильтрации, а также и от особенностей циркуляции рабочей жидкости. В настоящее время уделяется не достаточное внимание вопросам проектирования гидросистем, в частности, взаимному расположению отдельных элементов гидросистем.

Цель работы — повышение надежности гидропривода строительных и сельскохозяйственных машин за счет оценки и предотвращения возможности формирования не полной циркуляции рабочей жидкости.

Методы. Объектом исследования выступает гидросистема, в которой установлен гидроцилиндр. Для оценки циркуляции рабочей жидкости по гидролиниям гидросистемы при работе гидроцилиндра использовали гидроцилиндр с диаметром поршня 100 мм, рукава высокого давления с внутренним диаметром 8 мм и длиной от 0,7 м до 8 м. В гидросистему для очистки рабочей жидкости был предусмотрен фильтр, который был установлен на сливной магистрали. Оценка была произведена расчетным методом.

Результаты. Установлено, что на качество очистки рабочей жидкости гидросистем при использовании в них гидроцилиндров влияет соотношение объемов в поршневой и штоковой полости к объёмам в гидролиниях, которые подходят к данным полостям от распределителя. Для проверки возможности полной очистки рабочей жидкости использовался коэффициент удаленности. Предложено несколько технических решений позволяющих исключить формирования зон, в которых не происходит полная циркуляция рабочей жидкости

Заключение. Надёжность гидросистем строительных и сельскохозяйственных машин можно повысить за счет улучшения циркуляции рабочей жидкости. Для этого необходимо при проектировании гидравлических систем заранее учитывать особенности циркуляции рабочей жидкости от гидродвигателей до распределителей.

Обоснование. Природное растительное масло давно рассматривается в качестве альтернативного вида биодобавок в дизельное топливо. В настоящее время проведено мало исследований по надёжности ремкомплектов фильтров тонкой очистки топлива (ФТОТ) при соприкосновении с природными растительными маслами. Статья посвящена исследованию надёжности ремкомплектов (резинотехнических изделий) ФТОТ дизельного двигателя, которые были выдержанны 6 месяцев в товарном дизельном топливе, рапсовом и соевом масле.

Цель работы — определить долговечность и сохраняемость ремкомплекта фильтра тонкой очистка дизельного двигателя ЯМЗ 236, 238, 240 которые были выдержанны 6 месяцев в товарном дизельном топливе, рапсовом и соевом масле.

Материалы и методы. Рассмотрено применение ремкомплекта ФТОТ дизельного двигателя в товарном дизельном топливе, рапсовом и соевом масле. Обоснована необходимость проведения исследований на долговечность и сохраняемость ремкомплектов в маслах растительного происхождения. Изучены полученные результаты исследований, определены упругопрочностные свойства ремкомплекта фильтра тонкой очистка топливной системы дизельного двигателя ЯМЗ 236, 238, 240, выдержанных в течении 6 месяцев в маслах растительного происхождения (рапсовое, соевое масло), в дизельном топливе с полученными результатами нового образца. Авторами были проведены исследования с использованием испытательной универсальной машины РКМ 20.2, свидетельство о поверке № С-ДЮП/29-09-2023/283528415 от 29.09.2023 г. Испытания проводили в АО «НОВЫЙ РЕГИСТР», испытательный центр Московская область, г. Электросталь.

Результаты. Исследования долговечности и сохраняемости ремкомплекта (резинотехнические изделия) ФТО топлива дизельных двигателей ЯМЗ 236, 238, 240, показали, что товарное дизельное топливо влияет на ремкомплект в течении шести месяцев и разрушает его, это связано с содержанием в товарном дизельном топливе присадок, которые приводят к окислению ремкомплекта и к уменьшению ресурса ремкомплектов [9, 10].

Заключение. По результатам исследования это объясняется тем, что в товарном дизельном топливе присутствуют присадки, что приводит к сопутствующему процессу окисления ремкомплекта ФТОТ в товарном дизельном топливе и ведет к уменьшению ресурса ремкомплектов.

Обоснование. Одним из обязательных условий для реализации технологий mini-till и no-till является накопление мульчирующего слоя. Высокую эффективность при мульчировании почвы показывают цепные бороны. Однако, используемые на них рабочие органы не в полной мере способны обеспечить достаточную глубину обработки, а также измельчение и перемешивание с почвой растительных остатков. Принимая во внимание высокую перспективность технологий mini-till и no-till, исследования, направленные на совершенствование машин для мульчирования почвы и, в частности, цепных борон, актуальны.

Цель работы — разработка широкозахватной цепной бороны и рабочего органа, обеспечивающего интенсификацию процессов мульчирования почвы, а также теоретическая и экспериментальная оценка величины тягового сопротивления орудия.

Материалы и методы. На основании методов земледельческой механики проведены исследования величины тягового сопротивления бороны с усовершенствованным цепным рабочим органом. Проведён лабораторно-полевой эксперимент по оценке величины тягового сопротивления широкозахватной цепной бороны.

Результаты. На основании анализа недостатков стандартного рабочего органа цепной бороны В.И. Двуреченского, предложено переместить рыхлительный зуб на крепёжную пластину, расположенную в центре звена. Данное техническое решение призвано обеспечить лучшее заглубление зубьев в почву, а также повысить интенсивность измельчения растительных остатков. Теоретически и экспериментально установлено, что величина тягового сопротивления усовершенствованного цепного рабочего органа, зависит от веса и основных конструкционных параметров рыхлительных зубьев: длины, угла заострения зуба и диаметра поперечного сечения. Проведенные лабораторно-полевые эксперименты позволили установить, что при изменении рабочей скорости агрегата от 15 до 21 км/ч, величина тягового сопротивления возрастает с 26,2 до 32,3 кН соответственно, при буксовании движителей трактора не более 3,0%. Исходя из анализа полученных величин тягового сопротивления и агротехнических показателей работы определена рациональная скорость движения агрегата, которая должна составлять 18 км/ч.

Практическая ценность исследований. Экспериментально определена величина тягового сопротивления цепной бороны с усовершенствованным рабочим органом, что позволяет рекомендовать трактор рационального тягового класса. Выявлен рациональный технологический режим.