Том 91, № 5 (2024)

Обоснование. В 2024 году исполняется сто лет со дня начала серийного производства трактора «Фордзон-Путиловец» на заводе «Красный Путиловец» в Ленинграде. Это событие знаменует образование тракторной отрасли в отечественном машиностроении. Отражение исторических фактов появления новых серийных моделей тракторов являются важными событиями в истории науки и техники.

Целью работы является отражение и анализ исторического развития конструкции трактора на Петербургском тракторном заводе со дня выпуска первого серийного трактора в СССР в 1924 году по сегодняшний день.

Материалы и методы. Исследования проводились в соответствии с принципами историзма, научной объективности и достоверности. Обработка статистических данных и представление их в виде графиков и диаграмм выполнялись посредством программы «Microsoft Excel».

Результаты. 1 октября 1924 г. в цехах завода «Красный Путиловец» (до 1922 г. — Путиловский завод) началась серийная сборка колёсных тракторов «Фордзон-Путиловец». В 1934 году было налажено серийное производство пропашных тракторов «Универсал». В конце 1930-х гг. были созданы гусеничные пропашные тракторы К-8, К-9, К-10. В 1945 г. Кировский завод, располагавшийся во время войны в Челябинске на площадях ЧТЗ, создал и освоил серийное производство первого в нашей стране промышленного гусеничного трактора «Сталинец-80». В 1947 г. Кировский завод стал выпускать трелёвочные тракторы КТ-12, которым не было аналогов в мировом тракторостроении. В 1964 г. завод приступил к производству трактора «Кировец» со всеми ведущими колёсами и шарнирно-сочленённой рамой мощностью 200 л.с. За прошедшие шестьдесят лет (1964–2024 гг.) было разработано и поставлено на производство 52 модели сельскохозяйственных тракторов марки «Кировец». Анализ энергонасыщенности этих тракторов показывает увеличение этого показателя в 1,5 раза с 12,3 до 18,6 Вт/кг. Начиная с 2000 года «Кировцы» стали развиваться в рамках «тягово-энергетической» концепции, когда для реализации их потенциальных тяговых возможностей применяются балластные грузы, сдваивание колёс, широкопрофильные шины, резинотросовые гусеницы и т.п. С 1964 по 2024 г. удельный расход топлива снизился в 1,2 раза (с 258 до 214 г/кВт·ч), что говорит о совершенствовании дизельных двигателей. Новые «Кировцы» К525Т (250 л.с.) и К-530Т (300 л.с.) 2024 года выпуска впитали в себя все достижения отечественного тракторостроения. К-525Т оснащается новой коробкой передач, обеспечивающей скорость до 50 км/ч. Современный трактор марки «Кировец» производства ПТЗ является отражением современного научно-технического прогресса, эффективно выполняет технологические операции в сельскохозяйственном производстве и обеспечивает комфортные условия работы тракториста.

Заключение. Обзор выпуска тракторной продукции за сто лет на Петербургском тракторном заводе (АО «ПТЗ») выявил её номенклатуру и позволил установить некоторые закономерности исторического развития отдельных параметров техники. Проведённые исследования показывают, что совершенствование конструкции тракторов марки «Кировец» идёт в соответствии с научно-техническим прогрессом, повышаются их функциональные возможности, растёт энергонасыщенность, снижается удельный расход топлива, постепенно возрастают скорости. Число модельного ряда тракторной продукции также увеличивается и стремится максимально соответствовать запросам потребителей.

Обоснование. Современное стремительное развитие беспилотной авиации в настоящее время в большей степени простимулировано потребностями оборонно-промышленного комплекса. Новый научный и технический виток исследований, обосновывает необходимость проведения системного анализа и пересмотра, существующих положений относительно использования агрохимикатов в сельском хозяйстве с применением беспилотных летательных аппаратов.

Цель работы — проведение анализа существующего положения о применении беспилотных летательных аппаратов в сельском хозяйстве для использования агрохимикатов и выявления проблемных вопросов, ограничивающих развитие направления в целом.

Материалы и методы. В качестве материала использовались публикации научных статей и обзоров, освещающие исследуемую тематику и представленные в научных электронных библиотеках, а также законодательные акты опубликованные на сайтах Министерства сельского хозяйства РФ; Федерального агентства воздушного транспорта; Министерства природных ресурсов и экологии РФ; Министерства транспорта РФ; Роспотребнадзора РФ; Правительства РФ. Работа выполнена с применением общепринятых методов обработки научной информации: цитирования, группировки, редактирования, агрегирования, преобразования в новую форму.

Результаты. В работе проведён анализ результатов существующих научно-исследовательских работ, технические возможности моделей авиапарка беспилотных летательных аппаратов и требования законодательных актов, регламентирующих порядок эксплуатации беспилотных воздушных судов при применении агрохимикатов.

Заключение. Несовершенство существующей законодательной базы, новые технические возможности беспилотных летательных аппаратов, современные достижения в области химизации сельского хозяйства, требуют пересмотра существующих, разработки и обоснования новых подходов к эксплуатации беспилотных летательных аппаратов в сельском хозяйстве при применении агрохимикатов.

Обоснование. Одноковшовый гидравлический экскаватор активно применяется в горнодобывающей промышленности, строительстве, коммунальном хозяйстве и других отраслях экономики. Производительность данных машин зависит от ряда факторов, основным из которых является объём ковша.

Из-за невозможности преодоления сил сопротивления копанию на экскаватор определённой категории невозможна установка ковша большего объёма.

Цель работы — разработка конструкции ковша экскаватора, формы и механики движения которого сокращают сопротивление копанию, что позволит устанавливать ковши большего объёма.

Материалы и методы. Построена модель ковша в программе Компас-3D, а для прочностного расчёта использовалось приложение APM FEM Компас-3D.

Результаты. Рассмотрены эскизы предлагаемых ковшей объёмом 0,25 м³. Проведён поиск оптимальных параметров деталей ковша для возможности его установки на серийный экскаватор и реализации им процесса копания. Приведено обоснование параметров деталей ковша. Для проверки работоспособности проведён прочностной расчёт спроектированной конструкции ковша. Это позволит повысить производительность экскаватора и расширить его функциональность.

Заключение. В результате исследования предложены изменения в конструкции серийного ковша, которые позволят устанавливать на экскаватор ковши увеличенного объёма без потери прочности и надёжности конструкции. Расчёт на прочность показал запас прочности конструкции 3,3, что говорит о работоспособности спроектированной конструкции предлагаемого ковша.

Обоснование. Трапецеидальный рычажный механизм, применяемый в рулевом приводе поворота управляемых колёс для изменения направления движения колёсной машины, не в полной мере удовлетворяет условиям соблюдения чистого качения колёс и соответствия кинематики правильного поворота, что особенно проявляется при регулировке колеи.

Цель работы — оценка степени несоответствия фактической кинематики поворота и кинематики правильного поворота при изменении колеи трактора.

Материалы и методы. В работе использовались аналитические методы, позволившие получить некоторые расчётные зависимости, выполнить численный анализ криволинейного движения трактора с изменяемой колеей для разных параметров рулевой трапеции, и на этой основе установить закономерности между геометрическими характеристиками рулевой трапеции и кинематическими параметрами поворота.

Результаты. Рациональные геометрические характеристики рулевой трапеции, позволяющие получить наиболее близкие к требуемым кинематические параметры поворота, устанавливаются для чаще всего используемой величины ширины шкворневой колеи. Для трактора Беларус-80.1 она соответствует 1,02 м. При этом, например, при угле поворота внутреннего управляемого колеса 25° минимальный радиус поворота, реализуемого рулевой трапецией на 0,6521 м (10,44%), а при 40° на 0,2829 м (9,27%) отличается от аналогичных величин, полученных из условия чистого качения. При изменении ширины колеи машины происходит нарушение исходных геометрических характеристик трапеции и соответствующее рассогласование кинематических параметров поворота, осуществляемого рулевой трапеции и правильного поворот, увеличивается. Сравнение минимальных радиусов поворота при угле 25° и шкворневой колее 1,42 м показало его увеличение на 3,2340 м (35,83%), а при 40° — на 0,8956 м (20,21%).

Заключение. Для обеспечения правильного поворота необходимо проведение тщательного теоретического анализа рычажного механизма рулевой трапеции и совершенствование на этой основе ее конструкции.

Введение. Важной особенностью льна-долгунца является существенная разница в сроках формирования волокна и созревания семян. Поэтому для получения наибольшего эффекта от обоих видов продукции необходим разрыв во времени между тереблением растений и отделением от них семян. Реализовать указанное требование позволяет применение технологии двухфазной уборки льна, в которой вторая фаза является наиболее зависимой от погодных условий и отвечает за подбор подсушенных растений и отделение от них семян. В российских условиях эта операция наиболее эффективно выполняется подборщиками-очёсывателями с гребневыми очёсывающими аппаратами, которые надежно работают на льне любой спелости и влажности. Однако качество работы таких аппаратов заметно снижается при случайных отклонениях подборщика в сторону комлевой или вершинной частей ленты растений. Для исправления ошибок копирования подбираемой ленты перед подачей её в очёсывающий аппарат целесообразно применять ориентирующее устройство, выполненное в виде наклонного стола с конвейерами, обеспечивающее смещение растений в направлении наклона стола под неуправляемым и кратковременным воздействием силы тяжести. Поэтому указанный процесс нуждается в дальнейшем исследовании.

Цель работы — обоснование параметров ориентирующего устройства для исправления ошибок горизонтального копирования ленты льна подбирающим аппаратом льноуборочной машины.

Материалы и методы. Исследование процесса смещения растений в ориентирующем устройстве выполнены в стационарных условиях с применением экспериментальной лабораторной установки. При этом определялась величина смещения ленты льна под действием силы тяжести стеблей по наклонному столу ориентирующего устройства в зависимости от угла наклона стола, скорости его конвейеров и влажности растительной массы.

Результаты. Результаты проведенных исследований адекватно констатируют способность ориентирующего устройства эффективно исправлять последствия случайных отклонений подборщика от ленты растений перед подачей её в очёсывающий аппарат. Обозначенный эффект будет обеспечен при длине наклонного стола 1 м, скорости конвейеров 2 м/с и наклоне стола 60°. Незначительное влияние влажности растений на работу ориентирующего устройства в комбинации с гребневым очёсывающим аппаратом в конструкции подборщика-очёсывателя позволит снизить зависимость двухфазной уборки льна-долгунца от погодных условий.

Заключение. Полученные результаты наглядно показывают целесообразность применения ориентирующего устройства для исправления ошибок горизонтального копирования ленты льна подбирающим аппаратом льноуборочной машины. Результаты исследований были использованы при создании опытных образцов подборщика-очёсывателя лент льна ПОЛ-1,5К, который проходил проверку в производственных условиях на полях льносеющих хозяйств.

Обоснование. В настоящее время для сельскохозяйственной и дорожно-строительной техники широкое распространение получили кабины с интегрированными силовыми элементами, защищающими оператора при опрокидывании. Одним из способов существенного снижения массы защитного силового каркаса кабин является применение алюминиевых сплавов, однако, при этом возникают проблемы с механическими свойствами алюминия в зоне сварного соединения. Появившиеся в последнее время технологии трёхмерной печати алюминиевых сплавов позволяют получать конструкции сложной формы, обладающие большой пластичностью и ударной вязкостью. Тем не менее, применение таких материалов при конструировании каркасов кабин требует дополнительных исследований на соответствие требованиям пассивной безопасности ГОСТ ISO 3471-2015.

Цель — исследовать напряженно-деформированное состояние состояния образцов алюминиевых сплавов и их сварного соединения и оценить их соответствие требованиям пассивной безопасности ГОСТ ISO 3471-2015.

Методы. В работе использован экспериментально-расчётный метод исследования. При проведении эксперимента используются разрывная машина и маятниковый копер.

Результаты. Получены механические характеристики образцов из алюминия, изготовленных аддитивным методом, а также их сварных соединений и установлена их степень соответствия требованиям пассивной безопасности кабин по ГОСТ ISO 3471-2015.

Заключение. На основании проведённого исследования сделан положительный вывод о возможности использования алюминия и его сварных соединений в защитных конструкциях кабин сельскохозяйственной и дорожно-строительной техники.

Обоснование. Создание конкурентоспособных деталей машин, способных воспринимать нормативные и увеличенные эксплуатационные нагрузки, является актуальной задачей машиностроения. Развивающиеся технологии аддитивного синтеза совместно с упрочняющими технологиями позволяют создавать такие изделия, отличающиеся высокой несущей способностью. Однако для повышения эффективности данных технологий необходимо создание теоретических моделей исследуемых процессов. В статье приведены результаты первого этапа создания комплексных теоретических моделей комбинированного процесса 3DMP и волнового деформационного упрочнения (ВДУ), необходимых при проектировании технологических процессов изготовления деталей двигателей и тормозных систем автомобильной техники.

Цель работы — создание и оценка адекватности моделей материалов, применяемых при конечно-элементном моделировании процессов аддитивного синтеза с последующим упрочнением.

Методы. Создание теоретических моделей материала осуществлялось в программном комплексе ANSYS, позволяющем проводить мультидисциплинарные расчёты. Необходимые для подготовки моделей экспериментальные данные получены при испытаниях образцов на растяжение, изготовленных по стандартизованным методикам. Исследования твердости материалов проведены на автоматическом твердомере KB 30S. Оценка адекватности моделирования аддитивного синтеза проводилась по распределению температурных полей. Оценка адекватности моделей материала для процесса ВДУ осуществлялась по размерам единичных пластических отпечатков и эпюрам распределения глубины и степени упрочнения в поверхностном слое.

Результаты. Разработаны теоретические модели следующих материалов: сталь 45, нержавеющая сталь 12Х18Н10Т, бронзовый сплав БрАЖ 9-4, титановый сплав ВТ 1-0, алюминиевый сплав В-95. Теоретические данные, полученные по результатам моделирования, имеют высокий уровень значимости. Исследования проведены для различных режимов теплового (в диапазоне от +20°С до +800°С) и деформационного воздействия. Графические результаты теоретических и экспериментальных исследований позволяют получить качественную оценку изучаемых процессов с требуемой точностью.

Заключение. В результате оценки адекватности разработанных моделей установлено, что расхождение эмпирических и теоретических данных не превышает 7,4%. Полученные модели материалов являются статистически значимыми и могут корректно применяться в дальнейших исследованиях.

Обоснование. Безопасность движения транспортно-технологических машин, особенно в условиях бездорожья, в значительной степени зависит от упругодемпфирующих свойств подвески, которые непосредственно влияют на плавность хода и статическую поперечную устойчивость машины на косогоре, обеспечивают возможность длительного движения по неровным дорогам в интервале эксплуатационных скоростей без превышения установленных норм виброускорений, вызывающих неприятные ощущения и быструю утомляемость у водителя, безотрывного движения колеса от дороги, а также «непробоя» подвески. Поэтому для подвески необходимо обеспечить требуемые упругодемпфирующие характеристики путем применения в конструкции пневмогидравлического амортизатора и провести оценку его влияния на безопасность движения в условиях бездорожья.

Цель работы — разработка метода оценки влияния плавности хода транспортно-технологических машин на главные показатели безопасности движения в условиях бездорожья при разработке новых технических решений, направленных на повышение плавности хода.

Методы. Моделирование колебательных процессов масс машины, соединённых между собой упругодемпфирующими связями при неустановившихся и установившихся колебаниях, моделирование влияние жёсткости упругого элемента подвески на статическую поперечную устойчивость машины на косогоре, выполненных в программной среде Mathcad.

Результаты. В результате математического моделирования колебательных процессов масс машины было установлено, что применение предлагаемого амортизатора позволяет в случае проезда единичной неровности высотой 0,08 м при скорости движения машины в 30 км/ч снизить перемещения кузова с 0,070 м до 0,056 м и его ускорения с 3,50 м/с² до 1,35 м/с², тем самым достигается полное гашение колебательного процесса масс уже в четвертом периоде, а в случае движения по синусоидальной неровности колебательный процесс в значительной степени стабилизируется, колесо копирует профиль неровности, в результате чего перемещение кузова снижается с 0,045 м до 0,030 м, а ускорение кузова после переходного процесса снижается с 2,2 м/с² до 0,8 м/с². Анализ оценки влияния плавности хода на статическую поперечную устойчивость машины показал, что в результате учета упругодемпфирующих характеристик амортизатора и самих пневмошин позволяет повысить угол статической устойчивости по боковому опрокидыванию с 38 до 43 при максимально допустимом угле крена кузова в 8,4.

Заключение. Знание методик оценки влияния плавности хода транспортно-технологических машин на главные показатели безопасности движения в условиях бездорожья позволяют провести анализ эффективности применения предлагаемых технических решений, направленных на повышение плавности хода машины в условиях бездорожья.

Обоснование. Важнейшим условием получения продукции животноводства является высококачественная кормовая база. Полная сбалансированность рационов по элементам питания (например, по протеину), гарантирует высокую продуктивность животных и низкие затраты на их производство свыше 75%, что обеспечивает экономическую целесообразность производства комбикормов для сельхозпредприятий. Для их приготовления в фермерских хозяйствах используют комбикормовые заводы типа Р1-БКЗ-5 (Мельинвест). Указанное обстоятельство требует надёжных, простых в эксплуатации и недорогие агрегатов, которые позволяют производить концентрированные смеси из местного сырья. Таким образом, разработка комбикормового агрегата, который позволил бы получать готовый продукт высокого качества при низких удельных затратах и металлоёмкости, является актуальной задачей.

Цель работы — оценка использования технологической линии приготовления концентрированного корма, например, жмыха из семян подсолнечника.

Материалы и методы. Экономическую эффективность разработанных линий для приготовления жмыха по патентам РФ №№ 2646092, 2690882, 2685123, 2694673, 2693741, 2693437, 2694573, 2694722 сравним с комбикормовым агрегатом Р1-БКЗ-5. Методика расчёта приведена в рекомендациях.

Результаты. Для проведения расчёта, предложенных технологических линий для приготовления жмыха, была составлена программа Excel. Приведены исходные данные и результаты расчёта.

Заключение. Предложенные технологические линии для приготовления жмыха подсолнечного являются прибыльными и экономически выгодными по сравнению с серийным агрегатом Р1-БКЗ-5 при использовании мультимедийного устройства и без за счёт снижения прямых эксплуатационных затрат на 24%, а также годовая экономия совокупных затрат составила 91% и срок окупаемости дополнительных капитальных вложений изменяется от 4,59 до 5,27 лет. Разработанные линии включают современные технические средства и оборудование, которые позволяют оценить и повысить качество комбикорма в реальном времени, а также упростить конструкцию, снизить энергоёмкость процесса.

Введение. Интенсификация сельскохозяйственной отрасли требует повышения эффективности всех протекающих в этой сфере процессов. В условиях интенсификации возрастает взаимосвязь и взаимообусловленность всех факторов сельскохозяйственного производства, среди которых особое значение имеет человеческий фактор. В статье рассмотрены вопросы применения процессного подхода, экспертной системы, а также нейро-нечёткой модели для решения задачи снижения влияния человеческого фактора для повышения эффективности эксплуатации машин сельскохозяйственного назначения.

Цель работы — снижение влияния человеческого фактора для повышения эффективности эксплуатации машин сельскохозяйственного назначения.

Методы. В работе был применен процессный подход в рамках методологии всеобщего управления качеством, экспертная система, основанная на искусственном интеллекте, включающая методы инженерной психологии и нечеткой логики.

Результаты. В результате исследований установлено, что более 50% дорожно-транспортных происшествий (ДТП) прямо или косвенно приходится на человеческий фактор, при этом более 60 % ДТП приходится на водителей, которые обладают высоким уровнем агрессивного и рискового поведения, при этом доля таких водителей составляет около 30% от общего числа. Разработана комплексная процессная модель, программные средства для оценки составляющих риска, связанного с человеческим фактором, а также экспертная система оценки рисков на качественном уровне. Разработанная модель экспертной системы позволяет оценивать риски с погрешностью, не превышающей 15% (по отношению к оценке, проводимой группой экспертов).

Заключение. Новизна полученных результатов обусловлена комплексным учетом технических и людских аспектов обеспечения эффективности эксплуатации машин сельскохозяйственного назначения, а также применением современного аппарата, основанного на искусственном интеллекте, что позволяет перестраивать модель под конкретные нужды.