Том 83, № 4 (2016)

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.

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.

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.

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.

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.

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.