Том 89, № 3 (2022)

Обоснование. Важнейшей задачей, обеспечивающей становление механизированного сельского хозяйства в 1920–30-е годы прошлого столетия, было создание отечественного тракторостроения. Основополагающую роль в его развитии сыграл Сталинградский (Волгоградский) тракторный завод, который многие годы являлся флагманом этой важнейшей отрасли.

Цель работы. Обоснование актуальности создания отрасли тракторостроения в процессе индустриализации страны. Анализ преимуществ гусеничных тракторов по сравнению с колесными, обоснование необходимости их массового производства, определение тенденций развития технико-эксплуатационных характеристик гусеничных тракторов общего назначения.

Материалы и методы. Анализ параметров эволюции конструкций гусеничных тракторов, выпускаемых Сталинградским (Волгоградским) заводом за все годы его работы, анализ технических характеристик десяти самых высокопроизводительных гусеничных тракторов, выпущенных в разные годы этим предприятием.

Результаты. Установлено, что на основе колесных тракторов были созданы первые гусеничные модели, которые наилучшим образом соответствовали требованиям их эксплуатации в почвенно-климатических условиях нашей страны, а также удовлетворяли потребность использования таких машин в военных целях. Обоснована важность использования показателя энергонасыщенности как главного фактора, определяющего работу трактора на повышенных скоростях; представлен график изменения этого показателя по годам выпуска и отмечены тенденции его дальнейшего роста.

Заключение. Энергонасыщенность гусеничных тракторов, выпускаемых заводом на протяжении 55 лет, возросла в 1,85 раз, с 7,5 до 13,91 кВт. Опыт волгоградских тракторостроителей должен быть проанализирован и использован с целью выявления закономерностей, тенденций и современных направлений развития тракторной техники.

Введение. Согласно Решению Совета Евразийской экономической комиссии (ЕЭК) от 29.10.2021 № 127 [1] в Технический регламент Таможенного союза «О безопасности сельскохозяйственных и лесохозяйственных тракторов и прицепов к ним» (ТР ТС 031/2012) [2] внесены существенные изменения, касающиеся требований к экологическому уровню двигателей, работающих как на дизельном топливе, так и на газовом.

Цель исследования. Анализ современных требований к экологическому уровню сельскохозяйственных тракторов в Таможенном союзе.

Метод исследования. Аналитический.

Результаты и их применение. Изменения касаются, во-первых, уточнения требований к эмиссии вредных веществ с отработавшими газами дизельных двигателей, устанавливаемых на указанные трактора, во-вторых, введения (впервые) требований к выбросам вредных веществ к двутопливным двигателям (т.е. работающим по газодизельному процессу), и в–третьих, уточнения аналогичных требований к двигателям с искровым зажиганием, работающих на газовом топливе. Под газовым топливом понимается компримированный природный газ и сжиженный нефтяной газ. Экологические требования к дизельным двигателям на период до 01.09.2022. соответствуют европейскому уровню Stage IIA, а после указанного срока – уровню Stage IIIA. В отношении двутопливных и газовых двигателей: до 01.09.2022. требования к выбросам вредных веществ – согласно указанным в технической документации, а после указанного срока – согласно указанным в ТР ТС 031/2012.

Заключение. Уточнение в Техническом регламенте таможенного союза 031/2012 нормативных требований к эмиссии вредных веществ с отработавшими газами сельскохозяйственных тракторов (согласно Решению Совета Евразийской экономической комиссии от 29.10.2021.) устраняет неоднозначность понимания этих требований по сравнению с действующей редакцией ТР ТС 031/2012.

Замена традиционного топлива на газовое топливо теоретически обеспечивает снижение эмиссии вредных веществ с отработавшими газами двигателей.

Замена дизельного топлива на природный газ (метан) позволяет, теоретически, снизить на 15% эмиссию диоксида углерода, который считают одним из газов, ответственных за создание парникового эффекта. Снижение эмиссии диоксида углерода может повысить конкурентоспособность сельскохозяйственной продукции при ее экспорте за рубеж в связи с возможным введением в перспективе трансграничного углеродного налога.

С целью обеспечения развития российской экономики в условиях санкций целесообразно отменить введение в действие с 01.09.2022 экологических норм уровня Stage 3A для сельскохозяйственных тракторов, что прописано в ТР ТС 031/2012.

Обоснование. Системы управления двигателями и автомобилями должны иметь средства объективного контроля в виде самодиагностики. В особенности это актуально для новых конструкций и технологий управления бензиновым двигателем внутреннего сгорания, таких как отключение цилиндров на режиме частичной нагрузки. В работе дана оценка возможности самодиагностики отключения цилиндров в автомобильном бесшатунном двигателе с кривошипно-кулисным механизмом с помощью искусственных нейронных сетей.

Целью являлось определение возможности создания искусственной нейронной сети, распознающей по характеру изменения сигналов с датчиков, установленных на опорах двигателя: какие цилиндры в данный момент находятся в работе, а какие отключены независимо от частоты вращения коленчатого вала.

Методы. В исследовании рассматривались искусственные нейронные сети топологии LSTM и BiLSTM. Для получения сигналов датчиков использовалась имитационная модель двигателя, выполненная в Simulink. Проведенные численные эксперименты позволили получить данные, имитирующие показания датчиков, и обучить искусственные нейронные сети для определения номеров и количества отключенных цилиндров. Численные эксперименты проводились на основе полнофакторного планирования. Для обучения и тестирования искусственных нейронных сетей использовались различные планы, что позволило тестировать сеть на данных, существенно отличающихся от данных обучения. Тестирование проходило на большом количестве случайных последовательностей режимов отключения цилиндров.

Результаты. Полученные результаты показывают высокую степень распознавания номеров отключенных цилиндров уже за несколько десятков градусов поворота коленчатого вала при переходе на соответствующий режим. Для сети LSTM точность определения режима составила выше 99% как в режиме передачи последовательности данных, так и в потоковом режиме. Топология BiLSTM показала точность при определении режима в виде последовательности выше 99,9%, но при потоковой передаче данных она существенно снижалась.

Заключение. Применение рассмотренных типов сетей перспективно в системах управления двигателей и автомобилей.

Введение. В условиях ужесточения требований по выбросам СО₂, а также высокого уровня конкуренции на рынке коммерческих грузовых автомобилей для двигателей внутреннего сгорания (ДВС) становятся приоритетными следующие направления развития: высокая эффективность и топливная экономичность, минимизация внутренних потерь и оптимизация рабочего процесса на всех режимах работы. Эффективные показатели имеющихся на мировом рынке современных дизельных двигателей в классе 12–13 литров таковы минимальный удельный расход топлива 179–182 г/кВт·ч, эффективный КПД 46–48%. Достичь данных показателей удалось в том числе за счет снижения механических потерь. Актуальной задачей при выборе стратегии снижения механических потерь является формирование баланса с распределением потерь по основным группам компонентов ДВС. Кроме этого, учитывая зависимость механических потерь от рабочих оборотов двигателя, параметров рабочего процесса и конструктивных особенностей двигателя, важно определить характер их изменения.

Цель работы – экспериментальным путем оценить механические потери современного дизельного двигателя с высоким эффективным КПД, сформировать баланс механических потерь.

Материалы и методы. Объектом исследования является рядный шестицилиндровый дизель 6ЧН 13/15 рабочим объемом 11,95 литров. Оценка механических потерь проводилась на двигателе, прокручиваемом динамометрической машиной на испытательном стенде при полностью стабилизированных условиях, методом последовательного демонтажа основных групп компонентов.

Результаты. Получены актуальные данные по уровню механических потерь современного дизельного двигателя с распределением по основным группам компонентов. Сформированы зависимости механических потерь от частоты вращения, от температур масла и охлаждающей жидкости.

Заключение. Практическая ценность исследования заключается в оценке вклада каждой группы компонентов в общее трение, а также в оценке степени конструкторского и технологического развития ДВС. По результатам данного исследования будут сформированы области потенциального улучшения трения для каждой компонентной группы и двигателя в целом.

Обоснование. Для выращивания сельскохозяйственных культур широко применяется технология основной отвальной обработки почвы. На нее затрачивается более 40% энергетических ресурсов, что обусловлено тяговым сопротивлением рабочих органов плугов общего назначения. Технологический процесс вспашки такими органами исторически не претерпел особых изменений. Подрезание почвенного пласта осуществляется лемехом, крошение и оборот отвалом, устойчивость движения корпуса обеспечивается полевой доской. При этом на долю сопротивления полевой доски приходится до 20% суммарной составляющей тягового сопротивления корпуса плуга. Для снижения тягового сопротивления в Саратовском ГАУ разработан корпус плуга, у которого полевая доска отсутствует.

Цель работы – определение тягово-эксплуатационных показателей лемешно-отвального плуга ПБС-5М для агрегатирования с тракторами тягового класса 3 на тяжелосуглинистых почвах.

Материалы и методы. Опыты проводились на дискованном поле после уборки озимого ячменя в Новокубанском районе Краснодарского края. Влажность почвы в слое от 0 до 30 см составляла от 16,4 до 19,7%, твердость почвы – от 1,86 до 2,74 МПа. Масса растительных и пожнивных остатков на участке составляла в среднем 185 г/м², а высота сорных растений в среднем была 10,8 см.

Результаты. Установлены тягово-эксплуатационные показатели пахотного агрегата, состоящего из серийного трактора тягового класса 3 Т-150К и экспериментального плуга ПБС-5М. Опыты проведены в двух вариантах: в комплектации плуга из пяти корпусов при рабочей ширине захвата 2,83 м и вспашке почвы глубину 22 см; в четырехкорпусной комплектации при рабочей ширине захвата плуга 2,27 м на глубину 30 см. В первом варианте режим движения Т-150К+ПБС-5М изменялся в диапазоне рабочей скорости от 7,27 до 9,2 км/ч, во втором до 5,72 км/ч. Определена энергоемкость пятикорпусного плуга, соответствующая показателям тяговой и мощностной характеристикам трактора тягового класса 3 с небольшим запасом мощности 2,87%. Для работы четырехкорпусного плуга ПБС-5М требуется мощность практически равная эксплуатационной мощности двигателя трактора Т-150К.

Выводы. В результате экспериментальных исследований пахотного агрегата Т-150К+ПБС-5М при обработке дискованного поля после уборки озимого ячменя установлено, что плуг может агрегатироваться тракторами тягового класса 3. Рациональный режим работы плуга в пятикорпусном исполнении обеспечивается при скорости движения 7–8 км/ч и глубине хода рабочих органов 22–21 см. Производительность за время основной работы агрегата составила 2,1–2,3 га/ч, расход топлива 12,9–12,7 кг/га. Удельные энергозатраты агрегата 47,5–46,78 кВт·ч/га, а плуга 31,26–31,4 кВт·ч/га. Загрузка двигателя при буксовании движителей трактора 6,9–9,7% составила 78–86%. При увеличении скорости движения агрегата и увеличении глубины хода рабочих органов значения показателей удельных энергозатрат агрегата и плуга увеличиваются. В полевых исследованиях установлено, что для агрегатирования плуга при скорости до 10 км/ч и глубине вспашки до 30 см в данных агротехнических условиях необходимо применение энергосредства более высокого тягового класса.

Обоснование. На основе анализа морфологических особенностей льна-долгунца авторы акцентируют внимание на технической части стебля, в которой содержится волокно. Для повышения качества и наиболее полного выделения этого продукта следует активизировать процесс мацерации тканей путем плющения стебля.

Цель работы – изыскание методов и средств получения максимального эффекта от применения двухфазной технологии уборки льна путем обеспечения равномерной вылежки по всей технической длине стеблей, начиная с самых ранних этапов уборочных работ.

Материалы и методы. Отмечено, что наибольший эффект от плющения может быть достигнут при двухфазной уборке льна. Однако все известные способы и устройства предполагают разрыв во времени между плющением различных частей растения, что приводит к запаздыванию начала мацерации в необработанных участках стебля, затягиванию сроков уборки и снижению качества волокна. Поэтому производить плющение стеблей следует сразу по всей их технической длине на самых ранних этапах одновременно с тереблением льна, не подвергая плющению только оставшуюся часть общей длины растений, на которой расположены семенные коробочки.

Результаты. Установлено, что размер зоны плющения в ленте растений не является постоянным. Поэтому для уменьшения вероятности повреждения семенных коробочек плющильными вальцами путем соблюдения высокой точности реализации предлагаемого способа необходимо верхнюю кромку плющильных вальцов располагать на уровне верхней границы технической длины растений, формировать равномерный по высоте стеблестой с компактной зоной расположения семенных коробочек, уменьшать галопирование теребильных машин при движении по неровностям поверхности поля и применять такие рабочие органы, которые обеспечивают минимальную растянутость стеблей в формируемой ленте.

Заключение. Анализ существующих средств механизации показал, что для реализации предложенного способа следует отдавать предпочтение более легкой и дешевой прицепной теребилке ТЛП-1,5К и оснастить ее плющильным аппаратом.

Обоснование. Высокая зараженность урожая зерновых культур, ежегодно производимого в России возбудителями грибковых и бактериальных болезней, которая вызывает значительные количественные потери зерна и снижение его качества при хранении, показала низкую эффективность операции химического протравливания, широко применяемой в настоящее время в производстве для обеззараживания зерна и семян. Поэтому разработка экологически безопасных и эффективных в борьбе с грибковыми и бактериальными инфекциями зерна электрофизических методов обеззараживания, а также технических средств для их реализации является актуальной научно-производственной задачей.

Цель работы – разработка методики выбора и определения рациональных параметров генератора переменного тока и электромагнита обеззараживающего устройства для зерна и семян.

Материалы и методы. Предметом исследования являлись способы и условия создания переменных магнитных полей в рабочем объеме воздействия на поток семян зерновых культур.

Методом исследования является анализ законов электромагнетизма и их адаптация к процессу определения параметров электромагнита для рабочего объема обеззараживающего устройства.

К материалам исследования относятся адаптированные математические выражения параметров обмотки электромагнита и методика их использования.

Результаты. Для реализации нового метода обеззараживания зерна и семян переменным магнитным полем от возбудителей грибковых и бактериальных заболеваний разработано два варианта методики выбора и расчета параметров электромагнита, являющегося ключевым элементом устройства для обеззараживания. Первая методика сводится к рациональному использованию характеристик выбранного генератора путем отыскания параметров обмотки катушки, обеспечивающих необходимую магнитную индукцию. Размеры катушки и время воздействия на семена определят производительность устройства по обработанному зерну. Во втором варианте методики расчета расход потока материала по рабочей камере (в электромагните) задается условиями производственной необходимости. Это обусловливает размер камеры (катушки индуктивности), параметры и режимы ее работы, обеспечивающие достаточную для обеззараживания магнитную индукцию, что в итоге определяет характеристики генератора.

Заключение. Предложенная методика позволяет ускорить разработку оборудования для реализации высокоэффективной, энергосберегающей и экологически чистой технологии низкочастотного магнитного обеззараживания зерна и семян и внедрения ее в сельскохозяйственное производство.