Том 90, № 2 (2023)

Обоснование. Двигатели автотракторной техники являются одним из факторов загрязнения окружающей среды вредными веществами и парниковыми газами. В последнее время, наиболее актуальным стало направление безуглеродной или углеродно-нейтральной энергетики. В связи с этим, несомненно, актуальной является задача снижения углеродного следа автотракторной техники, оборудованной ДВС (двигателем внутреннего сгорания). Решить указанную задачу можно, заместив топливо полностью или частично на углеродно-нейтральное (например, на биотопливо), имеющее растительное происхождение.

Цель исследования ― изучение низкотемпературных свойств топливных смесей на основе биодизеля, полученного из отработанного фритюрного масла.

Материалы и методы. Эфир растительного масла был получен из очищенного отработанного фритюра методом эстерификации. Далее, путем смешивания полученного эфира с дизельным топливом разных марок и бутанола получили топливные смеси. Исследование вязкостно-температурных показателей и плотности полученных топливных смесей проведено в диапазоне температур от -20 °С, до 40 °С. Методики и оборудование для определения данных параметров соответствуют требованиям ГОСТ.

Результаты. Полученные результаты исследований позволили сделать вывод, что смесевой биодизель в определенных пропорциях может быть использован в качестве топлива и при отрицательных температурах окружающей среды, что не редкость для начала посевной компании весной и окончания полевых работ осенью в резко-континентальных климатических условиях.

Заключение. Практическая ценность исследования заключается в возможности использования топливных смесей на основе биодизеля, полученного из отработанного фритюрного масла при низких температурах.

Обоснование. Эксплуатирующие организации и потребители требуют снижения затрат на транспортные средства и повышения их энергоэффективности. Одними из значительных расходов являются затраты на топливо, поэтому весьма перспективно применять в сельском хозяйстве транспортные средства с электрическими приводами, такие как гибридные и чисто электрические (аккумуляторные). Для них очень важно иметь тяговые приводы, отличающиеся высокой эффективностью, что увеличивает их автономный пробег на одной зарядке. Для этого необходимо управлять электрическими двигателями таким образом, чтобы обеспечивать максимальный коэффициент сцепления с опорной поверхностью, и исключать проскальзывание колес. В этом случае для эффективного управления необходимо оперативно определять момент сопротивления на колесе.

Цель работы ― разработка теоретических основ и законов оптимальной оценки момента сопротивления на валу тягового электродвигателя транспортных машин для эффективного управления тяговым электрическим приводом.

Материалы и методы. Моделирование закона оптимальной оценки момента сопротивления на валу тягового электродвигателя выполнено в программном комплексе Matlab Simulink.

Результаты. В статье приводятся теоретические основы построения закона оптимальной оценки момента сопротивления на валу тягового электродвигателя транспортных машин для эффективного управления тяговым электрическим приводом, закон оптимальной оценки момента сопротивления на валу тягового электродвигателя, а также результаты моделирования закона оптимальной оценки момента сопротивления на валу тягового электродвигателя в Matlab Simulink.

Заключение. Практическая ценность исследования заключается в возможности использования предложенных законов управления для разработки системы управления тягового привода транспортных машин.

Обоснование. Одной из актуальных задач является движение хлопкоуборочной машины (ХУМ) на поворотных полосах хлопкового поля по криволинейным траекториям. При этом качение колес ХУМ происходит с боковым уводом шин, вследствие чего машина может иметь не допустимые, по условиям сбора хлопка-сырца, отклонения в боковом направлении траектории движения при повороте для входа на грядки хлопкового поля, а тяговые показатели управляемых колес ХУМ существенно снижаются.

Цель работы ― является построение математических моделей и проведение кинематических расчетов для определения параметров движения и значений боковых сил, коэффициентов сопротивления боковому уводу шин направляющих колес ХУМ необходимых для достижения требуемых эксплуатационных качеств и сохранения заданной точности траекторного движения по поворотной полосе хлопкового поля при приемлемых тяговых показателях.

Материалы и методы. Динамические процессы очень сложны, и их трудно проанализировать в полном объеме. В основе разработанных моделей лежат уравнения баланса и не рассматривается движение колес по отдельности с учетом прогибов шин.

Результаты. Рассмотрена кинематическая схема поворота ХУМ МХ-1.8 с передними ведущими и задними управляемыми колесами. Принято, что ХУМ МХ-1.8 движется с малой постоянной скоростью, когда центробежной силой можно пренебречь. Кроме того, боковой увод и есть тот самый параметр, который отражает воздействие на машину внешних силовых факторов, сопровождающих криволинейное движение.

Заключение. Анализируя полученные результаты, можно отметить следующее: при криволинейном движении ХУМ основными параметрами, определяющими поворот машины, являются база ХУМ, средний угол поворота управляемых колёс и углы бокового увода задней оси. Причём, необходимо отметить, что углы бокового увода передней и задней оси ХУМ, их значение и изменение будут оказывать существенное влияние на кинематику поворота машины. Наличие бокового увода есть основная первопричина значительных отклонений от заданной траектории движения ХУМ на поворотной полосе хлопкового поля.

Обоснование. Возникающие при движении чрезмерные вертикальные и угловые колебания бесподвесочных машин, применяемых в сельском хозяйстве и дорожном строительстве, приводят к тому, что скорости их передвижения ограничиваются и, в условиях постоянного потока автотранспорта, снижается пропускная способность автодорог. Поэтому, поиск путей повышения виброзащитных свойств колесных бесподвесочных машин является актуальной задачей, от решения которой зависит не только безопасность движения и комфорт управления, но и средняя скорость движения, и топливная экономичность.

Цель работы ― определение в рамках стендовых испытаний боковой жёсткости пневматического колеса от задней оси трактора МТЗ-82 «БЕЛАРУС» при разных давлениях в шине.

Материалы и методы. На базе стенда-гидропульсатора кафедры «Автоматические установки» ВолгГТУ было разработано и собрано специальное подвижное опорно-измерительное устройство, особенностью которого является то, что сверху датчика силы гидропульсатора установлены 4 ролика с ребордами, на которые опирается плоская опорная плита прямоугольной формы, соединенная через силоизмерительное устройство с вертикальной рамой стенда посредством винтового механизма. На опорную плиту устанавливается испытуемое колесо, ось которого закрепляется на подвижной в вертикальном направлении траверсе, сверху которой закреплены грузы, создающие необходимую силу вертикального нагружения. Методика испытаний заключалась в измерении боковой силы и бокового перемещения опорной плиты до момента возникновения проскальзывания шины при следующих избыточных давлениях: при рекомендуемом давлении – 0,16 МПа и при пониженных давлениях, равных 0,12, 0,08 и 0,04 МПа.

Результаты. По результатам испытаний были построены упругие характеристики боковой жесткости испытуемого колеса, которые имеют регрессивный вид, а их наклон при значительном снижении избыточного давления заметно уменьшается. Так при снижении избыточного давления в шине с 0,16 до 0,12 МПа разницы в полученных значениях боковой жесткости практически не наблюдается, боковая жёсткость достигает 112,5 кН/м. При снижении избыточного давления в 2 раза боковая жёсткость уменьшается на 7%, а при снижении в 4 раза – на 28%. При этом статический прогиб шины увеличивается с 22 до 32 мм, что существенно увеличивает пятно контакта шины с опорной поверхностью.

Заключение. Проведенными испытаниями установлено, что понижение избыточного давления в шине на 25–50% от рекомендуемого значения не оказывает существенного влияния на потерю боковой жёсткости пневматического колеса от задней оси трактора МТЗ-82 «БЕЛАРУС», что важно использовать для повышения опорной проходимости и улучшения плавности хода колесных тракторов.

Опорная проходимость транспортных средств зависит как от типа движителя и его массогабаритных параметров, так и от физико-механических свойств грунта. Исследование взаимодействия движителя с опорным основанием на этапе научно-исследовательских работ методами математического моделирования позволяет прогнозировать показатели опорной проходимости транспортного средства.

Основными механическими параметрами грунта являются угол внутреннего трения и связность, которые влияют на процесс взаимодействия колеса с опорной поверхностью, поскольку в пятне контакта действуют как нормальные, так и сдвигающие силы. В работе предложена и верифицирована математическая модель песчаного грунта и определены её параметры для проведения дальнейших исследований.

Разработанная математическая модель взаимодействия колесного движителя с опорным основанием базируется на применении метода дискретных элементов. В работе анализируются силовые факторы, действующие на колесный движитель при движении по несвязанному грунту, а также формируется зависимость удельной силы тяги от удельной окружной силы для различных режимов качения колеса. В результате применения метода дискретных элементов для исследования взаимодействия колесного движителя с деформируемым опорным основанием можно определять тягово-сцепную характеристику. Таким образом, применение данного метода позволит сократить количество и масштаб натурных испытаний.

С использованием разработанной математической модели получена тягово-сцепная характеристика для колесного движителя планетохода и проведен сравнительный анализ с результатами натурных испытаний.

Обоснование. В настоящее время почти все сельскохозяйственные работы выполняются на тракторной тяге. С увеличением транспортной скорости тракторного поезда возникает и растет амплитуда поперечных и горизонтальных колебаний его прицепных звеньев. При определенных скоростях эти колебания становятся настолько велики, что могут приводить к опрокидыванию тракторного поезда. Кроме того, возникают ударные нагрузки в прицепных устройствах, что затрудняет управление тракторным поездом. Традиционным способом предотвращения подобного является ограничение скоростного режима, что не гарантирует положительного результата.

Цель работы ― разработка методов повышения устойчивости, управляемости и безопасности движения тракторных поездов на колесном ходу за счет снижения галопирования и рыскания трактора-тягача при буксировке тяжелых грузов.

Материалы и методы. Предложены следующие варианты исполнения системы противодействия возникновению автоколебаний в конструкции тракторного поезда на колесном ходу, обеспечивающие снижение уровня автоколебаний, повышение устойчивости, управляемости и безопасности движения тракторного поезда: буксирное устройство, оснащенное гидравлическими демпфирующими устройствами по углам продольного и поперечного складывания; система управления индивидуальным тяговым электроприводом трактора-тягача, предотвращающая потерю сцепления колеса с опорным основанием: совместное применение системы управления индивидуальным тяговым электроприводом трактора-тягача и буксирного устройства, оснащенного гидравлическими демпфирующими устройствами; совместное применение буксирного устройства, оснащенного гидравлическими демпфирующими устройствами, и системы корректировки поворота управляемых колес (подруливание).

Результаты. Методами имитационного моделирования установлено, что на современном этапе развития наиболее приемлемой и эффективной системой снижения автоколебаний тракторного поезда на колесном ходу следует признать буксирное устройство, оснащенное гидравлическими демпфирующими устройствами, регулируемыми по углу складывания тракторного поезда и по углу продольно-угловых колебаний корпуса трактора-тягача.

Заключение. Практическая ценность исследования заключается в возможности использования предложенных методов борьбы с опасностью возникновения автоколебательных процессов при проектировании перспективных видов сельскохозяйственной техники.

Обоснование. Почвообрабатывающие машины и орудия, оснащенные ротационными рабочими органами, эффективно используются на операциях поверхностной обработки почвы. Однако вопросы бороздообразования ротационными рабочими органами не раскрыты в полной мере, что является актуальной задачей для исследования.

Цель работы — раскрытие закономерностей бороздообразования ротационными рабочими органами с режущими ножами, выполненными по эллиптической линии, к плоскости вращения рабочего органа.

Материалы и методы. В статье представлен графо-аналитический способ для определения параметров борозды, формируемой следующими типами ротационных рабочих органов: сферический диск со сплошной поверхностью, кольцевой рабочий орган и ротационный рабочий орган с режущими ножами, выполненными по эллиптической линии, установленными под острым углом к оси вращения. Эксперименты проведены в лабораторных условиях с физической моделью ротационного рабочего органа с режущими ножами, выполненными по эллиптической линии в контролируемых условиях в почвенном канале, заполненным увлажненным песком. При проведении экспериментов угол атаки составлял 20–40 градусов с шагом 10 градусов, а кинематический коэффициент, представляющий собой отношение окружной скорости к поступательной, принимал следующие значения: 1; 1,4; 1,8 и 2,2.

Результаты. Режущие ножи ротационного рабочего органа, выполненные по эллиптической линии, образуют короткие борозды, имеющие в поперечном сечении форму эллипса, и, при этом отклонены от направления движения на угол 20-40°, который принимает указанные величины в зависимости от угла атаки и кинематического коэффициента. При этом формируемые рабочим органом борозды при виде сверху представляют собой параллелограмм.

Заключение. Практическая ценность исследований заключается в раскрытии особенностей бороздообразования ротационными рабочими органами с режущими ножами, выполненными по эллиптической линии, с целью создания ровного дна борозды, необходимого для посева зерновых культур.

7 апреля 2023 года ушёл из жизни наш коллега, доктор технических наук, профессор, почётный работник высшего профессионального образования, заместитель генерального директора по науке Центрального научно-исследовательского автомобильного и автомоторного института (ФГУП НАМИ), член редакционных коллегий журналов «Тракторы и сельхозмашины» и «Известия МГТУ “МАМИ”» Бахмутов Сергей Васильевич.

Бахмутов Сергей Васильевич был крупным специалистом в следующих научных областях: динамика движения транспортно-технологического средства, активная безопасность, оптимизация конструктивных параметров, высокоавтоматизированные транспортно-технологические средства.

Являлся автором и соавтором более 170 научных работ, среди которых 20 книг, 22 авторских свидетельства и патента на изобретения и полезные модели.