Том 91, № 3 (2024)

Обоснование. Исследования альтернативных видов топлива для автотракторной техники имеют большое значение для развития российского двигателестроения. Эта тенденция находит свое место в Транспортной стратегии Российской Федерации до 2030 года, таким образом, являясь одним из приоритетных направлений. Многие отечественные ученые долгое время занимаются проблемой многотопливности двигателей внутреннего сгорания.

В данной статье рассматривается работа дизеля Д-245.5S2 на биоминеральных топливных смесях (БМТС) на предмет их экологичности по методике Правил ООН №96 (02).

Цель работы — обоснование актуальности применения составов биоминеральных топливных смесей (БМТС) для работы дизельного двигателя в режимах различных нагрузок, опирающееся на сравнение их итогового значения удельного выброса с удельным выбросом токсичных компонентов чистого ДТ согласно методике ЕЭК ООН №96 (02).

Методы. Для приготовления БМТС были использованы следующие компоненты: этанол (Э), сурепное масло (СурМ) и дизельное топливо (ДТ). Биологические компоненты примешивались в разных концентрациях к ДТ. Их соотношение в смеси определялось путем лабораторных исследований физико-химических свойств компонентов. В дальнейшем смеси были подвергнуты стендовым испытаниям на установке оснащённой дизелем Д-245.5S2 c электротормозным стендом RAPIDO SAK N670. Полученные суммарные значения относительных величин исследуемых токсичных компонентов (сажа, монооксид углерода, оксиды азота, углеводороды) за все испытательные циклы (процентов — % и миллионных долей — ppm) были переведены в действительное содержание данных веществ от общего содержания удельного выброса в отработавших газах (согласно Правилам ООН № 96(02) — г/кВт·ч).

Результаты. Установлено, что использование указанных смесей положительно сказывается на экологической составляющей отработавших газов: замечено снижение эмиссии исследуемых токсичных компонентов при работе на БМТС в сравнении с традиционным дизельным топливом.

Заключение. Хотя БМТС показывают сниженные значения эмиссии вредных веществ в выхлопных газах по сравнению с чистым ДТ, они не могут привести дизель к экологическим показателям Stage II Правил ЕЭК ООН №96 (02); необходима оптимизация системы топливоподачи, установка дополнительных систем фильтрации отработавших газов.

Обоснование. Одним из мероприятий, способствующих сохранению урожайности плодово-ягодных культур, является химическая обработка гербицидами. Для многолетних культур определенную сложность составляет качественная обработка приствольной зоны. Кроме того, не все опрыскиватели обеспечивают равномерную дисперсность химических препаратов.

Цель работы — разработать устройство и обосновать его оптимальные параметры, обеспечивающее равномерную химическую обработку многолетних плодовых культур, включая приствольную зону.

Методы. Конструкция нового опрыскивателя не имеет насосного устройства, а рабочая жидкость поступает из бака к распылителям самотеком. Щелевой распылитель способствует диспергированию в мелкие капли одинакового размера. Для предохранения уноса мелких капель ветром применяется защитный фартук. Для качественной обработки приствольной зоны опрыскиватель оснащен поворотным устройством.

Результаты. Обоснование оптимального угла установки поворотного устройства проводилось по критериям: необработанной площади и площади, обработанной дважды. В результате для обработки деревьев с диаметром штамба не более 300 мм оптимальный угол установки поворотного устройства составил 58-60 градусов. Параметры щелевого распылителя были обоснованы по критерию максимальной производительности. Максимальный расход жидкости 207.4 мл/мин может быть обеспечен при щели питательной трубки 1.897 мм и воздушным соплом с шириной 9.492 мм и высотой 0.509 мм.

Заключение. Предложена конструкция распылителя, новизна которой подтверждена патентом Российской федерации. Обоснованы его оптимальные параметры, позволяющие обеспечить качественную обработку жидкими химическими ядохимикатами.

Обоснование. Процессы, проходящие в системе тяговый электромеханический привод-колесо-дорога при разгоне/торможении, вызывают повышенные динамические нагрузки на элементы привода, что может привести к выходу их из строя. Колебания возникают из-за изменения скоростного режима движения транспортного средства, сцепных свойств опорного основания, его неровностей, характеристик эластичных шин и сопровождаются изменениями угловых скоростей, крутящих моментов, продольных, поперечных, нормальных сил. Повышенный интерес в любых системах, работа которых является сложным, случайным, колебательным процессом, вызывает изучение возникновения резонансных явлений, сопровождаемые резким увеличением амплитуд колебаний. Поэтому необходимо исследовать особенности колебательных явлений, условий возникновения резонансов в данных нелинейных системах для последующего определения методов борьбы с ними.

Цель работы — выявление особенностей протекания колебательных процессов, возникновения резонансных явлений в системах электромеханического привода транспортных средств, представляющих собой нелинейные технические системы.

Материалы и методы. Исследование динамики движения ведущих колёс машины на предмет особенностей колебательных процессов и возможности возникновения резонанса проведено методами экспериментальных исследований процессов разгона и торможения транспортного средства. Исследование особенностей колебательных процессов. Изучение возможностей зарождения резонансных явлений при работе систем машины в любых условиях (отличных от тех, которые приведены в предыдущем разделе) проведено с помощью математического анализа систем дифференциальных уравнений, описывающих функционирование нелинейной систем.

Результаты. В системе электромеханического привода ведущих колёс транспортного средства при движении имеют место быть колебательные процессы по крутящим моментам. Поскольку данная система является нелинейной, то ярко выраженных резонансных явлений с неконтролируемым ростом амплитуд вплоть до бесконечности в ней наблюдаться не может. Наблюдается срыв резонанса, который может сопровождаться как уменьшением амплитуд колебаний при росте их частот в случае разгона машины, так и увеличении при уменьшении частот в случае замедления машины. Выявлен резкий ударный характер скорости изменения крутящего момента на колесе, тока, потребляемого приводом, а также особенности их снижения при применении подавления автоколебательных явлений. В работе рассмотрены особенности колебательных явлений в нелинейных системах взаимодействия

Заключение. Практическая ценность исследования заключается в возможности использования предложенных выводов при разработке агрегатов тягового электромеханического привода и при синтезе систем управления движением транспортных средств.

Обоснование. В процессе обработки почвы, плоские ножи роторных культиваторов должны осуществлять процесс резания почвы и сорняков с минимальной энергоёмкостью и не забиваться сорной растительностью, что обусловлено соответствием параметров их лезвий условиям эксплуатации. Однако, несмотря на обилие работ, посвященных исследованию рабочего процесса плоских ножей роторных культиваторов, отсутствует методика, позволяющая провести сравнительную оценку различных форм их лезвий.

Цель работы — разработка методики сравнения различных форм лезвия плоских ножей роторных культиваторов.

Методы. Дизайн исследования предусматривал изучение вопросов: уточнение условия схода сорняков с криволинейного лезвия плоского ножа, совершающего плоскопараллельное движение; определение уравнения кривой лезвия ножа, удовлетворяющего условию схода сорняков с лезвия; разработку методов сравнительного анализа энергоемкости процесса резания почвы плоскими ножами с лезвиями различной формы; экспериментальную проверку теоретических положений.

Объектами исследования являлись процессы взаимодействия сорняков и почвы с лезвиями плоских ножей различной формы. Исследования проводились в течение 2022 и 2023 годов.

Результаты. Уточнено условие схода сорняков с криволинейного лезвия плоского ножа (более информативная форма записи), совершающего плоскопараллельное движение, опираясь на которое, получено уравнение рациональной кривой лезвия. Разработана комплексная методика сравнения различных форм лезвий плоских ножей роторных культиваторов, по критериям соблюдения условия схода сорняков с лезвия и энергоемкости резания почвы. Приведены примеры применения методики для анализа различных форм лезвий плоских ножей роторных культиваторов и создания одной из эффективных форм, а также результаты экспериментальных исследований.

Заключение. Предложенная методика позволяет дать конкретные практические рекомендации по целесообразности использования ножей той или иной формы в рассматриваемых условиях эксплуатации с учетом режимных параметров работы машин, а также создавать эффективные комбинированные лезвия.

Обоснование. Методики расчета нагрузочной способности и надежности зубчатых передач, общепризнанные в качестве стандартизированных как на национальном, так и на международном уровнях, базируются на законах распределения случайных величин, принятых как единственно возможные, что не совсем соответствует истине. В результате применения этих методик разрабатываются зубчатые передачи, которые обладают либо завышенной, либо заниженной надежностью, что приводит к их низкой конкурентоспособности. Поэтому разработка методик оценки надежности поверхностно-упрочненных зубьев колес цилиндрических передач, учитывающих фактические законы распределения случайных величин, остается актуальной, т.к. позволит проектировать конкурентоспособные передачи.

Целью работы является совершенствование текущего подхода к расчету вероятности безотказной работы поверхностно-упрочненных зубьев колес цилиндрической передачи по их прочностным критериям работоспособности.

Материалы и методы. Усовершенствованный подход к расчету вероятности безотказной работы основывается на улучшенных классических методиках проверочного расчета нагрузочной способности зубчатых цилиндрических передач по контактным и изгибным напряжениям (ГОСТ 21354-87 и ISO 6336). Методика расчета вероятности безотказной работы по критерию глубинной контактной выносливости базируются на критерии Лебедева-Писаренко, формулы которого доработаны для применения к зубчатым передачам В.И. Короткиным. Реализация предложенных методик осуществлена в программном обеспечении MathCAD.

Результаты. Предложены методики расчета вероятности безотказной работы поверхностно-упрочненных зубьев колес цилиндрических передач по критериям контактной и изгибной выносливости, в которых учитывается переменное значение перекоса в зацеплении, вызванного деформацией валов, подшипниковых колец и корпуса (силовой перекос). Кроме того, показана зависимость результатов расчетов вероятности безотказной работы зубчатых цилиндрических передач от способа задания силового перекоса в зацеплении зубьев (постоянное или переменное значение). Выполнена валидация усовершенствованного подхода по доступным в научно-технической литературе данным отказов поверхностно-упрочненных зубьев колес цилиндрических передач. Научная новизна исследования заключается в предложенной методике расчета вероятности безотказной работы поверхностно-упрочненных зубьев колес цилиндрических передач по критерию глубинной контактной выносливости, которая выполняет расчет при неизвестном законе распределения действующих напряжений при помощи метода Парзена-Розенблатта (метод также использован в методиках по критериям контактной и изгибной выносливости), а также в учете переменного характера силового перекоса в зацеплении.

Заключение. Практическая ценность исследования заключается в возможности вероятностного определения причины выхода передачи из строя по шести критериям (питтинг, поломка зуба, отслаивание упрочненного слоя как шестерни, так и колеса), что позволяет корректировать конструкцию, технологию изготовления, требования к эксплуатации с целью обеспечения требуемой работоспособности передачи при её проектировании.

Обоснование. Скоростной киносъёмкой установлено, что початок, попадая в зазор молотильного аппарата, в большинстве случаев занимает положение, параллельное оси барабана. Примем, что плоскость действия рабочего элемента молотильного барабана (бича) совпадает с образующей початка. Початок при встрече с бичом вращающегося барабана изменяет режим движения в результате удара бича по початку. Удар может произойти тогда, когда початок ещё не достигнет планок деки, то есть початок получит удар «влёт».

Цель исследования ― определение статического и динамического воздействия сил на обмолачиваемый початок кукурузы, расчёт необходимой силы отрыва зерновки от початка в зависимости от коэффициента трения.

Материалы и методы. Величина механического воздействия рабочих органов молотилки снопов универсальной (МСУ) на зерно кукурузы в початке ограничивается не только прочностными свойствами защитной плодовой оболочки, а также силой связи зерна со стержнем в области носка, середины и комля. Знание данной механико-технологической характеристики позволяет повысить уровень дифференцирования силового воздействия на початки кукурузы со стороны рабочих органов применяемых машин. Указанное обстоятельство позволяет транспортировать початки кукурузы без листовой обёртки, ориентировать их в пространстве и дозированно подавать на соответствующую обработку, а также обмолачивать без нанесения зерну макро- и микроповреждений.

Результаты. Изменение влажности зерна, а следовательно, и изменение коэффициента трения зерна по зерну также влияет на соотношение между приложенной нагрузкой P b реактивной силой N. При одинаковой нагрузке P, приложенной к сухому и влажному початку, давление N на сухое зерно больше, чем на влажное, и вымолот зёрен у сухих початков кукурузы осуществляется с меньшими внешними силами Р при свободном прямом ударе.

Заключение. Процесс обмолота ударом «влёт» затрудняется с увеличением влажности кукурузных початков ввиду увеличения трения зерна по зерну. Обмолот початков кукурузы свободным ударом прекращается при влажности зерна, соответствующей коэффициенту трения f = 0,22. Выведенные теоретические закономерности подтвердились экспериментальным путём.