CC BY
93
Ковальский Болеслав Иванович, доктор техн. наук, профессор, Институт нефти и газа Сибирского федерального университета (ИНиГ СФУ), тел. (319) 206-28-98, e-mail: labs@mail.ru; Безбородов Юрий Николаевич, доктор техн. наук, профессор, ИНиГ СФУ; Селиванов Николай Иванович, доктор техн. наук, профессор, Красноярский ГАУ, тел. (391) 2-912-510, e-mail: zaprudskii@list.ru; Петров Олег Николаевич, кандидат техн. наук, доцент, ИНиГ СФУ, тел. (319) 206-29-10, e-mail: pet-rov_olegq@mail.ru; Шрам Вячеслав Геннадьевич, кандидат техн. наук, доцент, ИНиГ СФУ, e-mail: shram18rus@mail.ru; Сокольников Александр Николаевич, кандидат техн. наук, доцент, ИНиГ СФУ, тел. (319) 206-29-08, e-mail: asokolnikov@bk.ru.
SUMMARY
B.I. Kowalskiy, Y.N. Bezborodov, N.I. Selivanov, О.N. Petrov, V.G. Shram, A.N. Sokolnikov
Control of the influence of temperature on degradation processes viscosity-temperature
properties of engine oils
The effect of thermal degradation products on the viscosity-temperature properties of motor oils thermostatted at temperatures ranging from 140 to 300°C. Methodology of the study was as follows, oil sample constant weight of 90 g was filled in a device for temperature control and maintained at a predetermined temperature for 8 hours under atmospheric pressure to vapor condensation and the tap. Then I sampled for photometry at a thickness of 2 mm layer of the photo-metric, and determining the absorption of light and the sample weight of 85 g to measure the kinematic viscosity in the temperature range from 40 to 130°C. The temperature of incubation was increased to 20°C. From the values of kinematic viscosity measured at 40 and 100°C was determined by the viscosity index (GOST 25371-97, ISO 2909-81). The data obtained were based graphics depending on the temperature of the viscosity index and temperature control of the absorption coefficient of the light flux, which was determined by the effect of thermal degradation products in the viscosity-temperature properties of engine oils. It is found that with increasing temperature of incubation and concentration of degradation products in the oil temperature viscosity keeps decreasing trend, especially measured at 40°C. There is a temperature range where the viscosity index is practically unchanged.
Keywords: temperature control, photometry, the absorption coefficient of the light flux, kinematic viscosity, viscosity index, viscosity and temperature of the oil.
Kovalskiy Boleslav Ivanovich, Dr. Eng. Sci., Prof., Oil and Gas Institute of the Siberian Federal University (Oil&Gas Institute SibFU), ph. (319) 206-28-98, e-mail: labs@mail.ru; Bezborodov Yuriy Nikolaevich, Dr. Eng. Sci., Prof., Oil&Gas Institute SibFU; Selivanov Nikolay Ivanovich, Dr. Eng. Sci., Prof., Krasnoyarsk SAU, ph. (391) 2-912-510, e-mail: zaprudskii@list.ru; Petrov Oleg Nikolaevich, Cand. Eng. Sci., Assoc. Prof., Oil&Gas Institute SibFU, ph. (319) 206-29-10, e-mail: pet-rov_olegq@mail.ru; Shram Vyacheslav Gennadevich, Cand. Eng. Sci., Assoc. Prof., Oil&Gas Institute SibFU, e-mail: shram18rus@mail.ru; Sokolnikov Aleksandr Nikolaevich, Cand. Eng. Sci., Assoc. Prof., Oil&Gas Institute SibFU, ph. (319) 206-29-08, e-mail: asokolnikov@bk.ru.
УДК 631.31
Н.А. Зарипова, Д.Н. Алгазин
ИССЛЕДОВАНИЕ СНИЖЕНИЯ ТЯГОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ СЕЯЛКИ-КУЛЬТИВАТОРА
Повысить производительность технологического процесса посева возможно за счет увеличения ширины захвата сеялки, а качество путем усовершенствования рабочих органов. В настоящее время внимание уделяют применению вибрационных рабочих органов при обработке почвы (наиболее энергоемкой операции). Используя различные вибрационные и импульсные методы интенсификации технологических процессов, при концентрации энергии можно расходовать ее более рационально и эффективно, поэтому вибрационные машины экономичнее машин с постоянно действующими усилиями. Увеличение ширины захвата сеялки за счет установки дополнительного сошника нежелательно т.к. возрастают энергозатраты, устойчивость и агротехнические показатели снижаются, повысить их можно при усовершенствовании конструкции сошника путем увеличения ширины захвата лапы и конструкции подвески с использованием упругих элементов для стабилизации процесса автоколебаний сошника, источником которых служит почва. Проведены экспериментальные исследования по определению геометрических параметров плоских пружин подвески сошника в зависимости от нагрузки и
© Зарипова Н.А., Алгазин Д.Н., 2016
сравнительная энергетическая оценка сошников с шириной лапы 270, 330, 410 мм. Установлено, что тяговое сопротивление сошника шириной 330 и 410 мм выше тягового сопротивления сошника 270 мм соответственно на 2,9-3,1 и 4,2-4,3%. Сошник с шириной лапы 330 мм удовлетворяет требованию увеличения ширины захвата с 2,1 до 2,9 м сеялки-культиватора типа СЗС с применением автоколебаний, снижающих тяговое сопротивление до 28%. В результате предложены рациональные конструктивные схемы подвески сошника и его лапы, это позволит повысить качество технологического процесса предпосевной обработки почвы, посева и производительность сеялки.
Ключевые слова: сеялка-культиватор, сошник, лапа, пружина, подвеска, тяговое сопротивление, автоколебания.
Введение
Определяющий фактор повышения урожайности зерновых культур - улучшение качества посева, что в значительной степени обосновано конструкцией посевной машины.
Важнейшими требованиями к перспективной сельскохозяйственной технике являются универсальность, снижение энергоемкости, повышение качества выполнения технологического процесса, производительности.
Снижение тягового сопротивления посевной машины за счет усовершенствования рабочих органов дает возможность увеличить ширину захвата, а значит, повысить производительность и качество технологического процесса посева.
В настоящее время особое внимание уделяется применению вибрации при обработке почвы (наиболее энергоемкой операции). Это обосновано тем, что использование конструкций с колеблющимися (или вибрирующими) рабочими органами значительно экономичнее конструкций с активным приводом.
Настоящая работа по изысканию и обоснованию усовершенствования рабочих органов, способствующих повышению производительности, качества обработки почвы и посева, актуальна.
Цель работы - повышение качества посева и производительности широкозахватной сеялки-культиватора путем обоснования рациональных параметров рабочих органов.
Объекты и методы исследований
Объект исследования - процесс взаимодействия рабочих органов (сошников и опорных узлов) широкозахватной сеялки-культиватора с почвой.
Методы исследований включают натурный эксперимент, функциональный анализ и моделирование.
Для достижения поставленной цели проведены экспериментальные исследования, изучены вопросы влияния конструктивных параметров узлов сеялки на качество посева и динамику ее работы.
Производство высококачественного зерна в Омской области сосредоточено в основном в степной и южной лесостепной зонах. Для данных зон характерны резко континентальный климат, сильные ветры и недостаточное количество атмосферных осадков. Тип почвы - чернозем обыкновенный, преимущественно с тяжелым механическим составом. Большая часть полей имеет равнинный характер.
Технология почвозащитной влагосберегающей обработки с оставлением на поверхности поля растительных остатков получила широкое распространение в земледелии Западной Сибири. Наряду с экономией затрат энергии минимальная обработка - надежное средство защиты почвы от ветровой эрозии, сохранения запасов почвенной влаги.
Важную роль в комплексе средств для минимальной обработки почвы выполняют посевные машины, среди которых широко применяется сеялка-культиватор типа СЗС. Конструктивная особенность таких сеялок состоит в компоновке их бункера с высевающей системой, культиватором с лаповыми рабочими органами и прикатывающими катками. Именно эти узлы подлежали модернизации и усовершенствованию на базе реконструкции рамы.
Применение пневматических катков позволило снизить тяговое сопротивление сеялки, стало возможным увеличение ширины ее захвата.
Конструкции широкозахватных сеялок характеризуются разнообразием их схем и основных параметров - ширины захвата, конструкции рабочих органов и т.д. Созданные сеялки - для тракторов классов тяги от 1,4 до 5 т.с.
Экономичность конструкций сеялок может быть достигнута за счет специализации их применения, создания модификации по ширине захвата, применения рациональных схем и компоновки рабочих органов, опорных узлов и других комплектующих.
В степной и южной лесостепной зонах Омской области для посева зерновых культур по стерневым фонам, а они занимают 70-80% посевной площади, используют серийные зерновые сеялки типа СЗС. Поэтому целесообразна работа над усовершенствованием прицепных сеялок-культиваторов и их модулей увеличенной ширины захвата.
К числу достижений современной науки и техники, которые могут и должны быть использованы в сельскохозяйственном производстве, относятся различные вибрационные и импульсные методы интенсификации технологических процессов. При концентрации энергии можно расходовать ее более рационально и эффективно. Поэтому вибрационные машины, как правило, не только экономичны. Они выполняют такие технологические операции, которые невозможны у машин с постоянно действующими усилиями [1].
Большую роль в развитии теории и практики использования эффекта вибрации в технологических процессах, выполняемых сельскохозяйственными машинами, сыграли работы И.И. Артоболевского, К.В. Александряна, В.А. Жилиговского, М.Е. Мацепуро, Г.Н. Синеокова и др. Обоснованием параметров и режимов работы колебательных рабочих органов занимались О.В. Верняев, В.П. Гниломедов, Г.Н. Дьяченко и др.
Анализ структурной связи факторов, влияющих на качество предпосевной обработки почвы, показал, что последнее во многом определяется конструкцией рабочего органа, его технологическими регулировками и режимами работы. Целесообразным приемом повышения производительности, снижения энергоемкости и улучшения качества работы машин для предпосевной обработки следует считать использование в них эффекта колебаний рабочего органа [2]. Поэтому интерес представляют комбинированные рабочие органы колебательного типа [3].
Однако их практическое применение в сельскохозяйственном производстве сдерживается из-за отсутствия эффективных конструкций вибропривода.
Возросшие требования к качеству предпосевной обработки и необходимость повышения производительности агрегатов требуют разработки принципиально новых способов обработки почвы и конструкций для их осуществления. При этом качественному изменению должен подлежать один из трех элементов: энергетическая база, технология рабочего процесса, конструкция рабочего органа.
Возникает проблемная ситуация, которая заключается, с одной стороны, в необходимости выполнения посева в сжатые агротехнические сроки (это требует применения повышенных рабочих скоростей и энергонасыщенных тракторов), с другой стороны, увеличение производительности за счет скорости ведет к снижению качественных показателей технологии предпосевной обработки и посева.
Серийно выпускаемые к сеялкам-культиваторам лапы во многом не удовлетворяют агротехническим и экономическим требованиям, тем более при повышенных скоростях, когда наблюдается увеличенная гребнистость поверхности поля, перемешивание слоев почвы и резко снижается качество посева. На лапы в условиях увлажненной почвы происходит ее налипание, увеличивается возможность забивания растительными остатками. Пассивные рабочие органы быстрее изнашиваются, в результате ухудшается подрезание сорняков и увеличивается тяговое сопротивление орудия. В серийных сеялках при изменении сопротивления
217
почвы она меняет свое горизонтальное положение, что ведет к нарушению технологического процесса высева семян. В связи с этим существует необходимость дальнейшего усовершенствования рабочих органов-сошников сеялки-культиватора.
Современные работы Р.Л. Сахапова [4], С.Ф. Садрикова и др. подтверждают, что наиболее целесообразным приемом повышения производительности, снижения энергоемкости и улучшения качества работы комбинированной машины, в т.ч. и посевной, следует считать использование эффекта колебаний элементов рабочего органа [5].
На основании проведенного анализа рабочая гипотеза нашей работы заключается в следующем. Классически принято считать, что производительность работы сельхозмашин может быть повышена либо за счет увеличения ширины захвата машины, либо за счет увеличения скорости движения агрегата. Отрицательное влияние увеличения скорости движения агрегата на качество посева кратко приведено выше и в работе не рассматривается. Рост производительности за счет другой составляющей - увеличения ширины захвата сеялки-культиватора может быть достигнут в результате уменьшения ее тягового сопротивления.
Замена серийных конусных металлических и кольчато-шпоровых прикатывающих катков на обрезиненные пневматические шириной 80 и 120 мм соответственно для рядового и разбросного посева позволяет снизить тяговое сопротивление машины, что даёт возможность увеличить ширину захвата сеялки. Установка дополнительного сошника нежелательна, т.к. возрастают энергозатраты, устойчивость и агротехнические показатели снижаются, повысить их можно за счет усовершенствования конструкции сошника с точки зрения увеличения ширины захвата лапы и конструкции подвески с использованием упругих элементов для стабилизации процесса автоколебаний сошника, источником которых служит почва.
Для обеспечения нормы высева и разбросного способа посева рекомендуется применять рассекатели семян в подсошниковом пространстве.
Увеличение ширины захвата сеялки должно соответствовать уровню снижения энергетических показателей при комплектации ее усовершенствованными рабочими органами -лапой с увеличенной шириной захвата, подвеской с автоколебаниями и обрезиненными пневматическими катками.
Колебания лапы вызываются неравномерностью сопротивления почвы ее перемещению. При движении лапы усилие, необходимое для деформации почвенного пласта, не остается постоянным. Колебательное движение лапы фиксируют, когда скорости колебательного и поступательного движения совпадают по направлениям и противоположны. Соответственно изменяется и усилие, которое необходимо для деформации почвы. При врезании лапа встречает неуплотненные слои почвы, а при отталкивании перед лапой появляется уплотненное почвенное ядро. Можно считать, что основная причина, вызывающая появление автоколебаний, - различие в условиях разрушения почвы при врезании и отталкивании лапы. Согласно рациональному принципу В.П. Горячкина и др. исследователей известно: при внедрении рабочего органа в почву сопротивление пласта неравномерно и изменяется в зависимости от пути деформации, совершая колебания с некоторым размахом (амплитудой) и частотой. Значит, для поддержания автоколебательного процесса наличие реакции почвы недостаточно, необходим дополнительный элемент с нелинейной характеристикой, который позволял бы с большей силой возвращать лапу в исходное положение и поддерживать колебательный процесс постоянно.
В качестве такого необходимого дополнительного устройства была разработана схема подвески сошника, включающая упругий элемент, выполненный в виде плоской пружины и обеспечивающий создание постоянно действующей внешней возмущающей силы как основного компонента устойчивого режима движения сошника.
Экспериментальная часть
В качестве объекта первоначального экспериментального изучения выбрали три рабочих органа, наиболее часто применяемых в почвообрабатывающих машинах стрельчатых лап
с изменением одного из определяющих конструктивных параметров - ширины захвата: 270, 330 и 410 мм. Их сравнивали по энергетическим показателям, причем лапа и режущая кромка выполнены по одной форме, для того чтобы в последующем выявить влияние автоколебательного режима работы на энергетические характеристики и технологический процесс предпосевной обработки и посева.
Для получения энергетической оценки были проведены лабораторные исследования в почвенном канале с использованием тензометрического оборудования, в частности «ЭМА». Плотность почвы однородного механического состава - 1,1-1,2 г/см3, влажность - 24%.
С точки зрения определения удельной нагрузки на рабочий орган важно влияние глубины обработки и скорости движения. В соответствии с агротехническими требованиями определена глубина обработки при посеве сеялкой-культиватором, замеры проведены на глубине хода сошника 6-8 см с изменением скорости движения от 0,6 до 3,4 м/с.
С целью дальнейших исследований широкозахватных колебательных рабочих органов, обеспечивающих снижение их тягового сопротивления, повышения качества обработки почвы и стабильности заделки семян по глубине на плотное ложе, были проведены лабораторные исследования с изготовлением лабораторной установки для определения рациональных параметров и жесткости пружины для навески сошника.
В испытания были включены три пружины с различными параметрами (мм):
- пружина 1 - длина 250, ширина 65, толщина 9;
- пружина 2 - длина 250, ширина 50, толщина 7;
- пружина 3 - длина 250, ширина 45, толщина 6.
Определяли прогиб пружины в зависимости от нагрузки и вылета (консольной части), на которую крепится стойка сошника.
Исследования проведены при изменении нагрузки с интервалом 0,1 кН от 0,1 до 2,0 кН, изменение вылета - 50, 100 и 150 мм относительно точки защемления пружины в схеме подвески.
Результаты исследований
Результаты испытаний показали, что наименьшим удельным тяговым сопротивлением 1,3 кН при прочих равных условиях обладает сошник с шириной захвата лапы 270 мм (серийной СЗС-6-12), сошник шириной 330 мм практически на всем диапазоне изменения скоростей имеет прирост тягового сопротивления 2,9-3,1%, а сошник с шириной 410 мм по отношению к серийному - 4,2-4,3%.
Таким образом, по энергетической оценке, лапа шириной захвата 330 мм удовлетворяет по тяговому сопротивлению условию изменения ширины захвата с 2,1 до 2,9 м сеялки зерновой стерневой с применением обрезиненных пневматических катков, снижающих тяговое сопротивление серийной СЗС-6-12 до 28%.
При скорости движения посевного агрегата 2,8 м/с, что соответствует рекомендациям по рабочей скорости 9 км/ч, и увеличении ширины лапы от 270 до 410 мм нагрузка на лапу возрастает с 1,3 до 1,8 кН. Минимальные значения прогиба пружины для навески сошника в зависимости от ее вылета и нагрузки получены для пружины 1-0,3-5,8 мм против 0,6-9,5 и 0,95-22,1 мм - для пружин 2-й и 3-й соответственно.
С учетом ограничения изменения глубины хода сошника выбираем плоскую пружину с минимальным прогибом, имеющую параметры (мм): длина консольной части - 100, ширина - 65, толщина - 9, марка стали - 60С2ХА.
Заключение
1. Анализ конструкции существующих сеялок-культиваторов и их рабочих органов показал, что целесообразным приемом повышения производительности посевных машин, качества предпосевной обработки и посева следует считать увеличение ширины захвата за
счет снижения энергоемкости рабочих органов, в т.ч. использование эффекта автоколебаний почвообрабатывающих узлов.
2. Разработана схема подвески сошника, включающая упругий элемент, выполненный в виде плоской пружины, обеспечивающий создание постоянно действующей внешней возмущающей силы как основного компонента устойчивого режима движения сошника.
3. Выполнена лабораторная установка для определения рациональных характеристик пружины сошника как элемента, стабилизирующего его автоколебания. Выбрана плоская пружина с параметрами (мм): длина консольной части - 100, ширина - 65, толщина - 9.
4. Проведены лабораторные исследования по сравнительной оценке культиваторной лапы сошника шириной 270, 330 и 410 мм. Установлено, что тяговое сопротивление сошника шириной 330 и 410 мм выше тягового сопротивления сошника 270 мм соответственно на 2,9-3,1 и 4,2-4,3%.
5. Сошник шириной лапы 330 мм удовлетворяет требованию увеличения ширины захвата с 2,1 до 2,9 м сеялки-культиватора типа СЗС с применением обрезиненных пневматических катков, снижающих тяговое сопротивление до 28%.
Список литературы
1. Константинов, М.М. Обоснование параметров вибрационных почвообрабатывающих машин / М.М. Константинов, С.Н. Дроздов, Д.П. Юхин // Изв. Оренбург гос. аграр. ун-та. - 2012. - № 37-1. - С. 77-80.
2. Мазитов, Н.К. Новые комбинированные высокоэффективные орудия для поверхностной обработки почвы / Н.К. Мазитов // Земледелие. - 1997. - № 3. - С. 28-30.
3. Садриев, Ф.М. Совершенствование технологии и технических средств для предпосевной обработки почвы : автореф. дис. ... канд. техн. наук / Ф.М. Садриев. - Зерноград, 2002. - 18 с.
4. Сахапов, Р.Л. Механико-технологическое обоснование параметров ресурсосберегающих культиваторов : автореф. дис. ... д-ра техн. наук / Р.Л. Сахапов. - Зерноград, 2002. - 39 с.
5. Сахапов, Р.Л. Теоретические основы колебательных рабочих органов культиваторов / Р.Л. Сахапов. -Казань : КФЭИ. 2001. - 196 с.
Зарипова Наталья Андреевна, кандидат техн. наук, доцент, Омский ГАУ, e-mail: na.zaripova-@omgau.org; Алгазин Дмитрий Николаевич, кандидат техн. наук, доцент, Омский ГАУ, e-mail: dn.algazin-@omgau.org.
SUMMARY
N.A. Zaripova, D.N. Algazin
Study of the reduction of traction resistance of the seeder-cultivator
Improve the performance of the process of sowing possible by increasing the width drills, and by improving the quality of working bodies. Currently, attention is paid to the application of vibration working bodies in the processing of the soil, which is the most energy-intensive operation. Various vibration and pulse methods of an intensification of technological processes consist in the fact that by concentrating its energy can be spent more efficiently and effectively, so more economical machines, vibrating machines with continuously operating efforts. Increasing the width of the planter through the installation of additional opener undesirable because increasing energy costs, sustainability and agronomic performance are reduced, they can increase by improving the design of the opener by increasing the width legs and suspension design using elastic elements for stabilization of oscillation of the opener, the source of which is the soil. Experimental studies on the geometric parameters of leaf springs suspension opener depending on the load and comparative assessment of energy openers with wide legs 270, 330, 410 mm. It was established that the draft of the opener 330 and a width of 410 mm above the traction resistance opener 270 mm. respectively 2.9-3.1% and 4.2-4.3%. Coulter wide legs 330 mm satisfies the requirement of increasing width from 2.1 to 2.9 m sowing cultivator type SZS with self-oscillation, reduce driving resistance up to 28%. As a result, the rational design scheme proposed suspension opener and paws that will improve the quality of the process seedbed preparation, sowing and performance drills.
Keywords: Seeder-cultivator, coulter, paw, spring, suspension, traction resistance, oscillations.
Zaripova Natalya Andreevna, Cand. Eng. Sci., Assoc. Prof, Omsk SAU, e-mail: na.zaripova@omgau.org; Algazin Dmitriy Nikolaevich, Cand. Eng. Sci., Assoc. Prof., Omsk SAU, e-mail: dn.algazin@omgau.org.
