CC BY
71
касательных к линии двоякой кривизны
ная проекция цилиндра; Сй — горизонтальная проекция с образующими ааЪЪ', ее; йЕ — развертка поверхности цилиндра на плоскость; прямая КМ, навертываясь на цилиндр, образует кривую КИ; фронтальные проекции касательных в точках пе-
ресечения кривой с образующими 1, 2, 3 будут касательные к фронтальной проекции цилиндра.
Построим эвольвенту ТР направляющей цилиндра и возьмем на ней точки, лежащие на касательных 1', 2, 3, они определят фронтальные следы касательных. Для получения горизонтальных проекций этих следов проектируем их на ось. Соединив их проекции соответственно с точками 1, 2, 3, на горизонтальной проекции, получим горизонтальные проекции касательных.
Таким образом, методы начертательной геометрии позволяют достаточно точно графически построить развертывающиеся поверхности плужных корпусов при их проектировании.
Список литературы
1. Василенко, В.В. Расчет рабочих органов почвообрабатывающих и посевных машин: учеб.пособие / В.В. Василенко. — Воронеж: Изд-во Воронежского университета, 1994. — 288 с.
2. Фролов, С.А. Начертательная геометрия: учебник / С.А. Фролов. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: ИНФРА-М, 2010. — 284 с.
3. Клёнин, Н.И. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины / Н.И. Клёнин, В.А. Сакун. — М.: Колос, 1980. — 672 с.
УДК 631.372
В.А. Самсонов, доктор техн. наук
Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина
КРИТЕРИИ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ТРАКТОРА
Рассмотрим методику расчета основных параметров трактора общего назначения (номинальной мощности Ин, Вт, энергонасыщенности Э, Вт/кг, массы т, кг, тягового усилия Ркр, Н, рабочей скорости V, м/с) для заданной чистой производительности П = Бу, м2/с (В — ширина захвата, м) по минимуму энергозатрат и максимуму тягового кпд.
Исходные данные: фон — стерня; операция — вспашка; — коэффициент загрузки двигателя по мощности (принимаем = 1); кпд трансмиссии птр = 0,9; интервал изменения рабочей скорости V = 1,4...4 м/с; Ко — удельное тяговое сопротивление при V = 1 м/с (5 км/ч), Н/м; ДК — коэффициент, учитывающий возрастание удельного тягового сопротивления с увеличением V, м/с (принимаем среднее значение ДК = 0,22 в интервале V = 5.15 км/ч [1]); / — коэффициент сопротивления качению (/ = 0,1 — для колесного трактора, / = 0,08 — для гусеничного); производительность П зависит от длины гона X, м (функция П(Х), найденная по минимуму приведенных затрат, приведена в табл. 1 [2]); буксование
6 = «Фкр / (Ъ - Фкр), (1)
где а, Ъ — коэффициенты, зависящие от фона и типа трактора (на стерне [3]: а = 0,193, Ъ = 0,919 — для трактора 4К4а — с передними управляемыми колесами меньшего диаметра; а = 0,11, Ъ = 0,773 — для трактора 4К4б — с колесами одинакового диаметра; а = 0,0089, Ъ = 0,777 — для гусеничного трактора); фкр = Ркр / mg — коэффициент использования силы тяжести трактора.
В качестве частных критериев оптимизации принимаем [4, 5]:
Е = Еп + Еу ^ тш;
Пт ^ тах;
б ^ тт с учетом баланса мощности
П = Ркру + т/,
(2)
(3)
(4)
(5)
где Еп
энергозатраты на обработку почвы, Дж/м2; Еу -
энергозатраты на уплотнение почвы, Дж/м ; пт — тяговый кпд; = 1 — б — кпд, учитывающий потери мощности на буксование.
Из (5) получим еще два частных критерия оптимизации:
(15)
F = Ф1/Ф2 - 1| ^ min;
F2 = |ф3/ф4 - 1| ^ min,
где Ф1 = ЛтрЛ8; Ф2 = Пт + gfv/^N3'; Фз Ф4 = Pkpv + mgfv.
Энергозатраты
En = enN-h / Bv,
(6) (7)
(8)
5 = a-
(16)
откуда с учетом B = Ркр / Ка, Ка = K0[1 + AK(v -— 1,4)] = Код после преобразования получим:
En = КокШ
(9)
где Ка — удельное тяговое сопротивление с учетом увеличения v, Н/м;
кп = д / Пт
(10)
- коэффициент энергозатрат Eп — аналог (8);
д = 0,22у + 0,7 (11)
— коэффициент, учитывающий увеличение Ка с ростом V.
Уплотняющее воздействие на почву оказывают касательная сила тяги Рк, Н, и сила тяжести трактора О = mg, Н. Принимаем допущение: силы Рк и О приложены в одной точке и действуют в одной плоскости. Так как их векторы перпендикулярны, то результирующая сила создает энергию уплотнения Е Дж/м , или Н/м, на расстоянии у, пройденном трактором за 1 с:
и коэффициент
Фкр = Птр%Э / (gvT),
где r|f = 1 — Фт / (лтр%Э) — кпд, учитывающий потери мощности на качение трактора.
Из (1) с учетом (15)
N^ - f )т )- f
Ь + f (^т) '
Расчеты показали, что функция (13) имеет минимум: для колесного трактора по буксованию — кЕ^т) ^ min. Примеры расчета кЕ(б) и kE(vT) представлены в табл. 2 и 3.
Порядок расчета кЕ(б) при П = const и Э = const (алгоритм 1): для каждого значения б, изменяемого с шагом 0,01, изменяем методом дихотомии v в интервале 1,5...4 м/с и минимизируем (6), находим д по формуле (11), Фкр = Ьб / (а + Ь), % = Фкр / (Фкр + f), Пт по формуле (14), кп по формуле (10), k, kE по формуле (13), п1, П2, F1 (F1 имеет порядок 106). Минимум kE соответствует критерию (14).
Порядок расчета к^л) при П = const и Э = const (алгоритм 2): ^ изменяем в цикле, для каждого значения v,, находим б по формуле (16), Пб = 1 — б, Фкр по формуле (15), nf, Пт по формуле (14), д по формуле (11), где v = v^s, кп по формуле (10), к, где v = v^s, kE по формуле (13).
Алгоритм 1 используем для расчета функции кЕ(Э, П) (табл. 4): Э подбираем такой, чтобы минимум kE совпадал с максимумом пт.
Таблица 1
Еу =
(( + G2)
Функция n(L) на вспашке
v,
откуда после замены Рк = Ркр
+
+ mgf, О = mg; т = Лн/Э и преобразования
Еу = К0кпк, (12)
где к = gЛ[(фKр + Г)2 + 1]1/2 / (ЕкЭУт) — коэффициент, учитывающий уплотнение почвы (ут — теоретическая скорость трактора, м/с).
L, м <150 150.200 200.300 300.400 400.600 600.1000 >1000
П, м2/с 2,18 2,68 3,13 3,79 4,04 4,54 5,90
(га/ч) (0,79) (0,97) (1,13) (1,37) (1,46) (1,64) (2,13)
Таблица 2
Выпуклая функция kE(6) по критериям F1 ^ min и пт ^ max
(колесный трактор; П = 2 м2/с; Э = 14 Вт/кг)
(2):
Из (9) и (11) получим аналог
кЕ = E / Ko = кп + кпк = = кп + ку ^ min, (13)
где кЕ — коэффициент общих энергозатрат, ку = кпк — коэффициент энергозатрат Еу.
Из баланса мощности (5) после преобразований найдем (3) в виде
Пт = ЛтрЛэЛб ^ max. (14)
б 0,10 0,11 0,12 0,13 0,14
4К4а kn 2,141 2,077 2,026 1,985 1,951
kE 3,302 3,280 3,273 3,276 3,289
б 0,08 0,09 0,10 0,11 0,12
4К4б kn 2,070 2,003 1,952 1,912 1,881
kE 3,204 3,181 3,175 3,180 3,195
Таблица 3
Выпуклая функция kE(vT) по критерию kE ^ min (гусеничный трактор; П = 2 м /с; Э = 14 Вт/кг)
рт, м/с 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9
kn 1,225 1,261 1,297 1,334 1,371 1,409
kE 2,455 2,439 2,433 2,435 2,441 2,452
Таблица 4 По алгоритму 2 для гусенич-
ного трактора находим минимум кЕ с учетом критерия (4). Пример расчета представлен в табл. 5 при П = 2 м2/с: минимум кЕ и соответствующая Э определяются минимальным положительным буксованием. С учетом этого определены функции кЕ(Э, П) и кп(Э, П) (табл. 6, ут изменяем методом дихотомии).
С использованием кп из табл. 4 и 6 по формулам (9) и (8) находим [Жн] (табл. 7, средняя почва, сопротивление плуга — 60 000 Н/м2, глубина вспашки — 0,3 м, К0 = 18 000 Н/м, значения [Жн] округлены до целых чисел). Для уменьшения номенклатуры двигателей из полученного ряда [Жн] выделяем семь групп: 48, 71, 73, 76; 105, 110, 114, 135, 154, 159, Таблица 6 166, 200, 206, 248, 256. Для каждой группы находим среднее значение N: 48, 75, 110, 135, 160, 203, 252 кВт.
Используем полученные значения Ин для определения остальных показателей (табл. 7). Порядок расчета (алгоритм 3): б изменяем в цикле, для каждого б изменяем методом дихотомии V
Таблица 7
Показатели тракторов по критериям F2 ^ min, Еп ^ min и пт ^ max в зависимости от длины гона (средняя почва, Ko = 18 000 Н/м)
Функции кп(Э, П) и кЕ(Э, П) по критериям F1 ^ min и пт ^ max (колесный трактор)
Тип трактора Показатели П, м2/с
2 3 4 5 6
4К4а б = 0,12 Пт max = 0,6169 Э, Вт/кг кп kE 14 2,026 3,273 15,3 2,109 3,738 16,9 2,210 4,077 18,2 2,293 4,381 19,4 2,370 4,648
4К4а б = 0,1 Пт max = 0,6370 Э, Вт/кг кп кЕ 14 1,952 3,175 15,4 2,037 3,619 17 2,135 3,949 18,4 2,220 4,233 19,6 2,293 4,492
Таблица 5
Функции кЕ(Э) и кп(Э) по критериям kE ^ min и пт ^ min (гусеничный трактор; П = 2 м2/с)
Э, Вт/кг 10 11 12 12,5 12,6
кп 1,407 1,375 1,345 1,333 1,331
кЕ 3,034 2,837 2,678 2,608 2,595
б 6,4 • 10-4 4,5 • 10-4 1,7 • 10-4 1,8 • 10-6 2,9 • 10-5
Функции кп(Э, П) и кЕ(Э, П) по критериям kE ^ min и пт ^ min (гусеничный трактор)
Показатели П, м2/с
2 3 4 5 6
Э, Вт/кг 12,5 14,3 15,8 17 18,1
кп 1,333 1,400 1,455 1,497 1,537
кЕ 2,608 1,532 3,193 3,432 3,640
б 1,8 • 10-6 9,3 • 10-6 1,1 • 10-5 6,3 • 10-6 3,8 • 10-6
Тип трактора Показатели L, м (П, м2/с)
<150 (2) 150...300 (3) 300.600 (4) 600.1000 (5) >1000 (6)
N кВт] [73] [114] [159] [206] [256]
Иъ, кВт 75 110 160 203 252
4К4а б = 0,12 Пт max = 0,6169 Э, Вт/кг т, кг Ркр, Н 14,90 5032 17 393 14,18 7759 26 819 17,09 9364 32 367 17,61 12 528 39 844 18,83 13 382 46 252
V, м/с 2,66 2,53 3,05 3,14 3,36
N кВт] [71] [110] [154] [200] [248]
Иъ, кВт 75 110 160 203 252
4К4б б = 0,1 Пт max = 0,6370 Э, Вт/кг т, кг Ркр, Н 16,16 4642 16 762 15,40 7144 25 798 18,44 8678 31 338 18,98 10 693 38 614 20,26 12 438 44 914
V, м/с 2,85 2,72 3,25 3,35 3,57
N кВт] [48] [76] [105] [135] [166]
кВт 48 75 110 135 160
Гусеничный б = 0,12 Пт max = 0,7702 Э, Вт/кг т, кг Ркр, Н 11,34 4232 24 879 12,83 5848 34 375 16,54 6652 39 102 15,79 8547 50 244 15,30 10 457 61 474
V, м/с 1,49 1,68 2,17 2,07 2,00
в интервале 1,5...4 м/с, находим B = П/ v, | по формуле (11), Ка = К Ркр = KaB, фкр = Ь6 / (a + Ь), m = Ркр / (фкря), ^ = NH / m, ф3, ф4, минимизируем F2 по формуле (7) (F2 имеет порядок 10-6).
Список литературы
1. Иофинов, С.А. Справочник по эксплуатации машинно-тракторного парка / С.А. Иофинов, Э.П. Бабен-ко, Ю.А. Зуев. — М.: Агропроиздат, 1985. — 272 с.
2. Зангиев, А.А. Оптимизация состава и режимов работы машинно-тракторных агрегатов по критериям
ресурсосбережения: дис. ... д-ра техн. наук / А.А. Зангиев. — М., 1987. — 520 с.
3. Зангиев, А.А. Производственная эксплуатация машинно-тракторного парка / А.А. Зангиев, Г.П. Лыш-ко, А.Н. Скороходов. — М.: Колос, 1996. — 320 с.
4. Зангиев, А.А. Оптимизация энергонасыщенности трактора с учетом уплотняющего воздействия на почву / А.А. Зангиев // Техника в сельском хозяйстве. — 2000. — № 2. — С. 34-36.
5. Самсонов, В.А. Основы теории мобильных сельскохозяйственных агрегатов / В.А. Самсонов [и др.]. — М.: Колос, 2000. — 248 с.
УДК 620.197.2:547.1—32
Л.Ю. Дёмина, канд. биол. наук
А.Л. Дмитревский
Е.А. Улюкина, канд. хим. наук
Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина
АНТИКОРРОЗИОННЫЕ СВОЙСТВА НАТРИЕВЫХ СОЛЕЙ ТРИТЕРПЕНОВЫХ КИСЛОТ
Вследствие коррозионных разрушений ежегодно выходят из строя конструкции, в которых столько же металла, сколько дает 1/3 мощностей металлургической промышленности. Часть металла, заключенного в выходящих из строя металлоконструкциях, возвращается в металлооборот путем переплавки, а около 10.15 % общего объема ежегодно добываемого металла распыляется и составляет невозвратимые потери [1]. Особенно сильно атмосферной коррозии подвергаются транспорт, военная и сельскохозяйственная техника, эксплуатация, а часто и хранение которой происходит на открытом воздухе.
По данным Бюллетеня информационно-консультационной службы АПК МО (вып. 2, 2001), в агропромышленном комплексе страны находится около 950 тыс. тракторов, 240 тыс. зерноуборочных комбайнов, 70 тыс. кормоуборочных машин, 30 тыс. поливальных машин. За исключением тракторов и автомобилей, используемых в растениеводстве, сельхозмашины работают от 150 до 400 ч в году, а остальное время бездействуют, поэтому, учитывая их высокую стоимость, необходимо соблюдать технологии консервации и защиты от коррозии.
Для этого в период их эксплуатации и хранения используются ингибиторы, причем в последние годы возрастает спрос на экологически безопасные природные ингибиторы коррозии, получаемые из растений, используются достаточно давно [2, 3]. Доказана высокая эффективность модифицированного растительного сырья в различных областях техники, в том числе в качестве ингибиторов коррозии черных металлов [4], поэтому была изучена
способность натриевых солей тритерпеновых кислот, выделяемых из хвои пихты, снижать скорость коррозии низкоуглеродистой стали Ст. 3 в водном растворе при различных значениях рН. Кислотная среда создавалась добавлением соляной кислоты. Для проверки защитной способности ингибиторов коррозии, согласно требованиям ГОСТ 9.506, использовали гравиметрический метод. Образцы стали помещали в водные растворы HCl c различными значениями рН при различных концентрациях натриевых солей тритерпеновых кислот. Результаты гравиметрических испытаний ингибитора представлены в таблице.
При добавлении смеси солей тритерпеновых кислот в раствор соляной кислоты резко снижается скорость коррозии стальных образцов. Вероятно, молекулы или ионы ингибитора электростатически или химически взаимодействуя с поверхностью металла, закрепляются на ней, что приводит к торможению коррозионного процесса. Наиболее значительное снижение скорости коррозии наблюдается в интервале рН от 4 до 7 (с увеличением концентрации ингибитора от 0 до 0,2 г/л скорость коррозии образцов стали снижается от 100 до 370 раз).
Оценку эффективности ингибитора проводили по степени защиты Z (защитный эффект). Полученные данные позволяют утверждать, что ингибитор относится к классу высокоэффективных в слабокислых средах при рН от 4 до 7. В этих условиях обеспечивается степень защиты 90 % при концентрации ингибитора менее 50 мг/л, характер коррозии — равномерный; язв, питтингов не наблюдалось. При более высокой кислотности такой же
