CC BY
16
Дион Ахметх, аспирант
ФГАОУ ВО «Российский университет дружбы народов» Россия, 117198, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6
Efficiency of VFD digitally controlled seeders on pivot-irrigated fields (Frigate, Reinke, BAUER, Valley, etc.)
Milyutkin Vladimir Aleksandrovich, Doctor of Technical Sciences, Professor Samara State Agrarian University
Educational St., p.g. t. Ust-Kinelsky, Kinel, 2, Samara region, 446442, Russia E-mail: oiapp@mail.ru
Buksman Viktor Emmanuilovich, Doctor-Engineer, Honorary Professor of KubSAU "AMAZONEN-WERKE' Company; JSC «<Eurotechnica»
Amazone-Werke H. Dreyer GMBH & CO.KG: Germany, AM AMAZONENWERK 9-3, 49205, Hasbergen 80G, Magistralnaya St., Samara, 443044, Russia, E-mail: Dr. ViktorBuxman@amazone.de
Shakhov Vladimir Alexandrovich, Doctor of Technical Sciences, Professor Orenburg State Agrarian University 18, Chelyuskintsev St., Orenburg, 460014, Russia E-mail: shahov-v@yandex.ru
Kalashnikov Alexey Viktorovich, Head of IT-Farming LLC «Amazone»
1, Komsomolskaya St., Podolsk, Moscow region, 142100, Russia
E-mail: Alexey.Kalashnikov@amazone.ru
Dion Akhmetkh, postgraduate
Peoples' Friendship University of Russia
6, Miklukho-Maclay St., Moscow, 117198, Russia
For the implementation of a complex of irrigation measures in agriculture, sprinklers are used. When irrigating from 10 to 100 hectares or more, pivot sprinklers are recognized as the most efficient in terms of unit costs and efficiency of irrigation. A significant problem when irrigating with circular sprinklers is non-irrigated areas at the corners of the plot. The problem is solved by computer automation of the seed metering process during operation. Considering the high cost of seeds, it is advisable to reduce the seeding rate in non-irrigated areas, which is decided by the retrofitted Primera DMC seeder. At the same time, the main mechanism for metering seeds of the seeder is modernized: the mechanical drive of the metering rollers from the drive and support wheels of the seeder, ensuring the same rotation of the coils and the same seeding rates by each opener, is replaced by a hydromechanical drive due to the hydraulic motor. It changes its speed at the command of the control actions of the on-board computer, in which a moisture map is laid out with the allocation of irrigated and non-irrigated soil zones in the field and an algorithm for changing seeding rates depending on the presence of moisture in the soil. Further improvement of agricultural technologies and, first of all, sowing of agricultural crops is possible due to differentiated sowing with digitalization of the seeding rate control and seed distribution process with equipping seeders with special equipment, in particular, a servo drive of the seeding units and an automatic control system for the seeding units of the seeder. This will ensure a reduction in the cost of seeds with a high yield provided with the creation of favorable conditions for the production of agricultural products with additional profit.
Key words: irrigation, seeding, seeding rate, differentiated, seeder, efficiency.
-♦-
УДК 621.762:669.2
Модельный процесс залечивания пор при одновременном прессовании и электроспекании порошковых изделий сельскохозяйственного назначения
Т.В. Рожкова, канд. техн. наук
ФГБОУ ВО ГАУ Северного Зауралья
Цель исследования - рассмотреть моделирование процесса залечивания пор при электроконтактном спекании порошковых изделий сельскохозяйственного назначения. Задачей исследования является изучение влияния диффузионных процессов на интенсивность залечивания пор. Исследованию подлежали спечённые электроконтактным спеканием порошковые образцы, содержащие медь и карбид кремния (или карбид вольфрама, или нитрид бора). Диаметры заготовок составляли 20,5; 13,7 и 5,7 мм, длина до прессования и спекания 25 мм. Рассмотрен в сравнительном аспекте процесс залечивания пор путём печного и электро-
контактного спекания. Показано, что при электроконтактном спекании интенсивность диффузионных процессов значительно выше, чем при печном. Представлена схема расчёта времени залечивания пор при наличии внешнего давления Р и температурных градиентов ДТ в случае прохождения электротока J. Отмечен характер процесса залечивания в вертикальной и горизонтальной плоскостях сечения. Установлены зависимости между силой воздействия давления, температуры и электрического тока. В результате проведённых экспериментов по электроконтактному спеканию медных порошков с добавками зелёного карбида кремния было установлено, что продолжительность процесса составила 8 - 120 с. в зависимости от состава и диаметра спекаемых порошковых образцов. При этом пористость уменьшалась с 50 -70 % до 1 - 5 %. Эксперименты показали, что основной вклад в упрочнение порошкового материала вносит давление.
Ключевые слова: залечивание пор, моделирование, печное спекание, электроконтактное спекание, дисперсность частиц.
Сельскохозяйственное машиностроение в последние годы существенно нуждается в деталях, изготовленных по новейшим технологиям. Новые технологии позволяют создавать изделия с уникальными физико-механическими свойствами, способными эксплуатироваться в различных средах. Погодные условия, почвенная среда и другие факторы диктуют технологам и металлургам совершенствовать процессы создания таких деталей. В последнее время особое и более глубокое внимание уделяется порошковой металлургии.
Технология изготовления деталей сельскохозяйственного назначения несложной формы способами порошковой металлургии включает в себя ряд технологических операций: смешивание исходных компонентов, предварительное холодное прессование и спекание. Метод электроконтактного спекания позволяет совмещать две последние операции и значительно ускорять процесс.
При электроконтактном спекании порошковых материалов формируется специфическая структура, характеризуемая малым размером округлых пор при равномерном их распределении по всему объёму образца [1]. Длительность нагрева и высокотемпературная выдержка значительно сокращается по сравнению с печным спеканием. Интенсификация процессов уплотнения позволяет устранять один из основных недостатков печного спекания - в результате
коагуляции возникают крупные поры, отрицательно влияющие на механические свойства материала (рис. 1).
На рисунке 2 показана микрофотография плотного участка электроспечённого медного образца, на которой видны равномерно распределённые точечные вкрапления - эвтектики меди.
Цель исследования - рассмотреть моделирование процесса залечивания пор при электроконтактном спекании порошковых изделий сельскохозяйственного назначения.
Материал и методы исследования. Исследованию подлежали спечённые электроконтактным спеканием порошковые образцы, содержащие медь и карбид кремния (или карбид вольфрама, или нитрид бора). Диаметры заготовок составляли 20,5; 13,7 и 5,7 мм, длина до прессования и спекания - 25 мм.
При печном спекании залечивание пор происходит только за счёт поверхностного натяжения, и для этого требуется изотермическая выдержка продолжительностью [2]: (
¿выд =
-> z 2dz z +1 '
(х* ^
о 2
" хо + 1п(1 + хо )
(1)
где ¿выд - время изотермической выдержки; D - коэффициент диффузии вакансий; XI - время установления равновесного распределения вакансий внутри образца; А - вспомогательный коэффициент:
I
о
Рис. 1 - Появление крупной поры в центре Рис. 2 - Равномерность электроспекания медных
спечённого медного образца диаметром образцов диаметром 13,7 мм (увеличено
13,7 мм (увеличено в 345 раз) в 345 раз)
А =
п(г 0) г0 N0X1
(2)
где п - количество пор;
г0 - радиус поры;
N0 - число атомов в единице объёма.
При электроконтактном спекании интенсивность диффузионных процессов значительно выше, чем при печном. Это обусловливает ускоренное формирование и рост межчастичных соединений, а также повышение плотности материала в результате скоростного нагрева до температуры изотермической выдержки.
На процесс залечивания пор большое влияние может оказать дисперсность частиц. Порошковый материал, содержащий более крупные фракции, легче поддаётся уплотнению, чем порошок, состоящий из мелких частиц. Это объясняется тем, что в основном крупные частицы заполняют полости и внутренние углы пресс-формы, вследствие чего уплотнение происходит быстрее и качественнее. В свою очередь размеры частиц порошкового материала влияют и на прохождение тока. Уменьшение размеров фракций приводит к увеличению контактов между частицами, на поверхности которых возникают оксидные плёнки [3]. Вследствие этого происходит повышение электросопротивления. В то же время на межчастичных контактах крупных частиц наблюдается уменьшение тепловыделения, причём оно является более кратковременным процессом.
Активизации процесса залечивания пор может помешать давление газа в порах. Различные виды газа (кислород, водород, азот и др.) образовываются в процессе получения порошка. При этом значительное их количество не только скапливается на поверхности порошкового материала, но и попадает внутрь. При этом в порошке, состоящем из более мелких частиц, скапливается большее количество газа.
Прохождение тока через порошок само по себе способствует радикальным превращениям на межчастичных контактах: металл либо остаётся в твёрдом состоянии, либо частично расплавляется, либо испаряется и превращается в плазму. Возникновение градиентов удельного сопротивления происходит на поверхности раздела частиц в процессе их контактирования. При этом прохождение электротока способствует появлению температурных градиентов и местных тепловых потоков [4]. В результате происходит неоднородность температурного поля, вследствие чего нарушается равновесное распределение вакансий - возникает массоперенос, способствующий залечиванию пор.
На рисунке 3 изображена схема для расчёта времени залечивания пор при наличии внешнего давления Р и температурных градиентов АТ в случае похождения электротока J. Учитывая
получающуюся в результате электроконтактного спекания округлую форму пор, в расчётах приняты именно такие пустоты (на рисунке 3 они затемнены). Плотность тока между порами в вертикальном сечении с координатой х = 0 максимальна, так как в указанном сечении расстояние между порами минимально. Поэтому температура точек «1» Т1 будет несколько больше, чем соседних с сечением поры х = 0 (Т1 > Т2), и возникает градиент температуры, способствующий диффузии вакансий в глубь частиц порошка (поры представляют собой мощный источник и сток вакансий).
Рис. 3 - Исходная схема для расчёта времени
залечивания пор при электроконтактном спекании порошков
Кроме того, электрическое поле внутри образца создаёт преимущественное направление движения вакансий, имеющих отрицательный заряд (меньший единичного), от поры в направлении оси ОХ. Периодически изменяющееся направление электрического тока с частотой 50 Гц не отразится заметным образом на скорости залечивания поры, так как частота перескоков атомных остовов из узлов кристаллической решётки на несколько порядков больше их величины. Единственным следствием переменного характера будет изменение направления (вправо или влево на схеме) движения вакансий в тот или иной полупериод (вакансии обратно возвращаться не будут вследствие их меньшей равновесной концентрации в объёме).
Таким образом, рассмотренные движущие силы залечивания поры будут уменьшать её размеры вдоль оси У. По оси Х действует другой мощный фактор - внешняя нагрузка (на схеме указано давление Р1), причем она же будет создавать и уплотняющее давление со стороны
стенок матрицы Р2, в направлении оси У. В результате трения порошковых частиц между собой и о стенки матрицы давление Р1 > Р2. При этом необходимо учитывать и возрастающее давление воздуха на стенки поры, препятствующее её залечиванию [5].
Для сферической поры эффективное давление Рэф вычисляется по формуле:
3
Рэф =- [ P0W -0)],
(3)
где Р - внешнее приложенное давление;
9 - пористость материала.
В итоге для определения интенсивности залечивания пор при горячем прессовании порошка за счёт пропускания электрического тока необходимо решить систему уравнений, учитывая возможный синергетический эффект воздействия давления, температуры и электрического тока [6 - 8]:
dNv
dt
= Dy
Кт
In
}-Р k
ANv+-
л/2уи3
оЕ2
dHvл dt
as
(4)
Р k
ат 1 - pk
4 п
+
Л-
СУт
где Ny - число вакансий в единице объёма поры; Кт - термодиффузионный коэффициент вакансий в материале;
Иу - энтальпия образования вакансий в материале;
Р - внешнее давление; р^ - относительная плотность спекаемой заготовки (объём для твёрдой фазы);
n - число пор в единице объёма; Y - поверхностное натяжение; от - предел текучести при сжатии для порошкового материала.
Вывод. В наших экспериментах по электроконтактному спеканию медных порошков с добавками зелёного карбида кремния было установлено:
1. Продолжительность процесса составила 8 - 120 с в зависимости от состава и диаметра спекаемых порошковых образцов;
2. По нашим оценкам, пористость при этом уменьшалась от 50 - 70 % до 1 - 5 %;
3. Эксперименты показали, что основной вклад в упрочнение порошкового материала вносит давление.
Литература
1. Ковенский И.М., Кусков В.Н., Прохоров Н.Н. Структурные превращения в металлах и сплавах при электротермическом воздействии. Тюмень: ТНГУ, 2001. 215 с.
2. Корнюшин Ю.В. Явление переноса в реальных кристаллах во внешних полях. Киев: Наукова думка, 1981. 180 с.
3. Рожкова Т.В., Смолин Н.И. Модельно-теоретический анализ образования поверхностных оксидов и их влияние на процесс формирования порошковых изделий сельскохозяйственного назначения // Сельский механизатор. 2018. № 12. С. 32 - 35.
4. Рожкова Т.В. Влияние электрического тока на структуру порошковых материалов, полученных электроконтактным спеканием // Вестник государственного аграрного университета Северного Зауралья. 2016. № 4. С. 82 - 87.
5. Актуальные проблемы порошковой металлургии / О.В. Роман,
B.С. Аруначалам, И. М. Федорченко [и др.]. М., 1990. 231 с.
6. Структура и свойства сплавов на основе железа, спечённых методом электроконтактного нагрева / Андрущик Л.О. [и др.] // Порошковая металлургия. 1993. № 1. С. 3 - 41.
7. Ковальченко М.С. Теоретические основы горячей обработки пористых материалов давлением. Киев: Наукова думка, 1980. 230 с.
8. Рожкова Т.В., Кусков В.Н., Смолин Н.И. Исследование деформационного механизма порошкового материала на основе меди // Агропродовольственная политика России. 2017. № 12.
C. 155 - 161.
Рожкова Татьяна Владимировна, кандидат технических наук, доцент ФГБОУ ВО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья» Россия, 625003, г. Тюмень, ул. Республики, 7 E-mail: roshkovatv@gausz.ru; kafotd@yandex.ru
The model process of pore healing with simultaneous pressing and electric heating of agricultural powder products
Rozhkova Tatyana Vladimirovna, Candidate of Technical Sciences Northern Trans-Ural State Agricultural University 7, Republic St., Tyumen, 625003, Russia E-mail: roshkovatv@gausz.ru; kafotd@yandex.ru
The aim of the study is to study the influence of diffusion processes on the intensity of pore healing. Sintered electrocontact sintering powder samples containing copper and silicon carbide (orwolfram carbide or boron nitride) were studied. The diameters of the blanks were 20.5, 13.7 and 5.7 mm, and the length before pressing and sintering was 25 mm. The author considers a comparison of the pore healing process between furnace and electric contact sintering. In furnace sintering, pore healing occurs only at the expense of surface tension, and this requires isothermal exposure. In electrocontact sintering, the intensity of diffusion processes is significantly higher than in furnace sintering. The process of healing the pores and the passage of electric current is influenced by the dispersion of particles. The passage of electric current contributes to the appearance of temperature gradients and local heat flows. As a result, the temperature field is inhomogeneous, resulting in a violation of the equilibrium
distribution of vacancies - mass transfer occurs, which contributes to the healing of pores. The article shows a scheme for calculating the time of pore healing in the presence of external pressure P and temperature gradients AT in the case of electric current J. the nature of the healing process in the vertical and horizontal cross-section planes is Noted. The relationships between the force of pressure, temperature, and electric current are established. As a result of experiments on electrocontact sintering of copper powders with additives of green silicon carbide, it was found that the duration of the process was 8 - 120 s, depending on the composition and diameter of the sintered powder samples. At the same time, the porosity was reduced from 50 -70 % to 1 - 5 %. Experiments have shown that the main contribution to the hardening of the powder material is made by pressure.
Key words: modeling, pore, pore healing, furnace sintering, electric contact sintering, particle dispersion. -♦-
УДК 631.3.004.67
Улучшение эксплуатационных свойств колёсных 4К4 сельскохозяйственных тракторов
С.Ю. Журавлёв, канд. техн. наук ФГБОУ ВО Красноярский ГАУ
Цель исследования: оценка возможности повышения эффективности использования машинно-тракторных агрегатов на почвообрабатывающих операциях путём использования рациональных параметров и характеристик трактора с учётом применения балластных грузов. По результатам исследований дана оценка тягово-сцепных свойств тракторов 3-го, 4-го и 5-го класса тяги с одинарными и сдвоенными колёсами при различных значениях массы дауд*. При выполнении всех операций почвообработки в составе различных мобильных агрегатов для трактора К-424 наиболее рациональное значение mуц2* = 61,94 кг/кВт = 9787 кг) на сдвоенных колёсах. Анализ расчётных значений потенциальной характеристики трактора К-744Р2 показал, что величина тягового КПД г|т для комплектаций 1К и 2К при рациональных значениях коэффициента фкр* (фкр* = 0,37...0,45). Установка на трактор сдвоенных колес даёт возможность заметно улучшить параметры тяговой характеристики, например, тяговая мощность ^р увеличивается в среднем на 6 %. При использовании трактора МТЗ-1523 с комплектацией 1К на операциях отвальной вспашки в тяговом диапазоне, ограниченном буксованием 0,08 < 5 < 0,15, наибольшая эффективность трактора может быть получена с удельной массой mуд1* = 68,73 кг/кВт. Другие почвообрабатывающие операции первой группы предпочтительно выполнять при наличии у трактора удельной массы 73,37 кг/кВт и комплектации 2К (значение фкрн = 0,44).
Ключевые слова: эффективность, трактор, почвообрабатывающий агрегат, методика, массо-энергетические параметры, балластирование, операции почвообработки.
Большинство технологических операций в растениеводстве выполняется агрегатами, в состав которых входят колёсные тракторы. В то же время их применение ограничено почвенно-климатическими условиями (низкая несущая способность почвы на различных агрофонах), что заметно снижает тягово-сцепные свойства тракторов. Ухудшение эксплуатационных показателей колёсных тракторов, входящих в состав агрегатов, влияет на увеличение сроков выполнения технологических операций, что приводит к нарушению агротехнических требований к оптимальным срокам выполнения операций поч-вообработки и посева культур [1 - 4].
Задача повышения эффективности использования тракторов при выполнении почвообрабатывающих операций путём повышения их тягово-сцепных свойств является важнейшей задачей в области производственной эксплуатации.
Материал и методы исследования. Решение задач исследования проводилось с учётом технических характеристик колёсных 4К4 тракторов, используемых на операциях почвообработки, и условий комплектации съёмными балластными грузами.
Цель исследования: оценка возможности повышения эффективности использования машинно-тракторных агрегатов на почвообрабатывающих операциях путём использования рациональных параметров и характеристик трактора с учётом применения балластных грузов.
Один из эффективных методов обеспечения оптимальных значений параметров тяговой характеристики трактора - выбор наиболее рациональной величины эксплуатационной массы трактора шэ с установкой сдвоенных (2К) или одинарных (1К) колёс [4]. Балластирование колёсных 4К4 тракторов может обеспечить рациональные значения тяговых усилий Ркр и интервала рабочих скоростей У^ при выполнении различных операций почвообработки. Поэтому выбор оптимальных значений тягово-скоростных диапазонов и массо-энергетических параметров колёсных 4К4 тракторов может существенно повлиять на повышение эффективности использования почвообрабатывающих агрегатов [4 - 6].
При определении комплектации трактора и параметров его тяговой характеристики учитывались агротехнические требования для трёх основных групп технологических операций об-
