CC BY
7
3. Viticulture of the Crimea / A.P. Dikan, V.F. Vilchinsky, E.A. Vernovsky, I.Ya. Zayats. Simferopol: Business-Inform, 2001. 405 p.
4. Kondrya S. Biological studies of grape minting in Moldova: Abstract of the dis. ... Cand. Biol. Sci. Vilnius, 1962. 26 p.
5. Scientific substantiation of the main directions of development of the agro-industrial complex of the Crimea: ed. E.V. Nikolaeva. Simferopol: Tavria, 2004. 312 p.
6. Kuliev G.Yu., Gumbatov V.I. Machines for crushing vines. Viticulture and winemaking in Moldova. 1982; 2: 46-48.
7. Krasovsky V.V. Substantiation of the parameters and modes of operation of the mower for mowing green manure in the aisles of orchards and vineyards: dis. ... Cand. Tech. Sci. Simferopol, 2017. 152 p.
8. Johnson N.L., Lion F.S. Statistics and experiment planning in technology and science. Data processing methods. M.: Mir, 1980. 510 p.
9. Gorokhov V.A. Fundamentals of experimental research and methods of their implementation: textbook. Minsk: New knowledge, 2015. 655 p.
10. Adler Yu.P., Markova E.V., Granovsky Yu.V. Planning an experiment in the search for optimal conditions. 2nd ed., revis. and addit. M.: Nauka, 1976. 279 p.
11. Melnikov S.V., Aleshkin V.R., Roshchin P.M. Experimental planning in the study of agricultural processes. L.: Kolos, 1980. 168 p.
12. Mukhortova V.K. Agrobiological aspects of contour pruning of high-stemmed fruit-bearing vineyards of the Lower Don: Dis. ... Cand. Agr. Sci. Michurinsk, 2017.
13. Dogoda P.A., Dogoda A.P., Krasovsky V.V. A complex of machines that provides an environmentally safe energy-saving technology for the cultivation of perennial plantations // Energy saving and energy efficiency: problems and solutions. Collection of scientific papers of the IX All-Russian (national) scientific and practical conference. Nalchik, 2020. P. 88-92.
Пётр Ануфриевич Догода, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, petr.dogoda@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-4099-4655
Александр Петрович Догода, кандидат технических наук, доцент, gadget-09@mail.ru Виталий Викторович Красовский, кандидат технических наук, доцент, vitaliy-krasovskiy@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-5556-9531
Энвер Шевхиевич Османов, кандидат технических наук, enver_1984@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-1757-6837
Илья Михайлович Трофимов, аспирант, iliyaxz@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-6755-4038
Pyotr A. Dogoda, Doctor of Agriculture, Professor, petr.dogoda@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-4099-4655 Alexander P. Dogoda, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, gadget-09@mail.ru Vitaly V. Krasovsky, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, vitaliy-krasovskiy@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-5556-9531
Enver Sh. Osmanov, Candidate of Technical Sciences, enver_1984@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-1757-6837
Ilya M. Trofimov, postgraduate, iliyaxz@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-6755-4038
Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Contribution of the authors: the authors contributed equally to this article. The authors declare no conflicts of interests. Статья поступила в редакцию 23.11.2022; одобрена после рецензирования 20.12.2022; принята к публикации 10.01.2023.
The article was submitted 23.11.2022; approved after reviewing 20.12.2022; accepted for publication 10.01.2023. -♦-
Научная статья УДК 625.76
doi: 10.37670/2073-0853-2023-99-1-124-129
Повышение эффективности использования бульдозерного оборудования наземных транспортно-технологических машин при уборке снега
Эдуард Олегович Кучер, Марсель Мусавирович Ямалетдинов, Фаил Наилович Галлямов,
Шамиль Файзрахманович Нигматуллин, Арсений Александрович Козеев
Башкирский государственный аграрный университет, Уфа, Россия
Аннотация. Зимнее содержание внутрихозяйственных, межхозяйственных дорог, производственных территорий направлено на обеспечение бесперебойного безопасного движения транспортно-технологических машин и должно быть построено таким образом, чтобы максимально облегчить и удешевить зимнее содержание. Целью исследования является повышение эффективности использования бульдозерного оборудования на очистке дорог от снега путём обоснования параметров элементов рабочего органа. Проанализированы технологические свойства снежной среды. Обоснованы конструктивно-технологические параметры и разработана модель в программном комплексе Flow Vision, которая позволяет установить конструктивно-технологические параметры рабочего органа и кинематические параметры снежной среды.
Определённые с помощью модели оптимальные значения сил, моментов и скоростей используются в качестве уже исходных данных для обоснования конструктивно-технологических параметров рабочего органа.
Ключевые слова: уборка снега, бульдозерный рабочий орган, снежная среда, моделирование, FlowVision, тяговое сопротивление, эффективность.
Для цитирования: Повышение эффективности использования бульдозерного оборудования наземных транспортно-технологических машин при уборке снега / Э.О. Кучер, М.М. Ямалетдинов, Ф.Н. Галлямов и др. // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2023. № 1 (99). С. 124 - 129. https://doi.org/10.37670/2073-0853-2023-99-1-124-129.
Original article
Increasing the efficiency of using bulldozer equipment of ground transport and technological machines when removing snow
Eduard O. Kucher, Marsel M. Yamaletdinov, Fail N. Gallyamov,
Shamil F. Nigmatullin, Arseniy A. Kozeev
Bashkir State Agrarian University, Ufa, Russia
Abstract. Winter maintenance of on-farm, inter-farm roads, industrial and yard areas is aimed at ensuring the uninterrupted safe movement of transport and technological machines and should be built in such a way as to make winter maintenance as easy and cheap as possible. The purpose of the study is to increase the efficiency of the use of bulldozer equipment for clearing roads from snow by substantiating the parameters of the elements of the working body. In the course of the research, the technological properties of the snow environment were analyzed. The design and technological parameters are substantiated and a model is developed in the FlowVi-sion software package. The developed model allows you to set the design and technological parameters of the working body and the kinematic parameters of the snow environment. The optimal values of forces, moments and speeds determined using the model are used as initial data to justify the design and technological parameters of the working body.
Keywords: snow removal, bulldozer working body, snow environment, modeling, FlowVision, traction resistance, efficiency.
For citation: Increasing the efficiency of using bulldozer equipment of ground transport and technological machines when removing snow / E.O. Kucher, M.M. Yamaletdinov, F.N. Gallyamov et al. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2023; 99(1): 124-129. (In Russ.). https://doi.org/10.37670/2073-0853-2023-99-1-124-129.
Постоянная необходимость в качественном содержании транспортной инфраструктуры хозяйствующих субъектов в зимнее время, а также постоянный рост интенсивности движения транспорта требуют повышения эффективности использования машин для очистки от снега и улучшения эксплуатационных характеристик внутрихозяйственных, межхозяйственных дорог, производственных и дворовых территорий [1, 2]. Данная проблема особенно актуальна для мелких и средних предприятий в городской и сельской местности в связи с отсутствием специальной снегоочистительной техники.
Целью исследования является повышение эффективности использования бульдозерного оборудования на очистке дорог и территорий от снега путём обоснования параметров элементов рабочего органа.
Задачей исследования выбрали разработку и обоснование конструктивной и технологической схемы бульдозерного рабочего органа, удовлетворяющего требованиям технической и технологической надёжности, на основе разрабатываемой в программном комплексе Flow Vision математической модели технологического процесса взаимодействия бульдозерного рабочего органа со снежной средой.
Материал и методы. Для моделирования рабочего процесса и экспериментального исследования определены технологические свой-
ства снежной среды. Снежная среда как объект воздействия имеет свойства, изменяющиеся в широких пределах. Сухая снежная среда представляет собой двухфазную, а мокрая - трёхфазную систему, состоящую из кристаллов льда, воды и воздуха, содержащего водяной пар. Состав снежной среды также очень разнообразен, и часто она имеет слоистую структуру.
В ранее опубликованных работах были определены технологические свойства снега [3 - 5]. Плотность снежной среды колеблется от 10 до 700 кг/м3. Все физико-механические свойства снежной среды зависят от её плотности. Сила сцепления свежей снежной среды изменяется в пределах (0,01...0,02)-105 Па в зависимости от плотности. При её плотности 300.500 кг/м3 доходит до (0,05...0,5>105 Па.
Коэффициент кинетического трения /к характеризует трение скольжения по снегу (значительно меньше коэффициента трения покоя /). Трение скольжения по снегу различных материалов зависит от его температуры, например, для стальных поверхностей - 0,07 (по К.Ф. Войтковскому), тефлоновых - 0,05. При температуре, близкой к 0 °С, уже происходит прилипание к рабочим поверхностям.
Твёрдость снежной среды определяет её прочность снега. В частности, на зимних снеговых дорогах плотность и твёрдость снежной среды равны 600 кг/м3 и 106 Па соответственно.
Вязкость снега является значимым фактором в процессе формирования обвалов. Большей пластичностью и меньшей вязкостью отличается свежий снег. Вязкость толщи снежной среды в зависимости от её плотности и температуры меняется в пределах 7,2 • 107...4,8 • 107 Па-с.
Модуль упругости снежной среды повышается при её уплотнении, а также значительно на неё влияют температура и структура. При изменении плотности от 100 до 800 кг/м3 модуль упругости повышается в пределах 102.107 кПа.
Как видно, технологические свойства снежной среды не являются стабильными и могут изменяться в широких пределах в течение рабочего времени даже на территории одной убираемой площадки. Это явление приводит к возникновению трудностей при выполнении уборочных работ снегоуборочными машинами, поэтому для зимнего содержания дорог, производственных и дворовых территорий разрабатывается множество различной снегоуборочной техники. Большая часть снегоуборочных машин имеют бульдозерное оборудование с отвальными рабочими органами, которые отличаются конструктивными параметрами. Бульдозерное оборудование может применяться с различными типами транспортно-технологических машин.
Критерием рационального использования бульдозерного оборудования отвального типа является повышение эффективности резания уплотнённых снежных образований без увеличения мощности базовой машины с одновременным снижением энергоёмкости процесса и увеличением производительности либо с сохранением её величины. Достижение данного критерия может быть осуществлено путём использования оптимальных параметров углов резания и установки рабочих органов отвального типа, обеспечивающих резание уплотнённых снежных образований с минимальной энергоёмкостью [6, 7].
Результаты и обсуждение. Перспективным направлением совершенствования рабочих органов для очистки от снега дорог и производственных площадок является оптимизация их конструктивных параметров с применением современных материалов. На основе анализа существующих конструкций бульдозерных рабочих органов предлагаем конструкцию рабочего органа с постоянным радиусом кривизны.
Параметры рабочего органа исследованы на основе созданных трёхмерных твердотельных моделей отвалов, в программе KOMnAC-3D с различными значениями в качестве фактора угла резания а, и угла поворота отвала у. Для моделирования технологического процесса снегоочистки создана трёхмерная модель по оригинальным размерам.
Выбранные основные уровни фактора и интервалы его варьирования представлены в таблице 1. Размер заглубления отвала установлен 20 см, выбран по требованиям, предъявляемым к снегоуборочным рабочим органам. Угол поворота отвала у принимаем равным 30°.
Скорость движения V (Х\), угол резания а (Х2), заглубление отвала a (Х3) рабочего органа, устанавливаются в программе FlowVision. Разработанная модель даёт возможность увидеть процесс взаимодействия рабочего органа и снежной среды, а также увидеть картину напряжённого и деформированного состояния снежного наката. В качестве параметра оптимизации была выбрана горизонтальная составляющая тягового сопротивления рабочего органа [8 - 11].
Указанные интервалы варьирования факторов в компьютерных исследованиях идентичны соответствующим значениям, устанавливаемым в экспериментальных исследованиях.
Для исследования энергетических характеристик рабочего органа использовали программный комплекс FlowVision. Спроектированный рабочий орган импортировали в среду FlowVision, где заранее определяли область расчёта. Визуализация распределения давления со стороны почвы на поверхность отвала на слое «Заливка» с переменной «Полное давление» представлена на рисунке 1.
Разработанная модель определяет значения скоростей частиц среды, распределения концентрации перед рабочим органом (рис. 2) и непосредственно на нём, траектории движения частиц в пространстве, величины давления снега на рабочий орган, силы и моменты сил, действующих на исследуемый рабочий орган.
Ниже предоставлены результаты экспериментов в программном комплексе Flow Vision.
В таблицах 2, 3 и на рисунках 3, 4 представлены зависимости тягового сопротивления отвала с радиусами 500 мм и 400 мм соответственно от угла резания при разных скоростях
1. Уровни и интервалы варьирования
Контролируемые переменные эксперимента Натуральное значение фактора Кодовое значение фактора
X1 X2 X3
Верхний уровень 2 50 500 X = +1
Нижний уровень 1 35 400 X = -1
Основной уровень 1,5 42,5 450 X = 0
Интервал варьирования 0,5 7,5 50 Дельта Xi
движения при угле поворота отвала, равном 30°. Угол поворота отвала принят из условий сгруживания снежного вала впереди отвала. При больших значения угла поворота отвала возникает вероятность потери боковой устойчивости. Радиусы кривизны отвала были приняты исходя из размеров существующих отвалов.
Анализ полученных зависимостей (рис. 3, 4) показал, что наименьшая удельная энергоёмкость исследуемого процесса обеспечивается при резании плотного снега моделью отвала при угле резания 45...50° на всём диапазоне рассмотренных значений толщины резания 10, 20, 30, 40 мм, т.е. при тех же условиях, при
Рис. 1 - Визуализация распределения давления со стороны почвы на поверхность отвала
Рис. 2 - Визуализация распределения концентрации
2. Зависимости тягового сопротивления отвала от угла резания при разных скоростях движения
(радиус отвала г = 400 мм)
Угол резания, V, м/с
град. 1 1,25 1,5 1,75 2
а = 35° 1311,2 1399,5 1654,2 2003,5 2401,8
а = 40° 1490,5 1752,4 1900,1 2451,3 2813,2
а = 45° 1487,2 1682,5 1902,4 2204,8 2799,5
а = 50° 1554,7 1933,7 2296,1 2508,4 2901,5
3. Зависимости тягового сопротивления отвала (Н) от угла резания при разных скоростях движения
(радиус отвала г = 500 мм)
Угол резания, V, м/с
град. 1 1,25 1,5 1,75 2
а = 35° 1250,2 1410,5 1693,5 1982,5 2324,2
а = 40° 1425,1 1699,7 1892,4 2107,3 2397,2
а = 45° 1382,4 1601,5 1890,7 2116,8 2429,1
а = 50° 1480,1 1788,2 1911,4 2168,4 2501,9
1 1.1 1Л 1К м/с
Рис. 3 - Зависимость тягового сопротивления
отвала от скорости движения при разных углах резания (радиус отвала г = 400 мм)
1000 _
1 и м 1,6 1,8 Г. У/С
Рис. 4 - Зависимость тягового сопротивления
отвала от скорости движения при разных углах резания (радиус отвала г = 500 мм)
которых были получены минимальные значения горизонтальной составляющей усилия резания.
Выводы. Технологические параметры бульдозерных рабочих органов, такие, как радиус кривизны лобовой пластины, угол резания, угол поворота отвала, глубина резания и скорость движения, могут быть оптимизированы для повышения эффективности его процесса снегоочистки на основе разработанной модели.
В итоге нами разработана модель для установления энергетических параметров рабочего органа и кинематических параметров снежной среды в модели. Определённые с помощью модели значения сил, моментов и скоростей используются в качестве уже исходных данных для обоснования конструктивно-технологических параметров рабочего органа.
Полученные результаты можно рекомендовать для применения дорожно-эксплуатационным службам хозяйствующих субъектов, так как это позволит обеспечить повышение производительности снегоуборочной техники без увеличения мощности базовой машины, а также снижение энергетических и экономических затрат на содержание территорий в зимний период.
Список источников
1. Баловнев В.И. Дорожно-строительные машины с рабочими органами интенсифицирующего действия. М.: Машиностроение, 1981. 223 с.
2. Кучер Э.О., Ямалетдинов М.М. Основные направления расширения функциональных возможностей автогрейдеров // Перспективы инновационного развития и прогресс в агротехнических и энергетических системах: матер. межвуз. науч.-практич. конф., Балашиха, 9 декабря 2021 года. Балашиха: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Российский государственный аграрный заочный университет», 2021. С. 57 -62..
3. Лысянников А.В. Методика и средства контроля нагрузочных параметров рабочих органов типа снегоуборочных машин: дис. ... канд. техн. наук. Томск, 2013. 174 с
4. Лысянников А.В., Желукевич Р.Б., Кайзер Ю.Ф. Модернизация ножа отвала для удаления снежно-ледяных
образований // Наземные транспортно-технологические комплексы и средства: матер. Междунар. науч.-технич. конф. Тюмень, 2015. С. 320 - 324.
5. Механические свойства снега: [Электронный ресурс]. URL: https://gufo.me/dict/glaciology/ механические свойства снега (Дата обращения: 21.11.2022).
6. Недорезов И.А. Интенсификация рабочих процессов землеройно-транспортных машин и совершенствование их рабочих органов // Исследование машин для земляных работ: сб. науч. тр. / ВНИИ трансстроя. М: Транспорт, 1984. 134 с.
7. Шукуров Н.Р., Мухамадиев Г.М., Абиджанов З.Х. Основные направления интенсификации рабочих процессов землеройно-транспортных машин // Молодой учёный. 2020. № 12 (302). С. 61 - 65 [Электронный ресурс]. URL: https://moluch.ru/archive/302/68279/ (дата обращения: 04.10.2021).
8. Мударисов С.Г. Повышение качества обработки почвы путём совершенствования рабочих органов машин на основе моделирования технологического процесса. дис. ... д-ра техн. наук. Челябинск, 2007. 360 с.
9. Мухаметдинов А.М., Ямалетдинов М.М. Разработка конструкции плужного снегоочистителя // Наука молодых - инновационному развитию АПК: матер. XII национал. науч.-практич. конф. молодых учёных. Уфа, 2019. С. 53 - 56.
10. Ямалетдинов М.М. Обоснование конструктивной схемы и параметров комбинированного почвообрабатывающего орудия: дис. ... канд. техн. наук. Уфа, 2010. 180 с.
11. Использование тяжёлого автогрейдера на содержании городских территорий в зимний период / М.М. Ямалетдинов, И.М. Фархутдинов, Ф.Н. Галлямов, Р.М. Буранбаев // Агроинженерия в XXI веке: проблемы и перспективы: матер. национал. (всерос.) науч.-практич. конф. с междунар. участ., посвящ. 30-летию инженерного факультета им. А.Ф. Пономарева. Майский, 2020. С. 150 - 154.
References
1. Balovnev V.I. Road-building machines with working bodies of intensifying action. M.: Mashinostroenie, 1981. 223 p.
2. Kucher E.O., Yamaletdinov M.M. The main directions of expanding the functionality of motor graders // Prospects for innovative development and progress in agrotechnical and energy systems: mater. interuniversity
scientific-practical. conf., Balashikha, December 09, 2021. Balashikha: Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education Russian State Agrarian Correspondence University, 2021. P. 57-62..
3. Lysyannikov A.V. Methods and means of monitoring the load parameters of working bodies such as snowplows: Dis. ... Cand. Tech. Sci. Tomsk, 2013. 174 p.
4. Lysyannikov A.V., Zhelukevich R.B., Kaiser Yu.F. Modernization of the blade blade for the removal of snow and ice formations // Ground transport and technological complexes and means: mater. International scientific and technical conf. Tyumen, 2015. P. 320-324.
5. Mechanical properties of snow: [Electronic resource]. URL: https://gufo.me/dict/glaciology/ mechanical properties of snow (Date of access: 11/21/2022).
6. Nedorezov I.A. Intensification of working processes of earth-moving machines and improvement of their working bodies // Research of machines for earthworks: collection of articles. scientific tr. M: Transport, 1984. 134 p.
7. Shukurov N.R., Mukhamadiev G.M., Abidzhanov Z.Kh. The main directions of the intensification of the working processes of earth-moving machines. Young scientist.
2020; 302(12): 61-65 [Electronic resource]. URL: https:// moluch.ru/archive/302/68279/ (date of access: 04.10.2021).
8. Mudarisov S.G. Improving the quality of tillage by improving the working bodies of machines based on the simulation of the technological process: Dis. ... Dr. Tech. Sci. Chelyabinsk, 2007. 360 p.
9. Mukhametdinov A.M., Yamaletdinov M.M. Development of the design of a plow snow plow // Science of the young - innovative development of the agro-industrial complex: mater. XII national. scientific-practical. conf. young scientists. Ufa, 2019. S. 53-56.
10. Yamaletdinov M.M. Substantiation of the design scheme and parameters of the combined tillage tool: Dis. ... Cand. Tech. Sci. Ufa, 2010. 180 p.
11. The use of a heavy motor grader for the maintenance of urban areas in the winter / M.M. Yamaletdinov, I.M. Farkhutdinov, F.N. Gallyamov, R.M. Buranbaev // Agroengineering in the XXI century: problems and prospects: mater. national (all-Russian) scientific-practical. conf. with international participation, dedicated 30th Anniversary of the Faculty of Engineering. A.F. Ponomarev. Maisky, 2020. P. 150-154.
Эдуард Олегович Кучер, магистр, eduard.kucher@inbox.ru
Марсель Мусавирович Ямалетдинов, кандидат технических наук, доцент, marselcxm@mail.ru Фаил Наилович Галлямов, кандидат технических наук, доцент, galfail@mail.ru Шамиль Файзрахманович Нигматуллин, кандидат технических наук, доцент, shamil.bosch@mail.ru Арсений Александрович Козеев, кандидат технических наук, доцент, k.arsen.a@mail.ru
Eduard O. Kucher, Master of Science, eduard.kucher@inbox.ru
MarselM. Yamaletdinov, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, marselcxm@mail.ru Fail N. Gallyamov, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, galfail@mail.ru ShamilF. Nigmatullin, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, shamil.bosch@mail.ru ArseniyA. Kozeev, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, k.arsen.a@mail.ru
Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Contribution of the authors: the authors contributed equally to this article. The authors declare no conflicts of interests. Статья поступила в редакцию 23.11.2022; одобрена после рецензирования 20.12.2022; принята к публикации 10.01.2023.
The article was submitted 23.11.2022; approved after reviewing 20.12.2022; accepted for publication 10.01.2023. -♦-
Научная статья УДК 664.8.047
ао1: 10.37670/2073-0853-2023-99-1-129-136
Результаты испытания опытного образца зерносушилки с генератором теплоты аэродинамического типа
Виктор Николаевич Ожерельев, Хафиз Мубариз-оглы Исаев, Татьяна Васильевна Панова,
Олег Алексеевич Купреенко, Андрей Григорьевич Ялоза
Брянский государственный аграрный университет, Брянск, Россия
Аннотация. Перспективным типом сушильных установок в сельском хозяйстве являются печи аэродинамического нагрева. Они работают по принципу трансформации в теплоту аэродинамических потерь, возникающих при работе ротора центробежного вентилятора в замкнутом циркуляционном контуре, т.е. в сушильной камере. Целью исследования являлось испытание опытного образца зерносушилки шахтного типа с аэродинамическим генератором теплоты. Сушилка оборудована выгрузным устройством пассивного типа, что позволило упростить конструкцию сушильной шахты. Режим рециркуляции зерна и его выгрузки обеспечивался пневмотранспортёром с отбором для его работы части потока сушильного агента от ротора-нагревателя специальной отсекающей перегородкой в приёмном коробе диффузора сушильной шахты. Это позволило обойтись без дополнительного напорного вентилятора для обеспечения работы пневмотранспортёра. Получено высушенное семенное зерно влажностью 13 - 14 % при температуре сушильного агента до 40 °С и температуре нагрева зерна до 25 °С. Использование комбинированного
