CC BY
19
условии неснижения производственных показателей установлено, что воздух, подаваемый в животноводческое помещение, должен состоять на 6/7 (85%) из рециркуляционного воздуха, прошедшего через систему очистки, и на 1/7 (15%) - из воздуха, подаваемого из окружающей среды.
Литература
1. Баланин В.И. Микроклимат животноводческих зданий / ПрофиКС. 2003. 133 с.
2. Рекомендации по расчёту и проектированию систем обеспечения микроклимата животноводческих помещений с утилизацией теплоты выбросного воздуху. М., 2004.
3. Бабаханов Ю.М., Степанова Н.А., Шаталов А.П. Снижение энергопотребления системы микроклимата в животноводческих помещениях // Энергосберегающие технологии в сельскохозяйственном производстве / ВНИЭСХ / Научные труды. 1985. Т. 64. С. 98 - 107.
4. Возмилов А. Г. Электроочистка и электрообеззараживание воздуха в промышленном животноводстве и птицеводстве: дисс. ... докт. техн. наук. Челябинск, 1993. 337 с.
5. Карпис Е.Е. Энергосбережение в системах кондиционирования воздуха. М.: Стройиздат, 1986. 269 с.
6. Юрков О.И. Тепло- и массообменные процессы в теплообменнике животноводческих помещений // Водоснабжение и сантехника. 1972. № 7.
7. Уаддн Р.А., Шефф П.А. Загрязнение воздуха в жилых и общественных зданиях. М.: Стройиздат. 1987. 158 с.
8. Этология сельскохозяйственных животных / пер. с чешского Б.Н. Пакулева; под ред. и с предисл. Е.Н. Панова. М.: Колос, 1977. 304 с.
9. Храмцов В.В., Табаков Г.П. Зоогигиена с основами ветеринарии и санитарии. М.: Колос, 2004. 281 с.
10. Ветеринарно-санитарные требования при проектировании, строительстве, реконструкции и эксплуатации животноводческих помещений. М.: ВО «Агропромиздат», 1988.
11. Славин P.M. Комплексная механизация и автоматизация промышленного производства. М.: Колос, 1978. 348 с.
12. Методические рекомендации по применению и исследованию средств очистки и дезинфекции вентиляционного воздуха животноводческих и птицеводческих помещений. М: ВИЭСХ, 1982. 39 с.
13. Селянский В.М. Микроклимат в птичниках. М.: Колос, 1975. 304 с.
Результаты экспериментальных исследований наплавленных образцов подбарабаний комбайна CLAAS TUCANO
В.С. Коляда, инженер-исследователь, В. А. Шахов, д.т.н., профессор, ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ
В сельскохозяйственном производстве Оренбургской области весомую долю парка машин и орудий составляет зарубежная техника. Это высокопроизводительная и надёжная техника, работающая в животноводстве и растениеводстве. В западной и центральной зонах особой популярностью пользуются комбайны фирмы CLAAS. В комбайнах немецкого производства, равно как и российского, с увеличением наработки происходит износ деталей, узлов, агрегатов. В частности, изнашивается подбарабанье, приводящее к недо-вымолоту зерна, потере урожая. Поэтому были выполнены исследования по разработке технологии восстановления подбарабаний комбайнов фирмы CLAAS.
При поиске оптимальных значений параметров процесса наплавки поперечных планок подбараба-ний необходимо ориентироваться на минимально необходимое значение твёрдости, которое будет отвечать необходимым эксплуатационным характеристикам исследуемого процесса [1 - 5]. И безусловно, это твёрдость нового подбарабанья, равная HRC = 34.
С практической точки зрения предпочтительнее для этого получить трёхмерные графики зависимостей твёрдости наплавляемого слоя от режимов наплавки, чтобы их (режимов) выбор в совокупности обеспечивал требуемую величину твёрдости [1 - 6]. Построение таких графиков возможно при наличии математической зависимости (модели) твёрдости наплавленной поверхности от факторов,
поверхность отклика которой можно представить как геометрическое место точек значений параметров режима наплавки.
Материал и методы исследования. С целью качественного анализа наплавленного слоя на изношенное подбарабанье комбайна CLAAS, предоставленного СПК (к-з) им. М.В. Фрунзе Тоцкого района, поперечная планка была срезана и для удобства проведения экспериментов из неё были изготовлены образцы длиной 120 мм и шириной 40 мм. Данные параметры образцов определили возможность минимальных дополнительных настроек измерительного оборудования и тем самым сократили время проведения исследования.
Перед началом исследования все образцы для достоверности данных были обозначены двумя способами: маркером - порядковый номер; насечками - порядковый номер (в случае если краска будет стерта).
Для соблюдения достоверности экспериментов наплавочные процессы выполнялись на участке наплавки при температуре 18°С при включённой обменной принудительной вентиляции помещения производственного цеха и локальной - сварочного участка [4, 5, 7].
С целью повышения точности проведения исследования наплавка проводилась по следующим условиям: предварительно зачищали наплавочные поверхности; наплавляли поперечные стороны планок; наплавочная поверхность представляла площадку размером 10*50 мм.
Наплавочное оборудование, используемое для проведения эксперимента: сварочный полуавтомат «ВЕГА-МИГ-400», механизм подачи проволоки
«Ассистент-400Ь» и вспомогательное оборудование (горелка, шланги и т.д.).
Полуавтомат «ВЕГА-МИГ-400» предназначен для стандартной сварки/наплавки плавящимся электродом в среде защитных газов (МИГ/МАГ) металлоконструкций из углеродистых и легированных сталей, алюминия, меди и их сплавов. Имеет ручное и автоматическое регулирование параметров процесса наплавки (и, I, Кпод). За счёт электронной системы управления и роликового механизма подачи проволоки полуавтомат обеспечивает устойчивое горение дуги и высокую стабильность процесса наплавки, вследствие этого минимальная потребность в последующей обработке шва (наплавка без разбрызгивания металла короткой дугой и дугой с мелкокапельным переносом металлов в среде защитных газов). В аппарате имеется три дроссельных отвода для наплавки в СО2, газовых смесях и аргоне, тем самым обеспечиваются высокие сварочные свойства дуги. Имеется разъём для подключения интерфейса ПК для передачи данных и документирования.
Для исследования наплавленных образцов была разработана и изготовлена установка ускоренного износа (патент на полезную модель № 176679 от 01.08.2017 г.). Установка разработана с учётом теории подобия, размерности и моделирования физико-химических процессов и согласуется с исследованиями Л.И. Седова, Л.С. Эйгенса, В.А. Ве-
никова, М.В. Кирпичева и Г.К. Дьяконова. Теория подобия и размерностей позволяет определить необходимые соотношения факторов натурного и модельного экспериментов [5 - 10].
Для адекватности проведения эксперимента установка была спроектирована и изготовлена исходя из следующих условий: диаметр, зернистость, частота вращения абразивных кругов для всех исследуемых образцов величина постоянная и равная; время проведения эксперимента (время непосредственного износа) для всех исследуемых образцов величина постоянная и равная; нормальное усилие воздействия наплавленной поверхности на абразивный круг (за счёт массы уголка и исследуемого образца) Ризн для всех исследуемых образцов величина постоянная и равная.
Составлен план экспериментов по изучению влияния независимых и управляемых факторов (I, и, Мэ, ёэ) на твёрдость наплавляемой поверхности.
Таким образом, из выбранного диапазона значений управляемых факторов процесса наплавки необходимо определить значения, которые обеспечивают твёрдость наплавленной поверхности не менее ЫЯС = 34.
Основываясь на результатах, полученных в процессе проведённых экспериментов (81 опыт), которые обрабатывались в программе «81ай8йка 10», были получены значения коэффициентов регрессии (табл. 1, 2).
1. Результаты эксперимента по наплавке поперечной планки подбарабанья
N = 189 Итоги регрессии для зависимой переменной: У (таблица) Я = ,64256239 Я2 = ,41288643 Скоррект. Я2 = ,36564741 Е(14,174) = 8,7404 Р <,00000 Станд. ошибка оценки: 2,5911
БЕТА Ст. ош. БЕТА В Ст. ош. В Т(174) Р-знач.
Св. член 33,58730 0,188478 178,2025 0,000000
Х1 -0,117831 0,058088 -0,46825 0,230838 -2,0285 0,044034
Х2 -0,013980 0,058088 -0,05556 0,230838 -0,2407 0,810095
Х3 0,263350 0,058088 1,28174 0,282717 4,5336 0,000011
Х4 0,503280 0,058088 2,00000 0,230838 8,6641 0,000000
Х1*Х2 -0,127191 0,058088 -0,61905 0,282717 -2,1896 0,029882
Х1*Х3 -0,009986 0,058088 -0,05952 0,346256 -0,1719 0,863711
Х1*Х4 -0,107624 0,058088 -0,52381 0,282717 -1,8528 0,065609
Х2*Х3 0,026961 0,058088 0,16071 0,346256 0,4641 0,643122
Х2*Х4 -0,073380 0,058088 -0,35714 0,282717 -1,2633 0,208189
Х3*Х4 0,200713 0,058088 1,19643 0,346256 3,4553 0,000691
Х1*Х2*Х3 -0,026906 0,058088 -0,19643 0,424076 -0,4632 0,643808
Х1*Х2*Х4 -0,023966 0,058088 -0,14286 0,346257 -0,4126 0,680425
Х2*Х3*Х4 0,024460 0,058088 0,17857 0,424076 0,4211 0,674216
Х1*Х2*Х3*Х4 0,002996 0,058088 0,02678 0,519385 0,0516 0,958931
2. Результаты расчёта коэффициентов регрессии
Ь0 ¿1 ¿2 ¿3 ¿4 ¿12 ¿13 ¿14
33,58730 -0,46825 -0,05556 1,28174 2,00000 -0,61905 -0,05952 -0,52381
¿23 ¿24 ¿34 ¿123 ¿124 ¿234 ¿1234
0,16071 -0,35714 1,19643 -0,19643 0,14286 0,17857 0,02678
Все коэффициенты удовлетворяют значению заданного интервала, следовательно, являются статистически значимыми.
С учётом оценки значимости коэффициентов уравнение регрессии примет вид:
у = 33,58730 + -0,46825x1 + -0,05556x2 + + 1,28174х3 + 2,000х4 + -0,61905х1х2 + + 0,16071х2х3 + -0,05952х1х3 + + -0,52381х1Х4 + -0,35714Х2Х4 + (1) + 1,19643х3Х4 + -0,19643Х1Х2Х3 + + 0,14286х1Х2Х4 + 0,17857Х2Х3Х4 + + 0,02678x1x2x3x4.
По результатам экспериментов были построены поверхности отклика для определения оптимального режима наплавки рабочей поверхности поперечной планки подбарабанья.
Анализ рисунка 1 показывает, что необходимое значение твёрдости наплавленного слоя (ЫЯС не менее 34) достигается величиной силы тока в
интервале 268 - 271 А при напряжении дуги от 29,4 до 30,0 В.
Математическая обработка результатов эксперимента при варьировании значений силы тока и различных марок наплавочной проволоки показала приемлемое изменение твёрдости (ЫЯС не менее 34) в интервале значений: сила тока 268 - 280 А с наплавочной проволокой Нп-30ХГСА. Также хороший результат получен при твёрдости ЫЯС не менее 34, с проволокой Св-18ХГС при силе тока 268 - 290 А (рис. 2).
Полученная поверхность отклика показывает, что необходимое значение твёрдости (ЫЯС не менее 34) достигается в интервале силы тока 268 - 292 А и диаметра электродной проволоки 1,8 - 2,0 мм (рис. 3).
Анализ поверхности отклика (рис. 4) показывает, что необходимое значение твёрдости (ЫЯС не менее 34) возможно получить при силе тока 34 - 60 А с электродной проволокой диаметром 1,7 - 2,0 мм.
Рис. 1 - Зависимость твёрдости наплавляемой поверхности от силы тока и напряжения дуги
Рис. 2 - Зависимость твёрдости наплавляемой поверхности от силы тока и марки наплавочной проволоки
Рис. 3 - Зависимость твёрдости наплавляемой поверхности от силы тока и диаметра наплавочной проволоки
□ <36
□ <34
□ <32 \ 1 <30
□ <28 Ш < 26
Рис. 4 - Зависимость твёрдости наплавляемой поверхности от диаметра наплавочной проволоки и марки наплавочной проволоки
Результаты исследования. Комплексный анализ результатов исследований (поверхности отклика) показывает незначительное уменьшение твёрдости наплавленного слоя (ЫЯС с 33 до 31 ед.) при увеличении силы тока в интервале 268 - 292 ампер. Схожий результат, незначительное увеличение твёрдости наплавленного слоя (ЫЯС с 31 до 32 ед.) от увеличения напряжения дуги в интервале 27,8 - 30,2 вольт. При более низких напряжениях уменьшается производительность труда, при повышении напряжения (более 32 В) увеличивается интенсивность выгорания легирующих элементов, твёрдость снижается. Наибольшее влияние на изменение твёрдости наплавленного слоя оказывают материал (марка) и диаметр наплавочной проволоки. Качественное улучшение материала наплавочной проволоки (содержание легирующих элементов) приводит к увеличению твёрдости с 28 до 36 ед. (ЫЯС). Увеличение диаметра наплавочной проволоки от 1,6 до 2,0 мм также привело к
увеличению твёрдости наплавленного слоя (HRC с 30 до 35 ед.). При этом увеличивается производительность труда.
Наибольшее увеличение твёрдости получено с наплавочной проволокой Нп-30ХГСА, твёрдость от 34 до 40 ед. HRC при диаметре d3 = 1,8 - 2,0 мм. С проволокой марки Св-18ХГС диаметром d3 = 1,8 - 2,0 мм твёрдость составила 32 - 38 HRC.
На основании проведённых лабораторных экспериментов по восстановлению рабочей поверхности поперечной планки подбарабанья комбайна (на примере комбайна CLAAS) были определены образцы, у которых твёрдость наплавленной поверхности соответствует интервалу HRC не менее 34 ед.
Из 81 образца наплавленных поперечных планок были отобраны образцы .№ 7, 5, 8, 10, 16, 32, 41, 50, 59, 68, так как наплавленный металл обладал следующими свойствами: твёрдость больше HRC 34; структура металла и химический состав, наиболее близкие с металлом нового подбарабанья комбайнов
Восстановленное подбарабанье
Рис. 5 - Испытания в производственных условиях
CLAAS; лучшие показатели твёрдости и износостойкости (в том числе сопоставимые с металлом нового подбарабанья комбайнов CLAAS); отсутствие дефектов наплавки (непровар, раковины и т.д.).
Используя вышеизложенные результаты лабораторных исследований, для проверки достоверности были проведены производственные исследования на комбайнах CLAAS в следующих сельскохозяйственных предприятиях Оренбургской области: СПК (к-з) им М.В. Фрунзе Тоцкого района Оренбургской области; ЗАО «Романовское» Сакмарского района Оренбургской области.
В качестве объектов испытаний использовались комбайны CLAAS с восстановленными основными подбарабаньями (рис. 5):
- TUCANO 430, 2010 г. вып. Система обмолота APS, ширина подбарабанья 1320 мм, мощность двигателя 258 л.с. (ЗАО «Романовское»). Далее по тексту - комбайн № 1;
- TUCANO 450, 2009 г. вып. Система обмолота APS, ширина подбарабанья 1580 мм, мощность двигателя 299 л.с. (СПК (колхоз) им. М.В. Фрунзе). Далее по тексту - комбайн № 2;
- TUCANO 450, 2009 г. вып. Система обмолота APS, ширина подбарабанья 1580 мм, мощность двигателя 299 л.с. (СПК (колхоз) им. М.В. Фрунзе). Далее по тексту - комбайн № 3.
Восстановление подбарабаний по заданным режимам наплавки способом наплавки в среде углекислого газа и с последующей механической обработкой под номинальный размер (высоту) по-
перечной планки производилось на специализированном предприятии ОАО «Южное РТП».
Исследуемые подбарабанья настраивались под тип убираемой культуры и обслуживались в соответствии с требованиями завода-изготовителя. Исследования проводились в течение уборочной страды на протяжении 2015 - 2016 гг. За время исследований оценка износа восстановленных под-барабаний (измерения высоты поперечных планок, визуальный осмотр) проводилась два раза (перед началом уборочной и после её завершения), при этом фиксировался сезонный и намолот нарастающим итогом.
Для ведения учёта эксплуатации зерноуборочных комбайнов и износа рабочих поверхностей поперечных планок подбарабаний вёлся полевой журнал, в котором отображалась вся информация. Результаты испытаний представлены в таблице 3.
Сравнивая показатель износа поперечных планок, для нового подбарабанья это диапазон 0,1 - 0,5 мм/1000 т и полученные данные в ходе производственных испытаний (табл. 3) комбайн № 1 - 0,13 мм/1000 т, комбайн № 2 - 0,12 мм/1000 т, комбайн № 3 - 0,13 мм /1000 т, делаем вывод: значения из-носов экспериментальных подбарабаний комбайнов находятся в интервале допустимых значений для нового подбарабанья (0,12 - 0,13 меньше 0,5) и удовлетворяют поставленным целям исследования.
Выводы. На основании проведённых лабораторных экспериментов по восстановлению рабочей поверхности поперечной планки подбарабанья
3. Таблица производственных испытаний
Комбайн № 1
Период Наработка, мото-час Износ за период, мм Общая наработка за период 2015 -2016 гг., мото-час Общий намолот за период 2015 -2016 гг., тонн Общий износ за период 2015 -2016 гг., мм Средний износ поперечной планки подбараба-нья мм/1000 мото-час Средний износ поперечной планки под-барабанья мм/1000 т
начало окончание
2015 1820 2390 0,68 808 8928 1,21 1,5 0,13
2016 2390 2722 0,53
Комбайн № 2
Период Наработка, мото-час Износ за период, мм Общая наработка за период 2015 -2016 гг., мото-час Общий намолот за период 20152016 гг., тонн Общий износ за период 20152016 гг., мм Средний износ поперечной планки подбараба-нья мм/1000 мото-час Средний износ поперечной планки под-барабанья мм/1000 т
начало окончание
2015 2205 2601 0,62 976 10531 1,28 1,31 0,12
2016 2601 3181 0,68
Комбайн № 3
Период Наработка, мото-час Износ за период, мм Общая наработка за период 20152016 гг., мото-час Общий намолот за период 20152016 гг., тонн Общий износ за период 20152016 гг., мм Средний износ поперечной планки подбараба-нья мм/1000 мото-час Средний износ поперечной планки под-барабанья мм/1000 т
начало окончание
2015 2099 2512 0,61 903 9684 1,27 1,41 0,13
2016 2512 3102 0,66
комбайна (на примере комбайна CLAAS) были определены образцы, у которых твёрдость наплавленной поверхности соответствует интервалу HRC не менее 34 ед.
Наибольшее увеличение твёрдости получено с наплавочной проволокой Нп-30ХГСА, твёрдость от 28 до 40 ед. HRC при диаметре d3 = 1,8 - 2,0 мм. С проволокой марки Св-18ХГС диаметром d3 = 1,8 - 2,0 мм твёрдость составила 32 - 38 HRC.
Производственные испытания наплавленных поперечных планок подбарабаний проволокой Нп-30ХГСА и Св-18ХГС показали сходимость результатов износа с лабораторным экспериментом на установке, разработанной авторами [11]. Это объясняется идентичностью физико-химических и физико-механических свойств новых подбарабаний и восстановленных согласно предложенным режимным параметрам.
Значения износов экспериментальных подбарабаний комбайнов находятся в интервале допустимых значений для нового подбарабанья (0,12 - 0,13 меньше 0,5) и удовлетворяют поставленным целям исследования.
Литература
1. Шахов В.А., Коляда В.С., Ракитянский А.А. Обоснование метода восстановления поперечных планок подбарабаний зерноуборочных комбайнов фирмы «CLAAS» // Совершенствование инженерно-технического обеспечения
технологических процессов в АПК: сб. матер. Междунар. науч.-практич. конф. Оренбург: Издательский центр ОГАУ, 201З. С. S5 - 90.
2. Шахов В.А., Аристанов М.Г. Надёжность зарубежной почвообрабатывающей техники в условиях Оренбургской области // Машинно-технологическая станция. 2010. №6. С. 2З.
3. Сидоров А.И. Восстановление деталей машин напылением и наплавкой. М: Машиностроение; 19S7. 192 с.
4. Соловьев С.А., Рогов В.Е., Шахов В.А. Практикум по ремонту сельскохозяйственных машин. М.: Колос, 2007. ЗЗ6 с.
5. Шахов В.А., Рогов В.Е., Чернышев В.П. Практикум по основам надёжности сельскохозяйственной техники: учебники и учебные пособия. Оренбург: Издательский центр ОГАУ, 2000. 76 с.
6. Практикум по надёжности технических систем сельскохозяйственных машин: учебное пособие / В.Е. Рогов, В.П. Чернышев, В.А. Шахов [и др.]. Оренбург: Издательский центр ОГАУ, 2012. 75 с.
7. Шахов В.А., Терехов О.Н., Коляда В.С. Разработка стенда для динамической балансировки молотильных барабанов фирм Qaas после ремонта // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2012. № 2. С. 72 - 74.
S. Шахов В.А., Коляда В.С. Results of practical research on selection of the best process of the working surface recovery for the combine harvester concave's crossbar // British Journal of Innovation in Science and Technology. 2016. Т. 1. № З. С. ЗЗ — 44.
9. Шахов В.А. Коляда В.С. Новые технологии и оборудование для восстановления подбарабаний комбайнов Claas Tucano // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2017. № 1 (6З). С. S0 — S2.
10. Патент на полезную модель №125500 РФ Приспособление для фрезерования подбарабанья. / В.А. Шахов, В.С. Коляда. Опубл. 10.0З.201З г. Бюл. № 7
11. Патент на полезную модель № 176679 Установка для исследования на абразивный износ рабочих органов молотильного аппарата зерноуборочных комбайнов. / В. А. Шахов, И.М. Затин, В.С. Коляда. Опубл. 25.01.201S г. Бюл. № З
К вопросу о намораживании льда на боковой поверхности испарителей термосифонов
Г.С. Коровин, к.т.н., Бузулукский ГТИ - филиал ФГБОУ ВО Оренбургский ГУ; В.А. Шахов, д.т.н., профессор, АЛ. Козловцев, к.т.н., СВ. Горячев, к.т.н., В.И. Квашенников, д.т.н., профессор, Л.Л. Карташов,
д.т.н., профессор, ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ
Интенсивность намораживания льда на боковой поверхности термосифона зависит от конструктивно-технологических параметров термосифона и физико-химических свойств хладагента, заправленного в термосифон. Названные показатели определяют тепловую мощность (холодопроизводи-тельность) термосифона, т. е. его теплопередающую способность от замораживаемой воды к морозному воздуху [1 - 4].
Теплопроводность внутреннего пространства термосифона приближённо можно рассчитать следующим образом.
Пусть имеется термосифон длиной 5 м, с внутренним диаметром трубы 25 мм. В термосифоне имеется 100 г жидкого фреона R22 и парообразная фаза. Термосифон содержится при температуре 273 К. Из таблиц физико-химических свойств R22 получаем:
- давление конденсации (кипения) при 0°С -497600 Па;
- плотность жидкой фазы при 0°С - 1284 кг/м3;
- плотность парообразной фазы - 21,213 кг/м3.
Тогда полный объём внутреннего пространства
трубы равен:
П 0,0252 • 5 = 1,45 • 10-3 м3.
Объём, занимаемый жидкой фазой, равен 78 см3.
Высота трубы, занимаемая жидкой фазой, = 0,159 м (15,9 см).
Поместим испаритель термосифона в воду бассейна с температурой 0°С, а температура воздуха над водой, т. е. в зоне расположения конденсатора, равна -10°С. Давление конденсации (кипения) при -10°С равно 354300 Па.
Пары фреона в верхней части трубы (конденсатор) начнут конденсироваться, уменьшая давление до 354300 Па. Разность давлений паров между испарителем и конденсатором составит [3]:
497600 Па - 354300 Па = 143300 Па.
В этом случае сила, действующая на столб фреоновых паров высотой, равной 5 м - 0,159 м = = 4,841 м, окажется равной:
