CC BY
16
Literatura
1. Sel'skoe hozyajstvo, ohota i lesnoe hozyajstvo: Pskovstat [Elektronnyj resurs].- URL: http://pskovstat.gks.ru/wps/wcm/connect/rosstat_ts/pskovstat/ru/statistics/enterprises/agriculture/, svobodnyj. - Zagl. s ekrana. - YAz.rus.
2. Sergej Pernikov vysoko ocenil «Zernovoj proekt» pticefabriki «Naziya» [Elektronnyj resurs]. -Rezhim dostupa: http://businesspskov.ru/rbusiness/bapk/113413.html, svobodnyj. - Zagl. s ekrana. - YAz.rus.
3. Fedorova I.V., Fedorova YU.N., YAroshevich G.S. Ocenka obrazcov polby golozernoj v usloviyah Severo-Zapadnogo regiona // Problemy innovacionnogo razvitiya APK: materialy mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii (13-14 aprelya 2017 g., g. Velikie luki). -Velikie Luki: RIO VGSKHA, 2017. - S. 31-34.
4. Lur'e V.M. Issledovanie processa ohlazhdeniya semennogo zerna: avtoref. dis. ... kand.tekhn.nauk. - M.,1970. - 27 s.
5. Uspenskij V.A. Pnevmaticheskij transport. - M.:Metallurgizdat, 1952. - 152 s.
6. Volhonov M.S. Obosnovanie i sovershenstvovanie processov i aerozhelobnyh ustrojstv dlya posleuborochnoj obrabotki zerna: avtoref. dis... doktora tekhn. nauk.- CHeboksary, 2008. - 38 s.
7. Morozov V.V., Tel'puk M.B. Ohlazhdenie zerna v aerodinamicheskom ohladitele // Sel'skij mekhanizator. - 2011. - №5. - S. 10-11.
УДК 631.3 Б01 10.24411/2078-1318-2019-12178
Доктор техн. наук Г.П. ЕРОШЕНКО (ФГБОУ ВО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова»,
[email protected]) Доктор техн. наук Д.А. СОЛОВЬЕВ (ФГБОУ ВО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова»,
solovevda@bk. ги) Канд. техн. наук С.М. БАКИРОВ (ФГБОУ ВО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова»,
СНИЖЕНИЕ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА СЕКЦИИ ДОЖДЕВАЛЬНОЙ МАШИНЫ ЗА СЧЕТ ИЗМЕНЕНИЯ ДИАМЕТРА ВОДОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО
ТРУБОПРОВОДА
Дождевальные машины характеризуются различными мелиоративными и техническими параметрами, по которым определяется ее эффективность. К мелиоративным параметрам относят площадь полива, интенсивность дождя, скорость полива. На основе этих данных судят не только об эффективности дождевальной машины (ДМ), но и всего процесса дождевания в целом, включая входные параметры водоподачи и прироста урожая [1].
Технические параметры характеризуют эффективность только ДМ. В первую очередь к ним относят потребляемую мощность, снижая которую при прочих равных условиях является актуальным научно-техническим исследованием. В электрифицированных дождевальных машинах с автоматическим управлением потребляемая мощность складывается из мощностей электропривода и системы управления. Как известно из [2], мощность электродвигателя привода секции дождевальной машины зависит от многих параметров:
„ Рсгюдв
Рдв , (1)
пер
где ¥с - сила сцепления в точке касания колеса секции, Н; г - радиус колеса, м; а>дв -угловая скорость двигателя, рад/с; / - суммарное передаточное число, о. е.; Щпер -коэффициент полезного действия передачи, о.е.
Анализируя данное выражение, в знаменателе передаточное число определяет скорость движения секции. Тем самым, увеличивая передаточное число, при прочих равных параметрах ведет к снижению мощности электродвигателя, но уменьшает скорость перемещения секции. Угловая скорость электродвигателя имеет стандартные типоразмеры и повлиять на нее сложно. А сила сцепления и радиус колес определяют динамические свойства машины, которыми можно управлять. В [2] приводятся варианты управления силой сцепления, однако несмотря на глубину исследований, проблема снижения энергозатрат в дождевальных машинах полностью еще не решена. При этом, уменьшая значение силы сцепления, пропорционально можно снизить мощность электропривода.
Целью исследования является установить уровень максимального снижения потребляемой мощности электродвигателя при возможных вариантах изменения силы сцепления.
Материалы, методы и объекты исследования. Для достижения поставленной цели воспользуемся методом научного познания - анализ, используя расширенную теорию курса физики [3] с применением простейшего математического анализа данной зависимости.
В качестве объекта исследования принимается одна секция электрифицированной дождевальной машины кругового действия, на примере дождевальной машины МДЭК «Кубань-ЛК1 М» (Каскад).
Результаты исследования. Сила сцепления в точке касания колеса с грунтом зависит от коэффициента сцепления /л и результирующего веса Р в данной точке
Рассматриваемая секция ДМ имеет два колеса, поэтому сила равномерно распределяется на них.
Коэффициент сцепления зависит от параметров колес: материала, ширины колес, особенностей протектора; а также от параметров грунта: вида, структуры, влажности и т.п. Принимая в данной работе стандартные размеры колес и работу машины на сухом грунте, можно считать коэффициент сцепления постоянным на отдельном промежутке времени. Тогда результирующий вес в точке действия будет складываться
где Рт - вес трубопровода без воды вместе с фермой, Н; Рв - вес поливной воды, Н; Ро - вес опоры секции, Н.
Вес опоры определяется ее конструктивными особенностями. Опора представляет собой А-образную раму, на вершине которой закрепляется край водораспределительного трубопровода с шарниром карданного типа. Основная функция опоры - удерживать водораспределительный трубопровод с возможностью перемещения по кругу (рис. 1).
Вес опоры складывается из веса А-образной рамы, веса электродвигателя, передачи и веса колес. Изменив (упростив) конструкцию опоры, необходимо проводить продолжительные и сложные экспериментальные исследования, чтобы не повлечь за собой ряд негативных последствий в нарушении устойчивости, динамических характеристик и т. д. Поэтому в данном расчете примем Ро постоянным.
¥с = /Р.
(2)
Р = Рт + Рв + РО ,
(3)
Рис. 1. Опора секции дождевальной машины (вид сбоку): 1 - А-образная рама, 2 - водораспределительный трубопровод, 3 - ферма трубопровода, 4 - электродвигатель,
5 - колеса
Вес сухого водораспределительного трубопровода определяется:
Рт =7ТуТ (1 + а), (4)
где ут - удельный вес трубопровода, который зависит от толщины стенки, Н/м3; Ут -объем трубопровода, который зависит от диаметра и длины, м2; а - коэффициент, учитывающий вес фермы, поддерживающей трубопровод, о.е
Обычно водопроводящий трубопровод выполнен в виде соединенных отрезков стальной трубы с толщиной стенки Ь, удовлетворяющей требования к изгибанию трубопровода с водой. Фланцевым соединением отрезков трубы друг с другом можно пренебречь, поскольку при длине трубопровода секции I = 65 м, таких соединений будет около 10.. .12. Преобразовав выражение (4), получим вес сухого трубопровода:
п
Рт = 2 ь^рст g (1 + а), (5)
где Ь - толщина стенки трубопровода, м; ё - диаметр трубопровода, м; I - длина трубопровода, м; рст - плотность стали, из которой выполнен трубопровод [3] рст = 7869 кг/м3; g - ускорение свободного падения [3] для Саратовской области g = 9,817 м/с2.
Вес воды внутри трубопровода определяется весом в статическом положении и весом реакции. Принимая во внимание идеальный случай, когда реакция выхода воды компенсируется реакцией входа воды в трубопровод, то достаточно рассмотреть вес воды в статическом состоянии
Рв = УвУв , (6)
где ув - удельный вес воды [3]; Н/м3; У в - объем, занимаемый водой в водораспределительном трубопроводе и гибких отводящих трубках дождеобразующих устройств, м3.
Объем воды, находящийся внутри гибких трубок дождеобразующих устройств, пренебрежимо мал по сравнению с объемом воды в водораспределительном трубопроводе. Учет данного объема приведет к сложным расчетам и в целом не повлияет на цель поиска решения, поэтому рассмотрим только объем воды внутри водораспределительного трубопровода:
п Ь2
Рв = 4 Рвg(ё2 - ёЬ + т), (7)
где рв - плотность воды [3] рв = 1000 кг/м3.
+ Р
о •
(8)
Тогда с учетом выражений (4 - 7) выражение (3)
f1 1 2 1 1 2Л
Р = щ1 -Pcmbd(1 + а) + -рвd --реbd + —рвЪ ^ 2 4 4 16 у
Принимая во внимание детерминированность параметров выражения (8) и выражения (3), таких как плотность воды и стали, к.п.д. передачи, а также задаваясь параметрами колеса и передачи, рассмотрим преобразованное выражение мощности электродвигателя секции длиной 65 м
М( Abd + Bd2 + Cb2 + D )адв
-, (9)
Рде =
' п
пер
где А, В, С и Б - коэффициенты преобразованных детерминированных параметров.
По выражению (9) видно, что мощность электродвигателя прямопропорционально зависит от диаметра и толщины стенки водопроводящего трубопровода. Зависимость снижения давления на стенки трубопровода от длины имеется, что, соответственно, упрощает требования к прочности в конце линии. Обычно толщину стенки на протяжении всей длины трубопровода не изменяют. Это связано с вариантами типо-размерного ряда труб круглого сечения и сложностью сборки дождевальной машины. Поэтому рассмотрим возможное изменение диаметра для одной секции дождевальной машины кругового действия.
Рассматривая теорию изменения диаметра для одной секции, нельзя применять ее для расчета всей дождевальной машины, поскольку их математические модели движения воды будут иметь существенные отличия [4]. Секция дождевальной машины характеризуется длиной, диаметром водораспределительного трубопровода, количеством и диаметром гибких трубопроводов дождеобразующих устройств, а также расстоянием между ними. Пример модели схемы движения поливной воды секции изображен на рис. 2.
M
ЛРХ
AR
2
-эК—
А
<L\
..............-. V-
cL
-"хо
d Л
ci
■> : У4 — : .0
Рис. 2. Модель схемы движения поливной воды секции дождевальной машины
В данной теории необходимо определить минимальное значение диаметра в конце и в начале водопроводящего трубопровода с учетом мелиоративных особенностей полива. Начиная с крайнего гибкого трубопровода, условием работы машины является скорость движения воды Vо (м/с) и расход воды Q (м3/с)
£
где 5 - площадь поперечного сечения крайнего гибкого трубопровода, м2.
В данном случае примем допущение - потери скорости и давления поливной воды в гибких трубках пренебрежимо малы, а длина каждого гибкого трубопровода I (м) одинакова и минимальна.
= —
(10)
Тогда давление в точке ро по уравнению Бернулли [3]
р - Рв^ , ^ _ 1бРв£2 , ^
Ро + Рё" _ + (11)
где т - масса поливной воды, кг; I - продолжительность движения поливной воды, с. Потери давления на участке Ьс (м)
, (12)
Ар0 _ Я
ЬоРв у'2
0
или можно записать как
Р Р _ Я Ь0Р' У0 Р| - Р0 (13)
где X - коэффициент потерь на трение по длине, зависящий от материала и его шероховатости (внутренней стенки водораспределительного трубопровода), о.е.; ёс -минимальный диаметр на конце водораспределительного трубопровода секции, м.
Таким образом, на конце водораспределительного трубопровода секции определен минимальный диаметр, на который необходимо ориентироваться для снижения мощности электропривода. Однако для точного расчета необходимо определить диаметр в начале водораспределительного трубопровода по соответствующей норме полива. Для этого рассмотрим потери на каждом участке
р2 - р1 + Ар2-Я^рА + ЯЬЯ* + М1 (14)
2 1 2 2ё0 2ё, 52 • и ^
р3 - р2 + Ар3-Я^М + Я^ + Я^^ + Р^, (15)
2ё 0 2ё 2 5
и т.п.
Принимая во внимание положение, что все дождеобразующие устройства находятся друг от друга на равном расстоянии
Ьс = Ь1 = Ь = ... = Ьи = Ь,
а диаметры гибких трубопроводов дождеобразующих устройств
_ _ ё2 _ _ ёп
10
тогда с учетом преобразований
2 3 п-1'
^ 1 ЯЬрв у02 1бре£:
I-1 I 2ё0 7Г ё0
г^ + да-. (1б)
С учетом данных исследований можно сделать вывод о том, что диаметр в конце секции водораспределительного трубопровода определен нормой расхода жидкости по выражению (10) и (11), а диаметр в начале секции - давлением, которое необходимо создать с учетом потерь и расхода поливной воды в каждое дождеобразующее устройство -выражение (16).
Анализируя выражение (16) даже в данном упрощенном виде, становится ясно, что при сохранении диаметра водопроводящего трубопровода по всей длине - одинаковые потери давления, и, соответственно, скорости потока поливной воды периодически увеличиваются по экспоненциальному закону. Таким образом, давление в начале секции необходимо поддерживать в завышенном значении для данной конструкции. При плавном уменьшении диаметра в соответствии с количеством отводов в каждое дождеобразующее
устройство позволяет пропорционально снизить давление потока в начале секции. Также при плавном уменьшении диаметра уменьшится нагрузка на электропривод.
Рассмотрим, как зависит плавное уменьшение диаметра [5] водопроводящего трубопровода при постоянных - длине и толщинеы стенки трубопровода:
АР - м А'(ё - ёСр) + Б\й - ёСр )2 + С - + П)одв
дв
Iпер
где ё, ёс - диаметр соответственно в начале и в конце водораспределительного трубопровода, м.
Преобразуя выражение снижения мощности электропривода в долях от полной мощности выражения (9), подставляя известные параметры, получим:
АРдвтах - 0,42Рдв . (18)
Выводы. Таким образом, мощность электропривода секции дождевальной машины зависит от многих параметров. Значительное влияние на мощность оказывает вес в точке касания колес с грунтом, который определяется тремя составляющими: весом опорной тележки с колесами Ро; весом сухого трубопровода Рт; весом поливной воды Рв. Значительное влияние оказывает диаметр и толщина стенки водораспределительного трубопровода. Рассматривая только одну секцию, по мелиоративным требованиям полива дождеванием диаметр в конце трубопровода определен скоростью потока \о. Причем скорость потока в конце трубопровода является основополагающей и задающей остальные параметры полива. В результате для обеспечения полива в конце водопроводящего трубопровода достаточным и минимальным диаметром является ёс. Тогда, принимая во внимание стандартный размер диаметра в начале трубопровода секции и плавно изменяя его к концу до диаметра ёс, при прочих равных условиях, возможно снизить потребляемую мощность. Установлено, что максимально возможное снижение мощности возможно на 42%. Причем плавное уменьшение диаметра приводит к дополнительному эффекту снижения потерь давления. Однако в связи с выпускаемыми заводами-изготовителями трубопроводов стандартных диаметров плавное снижение диаметра выполнить сложно, поэтому откровенно заявлять о снижении потерь нельзя из-за появления переходов при стыковании трубопровода. Также ступенчатое снижение приведет к корректировке установленной зависимости снижения мощности электропривода, что требует дальнейших исследований.
Литература
1. Руководство по эксплуатации. Техническое описание и инструкции. Машина дождевальная электрифицированная круговая «Кубань-ЛК1М» (Каскад) / ООО «Мелиомаш». - Саратов.: Амирит, 2015. - 102 с.
2. Ерошенко Г.П., Соловьев Д.А., Глухарев В.А., Бакиров С.М., Старцев С.В. Режимы и параметры электроприводов дождевальной машины кругового действия // Jour of Adv Research in Dynamical & Control Systems, Vol. 10, 10-Special Issue, 2018.
3. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике для инженеров и студентов вузов: 7-ое изд., исправленное - М.: Изд. «Наука», 1979. - 942 с.
4. Есин А.И., Соловьев Д.А., Журавлева Л.А. Математическое моделирование водопроводящего пояса дождевальных машин // Научная жизнь. - 2017. - №9. - С. 20-28.
5. Машиностроение. Энциклопедия / Ред.совет: К. В. Фролов (пред.) и др. - М.: Машиностроение. Математика. Т 1-1 / У. Г. Пирумов, В. С. Зарубин, А. П. Крищенко и др.; Под общ. ред. У. Г. Пирумова, В. С. Зарубина. - 2003. - 992 с., ил.
Literatura
1. Rukovodstvo po ekspluatacii. Tekhnicheskoe opisanie i instrukcii. Mashina dozhdeval'naya elektrificirovannaya krugovaya «Kuban'-LK1M» (Kaskad) / OOO «Meliomash». - Saratov.: Amirit, 2015. - 102 s.
2. Eroshenko G.P., Solov'ev D.A., Gluharev V.A., Bakirov S.M., Starcev S.V. Rezhimy i parametry elektroprivodov dozhdeval'noj mashiny krugovogo dejstviya // Jour of Adv Research in Dynamical & Control Systems, Vol. 10, 10-Special Issue, 2018.
3. YAvorskij B.M., Detlaf A.A. Spravochnik po fizike dlya inzhenerov i studentov vuzov: 7-oe izd., ispravlennoe. - M.: Izd. «Nauka», 1979. - 942 s.
4. Esin A.I., Solov'ev D.A., ZHuravleva L.A. Matematicheskoe modelirovanie vodoprovodyashchego poyasa dozhdeval'nyh mashin // Nauchnaya zhizn'. - 2017 - №9. - S. 20-28.
5. Mashinostroenie. Enciklopediya / Red.sovet: K. V. Frolov (pred.) i dr. - M.: Mashinostroenie. Matematika. T 1-1 / U. G. Pirumov, V. S. Zarubin, A. P. Krishchenko i dr.; Pod obshch. red. U. G. Pirumova, V. S. Zarubina. - 2003. - 992 s., il.
УДК 62.8.004.5 DOI 10.24411/2078-1318-2019-12184
Аспирант С.В. ПЬЯНЗОВ
(ФГБОУ ВО НИ МГУ им. Н.П. Огарёва, [email protected])
МЕТОДИКА ДИНАМИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ОБЪЕМНЫХ ГИДРОПРИВОДОВ
Наиболее полную оценку технического состояния объемных гидроприводов отечественного и зарубежного производства с определением всех технических характеристик гидроагрегатов дает методика заводов-изготовителей [1, 2]. Однако в настоящее время на ремонтных предприятиях и в сервисных центрах практически отсутствуют средства для её реализации. Проблема заключается в создании на вращающемся валу испытуемого гидромотора переменной нагрузки. В основном используется косвенная оценка, не позволяющая дать достоверное заключение о работоспособности бывших в эксплуатации и отремонтированных гидроприводов, что затрудняет проведение ремонтных работ [3]. Особенно остро стоит вопрос с диагностированием и профессиональным ремонтом объемных гидроприводов зарубежного производства.
Цель исследования - разработка методики динамической оценки технического состояния объемных гидроприводов, способной реализовать методику заводов-изготовителей на испытательном стенде с гидравлическим нагружающим устройством в условиях ремонтных предприятий и сервисных центров.
Материалы, методы и объекты исследования. Проведенный анализ парка современной техники сельскохозяйственного назначения агропромышленного комплекса Республики Мордовия показал, что в комбайнах отечественного и зарубежного производства наиболее распространены следующие объемные гидроприводы: ГСТ-90, -112 (ОАО «Пневмостроймашина» и ОАО «Гидросила»); 90R100 и 90M100 (Sauer-Danfoss); 6423-618 и 6433-113 (Eaton); BMV 70R и BMF75 (Linde); HPV105 и HMFl05(Linde); AA4VG90 и A2FM90 (Bosch Rexroth) [4]. Технические характеристики данных гидроприводов позволили определить необходимые параметры стенда и разработать методику оценки их технического состояния, максимально приближенную к методике заводов-изготовителей.
Разработанная методика реализована с применением стенда с гидравлическим нагружающим устройством, разработанном на кафедре технического сервиса машин ФГБОУ ВО «НИ МГУ им. Н.П. Огарёва» [5]. Стенд предназначен для входного и выходного
