CC BY
27
3. Характеристика двумерного сечения отклика длины измельчаемого материала
Значения в центре сечения Отклик в центре сечения по YXS, мм Угол поворота оси координат а, град.
X1S X2S
0,26 - 0,21 30,79 - 26°
или
X ,2
- + -
X 2
= 1.
(5)
Y - 30,79 Y - 30,79 - 2,59 -1,62 В данном случае поверхность отклика представляет собой эллипсоид, центр которого — это min. В результате подстановки различных значений отклика Y в уравнение (1) мы получили сопряжённые линии (рис. 2, 3). Для поиска оптимальных количественных показателей использовали Вк-план (табл. 3).
Результаты исследования. В результате системного анализа конструкций измельчителей соломы зерноуборочного комбайна по научным источникам и патентам было намечено перспективное направление в создании измельчителя соломы. В ходе проведения лабораторных исследований на экспериментальной установке измельчителя было определено, что равномерность распределения измельчённого материала от оси комбайна к крайним точкам уменьшалась. Степень измельчения соломы варьировала в пределах от 0,05 до 0,2 м. Были получены уравнения регрессии для определения рациональных параметров. Рациональные конструктивно-режимные параметры измельчителя при скорости воздушного потока 2 м/с и длина резки, равной 30,79 мм, количество режущих элементов на диске, ротора-измельчителя экспериментальной установки — 4 шт., частота вращения ротора — 2160 об/мин.
Вывод. Совмещение в одном технологическом средстве нескольких технологических операций позволяет значительно сократить затраты вы-
вода соломы из измельчителя и распределения последней по полю путём создания непрерывно действующего воздушного потока ротором измельчителя. Скорость воздушного потока в этом случае должна быть больше критической скорости витания измельчённого материала. Напорный поток воздуха, создаваемый ротором измельчителя, транспортирует материал в зону диффузора, где располагаются лопатки, распределяющие измельчённую солому за комбайном по полю.
Литература
1. Сторожук Т. А. Ультразвуковое обеззараживание животноводческих стоков // Сельский механизатор. 2014. № 1 (59). С. 34-35.
2. Волошин М.И., Лебедь Д.В., Брусенцов А.С. Результаты интродукции нового бобового растения — гуара (cyamopsis tetragonoloba (l) Taub) // Труды Кубанского государственного аграрного университета. 2016. № 58. С. 84—91.
3. Пат. 2530811 Российская Федерация МПК A01F 29/00. Режущий сегмент измельчителя кормов / В.Ю. Фролов, Д.П. Сысоев, М.И. Туманова и др; заявит. и патентообладатель ФГБОУ ВПО Кубанский ГАУ; №2015154361/13; заявл. 17.12.2015; опубл. 10.08.2016; Бюл. № 22.
4. Пат. 2530811 Российская Федерация МПК А01К 5/02. Раздатчик-измельчитель рулонных тюков / В.Ю. Фролов, Д.П. Сысоев, М.И. Туманова; заявит. и патентообладатель ФГБОУ ВПО Кубанский ГАУ; №201322009/13; заявл. 13.05.2013; опубл. 10.10.2014; Бюл. № 28. С. 3.
5. Гаврилов М.Д. Раздатчик-измельчитель рулонной заготовки / М.Д. Гаврилов, М.И. Туманова, Д.П. Сысоев [и др.] // Научное обеспечение агропромышленного комплекса: сб. стат. по матер. IX Всерос. конф. молодых ученых / отв. за вып. А.Г. Кощаев. Краснодар, 2016. С. 330—331.
6. Пат. 2611829 Российская Федерация МПК A01F 12/40. Измельчитель соломы для зерноуборочного комбайна / Е.И. Тру-билин, А.С. Брусенцов, М.И. Туманова, А.А. Михеенко; заявит. и патентообладатель ФГБОУ ВПО Кубанский ГАУ; № 2016100751; заявл.11.01.2016; опубл.01.03.2017; Бюл. № 7.
7. Брусенцов А.С. К вопросу совершенствования измельчителя соломы на зерноуборочном комбайне // Научное обеспечение агропромышленного комплекса: сб. стат. по матер. 71-й науч.-практич. конф. преподават. по итогам НИР за 2015 г. / отв. за вып. А.Г. Кощаев. Краснодар, 2016. С. 196—197.
8. Фролов В.Ю., Туманова М.И. Анализ факторов, влияющих на оптимальные конструктивно-режимные параметры раздатчика-измельчителя // Научное обеспечение агропромышленного комплекса: сб. стат. по матер. 71-й науч.-практич. конф. преподават. по итогам НИР за 2015 г. / отв. за вып. А.Г. Кощаев. Краснодар, 2016. С. 260—261.
9. Брусенцов А.С. Снижение дробления зерна барабаном с упругим покрытием // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2007. № 4. С. 35—36.
10. Брусенцов А.С. Сжатие вороха гороха в молотильном устройстве комбайна // Сельский механизатор. 2015. № 2. С. 16—17.
Современные методы упрочнения дисковых рабочих органов почвообрабатывающих машин
Н.М. Ожегов, д.т.н., профессор, В.А. Ружьев, к.т.н., В.Д. Губарев, магистрант, В.Д. Сулеев, соискатель, ФГБОУ ВО Санкт-Петербургский ГАУ; В.А. Шахов, д.т.н., профессор, ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ
Изнашивание дисков почвообрабатывающих агрегатов — это процесс разрушения их почво-режущей поверхности при трении вследствие абразивных и физико-механических свойств почвы, конечным результатом которого становятся постепенно изменённые их форма, размер и со-
стояние рабочей поверхности [1]. По понятным причинам, из-за представленных изменений качество выполнения технологического процесса лущения, дискования резко ухудшается, снижаются показатели технико-экономической оценки работы почвообрабатывающих машин. С увеличением наработки состояние изнашивающихся дисков непрерывно изменяется и достигает предельных значений сразу по нескольким конструкционным параметрам, влияющим на функциональные и технологические качества.
Материал и методы исследования. Для изготовления дисковых рабочих органов почвообрабатывающих технических систем применяются следующие конструкционные стали: 40, 45, 40Х, 65Г, Л53, а также такие методы термической обработки, как закалка и отпуск, упрочняющие почворежущую поверхность дисков, твёрдость которой при этом составляет НВ 160—550 (не более 39—56 НЯС), а показатель прочности не превышает значений в 1400 МПа (табл. 1, 2). Практические исследования [2, 3] доказывают, что при такой термообработке не исключается прямое разрушение почво-режущей поверхности диска путём микроцарапания и прорезания кварцевыми частицами почвы.
Интенсивность изнашивания дисковых рабочих органов составляет 0,3 мм/км, что говорит о фактической наработке таких деталей в 1,5—3,0 раза меньшей по сравнению с заявленной производителями и нормативной документацией.
Современными исследованиями установлено, что для эффективной обработки слоя почвы на заданной глубине достаточно обеспечения прочности основного металла дисковых рабочих органов почвообрабатывающих машин не менее 1500—1800 МПа [4]. Значения ударной вязкости должны быть в пределах 0,8—1,25 МДж/м2. Такие показатели исключат деформацию дисков и их поломку.
При производстве почвообрабатывающей техники важно не только использовать качественные материалы, но и применять соответствующие технологии термической обработки (объёмная закалка ТВЧ и др.). В результате термообработки свойства сталей изменяются в довольно широких пределах, что даёт возможность создавать более прочные и надёжные конструкции технических систем (табл. 2).
Включение в состав сталей легирующих элементов значительно изменяет её свойства. Например, небольшие добавки бора (В) значительно повышают прокаливаемость (глубину проникновения закалённой зоны); при высоком содержании марганца (Мп) стали приобретают большую твёрдость и сопротивление износу [5].
Результаты исследования. В Санкт-Петербургском ГАУ проведены исследования по обоснованию механических критериев снижения трения
абразивной среды путём преобразования упругой деформации контактного слоя почвы в пластическое состояние.
Разработанные методы высокочастотного деформирования контактного слоя почвы [4, 6], защищённые патентами РФ на изобретения и частично апробированные в полевых и лабораторных условиях [7], являются эффективным средством повышения ресурса почвообрабатывающих рабочих органов [8].
Технический и экономический эффект достигается путём механических методов нанесения армирующего слоя и формирования запатентованной «рельефной» рабочей поверхности дисков, т.е. создаётся неоднородная структура со своими механическими свойствами, которая выполняет роль высокочастотного деформатора контактного слоя почвы наплавочными твёрдыми сплавами в зоне наибольшей интенсивности трения детали (рис. 1, 2) [9, 10]. Результатом является снижение интенсивности трения контактного слоя почвы, обладающего демпфирующей способностью в условиях ударных нагрузок при минимальных затратах на материалы и электроэнергию.
Выводы. Перспективный вариант для промышленного применения наплавочных твёрдых сплавов позволяет: во-первых, уменьшить неравномерность изнашивания почворежущих рабочих поверхностей дисков почвообрабатывающих технических систем, предварительно подвергаемых термической обработке; во-вторых, обеспечить устойчивое самозатачивание лезвийной поверхности методом высокочастотного деформирования контактного слоя почвы. Этот вариант обеспечивает следующие технологические преимущества упрочнения рабочих органов почвообрабатывающих машин:
— интенсивное рыхление контактного слоя почвы твёрдыми сплавами без увеличения тягового сопротивления агрегата;
— многократное снижение затрат на материалы и электроэнергию;
— высокую производительность и точность нанесения твёрдых сплавов в зоне наибольшей интенсивности трения;
— повышение прочности рабочей поверхности деталей при минимальном нагреве основного металла;
1. Механические свойства стали 45 в зависимости от видов
и режимов термической обработки
Вид и режим термической обработки Механические свойства стали
предел прочности, МПа относительное удлинение, % ударная вязкость, МДж/см2 твёрдость, НВ (ШС)
Отжиг 560 16 0,8 160
Закалка - - - 550 (55,5)
Закалка + отпуск 250°С 1400 3 0,1 435 (45,7)
Закалка + отпуск 400°С 1200 6 0,2 370 (39,8)
Закалка + отпуск 550°С 800 12 0,6 245
Закалка + отпуск 660°С 660 14 1,0 195
2. Микроструктура стали 45 в зависимости от видов и режимов термической обработки [4]
Вид термической обработки, характеристика режима Режим термической обработки Микро структура
температура нагрева, °С охлаждение
Отжиг по оптимальному режиму 775-805 медленное (с печью) УОХЛ << УКР мелкозернистая, феррит + перлит
Отжиг с превышением оптимальной температуры нагрева 855-955 медленное (с печью) УОХЛ << УКР крупнозернистая, феррит + перлит
Отжиг с превышением оптимальной температуры нагрева и скорости охлаждения 855-955 на воздухе УОХЛ << УКР видманштеттова, феррит + перлит
Закалка по оптимальному режиму 775-805 в воде УОХЛ > УКР ШМщ мелкоигольчатый мартенсит
Закалка с превышением оптимальной температуры нагрева 855-955 в воде УОХЛ > УКР крупноигольчатый мартенсит
Закалка с занижением оптимальной температуры нагрева 730-755 в воде УОХЛ > УКР шш ЖЩхкш мартенсит + феррит
Закалка со скоростью охлаждения меньше критической 775-805 в масле УОХЛ < УКР мартенсит + троостит
Закалка по оптимальному режиму и среднетемпературный отпуск ТЗак =775-805 ТОТП =300-400 в воде на воздухе троостит отпуска
Закалка по оптимальному режиму и высокотемпературный отпуск Тзак =775-805 ТОТП =500-650 в воде на воздухе сорбит отпуска
Рис. 1 - Фрагмент почворежущей рабочей поверхности сферического сплошного диска с армирующим слоем в виде отдельных отрезков и точек [9]:
1 - рабочая поверхность дискового рабочего органа; 2 - режущая кромка; 3 - точки; 4 - отрезки; й - диаметр направленных точек; t - расстояние между точками; I - длина отрезка; Ь - ширина отрезка; 5 - расстояние между элементами наплавки до режущей кромки
Рис. 2 - Упрочнение дискового рабочего органа почвообрабатывающей машины путём нанесения синусоиды из твёрдого сплава с эффектом самозатачивания почворежущей поверхности [10]:
1 - режущая кромка; 2 - зоны застойной почвы; 3 - поверхность самозатачивания основного металла
— равномерное заглубление почворежущих элементов при исключении возможности формирования уплотнённого почвенного ядра;
— уменьшение неравномерности изнашивания почвообрабатывающих деталей при более эффективном использовании наплавочных твёрдых сплавов, обладающих высокой износостойкостью.
Литература
1. Ожегов Н.М. Формирование поверхностной прочности рабочих органов почвообрабатывающих машин в области наибольшей интенсивности трения / Н.М. Ожегов, В.А. Ружьев, Д.А. Капошко [и др.] // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. 2014. № 35. С. 270-276.
2. Ожегов Н.М., Ружьев В.А. Обеспечение долговечности рабочих органов почвообрабатывающих машин // Сельский механизатор. 2015. № 5. С. 36-38.
3. Шахов В.А., Аристанов М.Г., Ларионов Е.П. Надёжность зарубежной почвообрабатывающей техники в условиях Оренбургской области // Машинно-технологическая станция. 2010. № 6. С. 23.
4. Ожегов Н.М. Динамические методы преобразования упругой деформации активного слоя почвы / Н.М. Ожегов, ВА. Ружьев, Д.А. Капошко [и др.] // Известия Международной академии аграрного образования. 2018. № 41. Т. 2. С. 47-51.
5. БДМ-Агро эксперт в почвообработке: каталог техники. Краснодар: ООО «БДМ-АГРО», 2018. 70 с.
6. Ожегов Н.М., Ружьев В.А., Капошко Д.А. Методы устойчивого самозатачивания почворежущих поверхностей деталей // Научное обеспечение развития АПК в условиях импортозамещения: сб. науч. тр. междунар. науч.-практич. конф. «Наука и образование как основа устойчивого развития агропромышленного комплекса» (Санкт-Петербург, 25-26 января 2018 г.). Ч.1. СПб.: СПбГАУ, 2018. С. 371-377.
7. Ожегов Н.М. Конкурентоспособная модель комбинированного почвообрабатывающего агрегата / Н.М. Ожегов, В.А. Ружьев, Е.А. Криштанов [и др.] // Вестник АПК Ставрополья. 2018. № 1 (29). С. 18-22.
8. Шахов В.А., Учкин П.Г. Технология восстановления и упрочнения рабочих органов глубокорыхлителей // Повышение конкурентоспособности российской сельскохозяйственной продукции на внутренних и внешних рынках: матер. междунар. конгресса: матер. для обсуждения. Северо-Западный центр междисциплинарных проблем продовольственного обеспечения. СПб.: Санкт-Петербургский государственный аграрный университет, ООО «Экспофорум-Интернэшнл», 2017. С. 222-223.
9. Пат. 172891 Российская Федерация, А01В 15/16, А01В 23/06, B23K 9/04, C23C. Почвообрабатывающий сферический диск / Н.М. Ожегов, В.А. Ружьев, О.С. Кузьмин, Н.П. Григорьев; заявит. и патентообладатель Н.М. Ожегов, В.А. Ружьев; № 2016137210; заявл. 16.09.16; опубл. 28.07.17; Бюл. № 22.
10. Пат. на полезную модель № 172900 РФ, А01В 15/16, А01В 23/06, B23K 9/04, C23C. Почвообрабатывающий сферический диск / Н.М. Ожегов, В.А. Ружьев, О.С. Кузьмин; № 2016137215; заявл. 16.09.16; опубл. 31.07.17; Бюл. № 22.
Переоборудование зерноуборочного комбайна для работы на газовом топливе
А.С. Иванов, к.т.н, ФГБОУ ВО ГАУ Северного Зауралья
Активное развитие топливно-энергетического комплекса России трудно представить без наращивания объёмов использования газомоторного топлива в разных отраслях народного хозяйства, в том числе и в агропромышленном комплексе на сельскохозяйственной технике.
Правительство РФ и правительство Тюменской области приняли ряд нормативных документов о регулировании отношений в сфере использования газового моторного топлива и об энергосбережении и повышении энергетической эффективности в сельском хозяйстве [1-3].
Переоборудование на компримированный природный газ (КПГ) сельскохозяйственной техники,
