CC BY
15
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 туд*. При выполнении всех операций почвообработки в составе различных мобильных агрегатов для трактора К-424 наиболее рациональное значение mуц2* = 61,94 кг/кВт (тэ = 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 Лгкр 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 туд1* = 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 тэ 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-
работки почвы по рабочей скорости движения агрегата [4]: 1) операции отвальной вспашки и глубокого рыхления: номинальное значение скорости Ун1 = 2,2 ± 0,25 м/с; 2) операции безотвальной комбинированной обработки (сплошная культивация), дискование и чизелевание: Ун2 = 2,7 ± 0,3 м/с; 3) операции поверхностной обработки (лущение стерни), предпосевной обработки, обработка и посев по нулевой технологии: Ун*3 = 3,3 ± 0,5 м/с.
Сопоставление расчётных значений массо-энергетических параметров тракторов с различной величиной эксплуатационной массы тэ позволит установить наиболее рациональные значения удельной массы туд, коэффициента использования веса трактора ф* и тягового КПД Пт [4, 7].
Расчётные значения туд (кг/кВт) определяются по соотношению [5, 7]:
т = -'"уд
Пт-103
(1)
5 =
а -Фкр
Ь -ф
для 1К;
(3)
кр
а • (фкр - ^
5 =---, для 2К.
(4)
Ь -фкр + й
Другие основные параметры потенциальной тяговой характеристики трактора рассчитываем с помощью формул [4]:
Пт = Птр •(1 -5)
Ф]
'кр
Фкр + /' -3
^кр = т* • g •Фкр ^ Vgl = (Пт •ю-3)/(g •ф
Хкр = (т* •ПтО/ту
кр туд
(5)
(6) (7)
g •Фкр Л-
где пт - тяговый КПД;
* - ускорение силы тяжести;
Ф^р - коэффициент использования сцепного
веса;
V* - скорость движения агрегата, м/с. Величина эксплуатационной массы трактора т* с комплектацией (1К) и (2К) без балласта и с балластными грузами, соответствующая значениям туд, рассчитывается по формуле [4]:
т.* = т*д • Ыеэ ^, (2)
где Ыеэ - эффективная мощность дизеля трактора, кВт;
- оптимальная степень использования
Хеэ.
Важнейшую характеристику трактора при его использовании в составе почвообрабатывающего агрегата - буксование 5 для различных значений фкр устанавливаем с помощью выражений:
•уд' (8)
где d - коэффициент, равный 0,04;
а и Ь - расчётные коэффициенты (а = 0,163, Ь = 0,939 для 4К4а; а = 0,11, Ь = 0,773 для 4К4б);
Птр - КПД трансмиссии; f- коэффициент сопротивления качению (для комплектации 1К - / = 0,08, для 2К - / = 0,06 для 4К4а, 1К - f = 0,07, для 2К - / = 0,05 для 4К4б); Ркр - сила тяги, кН; У^ - рабочая скорость агрегата, м/с; Ыкр - тяговая мощность трактора, кВт. Результаты исследования. Полученные расчётные данные по значениям эксплуатационных показателей трактора с различной величиной эксплуатационной массы и комплектацией 1К, 2К (одинарные и сдвоенные колёса) с целью установления наиболее рациональных значений тягово-сцепных свойств трактора К-744Р2 при выполнении основных групп операций поч-вообработки представлены в таблице 1 и на рисунке 1.
Анализ расчётных значений потенциальной характеристики трактора К-744Р2 показал, что величина тягового КПД пт для комплектаций 1К и 2К при рациональных значениях коэффициента Ф^р (Фкр= 0,37 - 0,45).
Установка на трактор сдвоенных колёс даёт возможность заметно улучшить параметры тяго-
1. Рациональные массо-энергетические параметры колёсного 4К4б трактора К-744Р2 для основных групп операций почвообработки при различных оптимальных значениях
фкр Пт 1К 5 туд1 = 51,1 кг/кВт туц2 = 58,3 кг/кВт туд3 = 64,5 кг/кВт
тэ1 = 13132,7 кг тэ2 = 14983,1 кг тэ3 = 16576,5 кг
Ркр, кН У*-, м/с Хкр, кВт Ркр, кН Ум/с Хкр, кВт Ркр, кН У*, м/с Хкр, кВт
0,37 0,68 0,10 47,62 3,67 174,77 54,33 3,22 174,8 60,11 2,91 174,77
0,41 0,67 0,12 52,77 3,28 173,26 60,20 2,88 173,3 66,60 2,60 173,26
0,45 0,66 0,15 57,92 2,94 169,99 66,08 2,57 170,0 73,10 2,33 169,99
фкр Пт 2К 5 туд1 = 57,1 кг/кВт туд2 = 65 кг/кВт туд3 = 71.8 кг/кВт
тэ1 = 14674,7 кг тэ2 = 16705 кг тэ3 = 18452,6 кг
Ркр, кН У*-, м/с Хкр, кВт Ркр, кН Ум/с Хкр, кВт Ркр, кН У*, м/с Хкр, кВт
0,37 0,73 0,08 53,21 3,35 178,5 60,6 2,95 178,5 66,91 2,67 178,5
0,41 0,72 0,10 58,96 3,02 177,9 67,1 2,65 177,9 74,14 2,40 177,9
0,45 0,71 0,12 64,72 2,72 175,8 73,7 2,39 175,8 81,38 2,16 175,8
0,80
Пт
0,75
0,70
0,65
0,60
0,55
0,50
0,4 5
0,35
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0
0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 Фкр
-1К;------2К
Рис. 1 - Тяговый КПД пт и буксование 5 трактора К-744Р2 с одинарными 1К и сдвоенными 2К колёсами
вой характеристики, например тяговая мощность Nр увеличивается в среднем на 6 %.
Поэтому выбор наиболее рациональной величины эксплуатационной массы трактора и установка сдвоенных колёс дают возможность существенно увеличить эффективность его использования при выполнении различных технологических операций в составе агрегата.
Результаты расчёта параметров потенциальной тяговой характеристики трактора К-424 «Кировец» представлены в таблице 2 и на рисунке 2.
По результатам вычислительного эксперимента можно сделать следующую оценку тягово-сцепных свойств трактора К-744Р с комплектациями 1К, 2К и различными значениями массы туд.
Представленные на рисунке 2 графические зависимости 5 = f(фкр) позволили установить рациональные значения тягового диапазона
(фкр ть - фкр тах) трактора, ограниченного минимальным 5ть = 0,08 и максимальным 5тах = 0,15 буксованием. Буксование трактора в пределах 5 = 0,08 - 0,15 позволяет максимально использовать преимущества колёсной схемы 4К4 за счёт оптимального распределения эксплуатационной массы [8 - 10].
Анализ таблицы 2 даёт возможность утверждать, что в диапазоне оптимальных значений коэффициента сцепного веса фкр (0,38 - 0,44 для 1К и 0,37 - 0,44 для 2К) и соответствующих рабочих скоростей У^ наиболее эффективными являются следующие показатели тяговой характеристики трактора К-424.
Для комплектации 1К оптимальные значения ф^ для операций третьей группы по-чвообработки находятся в пределах 0,35 - 0,43 (туд1 = 51,424 кг/кВт), для операций второй группы - 0,38 - 0,44 при туд2 = 56,15 кг/кВт и для первой группы - 0,41 - 0,45 (туд3 = 65,04 кг/кВт).
2. Параметры потенциальной тяговой характеристики трактора К-424 (комплектация 1К, 2К) при эксплуатационной мощности дизеля Меэ = 158 кВт, / = 0,07 для 1К и / = 0,05 для 2К
фкр Пт 1К 5 тэ1 = 51,424 кг/кВт (8125 кг) тэ2 = 56,15 кг/кВт (8872 кг) тэ3 = 65,04 кг/кВт (10276 кг)
Ркр, кН У^, м/с Мкр, кВт Ркр, кН У^, м/с Мкр, кВт Ркр, кН У^, м/с Мкр, кВт
0,38 0,632 0,106 30,26 3,3 99,86 33,04 3,02 99,86 38,27 2,61 99,86
0,42 0,624 0,131 33,44 2,95 98,59 36,52 2,7 98,6 42,3 2,33 98,6
0,44 0,617 0,145 35,04 2,78 97,5 38,26 2,55 97,5 44,31 2,2 97,48
фкр Пт 2К 5 тэ1 = 56,58 кг/кВт (8940 кг) тэ2 = 61,94 кг/кВт (9787 кг) тэ3 = 69,99 кг/кВт (11042 кг)
Ркр, кН Ур, м/с Мкр, кВт Ркр, кН Ур, м/с Мкр, кВт Ркр, кН Ур, м/с Мкр, кВт
0,37 0,677 0,082 32,42 3,3 106,99 35,49 3,02 106,98 40,04 2,67 106,97
0,41 0,672 0,10 35,92 2,96 106,32 39,32 2,70 106,18 44,37 2,39 106,11
0,44 0,663 0,118 38,55 2,72 104,86 42,2 2,48 104,76 47,61 2,2 104,74
47
ам
т
№
060
056
ая
X,
'V/
,,—"
пя
ш
0Ш 0.275 от О.Ж ОШ 0375 ОМ 0Л25 0.150 0+75
■ 2К;
■ 1К
Рис. 2 - Характеристики пт 5 = /(фкр) трактора К-424 с одинарными (1К) и сдвоенными (2К) колёсами
Представленные значения ф^ обеспечивают максимальные значения тяговой мощности трактора К-424 с комплектацией 1К и производительности различных почвообрабатывающих агрегатов.
Для комплектации 2К оптимальные значения фкр для операций третьей группы поч-вообработки находятся в пределах 0,35 - 0,43 (туд1 = 56,58 кг/кВт), для операций второй группы - 0,37 - 0,45 при туд2 = 61,94 кг/кВт и для первой группы - 0,41 - 0,47 (туд3 = 69,89 кг/кВт). Значения фкр, рекомендованные для трактора К-424 с комплектацией 2К, обеспечивают максимальную тяговую мощность трактора и производительность агрегатов при выполнении операций почвообработки.
На операциях отвальной вспашки при значениях буксования 0,08 < 5 < 0,15 наиболее эффективен трактор с удельной массой туд1 = 65,04 кг/кВт и комплектацией 1К. На остальных операциях первой группы рекомендуется использовать в составе агрегатов трактор с удельной массой 69,89 кг/кВт на сдвоенных колёсах при значении фкр н = 0,44. Значение номинального тягового КПД при этом возрастает от 0,617 до 0,663 (табл. 2).
Установка сдвоенных колес (комплектация 2К) позволит увеличить расчётный тяговый КПД трактора на 7 % по причине снижения значений коэффициентов буксования 5 и сопротивления перекатыванию трактора /.
Расчётные значения параметров потенциальной тяговой характеристики трактора БЕЛАРУС 1523.4 представлены в таблице 3 и на рисунке 3.
В ходе оценки расчётных значений тягово-сцепных свойств трактора БЕЛАРУС 1523.4 с одинарными и сдвоенными колёсами (табл. 3,
рис. 3) при различных значениях массы туд можно отметить определённые закономерности.
В диапазоне оптимальных значений коэффициента сцепного веса фкр (0,38 - 0,44 для 1К и 0,37 - 0,44 для 2К) для трактора БЕЛАРУС 1523.4 наиболее эффективными являются следующие показатели тяговой характеристики.
Использование трактора с комплектацией 1К: оптимальные значения фкр для операций третьей группы почвообработки находятся в пределах 0,35 - 0,44 (туд1 = 53,787 кг/кВт), для операций второй группы - 0,38 - 0,45 при туд2 = 59,03 кг/кВт и для первой группы -0,41 - 0,45 (туд3 = 68,73 кг/кВт). Рекомендованный диапазон значений фкр обеспечивает максимальные значения тяговой мощности трактора МТЗ-1523.4 с комплектацией 1К и максимальную производительность агрегатов с этим трактором при выполнении различных почвообрабатывающих операций.
Установка сдвоенных колёс (комплектация 2К) при тех же балластных грузах может обеспечить следующие параметры: оптимальные значения фкр для операций третьей группы почвообработки находятся в пределах 0,35 - 0,43 (туд1 = 59,0 кг/кВт), на операциях второй группы фкр = 0,37 - 0,45 при туд2 = 64,71 кг/кВт, на операциях первой группы фкр = 0,41 - 0,48 (туд3 = 73,37 кг/кВт). Рекомендованные расчётные значения фкр для трактора МТЗ-1523 с комплектацией 2К обеспечивают максимальную тяговую мощность трактора и производительность агрегатов при выполнении почвообрабатывающих операций, в том числе по сравнению с комплектацией 1К.
3. Параметры потенциальной тяговой характеристики трактора БЕЛАРУС 1523.4 (комплектация 1К) при эксплуатационной мощности дизеля = 111 кВт и / = 0,08 для 1К, / = 0,06 для 2К
Комплектация 1К тэ1 = 53,787 кг/кВт (5970 кг) тэ2 = 59,03 кг/кВт (6552 кг) тэ3 = 68,73 кг/кВт (7629 кг)
фкр Пт 5 Ркр, кН ¥г1, м/с ^р, кВт Ркр, кН Ум/с ^р, кВт Ркр, кН У^, м/с ^р, кВт
0,38 0,661 0,111 22,23 3,3 73,37 24,40 3,01 73,37 28,41 2,58 73,37
0,42 0,656 0,132 24,57 2,96 72,81 26,97 2,7 72,81 31,40 2,32 72,81
0,44 0,652 0.144 25,74 2,81 72,37 28,25 2,56 72,37 32,90 2,2 72,37
Комплектация 2К тэ1 = 59,0 кг/кВт (6549 кг) тэ2 = 64,71 кг/кВт (7183 кг) тэ3 = 73,37 кг/кВт (8144 кг)
фкр Пт 5 Ркр, кН Ур, м/с ^р, кВт Ркр, кН Ур, м/с ^р, кВт Ркр, кН У^, м/с ^р, кВт
0,37 0,706 0,088 23,75 3,3 78,37 26,05 3,01 78,37 29,53 2,65 78,37
0,41 0,702 0,106 26,31 2,96 77,92 28,90 2,7 77,92 32,72 2,38 77,92
0,44 0,696 0,121 28,24 2,74 77,26 30,97 2,49 77,26 35,12 2,2 77,26
■ 2К;
■ 1К
Рис. 3 - Характеристики 5 =/(фкр) трактора БЕЛАРУС 1523.4 с комплектацией 1К и 2К
При использовании трактора МТЗ-1523 с комплектацией 1К на операциях отвальной вспашки (первая группа операций) в тяговом диапазоне, ограниченном буксованием 0,08 < 5 < 0,15, наибольшая эффективность трактора может быть получена с удельной массой туд1 = 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 фкр н = 0,44). Величина номинального тягового КПД при этом увеличивается с 0,652 (1К) до 0,696 (табл. 3).
В среднем установка сдвоенных колёс позволит увеличить величину тягового КПД трактора на 6,65 % за счёт снижения коэффициентов сопротивления перекатыванию трактора / и буксования движителей 5.
Выводы. Анализ результатов численного эксперимента, представленных в статье, позволяет сделать следующие выводы.
1. В настоящее время предусматривается применение колёсных 4К4 тракторов в составе различных почвообрабатывающих агрегатов для выполнения технологических операций почвообработки, используемых в отрасли растениеводства. В настоящее время при производстве продукции растениеводства используются в основном минимальные технологии возделывания культур, большинство операций которых выполняется комплексными, многофункциональными агрегатами.
2. Результаты проведённого численного эксперимента ещё раз доказывают целесообразность и эффективность применения методики балластирования и сдваивания колёс для улучшения параметров тягово-динамической характеристики тракторов в установленном диапазоне рабочих скоростей при реализации ресурсосберегающих почвообрабатывающих технологий.
известия оренбургского государственного аграрного университета
2020 • № 4 (84)
Литература
1. Парфенов А.П. Тенденции развития конструкций сельскохозяйственных тракторов // Тракторы и сельхозмашины. 2015. № 5. С. 42 - 47.
2. Самсонов В.А. Определение основных показателей трактора // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2007. N° 9. С. 18 - 21.
3. Гурылев Г.С., Князев Д.А. Мощные тракторы в сельском хозяйстве // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2012. № 2. С. 23 - 27.
4. Селиванов Н.И. Технологическая адаптация колёсных тракторов / Краснояр. гос. ун-т. Красноярск, 2017. 216 с.
5. Мокеева Ю.Н. Повышение эффективности использования почвообрабатывающих агрегатов при балластировании энер-
гонасыщенных колёсных тракторов: дис. ... канд. техн. наук. Красноярск, 2017. - 165 с.
6. Moessmer A. Die Traktor - TechnikgeschichteGluchcopf, Allrad und Elektronik - Hirn / A. Moessmer // GeraMond, 2011. 144 p.
7. Селиванов Н.И, Журавлев С.Ю. Адаптация параметров колесного трактора к зональным технологиям почвообработки // Вестник КрасГАУ. 2018. № 4. С. 116 - 120.
8. Карабаницкий А.П., Кочкин Е.А. Теоретические основы производственной эксплуатации МТП. М.: КолосС, 2012. 86 с.
9. Зангиев А.А., Скороходов А.Н. Практикум по эксплуатации машинно-тракторного парка. М.: КолосС, 2006. 317 с.
10. Практикум по эксплуатации машинно-тракторного парка. Краснодар: Куб. ГАУ, 2010. 326 с.
Журавлёв Сергей Юрьевич, кандидат технических наук, доцент ФГБОУ ВО «Красноярский государственный аграрный университет» Россия, 660049, г. Красноярск, ул. Мира, 90 E-mail: suj61@mail.ru
Improvement of operational properties of wheeled 4K4 agricultural tractors
Zhuravlev Sergey Yurievich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor Krasnoyarsk State Agrarian Universit 90, Mira St., Krasnoyarsk, 660049, Russia E-mail: suj61@mail.ru
The aim of the research is to assess the possibility of increasing the efficiency of using machine-tractor units in soil processing operations by using rational parameters and characteristics of the tractor taking into account the use of ballast cargoes. According to the results of the research, the traction and coupling properties of tractors of 3, 4 and 5 traction class with single and double wheels at different values of mun* weight are estimated. When performing all three groups of tillage operations as part of different mobile units for tractor К-424 the most rational value mun2* = 61.94 kg/kW (mop = 9787 kg) on double wheels. This version of adaptive effects on tractor operating parameters is most acceptable based on parameters of traction characteristic and permissible range of operating speeds (Vmln - Vmax)* of tractor. Analysis of design values of potential characteristics of tractor К-744Р2 showed that the value of traction efficiency ntr for sets of 1К and 2К at rational values of %o* factor (ф1ю* = 0,37...0,45). Installation of twin wheels on the tractor makes it possible to significantly improve parameters of traction characteristic, for example, traction power Nho increases, on average, by 6%. When using the MTZ-1523 tractor with package 1K on operations of dump plowing (the first group of operations) in the traction range limited to slipping 0.08 < 5 < 0.15 greatest efficiency of the tractor can be received with a specific mass of mun1* = 68.73 kg/kW. Other tillage operations of the first group are preferably carried out when the tractor has a specific gravity of 73.37 kg/kW and a 2К configuration (value фью.п = 0,44).
Key words: Efficiency, tractor, tillage unit, method, mass - energy parameters, ballasting, tillage operations -♦-
УДК 621.922.02
Влияние технологических факторов на режущую способность кругов и энергозатраты при шлифовании микропористого покрытия
В.А. Капорин, инженер; Н.С. Алексеев, канд. техн. наук; С.В. Иванов, инженер
РИИ (филиал) ФГБОУ ВО АлтГТУ
Износостойкие микропористые покрытия на никелевой основе относятся к группе труднообрабатываемых материалов, абразивная обработка которых сопряжена со значительными трудностями. Основные причины плохой обрабатываемости этих покрытий шлифованием кроются в быстрой потере режущих свойств абразивных кругов вследствие их затупления и активного налипания частиц покрытия на рабочую поверхность инструмента. Предлагается путь повышения эффективности процесса чернового шлифования микропористых покрытий за счёт поиска оптимальных значений технологических факторов, обеспечивающих максимальную стойкость абразивного инструмента и низкие энергозатраты. В статье представлены результаты исследования режущей способности кругов из электрокорунда при круглом наружном врезном шлифовании микропористых покрытий. Исследована зависимость коэффициента режущей способности кругов Кр и удельной мощности
