Анализ конструктивно-компоновочных исполнений гусеничных поездов для внедорожных контейнерных перевозок

The article substantiates the relevance of comprehensive comparison of various versions of vehicles for off-road container transportation. Following the need to identify a specific engineering solution for development of a tracked road train, it is proposed to use the analytic hierarchy process designed to solve problems associated with determining the priorities of the multicriteria hierarchical structure of the goal, as well as in the presence of heterogeneous criteria or dimensional and dimensionless indicators. The comprehensive comparison of vehicles for off-road container transportation is based on the hierarchy of the mobility features, which is considered decisive for the choice of the priority variant of the structural design. The objective of the work is to substantiate the choice of a priority engineering solution for structural design of tracked road trains for off-road container transportation based on a scientifically grounded hierarchy of the mobility features. To attain the objective, a consistent solution of the following tasks is suggested as follows: development of requirements for vehicles and for a hierarchy of operational properties; analysis of existing structural design and layout solutions and justification of the choice of alternative solutions (specific designs of tracked road trains); conduct of a hierarchical synthesis of criteria based on the results of expert assessment; identification of the preliminary priority of alternative solutions; obtaining indicators of operational properties by methods of simulation mathematical modelling and/or full-scale mathematical modelling; choice of the priority engineering solution. The article discusses the feasibility of using tracked road trains both for transportation of a single 45-foot container and for simultaneous transportation of two 20-foot containers with a total mass of 61 tonnes. The analysis of the existing versions of structural design of tracked road trains has shown that only a vehicle of SVG-701 «Yamal» series, developed in the 1980s and which is not currently manufactured, can provide such a payload capacity. Existing modern articulated tracked vehicles cannot provide transportation of such goods. Hence, the relevance of the task of determining the priority engineering solution referring to structural design and layout of tracked road trains at the present stage of development of technology. Tracked single-hinged articulated semi-trailer road train and a doublehinged tracked road train are proposed as variants of structural design and layout versions of tracked road trains for off-road container transportation. Based on the analytic hierarchy process, opinions of experts and the hierarchy of operational properties, it was established that the engineering solution referring to double-hinged tracked road train should be prioritised. However, due to the small difference between the values of indicators used to select the options, it is necessary to conduct further studies to determine the values of the indicators of operational properties and to re-compare the options considering the results obtained.Обосновывается актуальность проведения комплексного сравнения различных вариантов исполнений транспортных средств для внедорожных контейнерных перевозок. В связи с необходимостью определения конкретного технического решения при разработке гусеничного поезда предлагается использование метода анализа иерархий, предназначенного для решения задач, связанных с определением приоритетов многокритериальной иерархической структуры цели, а также в условиях наличия разнородных критериев или размерных и безразмерных показателей. В качестве основы комплексного сравнения транспортных средств для внедорожных контейнерных перевозок предложена иерархия свойства подвижности, которая считается определяющей для выбора приори- тетного варианта конструктивно-компоновочного исполнения. Целью работы является обоснование выбора приоритетного технического решения гусеничных поездов для внедорожных контейнерных перевозок на основе научно обоснованной иерархии свойства подвижности. Для достижения поставленной цели предложено последовательное решение следующих задач: формирование требований к транспортным средствам и иерархии эксплуатационных свойств; анализ существующих конструктивно-компоновочных решений и обоснование выбора альтернатив (конкретных конструктивных исполнений гусеничных поездов); проведение иерархического синтеза критериев на основании результатов экспертной оценки; определение предварительного приоритета альтернатив; получение показателей эксплуатационных свойств методами имитационного математического моделирования и/или натурно-математического моделирования; определение приоритетного технического решения. В статье рассматривается целесообразность использования гусеничных поездов для перевозки как одного 45-футового контейнера, так и для одновременной перевозки двух 20-футовых контейнеров суммарной массой 61 т. В результате анализа существующих конструктивно-компоновочных исполнений гусеничных поездов установлено, что обеспечить такую грузоподъёмность может только транспортное средство типа СВГ-701 «Ямал», разработанное в 80-х годах прошлого века и которое в настоящее время не производится. Существующие современные сочленённые гусеничные машины не могут обеспечить перевозку таких грузов. Поэтому становится актуальной задача определения приоритетного кон- структивно-компоновочного решения для создания гусеничных поез- дов на современном этапе развития техники и технологий. Предложены варианты конструктивно-компоновочных исполнений гусеничных поездов для внедорожных контейнерных перевозок: седельный одношарнирный полуприцепной гусеничный поезд и седельный двухшарнирный гусеничный поезд. Используя метод анализа иерархий, на основе мнений экспертов и с учётом иерархии эксплуатационных свойств было установлено, что приоритетным техническим решением является седельный двухшарнирный гусеничный поезд. Однако в силу малого различия между показателями приоритетов вариантов, необходимо проведение дальнейших исследований по определению значений показателей эксплуатационных свойств и повторного сравнения с учётом полученных результатов.

КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ ПРИНЦИПЫ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН НА ПРИМЕРЕ ЗЕРНОУБОРОЧНОГО КОМБАЙНА

Monitoring of different ways to increase the productivity of agricultural machinery under development of intelligent agricultural  production shown that traditional directions of increasing the  concentration of energy, sizes of working elements and running  speed almost reached their resources capacity. Besides even power  of the existing machines is not fully used because of the influence of  the human factor. An operator cannot quickly react to constantly  changing agricultural background parameters while the machine is in motion. The authors offered to automate the management of the  majority of all technological operations using devices that the machinery is supplied with. Research revealed the real opportunity to establish an automated management and regulatory  system. If an operator is excluded then it is possible to increase efficiency of a machine from 10 to 50 percent depending on its type. Some recommendations on the structure of the priority of  automatic devices were given and the main vision principles of  intelligent combine harvesters were formulated. They are based on  three underlying factors which include electric drives for working  tools involving transmission; automatic equipment systems; computerization of controlling machine and its operation modes.Мониторинг различных путей повышения производительности сельхозмашин в рамках развития интеллектуального сельскохозяйственного производства показал, что  традиционные направления увеличения энергонасыщенности, габаритов рабочих органов,  скорости движения агрегатов почти исчерпали свои ресурсные возможности. К тому же  установили, что даже уже созданная техника не полностью реализует свои потенциальные  возможности из-за влияния человеческого фактора. Оператор не может оперативно  реагировать на постоянно меняющиеся параметры агрофона во время движения агрегата.  Предложили автоматизировать управление большинством технологических операций с  помощью устройств, которыми снабжается полевой агрегат. Провели исследования, которые показали реальную возможность создания такой автоматизированной системы управления и регулирования. Установили, что если исключить оператора при выполнении основных  технологических операций, то можно повысить производительность агрегата с 10 до 50  процентов в зависимости от его типа. Дали рекомендации по структуре приоритетных автоматических устройств и сформулировали основные концептуальные принципы интеллектуальных комбайнов. Показали, что они основаны на трех основополагающих  факторах: электроприводе рабочих органов, включая трансмиссию; систем автоматических  устройств; компьютеризации управления машиной и режимами ее работы

Использование технологий специального назначения в сельскохозяйственной робототехнике

The article presents the main results of the analysis of the agriculture automation level in Russia and in the world. The results of the research of the foreign market, structures and compositions of foreign-made unmanned mobile energy vehicles are presented. The main direction of development of foreign companies is the creation of new models of navigation and orientation equipment for agricultural machinery aimed to the implementation of autonomous moving and mission equipment control. Technics automatization is possible due to refitting of already existing samples with specialized attachments. According to this analysis, foreign agricultural machinery is far ahead of domestic manufacturers for the production of crew-unmanned facilities of mechanization for the agricultural sector, and the material intensity of the existing agricultural production in Russia is 3-4 times higher than that of foreign countries. The need for this kind of analysis is explained by the result of a comparison labor productivity: this index in Russia's agriculture is by 2.4 times lower than European one and 3.5 times lower than that of the USA. The Russian agriculture development retard can be eliminate through the use of modern achievements in the field of robotic systems for special purposes. The authors proved the possibility of double use of technologies because of similarity of schemes and structure of robotic systems for the solution of specialized tasks of both directions. The unmanned mobile energy vehicles can be used at sequential and parallel autonomous driving.Изложены основные результаты анализа уровня автоматизации сельского хозяйства в России и мире. Приведены результаты исследования иностранного рынка беспилотных мобильных энергосредств (МЭС), а также данные по структуре и составу МЭС иностранного производства. Отмечено, что ведущим направлением разработок иностранных компаний стала аппаратура для навигации и ориентации сельхозмашин в ходе реализации автономного управления движением и целевым оборудованием. Автоматизация техники возможна путем дооснащения уже существующих образцов специализированным навесным оборудованием. Согласно проведенному анализу, зарубежное сельхозмашиностроение значительно опережает отечественных производителей по выпуску экипажно-безэкипажных средств механизации сельхозсектора, а материалоемкость существующего в России сельхозпроизводства в 3-4 раза выше, чем в других странах. Необходимость такого анализа объясняется итогами сравнения производительности труда в сельском хозяйстве: в России она в среднем в 2,4 раза ниже, чем в Европе, и в 3,5 раза ниже, чем в США. Отставание в развитии сельского хозяйства РФ можно преодолеть, используя современные достижения в области робототехнических комплексов (РТК) специального назначения. Обоснована возможность двойного применения технологий ввиду схожести схем и состава РТК для решения специализированных задач по обоим направлениям. Беспилотные МЭС могут быть задействованы в технологиях последовательного и параллельного автономного вождения.

Обоснование устройства генерации капель искусственного дождя пневмогидравлическим распылением жидкости

The authors studied the pneumohydraulic device indicators for spraying liquids for irrigation, nutrition and protection of agricultural plants, taking into account the principles of water and energy conservation, based on preliminary gas saturation of sprayed water and the use of a cavitation effect in the design of the aerator unit during ejection and supply of air under pressure. (Research purpose) To determine the technological parameters of a pneumohydraulic device for spraying liquids to obtain controlled dispersive artificial rain and substantiate the choice of its optimal technical parameters depending on the operating modes. (Materials and methods) The authors used an algorithm for calculating parameters in EXCEL or WPS spreadsheet processor and mathematical expressions. (Results and discussion) The authors theoretically determined the minimum and maximum calculated parameters of the constructive solution geometry for spraying the liquid phase: water nozzle, air nozzle channel, mixing cell, middle annular gap, outlet nozzle. They changed indicators of operating water pressure – 0.20; 0.25; 0.30 and 0.35 megapascals; air – 0.25 and 0.30 megapascals, provided the water flow rate from 0.002 to 0.010 liter per second and air – from 0.0005 to 0.0090 kilogram per second. With an increase in the water flow rate within the specified limits and the ejection coefficient from 0.5 to 0.9, a linear increase in the average annular gap diameter from 2 to 15 millimetres was revealed, as well as a nonlinear dependence of the increase in the sprayer mixing cell diameter from 5 to 20 millimetres. The authors showed the possibility of reducing the mixing cell diameter if the water pressure was increased from 0.25 to 0.35 megapascal's and the air pressure was from 0.20 to 0.30 megapascals. They obtained the parameters values for the designed and experimental samples development, which turned out to be significantly less than when operating in the air ejection mode: the outlet nozzle and the middle annular gap – by 16 percent, the air nozzle – by 23, the diameter of the mixing cell – by 50 percent or more. (Conclusions) The authors obtained calculated data to optimize technological parameters and design solutions, which would speed up the manufacture of designed and model samples of the device and its experimental testing for the generation of dispersive artificial rain drops.Исследовали показатели пневмогидравлического устройства распыления жидкости для орошения, питания и защиты сельскохозяйственных растений с учетом принципов водоэнергосбережения, основанных на предварительном газонасыщении распыливаемой воды и использовании в конструкции аэраторного узла кавитационного эффекта при эжекции и подаче воздуха под давлением. (Цель исследования) Определить технологические показатели пнемогидравлического устройства распыления жидкости для получения искусственного дождя регулируемой дисперсности и обосновать выбор его оптимальных технических параметров в зависимости от режимов работы. (Материалы и методы) Использовали алгоритм расчета параметров в табличном процессоре EXCEL или WPS и математические выражения. (Результаты и обсуждение) Теоретически определили минимальные и максимальные расчетные параметры геометрии конструктивного решения устройства для распыления жидкой фазы: сопла водяного штуцера, канала воздушного штуцера, камеры смешения, среднего кольцевого зазора, выходного сопла. Изменяли показатели рабочего давлениях воды – 0,20; 0,25; 0,30 и 0,35 мегапаскаля; воздуха – 0,25 и 0,30 мегапаскаля при условии расхода воды от 0,002 до 0,010 литра в секунду и воздуха – от 0,0005 до 0,0090 килограмма в секунду. При повышении расхода воды в указанных пределах и коэффициента эжекции от 0,5 до 0,9 выявили линейное увеличение среднего диаметра кольцевого зазора от 2 до 15 миллиметров, а также нелинейную зависимость роста диаметра камеры смешения распылителя с 5 до 20 миллиметров. Показали возможность существенно уменьшить диаметр камеры смешения, если повысить давление воды от 0,25 до 0,35 мегапаскаля и, соответственно, давление воздуха – от 0,20 до 0,30 мегапаскаля. Определили величины параметров для разработки макетных и экспериментальных образцов, которые оказались значительно меньше, чем при работе в режиме эжекции воздуха: выходного сопла и среднего кольцевого зазора – на 16 процентов, канала воздушного штуцера – на 23, диаметра камеры смешения – на 50 процентов и более. (Выводы) Получили расчетные данные для оптимизации технологических параметров и конструктивных решений, что позволит ускорить изготовление макетных и модельных образцов устройства и его экспериментальную апробацию для генерации капель искусственного дождя различной дисперсности

Динамика машинно-тракторных агрегатов: курсовая устойчивость с несимметрично присоединенным полунавесным плугом

The conditions of maintenance of yaw stability of the undercarriage of a tractor with the blocked interaxial and inter-wheel drives at work with the asymmetrical traction load are observed. Fundamental principles of the mathematical theory of friction are used for definition of a pole of friction and the pivot centres of wheels. The friction pole is in close proximity to the centre of a contact patch of the most loaded rear wheel of a tractor. Course stability of the tractor is influenced by the longitudinal forces, external side negative forces caused by a bottom pitch in the cross plane, and positive ones, caused by the shift of traction loading. The main power characteristic of the plow which is symmetrically mounted to the tractor is force which is counted on the basis of forces operating in the plow bottom. For maintenance of course stability of the tractor in case of asymmetrical mounting of a plow to the tractor а positive side force directed to the center of speeds should be applied in the joint. Opposite directed reaction is imposed on a plow for redistribution of side loads. The forces of asymmetric six-bodies plough, coordinates of the resulting forces in case of its assymetrical attachment are calculated. During the ploughing of a harvested field with a traction load of 40 kN, displased laterally by 1 m with the purpose of maintenance of directional stability, a lateral force of 2.7-3.5 kN should be applied to the tractor in the joint of attachment of semi-integral plough. At the same time a lateral force of 15.3 kN is applied to the front wheel, moving on furrow bottom.Рассмотрены условия поддержания курсовой устойчивости ходовой системы трактора с заблокированными межосевым и межколесными приводами при работе с асимметричной тяговой нагрузкой. Для определения полюса трения и центров вращения колес использованы основные положения математической теории трения. Показано, что полюс трения расположен вблизи центра пятна контакта наиболее нагруженного заднего колеса трактора. Установлено, что на курсовую устойчивость трактора влияют продольные силы, внешние боковые отрицательные силы, вызванные наклоном корпуса в поперечной плоскости, и положительные, вызванные смещением тяговой нагрузки. Отмечено, что основной силовой характеристикой симметрично присоединенного к трактору плуга служит сила, которую рассчитывают на основе сил, действующих в корпусе плуга. Выявлено, что для поддержания курсовой устойчивости трактора при несимметричном присоединении плуга к трактору в шарнире сочленения следует приложить положительную боковую силу, направленную к центру скоростей, а к плугу - противоположно направленную реакцию для перераспределения боковых нагрузок на полевые доски пахотных модулей. Рассчитана динамика сил симметричного 6-корпусного плуга, координаты результирующих сил при асимметричном его присоединении. Показано, что при пахоте стерни с тяговой нагрузкой 40 кН, смещенной на поперечное расстояние 1 м, для поддержания прямолинейности курсового движения в шарнире присоединения полунавесного плуга к трактору должна быть приложена боковая сила 2,7-3,5 кН. При этом к переднему колесу, движущемуся по дну борозды, приложена боковая реакция 15,3 кН

Методика определения оптимального количественновозрастного состава тракторного парка

For self-restoration in an annual cycle of works of such resources as tractor fleet, an arable land and labor potential, it is necessary to define optimum quantitative and age structure of tractor fleet. If agricultural enterprises buy tractors less, than write off, their total fleet is reduced. Besides they use machines, which depreciation period expired long ago. The solution of this problem possibly at methodological approach. Cumulative cost minimization is linked to reduction of quantity of the tractors working in excess of depreciation period as such machines operation is interfaced to additional expenses and harvest losses. Besides, value of the missed profit as a result of losses from disposal of production resources, reduction of total number of tractor fleet, the area of an arable land, a shortfall in production, violation of agroterms and crop rotations increases. The authors developed a technique of definition of optimum quantitative and age structure of tractor fleet. They established influence of the main resources of the mechanized agricultural production on production cost. Criterion of optimization is the minimum of cumulative cost. The sum of an overspending for use of the tractors working in excess of depreciation period and the missed profit were estimated. The optimum quantitative and age structure of tractor fleet includes 310.3 thousand tractors aged up to 18 years.Для самовосстановления в годовом цикле работ таких ресурсов, как парк тракторов, пашня и трудовой потенциал, необходимо определить оптимальный количественно-возрастной состав тракторного парка. Если сельхозпредприятия закупают тракторов меньше, чем списывают, то их общее количество в парке сокращается. К тому же используют технику, срок амортизации которой давно истек. Решение этой проблемы возможно при методологическом подходе. Показали, что минимизация совокупных затрат связана с уменьшением количества тракторов, работающих сверх срока амортизации, поскольку эксплуатация такой техники сопряжена с дополнительными расходами и потерей урожая. Кроме того, возрастает значение упущенной выгоды в результате потерь от выбытия производственных ресурсов, сокращения общей численности тракторного парка, площади пашни, недобора урожая, нарушения агросроков и севооборотов. Разработали методику определения оптимального количественно-возрастного состава тракторного парка. Установили влияние основных ресурсов механизированного сельскохозяйственного производства на стоимость продукции. Выявили, что критерием оптимизации является минимум совокупных затрат. Оценили сумму перерасхода денежных средств на использование тракторов, работающих сверх срока амортизации, и упущенную выгоду. Определили оптимальный количественно-возрастной состав тракторного парка в количестве 310,3 тыс. тракторов не старше 18 лет

ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ УБОРОЧНОЙ ТЕХНИКИ НА СЛАБОНЕСУЩИХ ГРУНТАХ В ДАЛЬНЕВОСТОЧНОМ РЕГИОНЕ

The authors based on own researches established actual problems of harvesting in the Amur region: ensuring passability of machines on the waterlogged soil, need of machines adaptivising to technologies of soybean harvesting, transfer of a part of the combine fleet to a caterpillar track, implementation of reloading reducing impact on the soil technologies of harvesting, increase in cost efficiency of mashines use and postharvest drying of grain and corn.Perspective solutions of problems are shown: design development of caterpillar end trucks of combines with the rubber-reinforced tracks (RRT); engineering and production of the soybean-grain harvester with RRT or a set of devices for the grain harvester with RRT as the option transferring it to the category the soybean-grain ones; process development to provide harvesting of soybean heap by the machine with RRT which crush and spread straw across the field simultaneous, to deliver soybean heap to stationary point of postharvest handling for the subsequent separation into seeds, marketable soybean and a soy chaff as valuable protein feed for livestock production, ready for feeding and storage; engineering of the forage harvester with RRT on a block and modular basis, that is based on the multipurpose power mean on RRT with the 4-machine scheme of a hydrostatic power drive of a undercarriager; development of a design of caterpillar blocks with triangular shape of contour; implementation of reloading technologies of harvest operations on system VIMLIFT.Production of harvest transport vehicles should be performed on a block and modular basis - in the form of a complex of self-propelled agricultural machines based on the released multipurpose power module with a set of the replaceable technological adapters providing its loading within a year. The agroterm of corn on grain harvesting should be delayed to later time when grain reaches standard humidity naturally.На основании исследований авторы выявили актуальные задачи уборочных работ в Амурской области: обеспечение проходимости машин по переувлажненной почве, необходимость адаптирования машин к технологиям уборки сои, перевод части комбайнового парка на гусеничный ход, внедрение перегрузочных почвощадящих технологий уборки, повышение экономической эффективности машиноиспользования и послеуборочной сушки зерна колосовых и кукурузы. Показаны перспективные пути решения этих проблем: совершенствование конструкции гусеничных ходовых тележек комбайнов на резиноармированных гусеницах (РАГ); разработка и производство соезернового комбайна на РАГ или комплекта приспособлений к зерноуборочному комбайну на РАГ как опции, переводящей его в разряд соезерновых; разработка технологии, обеспечивающей сбор зерносоевого вороха полевой машиной на РАГ с одновременным измельчением и разбрасыванием соломы по полю, доставку зерносоевого вороха на стационарный пункт послеуборочной обработки для последующего разделения на семенное, товарное зерно и соевую полову как ценный белковый корм для животноводства, готовый для скармливания и хранения; разработка кормоуборочного комбайна на РАГ на блочно-модульной основе, то есть на базе универсального энергосредства на РАГ с 4-машинной схемой объемного гидропривода ходовой части; совершенствование конструкции гусеничных блоков с треугольной формой обвода; реализация перегрузочных технологий уборочных работ по системе ВИМЛИФТ. Производство уборочно-транспортных машин должно осуществляться на блочно-модульной основе - в виде комплекса самоходных сельскохозяйственных машин на базе высвобождаемого гибкого энергомодуля с комплектом сменных технологических адаптеров, обеспечивающих его загрузку в течение года. Агросрок уборки кукурузы на зерно следует перенести на более позднее время, когда зерно естественным образом достигает кондиционной влажности