CC BY
19
УДК 629.114.2
АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ АГРЕГАТИРОВАНИЯ КОМБАЙНА ПОЛУНАВЕСНОГО КОРМОУБОРОЧНОГО КПК-3000 С ИНТЕГРАЛЬНЫМ КОЛЕСНЫМ ТРАКТОРОМ «ХТЗ-16131-05»
В. Б. ПОПОВ
Учреждение образования «Гомельский государственный технический университет имени П. О. Сухого», Республика Беларусь
Ключевые слова: колесный трактор, подъемно-навесное устройство, механизм навески, передаточное число, навесное оборудование, грузоподъемность.
Введение
Среди кормоуборочной техники, серийно выпускаемой ОАО «Гомсельмаш», имеется комбайн полунавесной кормоуборочный КПК-3000 (рис. 1), предназначенный для уборки сеяных и естественных трав, подбора подвяленных трав, уборки кукурузы на силос [1]. Он был разработан в Научно-техническом центре комбайностроения (НТЦК - бывшее РКУП «ГСКБ») для серийного производства комплексов К-Г-6 на базе универсального энергетического средства УЭС-2-250А (280А) «Полесье» [2].
Рис. 1. Комбайн полунавесной кормоуборочный КПК-3000, агрегатируемый с универсальным энергетическим средством УЭС-2-250А (280А) «Полесье»
Использование в качестве энергоносителя других мобильных энергетических средств (МЭС) и, в частности, интегральных колесных тракторов «ХТЗ-16131-05» [3] позволит расширить область распространения КПК-3000, агрегатируя его с тракторами, имеющимися как в отечественных, так и в зарубежных хозяйствах.
Целью работы является энергооценка возможности агрегатирования «ХТЗ-16131-05» и КПК-3000 в режиме его перевода из рабочего в транспортное положение по результатам вычислительного эксперимента.
Основная часть
Интегральный колесный трактор «ХТЗ-16131-05» относится к третьему тяговому классу и представляет собой универсальную сельскохозяйственную машину, обладающую широкими возможностями агрегатирования со всеми видами прицепной, полуприцепной и навесной агротехники [3]. Он предназначен для выполнения полного комплекса сельскохозяйственных работ общего назначения и в первую очередь - для возделывания полей и уборки пропашных культур.
«ХТЗ-16131-05» оборудован задним подъемно-навесным устройством (ПНУ) с грузоподъемностью на оси подвеса заднего ПНУ равной От = 45 кН [3], что больше эксплуатационного веса комбайна (29 кН). Несмотря на эту характеристику, энергетическая обеспеченность полного подъема КПК-3000 посредством ПНУ трактора «ХТЗ-16131-05» неочевидна, поскольку определяется как параметрами ПНУ, так и КПК-3000, в том числе расстоянием от оси подвеса до центра тяжести КПК-3000.
Таким образом, паспортной информации о грузоподъемности ПНУ трактора «ХТЗ-16131-05» на оси подвеса его заднего механизма навески (МН) для положительного заключения об энергетической обеспеченности режима перевода КПК-3000 из рабочего положения (рис. 2) в транспортное недостаточно.
Рис. 2. Машино-тракторный агрегат на базе «ХТЗ-16131-05» с работающим задним подъемно-навесным устройством
Необходимым и достаточным для агрегатирования МЭС и навесной машины (НМ) является выполнение совокупности условий:
- обеспечения расчетной грузоподъемности ПНУ трактора или другого МЭС, определенной для заданных веса и координат центра тяжести НМ, при этом минимальная грузоподъемность ПНУ МЭС должна превышать вес НМ;
- по обеспечению управляемости машинно-тракторного агрегата (МТА);
- по обзорности рабочих органов НМ с рабочего места оператора и выполнению компоновочных ограничений для транспортного положения НМ.
Анализ результатов вычислительного эксперимента
Для подтверждения энергетической обеспеченности подъема КПК-3000 из рабочего в транспортное положение были выполнены проверочные расчеты на базе разработанной функциональной математической модели (ФММ). Анализ выходных параметров нагруженного ПНУ, в том числе его основного компонента - механизма навески, выполнен с использованием его плоской геометрической модели (рис. 3) и метода замкнутых векторных контуров [4], [5].
Рис. 3. Геометрическая интерпретация кинематической цепи, состоящей из плоского аналога механизма навески трактора «ХТЗ-16131-05» и аналога КПК-3000 - 16
В результате геометрического анализа определяются координаты подвижных шарниров МН и характерных точек замкнутой кинематической цепи. В частности, координаты оси подвеса МН - П56 определяются по выражениям:
X56(S) = X05 + ¿56 • cos95(S); ^(S) = + • sinq5(S), (1)
где X05, Y05 - координаты неподвижного шарнира П05 на раме трактора; ф; - угол,
образуемый в правой декартовой системе координат.
Координаты характерной точки - центра тяжести КПК-3000 - определяются в соответствии с выражениями:
Xs6 (S) = X56 (S) + LS6 • costa (S) + qs6 ]; (2)
Y6 (S) = Y56 (S) + Ls6 • sinta (S) + qs6 ], (3)
где LS 6 и qS 6 - характеристики вектора, проведенного от оси подвеса в центр тяжести полунавесного кормоуборочного комбайна.
Процедура кинематического анализа сформирована дифференцированием по независимой переменной (t) уравнений, описывающих замкнутые векторные контуры.
Определение аналогов угловых скоростей звеньев МН ведется, начиная с подъемного рычага. Дифференцируя по обобщенной координате выражение для угла ф3(8) [4], получим аналог угловой скорости подъемного рычага:
ф3(*)= ^Т = I [ ^ 12 . (4)
^ дК^З-[82-(4 + ¿3)!
Передаточные отношения и53(8) и иб5(8), связывающие между собой угловые скорости звеньев Ь5б и Ь3, а также Ь5б и Ьб, определяются в результате последовательного кинематического анализа замкнутых контуров П03П34П45П05 и
П 07П б7П 5бП 05 (рис. 3):
и (8) = Ь34 • ^п[ф34(8) -ф4(8)1. (5)
53 ®3 15 • §1п[ф5(8) -ф4(8)1
и (8) = Ь5б ^ 51п[ф5 (8) -ф7(8 )1 (б)
б5 ®5 Ьб • 8) -фб(8)1
Для приведенной структурной схемы МН справедливы соотношения:
ф5 (8) = ф3 (8)и53 (8); ибЪ (8) = и53 (8(8); фб (8) = ф3 (8(8), (7)
где ф5 (8), фб (8) - аналоги угловых скоростей звеньев Ь5б, Ьб; иб3 (8) - передаточное отношение, связывающее угловые скорости подъемного рычага и выходного звена кинематической цепи - КПК-3000.
Передаточное число МН представляет собой аналог вертикальной скорости центра тяжести КПК-3000 [4], зависящий от внутренних параметров МН:
^б(8) = ф3и53 [4б • С°8 ф5 + иб518б • С08(фб + ф8б )1. (8)
На практике установлены два выходных кинематических параметра МН - передаточные числа на оси подвеса - 1т (8) и в центре тяжести КПК-3000 - 18б(8) . Передаточное число МН на оси подвеса определяется в предположении, что там находится центр тяжести навесной машины и оно равно первому слагаемому в выражении (8).
Результаты расчета основных геометрических, кинематических и силовых параметров ПНУ трактора «ХТЗ-16131-05» в процессе перевода КПК-3000 в транспортное положение представлены в табл. 1 и на рис. 4 и 5.
Таблица 1
Основные выходные параметры подъемно-навесного устройства трактора «ХТЗ-16131-05» при агрегатировании с КПК-3000 (Р6 = 29 кН)
£ ^56 фб фз' ибз 1т /86 ¥ Ргц
[м] [м] [град] [1/м] [-]** [-] [-] [кН] [МПа]
0,560 * - - - - - -
0,585 0,425 90,037 6,918 0,019 4,727 4,868 136,32 14,241
0,610 0,539 90,288 6,051 0,035 4,420 4,644 130,02 13,584
0,635 0,647 90,646 5,608 0,051 4,226 4,527 126,76 13,242
0,660 0,751 91,114 5,375 0,069 4,081 4,468 125,09 13,069
Окончание табл. 1
£ Г» фб фз' Цз 1т /8б Ргц
[м] [м] [град] [1/м] [-]** [-] [-] [кН] [МПа]
0,685 0,851 91,713 5,275 0,089 3,956 4,447 124,52 13,009
0,710 0,948 92,476 5,274 0,114 3,836 4,461 124,92 13,050
0,735 1,043 93,460 5,363 0,146 3,706 4,516 126,46 13,211
0,760 1,134 94,736 5,546 0,189 3,544 4,632 129,68 13,548
0,785 1,220 96,525 5,845 0,249 3,365 4,849 135,77 14,181
0,810 1,301 99,048 6,307 0,338 3,112 5,253 147,08 15,356
"Подсоединение КПК-3000 выполняется, когда высота оси подвеса МН - (У56) составляет 0,40 ""Безразмерная величина.
м.
Здесь: £ - обобщенная координата, отражающая ход поршня гидроцилиндра; Г56 - вертикальная координата оси подвеса (П5б); фб - угол наклона звена Ьб; ф3' -аналог угловой скорости поворотного рычага (Ь3, ¿34): 1т, 1$б - передаточные числа МН на оси подвеса и в центре тяжести НМ; иб3 - передаточное отношение угловых скоростей звеньев (Ьб, Ь3); Г - приведенная к гидроцилиндру полезная нагрузка; ргц -давление в рабочем гидроцилиндре.
Из графиков, представленных на рис. 4 и 5, хорошо видно, что грузоподъемность ПНУ обратно пропорциональна соответствующему передаточному числу.
б
ад
4
31-
0,5б 0.585 0,б1 0,б35 0,бб 0,б85 0,71 0,735 0,7б 0,785 0,81
Я
Рис. 4. Передаточные числа механизма навески «ХТЗ-1б131-05» на оси подвеса и в центре тяжести КПК-3000
60
0,56 0,585 0,61 0,635 0,66 0,685 0,71 0,735 0,76 0.785 0,81
Я
Рис. 5. Грузоподъемность ПНУ «ХТЗ-16131-05» на оси подвеса механизма навески и при агрегатировании с КПК-3000 (От = 37,0 кН, в5 = 33,29 кН, Ав5 = 0,148Рб)
Энергетический аспект возможности агрегатирования «ХТЗ-16131-05» с комбайном полунавесным кормоуборочным КПК-3000 рассчитан при помощи ФММ, имитирующей процесс перевода КПК-3000 из рабочего в транспортное положение. При этом запас грузоподъемности составил ЛGS = 14,8 % от веса комбайна (рис. 5),
а максимум угла наклона стойки в транспортном положении Лф6 = 9,05 град (табл. 1),
что, с одной стороны, гарантирует его полный подъем, а с другой - удовлетворяет требованиям по стандарту [6]. Однако в связи с известной нестабильностью параметров ПНУ и, в частности, его КПД полученный запас грузоподъемности может оказаться недостаточен.
Вычислительный эксперимент, представленный многовариантным анализом свойств ПНУ, позволил определить сочетание геометрических параметров звеньев МН, наиболее влияющих на рост запаса грузоподъемности. В результате перенос шарнира П45 (рис. 3) вдоль нижней тяги вправо на 25 мм позволит понизить максимум передаточного числа МН с 6 = 5,253 до 6 = 4,754, что, соответственно, увеличит грузоподъемность ПНУ, а запас грузоподъемности составит ЛGS = 26,8 %. Одновременно уменьшится максимум угла наклона стойки в транспортном положении, так что он будет равен Лф6 = 7,8 град.
Для устойчивого управления движением МТА во время транспортного переезда часть его веса, приходящаяся на мост управляемых колес МЭС в статике, должна составлять не менее 20 % от общего веса МТА [6].
Передние управляемые колеса и смещенный вперед центр тяжести обеспечивают курсовую устойчивость (прямолинейность хода) трактора «ХТЗ-16131-05» при возделывании пропашных культур и возможность стабильной работы с широкозахватными сельскохозяйственными орудиями [3].
Рис. 6. Схема сил, действующих на машинно-тракторный агрегат с навесной машиной
в транспортном положении
Для расчета управляемости МЭС (рис. 6) было составлено уравнение равновесия моментов сил, действующих на компоненты МТА относительно точки опоры ведущих колес:
2 Мв = Ргр (а + Ь) + РуэсЪ - Р6 X86 - ЯАЬ = 0,
где Р - вес балласта; РМЭС - вес МЭС; Р6 - вес НМ; ЯА - нагрузка, приходящаяся на мост управляемых колес; X 8 6 - горизонтальная координата центра тяжести НМ в транспортном положении; Ь - база МЭС; а и Ь - расстояние от вертикальной проекции центра тяжести МЭС до вертикальных проекций центра тяжести балласта и оси моста ведущих колес, соответственно.
Разрешив уравнение моментов сил относительно реакции на управляемом колесе РА, получим:
Я, =
Ргр (а + Ь) + РмэсЬ - Рб Х5 6
АЬ
Результаты расчетов по распределению веса МЭС и МТА на ведущие и управляемые колеса МЭС представлены в табл. 2.
Таблица 2
Развесовка мобильного энергетического средства и машинно-тракторного агрегата по управляемому и ведущему мостам, %
МТА КПК-3000
«ХТЗ-16131-05» «ХТЗ-16131-05» + КПК-3000 в транспортном положении
Реакции на колесах МЭС Яа К
«ХТЗ-16131-05» 58,0 42,0 21,81 78,19
Расчеты показали, что, даже при отсутствии балласта, на управляемые колеса «ХТЗ-16131-05» с КПК-3000 в транспортном положении приходится более 20 % от общего веса МТА (табл. 2), поэтому требования по управляемости МЭС («ХТЗ-16131-05») удовлетворяются.
Заключение
В энергетическом аспекте агрегатирование «ХТЗ-16131-05» с КПК-3000 посредством его ПНУ вполне осуществимо. Существующие требования по управляемости МТА с КПК-3000 в транспортном положении удовлетворяются.
Заключение об обзорности рабочих органов (режущего аппарата) с рабочего места тракториста и выполнении компоновочных ограничений можно будет сделать после дополнительных исследований.
В целом проведенная работа полезна для рационального выбора параметров механизма навески ПНУ «ХТЗ-16131-05», так как расширяет возможности агрегатирования как интегрального трактора, так и полунавесного кормоуборочного комбайна КПК-3000.
Литература
1. Комбайн кормоуборочный полунавесной КПК-3000 «ПАЛЕССЕ БН40». Инструкция по эксплуатации / Отпечатано в типографии «Победа», г. Молодечно. -Минск : Полымя, 1993. - 103 с.
2. Средство энергетическое универсальное УЭС-2-280А «ПАЛЕССЕ 2Ц280А» Инструкция по эксплуатации / Отпечатано в КПУП «Поликолор», г. п. Корма. - Минск : Полымя, 2012. - 127 с.
3. Инструкция по эксплуатации интегрального трактора «ХТЗ-16131-05». - Харьков : ХТЗ, 2012. - 89 с.
4. Попов, В. Б. Функциональная математическая модель анализа подъемно-навесных устройств мобильных энергетических средств / В. Б. Попов // Механика-2011 : сб. науч. тр. V Белорус. конгр. по теорет. и приклад. механике / Объед. ин-т машиностроения НАН Белоруси ; редкол.: М. С. Высоцкий [и др.]. - Минск, 2011. -Т. 1. - С. 169-176.
5. Артоболевский, И. И. Теория механизмов и машин / И. И. Артоболевский - М. : Машиностроение, 1988. - 687 с.
6. ГОСТ 10677-2001. Устройство навесное заднее сельскохозяйственных тракторов классов 0,6-8. Типы, основные параметры и размеры (Межгос. стандарт). -Минск, 2002. - С. 8.
Получено 22.05.2019 г.
