CC BY
89
УДК 629.114.2
АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ АГРЕГАТИРОВАНИЯ КОСИЛКИ-ПЛЮЩИЛКИ НАВЕСНОЙ КПН-6-Ф С ТРАКТОРОМ «БЕЛАРУС-2022»
В. Б. ПОПОВ, А. В. ГОЛОПЯТИН
Учреждение образования «Гомельский государственный технический университет имени П. О. Сухого»,
Республика Беларусь
Введение
Среди кормоуборочной техники, произведенной ПО «Гомсельмаш», известна косилка-плющилка навесная ротационная двухсекционная КПН-6-Ф (рис. 1), предназначенная для кошения зеленых сеяных и естественных трав с одновременным плющением и укладкой скошенной массы на стерню в два валка на равнинных полях с уклоном до 9°. Она была разработана РКУП «ГСКБ» в соответствии с заданием программы Союзного государства «Создание и организация серийного производства комплексов высокопроизводительных сельскохозяйственных машин на базе универсального мобильного энергосредства мощностью 200-450 л. с.». Для кормоуборки были созданы навесной кормоуборочный комбайн КНК-420 и косилка-плющилка КПН-6-Ф, агрегатируемые с универсальными энергетическими средствами энергонасыщенностью от 210 до 280 л. с.
Рис. 1. Косилка-плющилка навесная ротационная КПН-6-Ф
Обязательство по разработке УЭС-210/280 российской стороной не было выполнено, поэтому КПН-6-Ф обычно агрегатируется с серийным универсальным энергосредством УЭС-2-280А. Использование в качестве энергоносителя других мобильных энергетических средств (МЭС), и, в частности, колесных тракторов «Беларус-3022», «Беларус-2022», позволит навешивать КПН-6-Ф на тракторы, имеющиеся как в отечественных, так и в зарубежных хозяйствах.
Целью работы является оценка возможности агрегатирования «Беларус-2022» и КПН-6-Ф в режиме ее перевода из рабочего в транспортное положение по результатам вычислительного эксперимента.
Основная часть
Энергетическая обеспеченность агрегатирования КПН-6-Ф с трактором «Бела-рус-3022» очевидна, поскольку мощность его ПНУ на 49,4 % больше, чем у равных по мощности ПНУ «Беларус-2022» и «УЭС-290/450». При этом запас грузоподъемности ПНУ последнего при подъеме КПР-9 составляет 49,8 % [1], а момент нагрузки, создаваемый КПР-9 относительно оси подвеса механизма навески трактора, на 10,7 % больше, чем у КПН-6-Ф. Колесный трактор «Беларус-2022» оборудован подъемно-навесным устройством (ПНУ) с грузоподъемностью на оси подвеса механизма навески - От = 65 кН, но для положительного заключения о возможности агрегатирования этой информации недостаточно.
Необходимыми и достаточными условиями агрегатирования МЭС и навесной машины (НМ) является выполнение совокупности требований:
- по расчетной минимальной грузоподъемности ПНУ МЭС, определенной для заданных максимальных веса и координат центра тяжести НМ, при этом грузоподъемность ПНУ должна превышать вес НМ;
- по обеспечению управляемости машинно-тракторного агрегата;
- по обзорности рабочих органов НМ с рабочего места оператора и выполнению компоновочных ограничений для транспортного положения НМ.
Для подтверждения энергетической обеспеченности подъема КПН-6-Ф из рабочего в транспортное положение были выполнены проверочные расчеты с помощью разработанной функциональной математической модели (ФММ) [1] и выполнен анализ выходных параметров нагруженного ПНУ и его основного компонента - механизма навески для его плоского аналога (рис. 2).
Л^6
Рис. 2. Кинематическая цепь, состоящая из плоского аналога механизма навески ПНУ трактора «Беларус-2022» и аналога навесной машины КПН-6-Ф - Ь6
Результаты расчета основных геометрических, кинематических и силовых параметров ПНУ трактора «Беларус-2022» в процессе перевода КПН-6-Ф в транспортное положение представлены в табл. 1 и на рис. 3.
Аф6
Таблица 1
Основные выходные параметры ПНУ трактора «Беларус-2022» при агрегатировании с КПН-6-Ф (Р6 = 33 кН)
£ Г56 ф6 ф3' Цз !т І£6 Ргц
[м] [м] [град] [1/м] [-]** [-] [-] [кН] [МПа]
0,440 * - - - - - -
0,465 0,593 90,670 4,526 0,211 3,059 4,109 135,6 12,893
0,490 0,668 92,164 4,403 0,258 2,971 4,211 139,0 13,214
0,515 0,741 93,935 4,352 0,309 2,893 4,355 143,7 13,665
0,540 0,813 96,035 4,357 0,366 2,817 4,537 149,7 14,236
0,565 0,882 98,529 4,410 0,430 2,736 4,756 156,9 14,921
0,590 0,949 101,492 4,511 0,499 2,644 5,005 165,2 15,705
0,615 1,014 105,013 4,665 0,573 2,537 5,273 174,0 16,546
0,640 1,076 109,182 4,882 0,646 2,408 5,529 182,5 17,351
0,665 1,134 114,073 5,183 0,709 2,250 5,716 188,6 17,936
0,690 1,188 119,708 5,606 0,746 2,056 5,738 189,4 18,006
"Подсоединение КПН-6-Ф выполняется, когда высота оси подвеса МН - (Г56) составляет 0,55 м.
""Безразмерная величина.
Здесь: £ - обобщенная координата, отражающая ход поршня гидроцилиндра (А£); У56 - вертикальная координата оси подвеса (П56); ф6 - угол наклона звена Ь6; ф3' - аналог угловой скорости поворотного рычага (Ь3, £34): 1т, 1£6 - передаточные числа МН на оси подвеса и в центре тяжести НМ; и63 - передаточное отношение угловых скоростей звеньев (Ь6, Ь3); Е - приведенная к гидроцилиндру полезная нагрузка; Ргц - давление в гидроцилиндре.
Рис. 3. Грузоподъемность ПНУ «Беларус-2022» на оси подвеса механизма навески и при агрегатировании с КПН-6-Ф (От = 64,1 кН, О, = 34,8 кН, АО,. = 0,05Р6)
Анализ результатов
Энергетический аспект возможности агрегатирования с косилкой-плющилкой навесной КПН-6-Ф (Р6 = 33 кН) был просчитан на ФММ. При этом запас грузоподъемности АО5 составляет 5 % от веса КПН-6-Ф (Р6) (рис. 3), а максимум угла наклона стойки Аф6 = 29,7 град, что не удовлетворяет требованиям по стандарту [2].
С целью улучшения этих показателей в соответствии с методикой, изложенной в работе [3], была выполнена модернизация исходных параметров механизма навески данного ПНУ. В результате параметрической оптимизации были получены результаты, представленные в табл. 2 и на рис. 4. Требуемое изменение Лф6 = 12,9 и ЛGS = 36 %
достижимо при увеличении 707 (неподвижный шарнир П07) на 100 мм и Ь5 (нижняя
тяга МН) на 50 мм (рис. 2).
Таблица 2
Основные выходные параметры модернизированного ПНУ трактора «Беларус-2022» при агрегатировании с КПН-6-Ф (Р6 = 33 кН)
£ Г56 фб фз' Цз !т Ъб Ргц
[м] [м] [град] [1/м] [-Г [-] [-] [кН] [МПа]
0,440 * - - - - - - -
0,465 0,578 90,039 4,526 0,039 2,750 2,944 97,16 9,239
0,490 0,646 90,381 4,403 0,068 2,682 3,013 99,44 9,455
0,515 0,712 90,908 4,352 0,101 2,622 3,102 102,43 9,735
0,540 0,777 91,642 4,357 0,136 2,564 3,211 106,01 10,077
0,565 0,840 92,613 4,410 0,174 2,503 3,343 110,32 10,489
0,590 0,902 93,862 4,511 0,217 2,434 3,500 115,50 10,984
0,615 0,962 95,443 4,665 0,265 2,354 3,688 121,73 11,574
0,640 1,019 97,423 4,882 0,315 2,261 3,910 129,01 12,270
0,665 1,075 99,883 5,183 0,368 2,150 4,164 137,42 13,068
0,690 1,127 102,909 5,606 0,416 2,018 4,439 146,51 13,928
5
Рис. 4. Грузоподъемность модернизированного ПНУ «Беларус-2022» на оси подвеса МН и при агрегатировании с КПН-6-Ф (От = 71,8 кН, = 45,0 кН, АОх = 0,36Р6)
Для устойчивого управления движением МТА во время транспортного переезда часть его веса, приходящаяся на мост управляемых колес МЭС, должна составлять не менее 20 % от общего веса МТА [4].
Рис. 5. Схема сил, действующих на машинно-тракторный агрегат с навесной машиной в транспортном положении
Для расчета управляемости МЭС (рис. 5) было составлено уравнение равновесия моментов сил, действующих на компоненты МТА, относительно точки опоры ведущих колес:
^ Мв = Ргр (а + Ь) + РМЭСЬ - Р6^6 - ЯлЬ = 0
где Р - вес балласта; РМЭС - вес МЭС; Р6 - вес НМ; Ял - нагрузка, приходящаяся на мост управляемых колес; Х8 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. Для МТА с «Беларус-3022» Ргр = 13,5 кН.
РМЭС = 115 кН. Для МТА с «Беларус-2022» Ргр = 8,1 кН. РМЭС = 69 кН.
Разрешив уравнение моментов сил относительно реакции на управляемом колесе - Рл, получим:
я Ргр (а + Ь) + РМЭСЬ - Р6Х86
Кл =-------------Ь-----------
Результаты расчетов по распределению веса МЭС и МТА на ведущие и управляемые колеса МЭС представлены в табл. 3.
Таблица 3
Развесовка МЭС и МТА по управляемому и ведущему мостам, %
МТА КПН-6-Ф
МЭС МЭС+КПН-6-Ф в транспортном положении
МЭС Ял Яв Я'л Я'в
«Беларус-3022» 46,43 53,57 19,0728,03 81,0*/71,97
«Беларус-2022» 47,94 52,06 20,09 79,71
Развесовка без балласта.
Во всех вариантах на управляемые колеса МТА с НМ в транспортном положении приходится более 20 % его общего веса (табл. 3), поэтому требования по управляемости МЭС в основном удовлетворяются.
Заключение
В энергетическом аспекте агрегатирование «Беларус-2022» с КПН-6-Ф посредством модернизированного ПНУ вполне осуществимо. Требования по управляемости МТА при переводе КПН-6-Ф в транспортное положение удовлетворяются.
Заключение об обзорности рабочих органов навесной косилки-плющилки КПН-6-Ф с рабочего места тракториста и выполнении компоновочных ограничений можно будет сделать после дополнительных исследований.
В целом проведенная работа полезна для рационального выбора и соответствующей настройки параметров ПНУ «Беларус-2022», так как расширяет возможности агрегатирования КПН-6-Ф.
Литература
1. Попов, В. Б. Расчет грузоподъемности подъемно-навесного устройства универсального энергетического средства третьего поколения / В. Б. Попов // Вестн. Го-мел. гос. техн. ун-та им. П. О. Сухого. - 2012. - № 3. - С. 43-48.
2. ГОСТ 10677-2001. Устройство навесное заднее сельскохозяйственных тракторов классов 0,6-8. Типы, основные параметры и размеры (Межгосударственный стандарт). - Минск, 2002. - С. 8.
3. Попов, В. Б. Параметрическая оптимизация подъемно-навесного устройства универсального энергетического средства УЭС 290/450 «Полесье», агрегатируемого с навесным кормоуборочным комбайном КНК-500 / В. Б. Попов // Вестн. Гомел. гос. техн. ун-та им. П. О. Сухого. - 2013. - № 1. - С. 35-43.
4. ГОСТ 12.2.111-85. Система стандартов безопасности труда. Машины сельскохозяйственные навесные и прицепные. Общие требования безопасности (Межгосударственный стандарт). - Минск, 2006. - С. 10.
Получено 09.09.2013 г.
