Эффективность применения зубчатых обгонных муфт в приводе тракторного прицепа Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Наличие согласованного между сельскими товаропроизводителями и обслуживающими предприятиями производственными и вспомогательными подразделениями экономического механизма, регулирующего взаимоотношения в системе маши-ноиспользования, является необходимым условием повышения эффективности механизированных процессов, обеспечения использования и работоспособности машинно-тракторного парка материальнотехническими ресурсами.

Высокопроизводительное использование техники — один из решающих факторов повышения эффективности сельскохозяйственного производства. Однако имеющиеся недостатки в организации процессов использования, морально и физически изношенный машинно-тракторный парк приводят к значительному недоиспользованию номинальной производительности техники, особенно мощных скоростных тракторов, новых комбайнов, автомобилей. В результате основные полевые работы — заготовка кормов, уборка хлебов, пахота и другие — осуществляются с серьезными нарушениями агрономических требований. Это ведет к недобору урожая, удорожанию продукции, снижению ее качественных показателей.

В этих условиях перед МТС стоят задачи по обеспечению высокой эффективности производ-

ства за счет высокопроизводительного использования техники, внедрения прогрессивных технологий, организации производственно-технического обслуживания сельских товаропроизводителей. Дальнейшее совершенствование организационных форм использования техники — объективная необходимость возрождения села в условиях низкой продуктивности, рентабельности и покупательной способности хозяйств и растущего диспаритета цен на сельскохозяйственную и промышленную продукцию. Концентрация техники в МТС, организация их крупных механизированных подразделений, отрядов и комплексов способствуют решению задач по производству сельскохозяйственной продукции при снижении потребности в инвестициях на воссоздание технического потенциала АПК.

Список литературы

1. Стратегия машинно-технологической модернизации сельского хозяйства России на период до 2020 года /

В.И. Фисинин и др. — М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2009. — 90 с.

2. О технической и технологической модернизации сельскохозяйственного производства в соответствии с задачами Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008-2012 годы // Информационный бюлл. Минсельхоза России. — 2008. — № 7-8. — С. 26-31.

УДК 631.35:62-2

Б.В. Пылаев, канд. техн. наук, доцент А.А. Шамин, аспирант

ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ЗУБЧАТЫХ ОБГОННЫХ МУФТ В ПРИВОДЕ ТРАКТОРНОГО ПРИЦЕПА

Использование в трансмиссии мобильных машин обгонных муфт (ОМ), как показала практика, позволяет передавать положительный момент на агрегаты и исключить паразитное торможение, что повышает эффективность трансмиссии [1, 2]. Обгонные муфты широко применяются в сельскохозяйственных машинах, ими снабжены привод аппарата соломоизмельчителя в зерноуборочном комбайне «Нива-СК5», очесывательный аппарат льноуборочного комбайна ЛКВ-4, пресс-подборщик ПСБ-1,6, измельчающее устройство кормоуборочного комбайна КСК-100. Подключение переднего моста колесного трактора МТЗ-82 осуществляется через ОМ при более 5 %-м буксовании задних колес [3]. Широкое применение ОМ сдерживается недостатками технических характеристик существующих конструкций. У фрикционных ОМ, например

роликовых, ограничен передаваемый силами трения момент при низкой (из-за значительных контактных нагрузок) долговечности, а нефрикционные храповые ОМ имеют значительный угол срабатывания и работают при ударных нагрузках.

Предложенная авторами зубчатая обгонная муфта (ЗОМ) [4-7] обеспечивает передачу практически любого момента, так как зависит от прочности зубчатой пары муфты, а угол срабатывания меньше, чем у фрикционных ОМ, благодаря повышенной сравнительной жесткости. Особенности конструкции ЗОМ позволяют расширить круг применения обгонных муфт в машинных агрегатах различного назначения.

В данной статье рассмотрено теоретическое обоснование повышения эффективности машиннотракторного агрегата (МТА) за счет применения

69

3OM в приводном мосту тракторного прицепа, буксируемого колесным трактором с колесной формулой 4К2. Для определенности рассмотрим трактор MT3-82 с отключенным приводом переднего моста, вес трактора Gтр = 40,3 кН. Под прицепом подразумевается любое прицепное устройство, например почвообрабатывающая машина. Привод прицепа осуществляется от вала отбора мощности (BOM), как показано на рис. 1, где v—скорость MTA; Ркр — тяговое усилие трактора; FH — сила сопротивления перемещению прицепа (рабочая нагрузка). Примем максимальную прижимную силу на ведущие колеса прицепа равной GH = 30 кН, что соответствует нагрузке на пару колес груженого прицепа 2ПТС-4,5, Рп — тяговое усилие от ведущих колес прицепа, при этом

F = Р + Р .

п кр п

Угловая скорость BOM ювом синхронна угловой скорости ведущего тракторного колеса ю: при кинематическом перемещении трактора MT3-82 на 1 м BOM совершает 3,5 оборота (w = 3,5 об/м), следовательно, передаточное отношение

U

ю

BOM-тр '

BOM

ю

= 2nwRIV = 2-3,14 • 3,5-0,75 = 16,49,

- угловая скорость BOM, рад/с; _йтр = 0,75 м -

Рис. 1. Схема машинно-тракторного агрегата

1 — трактор; 2 — ведущее колесо трактора; 3 — 4 — колесо прицепа; 5 — дышло прицепа; 6 —

где “bom —

теоретический (динамический) радиус качения ведущего колеса трактора (шина 15,5-38).

На рис. 2 даны два варианта кинематических схем ведущего моста прицепа. B первом варианте (рис. 2а) использована одна ЗОМ с посаженной на BOM ведущей полумуфтой, рассогласование скоростей колес при повороте обеспечивает колесный дифференциал, следовательно, имеет место ухудшающее проходи-4 з мость вредное действие диффе-

ренциала, а преимуществом является менее нагруженная ЗОМ, что не принципиально для данного типа муфт. Во втором варианте (рис. 2б) пара ЗОМ с ведомыми полумуфтами, посаженными на полуоси, что обеспечивает повышенную проходимость, так как обеспечивает вращение любого ведущего колеса прицепа при отсутствии сцепления с дорогой другого колеса, а недостат-(М1А): _

прицеп; ком является большая нагружен-

ВОМ ность ЗОМ. Второй вариант явля-

Рис. 2. Кинематические схемы ведущего моста прицепа:

а — с колесным дифференциалом; б — без колесного дифференциала; 1 — ВОМ; 2 — главная передача;

3 — конечная передача; 4 — приводное колесо прицепа; 5 — ЗОМ (5а и 5b — ведущая и ведомая полумуфты);

6 — полуось; 7 — колесный дифференциал

ется предпочтительным, его будем рассматривать ниже.

Кинематика привода обеспечивается соотношением скоростей полумуфт ОМ юа < юь, а передача вращения на колеса прицепа — равенством этих скоростей. Скорость МТА при движении без буксования ведущих колес трактора и прицепа (теоретическая скорость)

V = юЯтр =

где Яп = 0,458 м — теоретический радиус качения ведущего колеса прицепа (шина 11,2-20); юп — угловая скорость колеса прицепа. Рассмотрим движение без буксования; обозначим отношение угловых скоростей полумуфт

Юа

Ю

Юа Я

Км назовем коэффициентом обгона, он зависит от конструктивных параметров трактора и привода прицепа. Передаточное отношение привода прицепа при коэффициенте обгона Км

и

ю

ВОМа

ВОМ

юи.

ВОМ-тр

_ К“ о иВОМ-тр

= 2™кш .

^тр

Учитывая, что потери в ЗОМ практически отсутствуют [6], примем кпд привода с двухступенчатой зубчатой передачей равным п = 0,96.

Определим основные кинематические и динамические характеристики МТА для двух типов почв: луг (1) и подготовленное под посев поле (2) в зависимости от коэффициента буксования 5 ведущих колес трактора без привода колес прицепа и с приводом. Примем теоретическую скорость трактора vт = 10 км/ч = 2,28 м/с и Км = 0; 0,05 и 0,10.

Допускаемое буксование [5] = 0,16 для трактора 4К2 [2].

Буксование 5 ведущих колес, определяемое функциями 5 = 5(фкр т) и 5п = 5(фкр п) соответственно для ведущих колес трактора и прицепа, зависит от скорости МТА:

фкр. (1) 8, (2) 8,

0 0 0

0,1 1,8 2,6

0,2 3,5 5,3

0,3 5,9 10,0

0,4 10,0 17,0

0,5 15,9 51,0

Угловые скорости ю = ут / Я = 2,78 / 0,75 =

= 3,70 рад/с, ю

ВОМ

ВОМт

= 3,70 16,49 = = 61,02 рад/с, а скорость МТА V = Ут (1 - 5).

Максимальное тяговое усилие трактора

Р = О ф (5).

кр тр кр

Для прицепа без привода максимальная полезная рабочая нагрузка Гп = Ркр.

На рис. 3 показаны три возможных варианта для колес прицепа, где теоретическая скорость прицепа (В — мгновенный центр вращения колеса)

\.п = юп Яд.

Привод прицепа передает вращение на свои ведущие колеса (рис. 3а) при V < vтп, что имеет место при буксовании колес прицепа:

0 <8 п = / (8) = 1 < 1,

при этом скорости полумуфт ЗОМ юа = юь, где юа = юВОМ / ивОМа, следовательно, тяговое усилие от ведущих колес прицепа Рп = Опфкр(5п), рабочая нагрузка также зависит от 5:

Г (5 ) = Р (5 ) + Р (5 ).

п п кр п п п

На рис. 3б рассмотрен случай работы ЗОМ в режиме обгона юа < юь, который возможен, например, на дороге с твердым покрытием при движении трактора со скоростью V > юаЯп.

Рис. 3в иллюстрирует ситуацию, возникающую при жесткой кинематической связи ВОМ с ведущими колесами прицепа (без ЗОМ). В этом случае воз-

8 =

-V

р

ф

кр

кр.тр

О„

Ф

кр.п

р

Оп

Зависимость между фкр и 5 представлена в таблице. На основе табличных данных с помощью МаШсаё 13 получена прямая и обратная непрерывные функции: 5(фкр) = Нп^гР(Фкр^ 5 фкр);

Фкр(5) = llnerp(5i, фкр, , 5).

Рис. 3. Варианты кинематических и нагрузочных параметров ведущих колес прицепа:

- передача движения колесом; б — качение колеса; в — волочение колеса

а

0,02 0,06 0,10 0,14 б 0,02 0,06 0,10

Рис. 4. Кинематические и динамические характеристики МТА для почв:

1 — луг; 2 — подготовленное под посев поле

никает значительная тормозящая тракторный поезд сила сопротивления волочению Гс. Это случай возникновения так называемой паразитной мощности. Данная ситуация исключается при использовании ЗОМ.

Нагрузки, развиваемая рабочая мощность, буксование 5п и скорость МТА, а также кпд показаны на рис. 4 для двух типов почв в зависимости от коэффициента буксования 5, при коэффициентах обгона Км = 0; 0,5 и 0,10.

Затраченная и полезная мощности и кпд:

N = Ркрук; N = Ркру; пт = N / ы0 — без привода прицепа;

^Тпо = N + / n; NTn =

= FHV; Птп = NTH 7 NTH0 — с приводом прицепа.

Выбор коэффициента обгона Км зависит от следующих факторов:

а) при большом Км возможна перегрузка ВОМ, когда из-за буксования колес трактора уменьшается крюковая сила Ркр, а также при движении по дороге с твердым покрытием, когда работа ведущих колес прицепа требует дополнительной мощности;

б) при малом Км уменьшается эффективность привода прицепа.

Математическое моделирование работы МТА показало высокую эффективность привода прицепа от ВОМ: рабочая нагрузка повышается примерно на 30 %, а незначительное уменьшение кпд при этом объясняется потерями в зубчатых парах привода. Следовательно, использовать привод прицепа экономически выгодно, так как можно использовать менее мощный трактор и при этом уменьшается давление на почву.

Список литературы

1. Кутьков, Г.М. Технологические основы мобильных энергетических средств. Ч. 1 / Г.М. Кутьков. — М.: МГАУ, 1999. — 150 с.

2. Тракторы МТЗ-80 и МТЗ-82/ И.П. Ксеневич, С.Л. Кустанович, П.Н. Степанюк [и др.]; под общ. ред. И.П. Ксеневича. — 2-е изд. перераб. и доп. — М.: Колос, 1983. — 254 с.

3. Кутьков, Г.М. Тракторы и автомобили. Тяговый расчет трактора / Г.М. Кутьков, А.В. Богатырев. — М.: МГАУ, 2006. — 25 с.

4. Пат. 2298711 С2 РФ, МПК F16D 41/08. Зубчатая обгонная муфта / Б.В. Пылаев, А.А. Шамин. — Опубл. 10.05.07. Бюл. № 13.

5. Пат. 2353835 С2 РФ, МПК F16D 41/08. Зубчатая обгонная муфта / Б.В. Пылаев, А.А. Шамин. — Опубл. 27.04.09. Бюл. № 12.

6. Пат. 2353836 С2 РФ, МПК F16D 41/08. Реверсивная зубчатая обгонная муфта / Б.В. Пылаев, А.А. Шамин. — Опубл. 27.04.09. Бюл. № 12.

7. Пылаев, Б.В. Зубчатая обгонная муфта для нефрикционного высокомоментного вариатора / Б.В. Пылаев, А.А. Шамин // Вестник машиностроения. — 2008. — № 6. —

С. 10-19.