CC BY
49
9. Ryadnov, A. I. Strategii tehnicheskogo obsluzhivaniya vozduhoochistitelya dvigatelya vnutrennego sgoraniya [Tekst] / A. I. Ryadnov, O. A. Fedorova, V. A. Kochergin // Izvestiya Nizh-nevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee professional'noe obrazovanie. -2017. - № 1 (45). - P. 226-234.
10. Ryadnov, A. I. Usovershenstvovannaya gruzovaya platforma avtomobilya GAZ-3302 "Gazel'" [Tekst] / A. I. Ryadnov, R. V. Sharipov, I. V. Almazov// Sel'skij mehanizator. - 2015. - № 5. - P. 14.
11. Decision Support System to Improve Delivery of Large and Heavy Goods by Road Transport [Tekst]/ A. Pashkevich, K. Shubenkova, I. Makarova, D. Sabirzyanov // Advances in Intelligent Systems and Computing. - 2019. -Vol. 844. - P. 13-22.
12. Sumec', A. M. Ekonomichne obrruntuvannya viboru transportnih zasobiv - osnova efek-tivnoi logistichnoi' diyal'nosti ta bezpeki agropidpriemstv [Tekst] / A. M. Sumec// Visnik ekonomiki transportu i promislovosti, - 2013. - №44. - P. 188-192.
E-mail: [email protected]
УДК 623.437.422:631.3 DOI: 10.32786/2071-9485-2019-01-49
ФОРМИРОВАНИЕ КРЮКОВОЙ НАГРУЖЕННОСТИ ТРАКТОРА В СОСТАВЕ МАШИННО-ТРАКТОРНОГО АГРЕГАТА
THE FORMATION OF THE HOOK LOAD OF THE TRACTOR PART
OF THE TRACTOR UNIT
Р.А. Косульников, кандидат технических наук, доцент А.А. Карсаков, кандидат технических наук, доцент С.Д. Фомин, доктор технических наук, доцент В.А. Привалов, аспирант
R.A. Kosulnikov, A.A. Karsakov, S.D. Fomin, V.A. Privalov
Волгоградский государственный аграрный университет Volgograd State Agrarian University
Характер формирования крюкового усилия трактора в составе машинно-тракторного агрегата обусловлен особенностями взаимодействия рабочих органов почвообрабатывающих машин с почвой. При наличии неоднородностей в почве возникает динамическая составляющая крюкового нагружения, которая приводит к росту среднего значения крюковой нагрузки трактора. Динамический прирост крюковой нагрузки трактора определяется как свойствами обрабатываемого материала, так и упругими, диссипативными, инерционными характеристиками кинематической цепи от двигателя до движителей трактора. Для описания этого эффекта рассмотрена принципиальная схема машинно-тракторного агрегата, получена система уравнений, описывающая движение МТА в течение времени. Расчеты показали, что в составе среднего крюкового усилия трактора имеется динамическая составляющая AP, величина которой определяет снижение производительности. Динамический характер крюкового усилия трактора не только вызывает увеличение усилий на все упругие звенья трансмиссии, но сказывается на увеличении кинематических потерь, связанных с ростом коэффициента буксования. С увеличением степени изменения крюкового усилия тракторного агрегата коэффициент буксования, средний за период, увеличивается. Это происходит вследствие нелинейного характера зависимости S = f (Ркр), а также связано с возникновением колебаний деформации почвы в пятне контакта, их ускорения, приводящих к уменьшению несущей способности агрофона, его прочностных параметров в горизонтальном направлении. С точки зрения снижения динамических нагрузок на детали трансмиссии и ведущие колеса необходимо снижать жесткости звеньев трансмиссии. Наиболее эффективно снижать жёсткость звеньев, непосредственно близко расположенных от источника колебаний.
The principle of formation of the hook force of the tractor as part of the machine-tractor unit is due to the peculiarities of the interaction of the working bodies of the tillage machines with the soil. If there are irregularities in the soil, a dynamic component of hook loading will arise, which leads to an increase in the average hook load of the tractor. The dynamic increase in the hook load of the tractor is determined by both the properties of the material being processed and the elastic, dissipative, inertial characteristics of the kin-
***** ИЗВЕСТИЯ ***** № 1 (53) 2019
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
ematic chain from the engine to the tractor propulsion. To describe this effect, a schematic diagram of a machine-tractor unit is considered, a system of equations is obtained, which describes the motion of the MTA over time. Calculations showed that the tractor's average hook force has a dynamic component ÁP, the value of which determines the decrease in productivity. The dynamic nature of the tractor's hook force not only causes an increase in the effort on all the elastic links of the transmission, but also has an effect on the increase in kinematic losses associated with an increase in the slip ratio. With an increase in the degree of change in the hook effort of the tractor unit, the coefficient of skidding, the average over the period increases. This is due to the non-linear nature of the dependence S = f (PKp), and is also associated with the occurrence of fluctuations in soil deformation in the contact patch, their acceleration, leading to a decrease in the carrying capacity of the agricultural microphone, its strength parameters in the horizontal direc-tion.From the point of view of reducing dynamic loads on transmission parts and drive wheels, it is necessary to reduce the rigidity of the transmission links. It is most effective to reduce the stiffness of links directly close to the source of vibrations.
Ключевые слова: тракторы, крюковое усилие трактора, коэффициент буксования колесного движителя, динамические нагрузки в трансмиссии трактора, крутящий момент.
Key words: tractors, the hook force of the tractor, the coefficient of slipping of the wheel drive, dynamic loads in the tractor transmission, torque.
Введение. Анализ характера взаимодействия сельскохозяйственных орудий с тяжёлыми почвами засушливых зон свидетельствует о наличии значительных дополнительных динамических нагрузок, действующих на трактор в составе машинно-тракторного агрегата [4, 8, 10, 12] и приводящих к росту энергетических затрат на его работу.
Возникновение дополнительной динамической нагруженности трактора связано с особенностями взаимодействия рабочих органов почвообрабатывающих машин с почвой [13]. В случае взаимодействия рабочих органов с почвой изотропной структуры силы сопротивления будут величиной постоянной, а значит, и постоянным будет крюковая нагруженность трактора в составе МТА. При наличии неоднородностей в почве возникнет динамическая составляющая крюкового нагружения, которая может привести к росту среднего значения крюковой нагрузки трактора. Динамический прирост крюковой нагрузки трактора будет определяться не только свойствами обрабатываемого материала, но и упругими массовыми характеристиками кинематической цепи от двигателя до движителей трактора [11, 15].
Рисунок 1 - Принципиальная динамическая схема машинно-тракторного агрегата: J1, J2, J3, J4, J5 - соответственно приведенный момент инерции вращающихся деталей двигателя, трансмиссии, ведущих колес трактора, приведенная к оси ведущих колёс поступательно движущаяся масса трактора, приведенный к оси ведущих колес трактора
момент инерции сельскохозяйственного орудия; К - коэффициент пропорциональности сопротивления перемещению; Ci - жесткость соединительных
связей; Мд, Мс, Мк - соответственно момент на коленчатом валу двигателя, сопротивления и касательный момент на ведущем колесе
372
***** ИЗВЕСТИЯ *****
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
№ 1 (53), 2019
Материалы и методы. Для описания данного эффекта использовались методы теоретической механики: методы программного математического моделирования [14], методы дифференциальных уравнений и численного интегрирования.
Результаты. Разработанная принципиальная динамическая схема МТА представлена на рисунке 1.
Момент сопротивления, согласно [5], примем изменяющимся по закону:
Мс = Мо + ^т (с),
(1)
где М0 - среднее значение момента сопротивления; А - амплитуда изменения момента сопротивления; со - частота изменения момента; t -время.
Для определения усилий в звеньях составлена система уравнений, описывающая движение МТА в течение времени:
рЛ1 = мд -(р - р2 ) • С1 - (р - р2) • К1 Р2Л2 = (р - р2 )• С1 + ( р - р2 )• К1 -(Р2 - рз )• С2 -(р2 -Р'ъ )• к2
Р"ъ3з =(Р2 -Рз )• С2 +(р2 -Р'з )• К2 - Мк р4л4 = мк-(р4-р5) сз-(р'4-р5 ) кз
Р5Л5 =(Р4 -Р5 )• Сз + (Р -р5 )• Кз -Мс
Решение уравнений позволило определить закон изменения крюкового усилия в функции времени (рисунок 2).
Рисунок 2 - Расчетные значения крюкового усилия трактора
Обсуждение. Анализ расчетных данных показывает, что величина амплитуды приведенного момента сопротивления оказывает существенное влияние на среднее значение крюкового усилия. Так, на промежутке времени t1 расчетной осциллограммы наблюдается снижение поступательной скорости движения агрегата, вызванное увеличивающимся сопротивлением. Снижение приведенного момента сопротивления на участке t2 обеспечивает прирост поступательной скорости движения агрегата, в результате колебания момента сопротивления площади под расчетной осциллограммы и 82 оказываются неодинаковыми (81>82). В результате в составе среднего крюкового усилия трактора за обобщенный промежуток времени t1+t2 имеется динамическая составляющая АР, величина которой определяет снижение производительности МТА.
Расчетная зависимость величины динамической составляющей от амплитуды колебания приведенного момента сопротивления почвообрабатывающего орудия приведена рисунке 3.
Динамический характер крюкового усилия трактора не только вызывает увеличение усилий на все упругие звенья трансмиссии, но сказываются на увеличении кинематических потерь МТА [2, 6, 9].
Рисунок 3 - Расчетная зависимость величины динамической составляющей крюкового усилия трактора от амплитуды колебания приведенного момента сопротивления почвообрабатывающего орудия
Из-за кривизны зависимости ё = f (Ркр) (рисунок 4) при колебаниях тяговой нагрузки в пределах Ркро ±АРкр при наибольшем усилии на крюке буксование будет наибольшим 6max, а при минимальном - Smin, из-за кривизны функции ё = f (Ркр) окажется, что средний коэффициент буксования ёод = 1/2 • (ётах + ётп) будет выше, чем в случае стационарного режима нагруженияёо при Ркр = Ркр(ср).
Значение прироста коэффициента буксования определяется частотой колебания нагрузки с амплитудой АРкр.
Рисунок 4 - Зависимость коэффициента буксования трактора от крюкового усилия
Проведенные экспериментальные исследования, связанные с оценкой крюковой нагруженности с.-х. тракторов тягового кл. 1.4, позволили установить спектр изменения частот и амплитуд крюковой нагруженности в условиях выполнения с.-х. опера-
ций: Аркр = 0,35 Ркр; X = 2,8 Гц. Это позволяет представить зависимость коэффициента буксования от тягового усилия в виде области распределения [1, 3, 7], расположенной между стационарной кривой 3 = / (РТ) и динамической кривой (рисунок 5).
3 & (Ртт % <Р»™
1
0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1
Рисунок 5 - Представление процесса буксования трактора типа МТЗ в виде области распределения
Данное представление взаимозависимости буксования и крюкового усилия обеспечивает более точный учет особенностей формирования тягово-сцепных характеристик колесного трактора в случае динамического характера нагружения крюковым усилием в реальных условиях эксплуатации.
Заключение. В целом проведенные расчеты позволяют сделать следующие выводы:
1. Анализ взаимодействия сельскохозяйственных орудий с почвой свидетельствует о наличии дополнительных динамических нагрузок, действующих на трактор в составе машинно-тракторного агрегата, приводящие к росту энергетических затрат.
2. С увеличением степени изменения крюкового усилия тракторного агрегата коэффициент буксования средний за период увеличивается. Это происходит вследствие нелинейного характера зависимости 3 = / (Ркр), а также связано с возникновением колебаний деформации почвы в пятне контакта, их ускорения, приводящих к уменьшению несущей способности агрофона, его прочностных параметров в горизонтальном направлении.
3. С точки зрения снижения динамических нагрузок на детали трансмиссии и ведущие колеса необходимо снижать жесткость звеньев трансмиссии. Наиболее эффективно снижать жёсткость звеньев, непосредственно близко расположенных от источника колебаний. Таким местом для колёсного трактора могут быть ведущие полуоси или ведущие колеса.
Библиографический список
1. Гапич, Д. С. Тяговые показатели тракторов с колесной формулой 4К2 на увлажненных почвах [Текст]/ Д. С. Гапич, В. А. Привалов, Ю. Н. Афанасьев // Научное обозрение. -2016. - №7. - С. 95-102.
2. Гапич, Д.С. Теоретическая оценка тягово-сцепных характеристик колесных тракторов [Текст]/ Д.С. Гапич, И.А. Несмиянов, Е.В. Ширяева // Тракторы и сельхозмашины. - 2012. -№7 - С.19-22.
3. Гапич, Д.С. К вопросу о тяговых испытаниях колесных тракторов различных конструктивных схем [Текст]/ Д.С. Гапич // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2014.- №1 - С. 229-234.
4. Гапич, Д.С. Способ оценки энергетической нагруженности узлов и механизмов сельскохозяйственного трактора [Текст] / Д.С. Гапич, Е.В. Ширяева // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2011.- №3. - С. 213-219.
5. Кузнецов, Н.Г. Влияние неустановившегося характера нагружения колесного трактора крюковым усилием на коэффициент буксования [Текст]/ Н.Г. Кузнецов, Д.С. Гапич, Е.В. Ширяева // Тракторы и сельхозмашины. - 2013. -№10 - С. 25-26.
6. Кузнецов, Н.Г. Динамика процесса буксования колесного трактора кл.1,4 [Текст]/ Н.Г. Кузнецов, Д.С. Гапич, Е.В. Ширяева // Тракторы и сельхозмашины. - 2012. - №12. - С. 23-26.
7. Кузнецов, Н.Г. Некоторые аспекты прогнозирования тягово-сцепных свойств колесных сельскохозяйственных тракторов [Текст]/ Н.Г. Кузнецов, Д.С. Гапич, Е.В. Ширяева // Тракторы и сельхозмашины. - 2013. - №11 - С. 17-20.
8. Кузнецов, Н.Г. Экспресс метод прогнозирования эксплуатационных показателей тракторов с колесной формулой 4К2 [Текст]/ Н.Г. Кузнецов, Д.С. Гапич, Е.В. Ширяева // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2013. - №3 - С. 179-183.
9. Gapich, D. S. Forecasting of towing indicators of tractors with 4k4 wheel arrangements [Tekst]/ D. S. Gapich, R. A. Kosulnikov, N. S. Vorobyeva //ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. - 2016. - №11(11). - Р. 6801-6806. Retrieved from www.scopus.com
10. Gradient hardening chisel plow from nodular iron [Tekst]/ L. V. Kostyleva, A. S. Ovchin-nikov, D. S. Gapich и др. // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. - 2017. - №12(7). -Р. 2085-2091. Retrieved from www.scopus.com
11. Kutzbach, H. D. Rolling radii and moment arm of the wheel load for pneumatic tyres [Tekst]/ H. D. Kutzbach, A. Bürger, S. Böttinger //Journal of Terramechanics. - 2019. - №82. - Р. 13-21.
12. The optimum geometrical form modeling of the "striegel" type harrow [Tekst]/ A. S. Ovchinnikov, V. S. Bocharnikov, D. A. Skorobogatchenko et all. //ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. - 2018.- №13(23). - Р. 9138-9144. Retrieved from www.scopus.com
13. Energy and agrotechnical indicators in the testing of machine-tractor units with subsoiler [Tekst]/ A. S. Ovchinnikov, A. S. Mezhevova, A. E. Novikov et all.//ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. - 2017. - №12(24). - Р. 7150-7160. Retrieved from www.scopus.com
14. Shekhovtsov, V. V. Technology of creation of three-dimensional model of tractor transmission in program package "universal mechanism" [Tekst]/ V. V. Shekhovtsov, N. S.Sokolov-Dobrev, M. V. Lyashenko // Lecture Notes in Mechanical Engineering. - 2019. (9783319956299). -P. 2017-2025 doi: 10.1007/978-3-319-95630-5_217 Retrieved from www.scopus.com.
15. Research of dynamic loading in a drivetrain by means of mathematical modeling [Tekst]/ N. S. Sokolov-Dobrev, M. V. Ljashenko, V. V. Shekhovtsov et all.// Paper presented at the IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. - 2017. - №177(1). - Retrieved from www.scopus.com
Reference
1. Gapich, D. S. Tyagovye pokazateli traktorov s kolesnoj formuloj 4K2 na uvlazhnennyh pochvah [Tekst]/ D. S. Gapich, V. A. Privalov, Yu. N. Afanas'ev // Nauchnoe obozrenie. - 2016. -№7. - P. 95-102.
2. Gapich, D. S. Teoreticheskaya ocenka tyagovo-scepnyh harakteristik kolesnyh traktorov [Tekst]/ D. S. Gapich, I. A. Nesmiyanov, E. V. Shiryaeva // Traktory i sel'hoz-mashiny. - 2012. - №7 -P. 19-22.
3. Gapich, D. S. K voprosu o tyagovyh ispytaniyah kolesnyh traktorov razlichnyh kon-struktivnyh sxem [Tekst]/ D. S. Gapich // Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kom-pleksa: nauka i vysshee professional'noe obrazovanie. - 2014. -- №1 - P. 229-234.
4. Gapich, D. S. Sposob ocenki jenergeticheskoj nagruzhennosti uzlov i mehanizmov sel'sko-hozyajstvennogo traktora [Tekst] / D. S. Gapich, E. V. Shiryaeva // Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee professional'noe obrazovanie. - 2011. -- №3 - P. 213-219.
5. Kuznecov, N. G. Vliyanie neustanovivshegosya haraktera nagruzheniya kolesnogo traktora kryukovym usiliem na kojefficient buksovaniya [Tekst]/ N. G. Kuznecov, D. S. Gapich, E. V. Shiryaeva // Traktory i sel'hozmashiny. - 2013. -№10 - P. 25-26.
6. Kuznecov, N. G. Dinamika processa buksovaniya kolesnogo traktora kl.1,4 [Tekst]/ N. G. Kuznecov, D. S. Gapich, E. V. Shiryaeva // Traktory i sel'hozmashiny. - 2012. -№12 - P. 23-26.
7. Kuznecov, N. G. Nekotorye aspekty prognozirovaniya tyagovo-scepnyh svojstv kolesnyh sel'skohozyajstvennyh traktorov [Tekst]/ N. G. Kuznecov, D. S. Gapich, E. V. Shiryaeva // Traktory i sel'hozmashiny. - 2013. - №11 - P. 17-20.
8. Kuznecov, N. G. Jekspress metod prognozirovaniya ]kspluatacionnyh pokazatelej traktorov s kolesnoj formuloj 4K2 [Tekst]/ N. G. Kuznecov, D. S. Gapich, E. V. Shiryaeva // Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee profes-sional'noe obrazovanie. - 2013. - №3 - P. 179-183.
9. Gapich, D. S. Forecasting of towing indicators of tractors with 4k4 wheel arrange-ments [Tekst]/ D. S. Gapich, R. A. Kosulnikov, N. S. Vorobyeva //ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. - 2016. - №11(11). - Р. 6801-6806. Retrieved from www.scopus.com
10. Gradient hardening chisel plow from nodular iron[Tekst] / L. V. Kostyleva, A. S. Ovchinnikov, D. S. Gapich et all. // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. - 2017. - №12(7). -Р. 2085-2091. Retrieved from www.scopus.com
11. Kutzbach, H. D. Rolling radii and moment arm of the wheel load for pneumatic tyres [Tekst]/ H. D. Kutzbach, A. Bürger, S. Böttinger //Journal of Terramechanics. - 2019. - №82. - Р. 13-21.
12. The optimum geometrical form modeling of the "striegel" type harrow [Tekst]/ A. S. Ovchinnikov, V. S. Bocharnikov, D. A. Skorobogatchenko и др. //ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. - 2018.- №13(23). - Р. 9138-9144. Retrieved from www.scopus.com
13. Energy and agrotechnical indicators in the testing of machine-tractor units with subsoiler [Tekst]/ A. S. Ovchinnikov, A. S. Mezhevova, A. E. Novikov et all. //ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. - 2017. - №12(24). - Р. 7150-7160. Retrieved from www.scopus.com
14. Shekhovtsov, V. V. Technology of creation of three-dimensional model of tractor transmission in program package "universal mechanism" [Tekst]/ V. V. Shekhovtsov, N. S.Sokolov-Dobrev, M. V. Lyashenko // Название журнала. - 2019. - №. - Р. Retrieved from www.scopus.com
15. Research of dynamic loading in a drivetrain by means of mathematical modeling [Tekst]/ N. S. Sokolov-Dobrev, M. V. Ljashenko, V. V. Shekhovtsov et all.// Paper presented at the IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. - 2017. - №177(1). - Р. Retrieved from www.scopus.com
E-mail: [email protected]
УДК 502.3:504.5:6647 DOI: 10.32786/2071-9485-2019-01-50
АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ И ТЕХНОГЕННОЙ НАГРУЗКИ, ОКАЗЫВАЕМОЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫМ ПРЕДПРИЯТИЕМ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
ANALYSIS OF THE CONDITION OF ENVIRONMENTAL SECURITY AND TECHNOLOGICAL LOADING PROVIDED BY AGRICULTURAL ENTERPRISE
ON THE ENVIRONMENT
М.А. Садовников, кандидат технических наук
А.А Рыжкова В.Ю. Мисюряев, кандидат педагогических наук Е.Ю. Гузенко, кандидат сельскохозяйственных наук
M.A. Sadovnikov, А.А. Ryzhkova, V.Yu. Misyuryaev, E.Yu. Guzenko
Волгоградский государственный аграрный университет Volgograd State Agrarian University
Все сельскохозяйственные предприятия и цеха в процессе работы тесно связаны с окружающей средой. Цель нашего исследования - рассмотрение вопроса о негативном воздействии пыли от зерна на окружающую природную среду для установления мероприятий
377
