CC BY
1
Orlovskiy Sergey Nikolaevich, candidate of technical sciences, docent, orlovskiyser-gey@mail.ru, Russia, Krasnoyarsk, Krasnoyarsk State Agrarian University,
Karnaukhov Andrey Ivanovich, candidate of technical sciences, docent, karnau-khov.ai@mail.ru, Russia, Krasnoyarsk, Reshetnev Siberian State University of Science and Technology,
Voinash Sergey Aleksandrovich, junior researcher at the research laboratory, sergey_voi@mail.ru, Russia, Kazan, Kazan Federal University,
Sokolova Viktoriia Aleksandrovna, candidate of technical sciences, docent, sokolo-va_vika@inbox.ru, Russia, St. Petersburg, Higher School of Technology and Energy, St. Petersburg State University of Industrial Technologies and Design,
Zagidullin Ramil Ravilevich, candidate of technical sciences, docent, r.r.zagidullin@mail.ru, Russia, Kazan, Kazan Federal University,
Andronov Alexander Vyacheslavovich, candidate of technical sciences, docent, an-dronovalexandr@,gmail.com, Russia, St. Petersburg, St. Petersburg State Forest Technical University named after CM. Kirov
УДК 629.114.2.032
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-8-454-455
К ВОПРОСУ ИССЛЕДОВАНИЯ СИЛ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ ГУСЕНИЧНОГО ДВИЖИТЕЛЯ ОТ ДЕФОРМАЦИИ ГРУНТА В ПРОЦЕССЕ РАБОТЫ АГРЕГАТА ПОПЕРЕК СКЛОНОВ
С.Н. Орловский, А.И. Карнаухов, С.А. Войнаш, Ю.Л. Пушков, В.А. Марков
Цель работы - повышение эффективности тракторных лесопосадочных агрегатов при выполнении работ на склонах по обработке почвы под посадку лесных культур. Движение гусеничного трактора с лесохозяйственным почвообрабатывающим орудием поперек склона характеризуется неравномерными значительно отличающимися от средних значений деформациями грунта с образованием колеи, причём у расположенной ниже по склону гусеницы она более значительна. Это приводит к разности сопротивлений движению гусениц трактора и тракторный агрегат подвергается самопроизвольному уводу вниз по склону.
Ключевые слова: агрегат, склон, сопротивления, катки, увод, прямолинейность.
Введение. Рассмотрим движение тракторного агрегата поперек склона как плоскопараллельное движение на наклонной плоскости постоянно действующей поперечной силой G sin в и перераспределенным эксплуатационным весом трактора на
нижнюю j^cos^ + 2-jsrn^ и верхнюю ^cos^ — 2^sinfí^ по склону гусеницы [1].
Удельное давление на грунт от нижней g н и верхней gв по склону гусениц может быть представлено следующим выражением:
(1) (2)
где G - вес трактора; L - продольная база трактора; Ь - ширина гусеницы; Н - высота центра тяжести трактора; В - колея трактора; в - поперечный угол наклона трактора.
В работах [2, 3] показано, что для большинства грунтов между деформацией почвы и нагрузкой существует линейная связь. Тогда, считая деформацию линейной, по отношению к действующей нагрузке для нижней и верхней гусеницы по склону, будут справедливы зависимости:
gн = С^ (3)
gв = СЬ, (4)
где С - коэффициент объёмного смятия грунта; Ы, hв глубина погружения нижней и верхней по склону гусеницы в грунт.
Удельная работа деформации грунта [4]:
Ауд.н = /п Ауд.в = /п МЛ.
ем:
УД.н J0 ^уд.в J0
Подставив в эти выражения соответственно (3) и (4) и проинтегрировав, име-
Ауд.н _ 2 ' (5)
Ауд, = f- (6)
Объекты и методы исследования. Глубина колеи зависит от нагрузки, приходящейся на наиболее нагруженный каток соответствующей гусеницы, а также от способа передачи этой нагрузки через звенья гусениц на грунт. Известно, что расстояние между катками не рекомендуется делать кратным шагу гусениц [3-6], обычно один каток находится в контакте с двумя звеньями, а соседний - с одним. Следовательно, давление под катком будет максимальным, когда каток находится под срединой звена. В связи с этим звенья гусениц погружаются на различную глубину, давление на каждую из этих поверхностей будет различное, чтобы учесть это, определим эквивалентное нормальное давление на грунт дэк соответствующей гусеницей
д _ Фкн max . д _ С?кв max .
Дэк.н 1 ^ ' Дэк.в 1 25 '
д _ Фкн max . д _ С?кв max
Дэк.н 2 ^ ' Дэк.в 2 25 '
где Q™ max ,Q™ max - нагрузки на каток соответствующей стороны трактора; S - площадь звена гусеницы.
С учетом этого среднее эквивалентное нормальное давление на грунт запишется так:
„ _ дэк н 1+Дэк н.2
_ ЗСкн max . /г7\
дэк.н _ 2 _ 45 ' (
„ _ дэк в 1 +дэк в.2
_ З^кв max /о\
дэк.в - - - 45 . (8)
Между максимальной и средней нагрузкой на каток соответствующей стороной трактора существуют соотношения [7].
Фкн max _ г Фкв max _ г
О _ Ьн, 0 — Ьв,
ч:кн ср ч:кв ср
где ^н, ^в - коэффициенты, характеризующие форму эпюры распределения нагрузок на опорные катки; Q™ ср, Q™ ср - средняя нагрузка на каток, которая равна для соответствующей стороны трактора
Скн ср =^(C0S£ + ^кв ср =^(C0S£ -
где n - количество опорных катков с одной стороны трактора.
Результаты исследования и их обсуждение. Эпюры распределения нагрузок под катком для обоих опорных поверхностей подобны, так как схема подвески их одна и та же, а технологическая нагрузка приложена симметрично к трактору. Из вышеизложенного следует, что коэффициенты, характеризующие форму эпюры распределения нагрузок на катки двух сторон трактора, равны:
Фкн max Q^ max
~Q-_ "О-_ f (9)
кн ср кв ср
или
_укн m ах_ _ _Укв max_ _ г
Тогда среднее эквивалентное давление на грунт с учетом уравнения (9), примет
вид:
дэ кн = V 8п/ (10)
Дэ кв _ 8nS ( )
Эквивалентная деформация грунта определится из уравнения (3, 4) после подстановки gэк н и gэк в из выражений (10,11).
/1н ~" I ^в ~" .
н 8GnS в 8GnS
Удельная работа деформации грунта с учётом уравнений (10, 11) запишется
так:
А _ 9^(cosp+2§)2 (12)
АУДн 128Cn2S2 2 К } 9l;2G2{cosp-2^f
А ——_Ь___(13)
АУД в 128 Cn2S2 К ■>
Трактор с нагрузкой на крюке движется с буксованием по деформируемому грунту и наклоняется назад. Чтобы учесть это в полной работе деформации грунта, необходимо удельную работу умножить на площадь контакта гусеницы с грунтом [8].
^ _ LS ^ а _ А ^ _ Ауд н^ ; А _ А ^ _ Аудв^
^ _ tTcosQHв' н _ уд н^ _ tTcoseH' в _ уд в^ _ tTcoseв
где у - количество звеньев на опорной части гусеницы; L - продольная база трактора; tr - шаг гусеницы; 0н, 0в - дифферент гусеницы.
Сила сопротивления движению определится из полной работы, действующей на пути L, т.е.
^уд.н ™ ^у
Р _ — Уд.н р _ _ уд.в ?н ~ L ~ tTcosQH, ^ ~ L ~ tj-cosQ,;'
Переходя от силы, к коэффициенту сопротивления движению, имеем:
р/н _ луд н J-. _ Р/в _ луд в
F = ]н = "уд н Р _ ' 1в _
ГИ л „ .ил .„„„г, , Гв л
£н ЧнЬ^г СОБдн в Св Чв^^г •COSQв
Раскрывая значение удельной работы по формулам (12, 13), приходим к выражению:
^ _ ^—V-^—в-п (14)
_ 64Сп25Ссо50в ' ( )
Из уравнений (14, 15) видно, что величины постоянны для конкретного трактора, поэтому можно обозначить:
Д = <16>
где D - конструктивный параметр трактора.
Из экспериментальных исследований известно, что при движении трактора без крюковой нагрузки [4, 9].
£ = 1, 0н = 0, 0в = О.
Выражая поперечный угол наклона трактора через угол склона с нагрузкой на крюке и без нее, имеем:
Рр = Кр- а (17)
Рх = Рх • а (18)
где а - угол склона; Кр, Кх - коэффициент пропорциональности для рабочего и холостого хода трактора.
Тогда окончательно коэффициент прессования грунта каждой гусеницей с учетом выражений (16, 17, 18) запишется так:
- с нагрузкой на крюке
9%2DKp(cosa+2^sina^ 9%2DKp(cosa-2^sina^
~ 64Ccos0H ' ^вР ~ 64Ccos0B '
- без нагрузки
9DKx(cosa+2^sina) 9DKx(cosa-2^sina}
/лх _ 64С < _ 64С .
Заключение. Таким образом, полученные уравнения аналитическим путем представляют возможность определять силы и коэффициенты сопротивления прессованию грунта для любого трактора в зависимости от физико-механических свойств грунта и угла склона при работе с крюковой нагрузкой и без нее.
Список литературы
1. Двали Р.Р. Исследование работы гусеничного сельскохозяйственного трактора на склонах, Тбилиси, 1947. 225 с.
2.Горячкин В.П. Сборник сочинений. Том 2. М., Сельхозиздат, 1965.
3. Медведев М.И. Конструирование трактора: Пособие для студентов высших техн. учеб. заведений и инженеров. Харьков; Киев: Гос. науч.-техн. изд-во Украины, 1935.
4. Васильев А.В., Докучаева Е.Н., Уткин-Любовцов О.Л. Влияние конструктивных параметров гусеничного трактора на его тягово-сцепные свойства. Москва: Машиностроение, 1969. 192 с.
5.Антонов А. С. Теория гусеничного движителя. М., Машгиз, 1949. 214 с.
6. Гуськов В.В. Оптимальные параметры сельскохозяйственных тракторов: Выбор и обоснование некоторых параметров / В. В. Гуськов, канд. техн. наук. Москва: Машиностроение, 1966. 195 с.
7. Совенков В.М., Особов В.И. Влияние крутизны склона на прямолинейность движения агрегата // Механизация и электрификация сел. хоз-ва. 1982. № 5.С. 4647.
8.Орловский С.Н. Определение энергетических и динамических параметров тракторов, режимов резания активных рабочих органов машинно-тракторных агрегатов: монография. Красноярск, КрасГАУ, 2011. 376 с.
9. Орловский С.Н. Проблемы экологии, энергосбережения и охраны окружающей среды при выполнении работ в АПК. Красноярск: Изд-во КрасГАУ, 2020. 265 с.
Орловский Сергей Николаевич, канд. техн. наук, доцент, orlovskiysergey@mail.ru, Россия, Красноярск, Красноярский государственный аграрный университет,
Карнаухов Андрей Иванович, канд. техн. наук, доцент, karnaukhov.ai@mail.ru, Россия, Красноярск, Сибирский государственный аэрокосмический университет науки и технологий им. Академика М.Ф. Решетнёва,
Войнаш Сергей Александрович, младший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории, sergey_voi@mail.ru, Россия, Казань, Казанский федеральный университет,
Пушков Юрий Леонидович, канд. техн. наук, доцент, pushkovYL@,spbftu.ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М.Кирова,
Марков Виктор Александрович, канд. техн. наук, доцент, mactor85@mail.ru, Россия, Санкт-Петербург, Высшая школа технологии и энергетики, Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна
ON THE ISSUE OF RESEARCH FORCES OF RESISTANCE MOVEMENT OF THE TRACK MOTOR FROM SOIL DEFORMATION DURING THE OPERATION OF THE UNIT AROSS SLOPES
S.N. Orlovskiy, A.I. Karnaukhov, S.A. Voinash, Yu.L. Pushkov, V.A. Markov
The purpose of the work is to increase the efficiency of tractor forest-planting units when performing work on slopes to cultivate the soil for planting forest crops. The movement of a caterpillar tractor with a forestry tillage implement across a slope is characterized by uneven soil deformations significantly different from the average values with the formation of a rut, and for the caterpillar located lower on the slope it is more significant. This leads to a difference in the resistance to movement of the tractor tracks and the tractor unit is subject to spontaneous drift down the slope.
Key words: unit, slope, resistance, rollers, slip, straightness.
Orlovskiy Sergey Nikolaevich, candidate of technical sciences, docent, orlovskiyser-gey@mail.ru, Russia, Krasnoyarsk, Krasnoyarsk State Agrarian University,
Karnaukhov Andrey Ivanovich, candidate of technical sciences, docent, karnaukhov. ai@,mail. ru, Russia, Krasnoyarsk, Reshetnev Siberian State University of Science and Technology,
Voinash Sergey Aleksandrovich, junior researcher at the research laboratory, ser-gey_voi@mail.ru, Russia, Kazan, Kazan Federal University,
Pushkov Yuri Leonidovich, candidate of technical sciences, docent, pushkovYL@,spbftu. ru, Russia, St. Petersburg, St. Petersburg State Forest Technical University named after S.M. Kirov,
Markov Viktor Aleksandrovich, candidate of technical sciences, docent, mac-tor85@mail.ru, Russia, St. Petersburg, Higher School of Technology and Energy, St. Petersburg State University of Industrial Technologies and Design
