CC BY
155
АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 629.3.014.2:621.3
К ВОПРОСУ ОБ ОПРЕДЕЛЕНИИ ДОПУСТИМОГО КОЭФФИЦИЕНТА БУКСОВАНИЯ ПОЛНОПРИВОДНОГО КОЛЕСНОГО ТРАКТОРА
Н.Г. Кузнецов, доктор технических наук, профессор Д.С. Гапич, кандидат технических наук, доцент Е.В. Ширяева
Волгоградский государственный аграрный университет
В статье обосновано использование аналитической зависимости по определению численного значения допустимого коэффициента буксования по истиранию почвы для полноприводного колесного трактора.
Ключевые слова: буксование, допустимый коэффициент буксования, кривая буксования, полноприводный колесный трактор.
Определение допустимого коэффициента буксования колесного трактора по критерию истирания почвы, как начало среза последнего в пятне контакта шины с почвой «почвенного кирпича», слишком громоздко и затруднительно, так как требует значительного объема данных (характеристик трактора, шины ведущего колеса, почвы, основных режимов взаимодействия ведущего колеса с почвой) и предполагает решение систем уравнений итерационными методами [1, 4].
Анализ теоретических выражений показал, что основными параметрами, определяющими численное значение допустимого по истиранию почвы коэффициента буксования колесного трактора, являются ширина и свободный радиус шины ведущего колеса трактора [2, 3]. Это позволило определить зависимость между значениями допустимых коэффициентов буксования разных колесных тракторов [2]:
¿дэ = ^дэ1- В • п/( В • г), (1)
или
¿дэ = $1э1(В • г), (2)
где В1, г - ширина и свободный радиус шины ведущего колеса другого (уже исследованного) трактора, м; в, г - ширина и свободный радиус шины ведущего колеса исследуемого или проектируемого трактора, м; ¿дэ - известное значение допустимого коэффициента
буксования другого (уже исследованного) трактора; ¿*э - допустимый коэффициент буксования условного колеса единичной шины и единичного радиуса, который характеризует способность почвы сопротивляться деформированию без сдвига слоев относительно друг друга, получен умножением известного значения коэффициента буксования трактора МТЗ-50 на ширину шины и величину свободного радиуса ведущего колеса этого трактора, что составило 0,0275... 0,0314 для почвенно-климатических условий Нижнего Поволжья.
Для полноприводного колесного трактора ХТЗ-150К значение допустимого коэффициента буксования соответственно (2) равно:
¿дэ = ¿¡э/(.В • г) = ¿дэ/(0,54 • 0,695) = 0,073,
где В, г - ширина и свободный радиус шины 23,Ж24 трактора ХТЗ-150К, м.
Для проверки адекватности математической модели (2) было определено экспериментальное значение допустимого коэффициента буксования по истиранию почвы, которое оценивалось изменением структурного состава почвы от буксования ведущих колес трактора. Для этого, согласно методике оценки агрегатного состава почвы по ГОСТ 20915-75, брались почвенные пробы до проезда трактора по предполагаемой колее и после проезда трактора по действительной колее за передними и задними ведущими колесами трактора, затем почвенные пробы разделялись на специальных ситах по фракциям: 0,1; 0,25; 0,5; 1; 2; 3; 5; 7; 10 мм. Каждая фракция взвешивалась на образцовых весах, и в итоге определялось изменение весового состава каждой фракции в процентах:
у = ОфР/ Офр. (3)
где Оф° - весовой состав ьтой фракции до опыта в процентах; Оф° - весовой состав ь той фракции после опыта в процентах.
Анализ экспериментальных данных показал, что при движении ведущего колеса трактора наблюдается перераспределение фракционного состава почвы в зависимости от коэффициента буксования: увеличивается количество мелких фракций за счет уменьшения количества более крупных. Из экспериментальных данных были выбраны случаи, при которых значения буксования ведущих колес трактора отличались друг от друга примерно на 2 %. Ступенчатое изменение коэффициента буксования при проведении полевых экспериментов обеспечивалось изменением крюковой нагрузки трактора за счет заглубления рабочих органов сельскохозяйственной машины.
На рисунке 1 представлены графические зависимости перераспределения фракционного состава почвы в зависимости от буксования трактора. По оси ординат отложены значения содержания фракций каждой группы в процентах, определенные по формуле (3), а по оси абсцисс — значения коэффициента буксования трактора в процентах.
Рисунок 1 - Влияние коэффициента буксования трактора ХТЗ-150К на изменение структурного состава почвы при влажности 8.. .10 %:
1 - 0,25 мм; 2 - 0,5 мм; 3 - 1 мм; 4 - 3 мм; 5 - 5 мм; 6 - 7 мм; 7 -10 мм
График показывает, что при увеличении буксования свыше 6.. .7 % для трактора ХТЗ-150К увеличивается весовой состав фракций, нежелательных с точки зрения агротехники (диаметр фракций меньше 0,5 мм), поэтому данное значение коэффициента буксования следует считать допустимым по критерию отсутствия истирания почвы, что близко к полученному аналитическому значению допустимого коэффициента буксования по формуле (2). Это подтверждает близость математической модели (2) действительной физической картине взаимодействия ведущего колеса с почвой и позволяет получить аналитические статические кривые буксования от реализуемого тягового усилия, позволяющие назначать оптимальные режимы работы трактора в составе МТА.
Значение оптимальной крюковой нагрузки трактора ХТЗ-150К на этом нагрузочном режиме составит:
Ркр(опт) = ркр • ОТ = 28700 Н, где От - эксплуатационный вес трактора, Н; ркр - коэффициент использования сцепного веса, для тракторов с колесной формулой 4К4 он лежит в пределах 0,41...0,43.
Для трактора со всеми ведущими мостами Рт = РКр, то есть дальнейший расчет по оценке сопротивления движению трактора проводить не нужно.
Полученный режим допустимого буксования (8дэ; Рт) равный (0,073; 28,7кН) для трактора ХТЗ-150К позволяет определить коэффициент пропорциональности к8 дробно-рациональной аппроксимации кривой буксования [1, 2].
Второй параметр этой аппроксимации - максимальное тяговое усилие, реализуемое трактором, будет определяться как:
Рт ~ Рт , + Рт „,
1 max 1 max 1 1 max 2
Р ^ - максимальные тяговые усилия, развиваемые передним и задним
где рт ,
1 max 1 1 max 2
ведущими мостами соответственно, их алгоритм расчета представлен в [2]. ¿1
0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0
2 1
Ру кН
0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 Рисунок 2 - Зависимость коэффициента буксования от тягового (крюкового) усилия трактора ХТЗ-150К при коэффициенте объемного смятия почвы с = 4Ми/м3 : 1 - дробно-рациональная функция с параметром к я = 0 098 и рт = 51 4ки;
8 ' ттах '
2 - экспериментальные данные По результатам этих расчетов была построена дробно-рациональная функция с параметром к$ = 0,098 (рисунок 2), описывающая статическую зависимость коэффициента
буксования от реализуемого тягового усилия, там же нанесены экспериментальные значения коэффициента буксования трактора ХТЗ-150К при культивации поля после дискования стерни. Средняя амплитуда колебаний крюкового усилия при таком режиме нагруже-ния, согласно экспериментальным данным, составила 0 27р при частоте 2,8 Гц.
Анализ данной графической зависимости показывает, что при работе с небольшими крюковыми нагрузками экспериментальные точки коэффициента буксования хорошо укладываются на расчетную кривую — проявляется повышенная инерционность трактора данного тягового класса. Только с приближением к номинальному тяговому усилию начинает сказываться неустановившийся характер крюковой нагрузки и как следствие — снижение тягово-сцепных свойств колесных движителей.
Предложенная методика определения допустимого коэффициента буксования колесных тракторов не только позволяет с достаточной для практических расчетов точностью устанавливать допустимые режимы работы тракторов в составе МТА, но и более простым способом получать статические кривые буксования, необходимые для прикидочных инженерных расчетов, как показано в работах [2, 3].
Библиографический список
1. 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 (23). - С. 212-218.
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. 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 (3l). - С. 179-183.
4. Кузнецов, Н.Г. Особенности прогнозирования тягово-сцепных свойств колесных с.-х. тракторов [Текст] / Н.Г. Кузнецов, Д.С. Гапич, Е.В. Ширяева // Тракторы и сельхозмашины. - 2013. - №11. - С. 19-21.
E-mail: el.shirjaeva@gmail .com
