CC BY
19
УДК 631.372.002 DOI:10.30977/AT.2219-8342.2018.42.0.53
МЕТОДОЛОГ1ЧН1 ЗАСАДИ СТВОРЕННЯ С1МЕЙСТВА ТРАКТОР1В ЗАГАЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ
Кальченко Б.1., Кожушко А.П., Нащональний техн1чний ун1верситет «Харкчвський пол1техн1чний шститут»
Анотаця. Виконано анал1з моделей кол1сних трактор1в, якг на даний момент випускаються. Описано методолог1ю створення амейств трактор1в загального призначення. Наведено сис-темтсть при проектуванш кол1сних трактор1в, за рахунок побудови розчленування системи на ¡ерарх1чш р1вт.
Ключов1 слова: кол1сний трактор, методолог1я створення, системтсть проектування, ¡ерар-х1чм р1вт.
Вступ
Тракторобудування - це одна з галузей господарства, яка стимулюе економiчний розвиток та сприяе продовольчш незалежно-ст держави. В розрiзi Укра1ни необхщно вь дмгтити, що вона завжди вважалась аграрною державою, тому мае усi передумови до роз-витку тракторобудування.
Сьогодш питання створення нових енер-гонасичених та технiчно розвинених тракто-рiв - актуальне, адже потребуе кроштко! та посилено! роботи, як науковщв, так i конс-трукторiв, щоб наблизитись до захiдноевро-пейських колег.
Аналiз публiкацiй
У сво!й основi робота базуеться на теоре-тичних дослщженнях ряду вiтчизняних i за-рубiжних вчених з теори та конструювання машинно-тракторних агрегатiв у частинi оп-тимiзацil параметрiв !х динамiчних i ергоно-мiчних характеристик, полiпшення тягово-зчiпних властивостей i забезпечення вимог з екологи: G.G. Александров, 1.Б. Барський, В.О. Богомолов, В.В. Гуськова, А.1. Гришке-вич, Дж. Вонг, 1.П. Ксеневич, В.В. Кацигiн, В.1. Клименко, М.М. Коденко, Г.М. Кутьков, Л.В. Крайник, А.Т. Лебедев, В.Т. Надикто, М.А. Подригало, В.Б. Самородов, В.П. Сах-но, В.Л. Строкова, А.М. Туренко, В.М. Ша-ршов та ш. [1-5].
Мета i постановка завдання
Метою роботи е наведення методолопч-них засад для створення шмейства тракторiв загального призначення шляхом поеднання всiх етапiв при проектуванш нового трактора.
Для досягнення поставлено! мети необ-хiдно виршити такi задачi:
- провести аналiз тракторiв, якi випускаються тдприемствами Укра!ни;
- навести методологiю виробництва сь мейства тракторiв загального призначення;
- окреслити системшсть при проектуванш тракторiв.
Сучасне украТнське тракторобудування
Сьогодш на теренах Укра!ни iснуe декшь-ка пiдприeмств, якi випускають нову трак-торну техшку. Особливу увагу необхщно придiлити укра!нському гiганту тракторобудування - це АТ «Харювський тракторний завод», який уособлюе в собi плацдарм для створення ново! тракторно! технiки.
Протягом багатьох десятилггь основу машинно-тракторного парку тдприемств сiль-ського господарства складали енергонасиче-нi трактори виробництва ХТЗ. Харювський тракторний завод був i залишаеться единим пiдприeмством на пострадянському простора який випускае одночасно колюну i гусеничну технiку.
В останш роки на пiдприемство були за-лученi швестици, якi дозволили провести цший комплекс робiт iз полшшення техноло-гiчних процесiв, створити новi продукти, модернiзувати iснуючу лiнiйку тракторiв i провести часткову реструктуризацiю тдпри-емства.
У сучасних реалiях АТ «ХТЗ» випускае таю трактори (рис. 1), як ХТЗ-150К-09.172.01; ХТЗ-242К.20; ХТЗ-242К.21.
Як не дивно, колюш трактори виготов-ляе Державне тдприемство «Виробниче об'еднання Пiвденний машинобудiвний за-
вод iM. О М. Макарова» (П1ВДЕНМАШ), яке пiдпорядковуeться Державному KOCMi4HOMy агентству Украши. У модельному рядi наявш такi моделi (рис. 2), як ЮМЗ-6АКМ 40.2 (по-тyжнiстю 60 к.с.); ЮМЗ-8040.2 (потyжнiстю 80 к.с.); ЮМЗ-8040.2М (потyжнiстю 80 к.с.); ЮМЗ-8244.2 (потyжнiстю 80 к.с.); ЮМЗ-8244.2М (потужнютю 80 к.с.). Усi трактори вщносяться до тягового класу 1,4.
1з квiтня 2010 року в галyзi тракторобуду-вання з'явилось ТОВ «Слобожанська проми-слова компашя», що спiвпрацюe i3 ТОВ «Агроiмпорт». Це шдприемство - одне з найбшьших, яке випускае сшьськогосподар-ськi трактори 3-4-го класу сери «Слобожа-нец». Як вiдзначае виробник «Слобожанец» -це серiя тракторiв ХТА, яку спроектовано на платформi Т-150К. Сьогодш на украшському ринку наявнi таю модели як ХТА-200 (потужнютю 210 к.с.); ХТА-220 (потyжнiстю 180, 230 та 240 к.с.); ХТА-250 (потужнютю
250 к.с.); ХТА-250-13 (потужнютю 265 к.с.); ХТА-300 (потyжнiстю 250 к.с.).
У зв'язку з тим, що украшське тракто-робудування функцюнуе в умовах невизна-ченостi та динамiчностi сощально-еконо-мiчного середовища, що зумовлюе перехiд вiд масового виробництва до шдивщуально-го замовника, на ринку з'являються абсолютно новi тдприемства з виробництва тракто-рiв. Так, шдприемство ТОВ «Украгроком-сiльмаш» випускае трактор ТЯ-200 «Ярило» (3-4-го тягового класу); спшьна робота ТОВ НВП «Базю» та ТОВ «Украгромаш» зумови-ла створення трактора марки «Коваль» серп 5000 (5-й тяговий клас); компашя DLight ви-пустила трелювальний трактор GAL-5052; «Укравтозапчастина» органiзyвала власне виробництво тракторiв «КИЙ», якi е прямим конкурентом бшоруського гiганта МТЗ. На рис. 4 наведено продукщю тракторобущвних пiдприемств.
АТ «ХТЗ»
а б в
Рис. 1. Виробництво колюних тракг^в АТ «ХТЗ»: а - ХТЗ-150К-09.172.01; б - ХТЗ-242К.20; в - ХТЗ - 242К.21
«П1ВДЕНМАШ»
а б в
Рис. 2. Виробництво колюних трактов П1ВДЕНМАШ: а - ЮМЗ-6АКМ 40.2; б - ЮМЗ-8040.2; в - ЮМЗ-8244.2
"Слобожанец"
а б в г д
Рис. 3. Колюш трактори «Слобожанец»: а - ХТА-200; б - ХТА-220; в - ХТА-250; г - ХТА-250-13; д - ХТА-300
TOB НВП «Баз1С» та
а б в г
Рис. 4. Продукщя тракторобудiвних тдприемств: а - ТЯ-200 «Ярило»; б - «Коваль»; в -GAL-5052; г - КИЙ
Зпдно з проведеним анатзом можна зробити висновок про те, що укра!нсью трак-торобудiвники створюють нову технiку на основi модершзащ! старо!, тим самим не сут-тево пiдвищуючи техшчний рiвень. Порiв-нюючи продукцiю захщноевропейських ком-панiй (таких як CNH (Case IH, New Holland), John Deere, AGCO (Fendt, Challenger, Massey Ferguson) та ш. [6, 7]) з вггчизняною, вщмь чаемо суттеву рiзницю в технiчному рiвнi, а особливо в ергономiчному, тому створення загально! методологи з наведенням системности у проектуваннi тракторiв загального призначення е актуальним питанням.
Методолопя створення новоТ машини
Створення ново! машини - складний i тривалий процес, в якому беруть участь конструктори, вчеш, виробники, випробува-льники, експлуатацшники. Цикл створення машини складаеться з декшькох етапiв: нау-ково-техшчний пошук, проектування, виго-товлення зразюв, випробування та доведення конструкций Найважлившим е етап проектування, що включае структурний синтез, вибiр ращональних параметрiв i конструювання машини.
Ефектившсть досягнення кiнцево! мети в основному визначаеться вибором констру-
ктивно! схеми машини та !! параметрiв. Поо-динокi конструктивнi помилки в окремих мехашзмах i системах машини виправляють у процесi випробувань та доведення. Помилки ж принципово! структурно! побудови машини i в !! основних параметрах, як правило, не тддаються виправленню, тому на етат проектування пiд час пошуку найкращих конструктивних рiшень, обгрунтування i ви-бору параметрiв створювано! машини повинш бути використанi найсучаснiшi засоби для теоретичних i експериментальних дослщжень.
Для скорочення термiнiв створення трак-торiв, пiдвищення якостi проектування i зниження матерiальних витрат необхiдна роз-робка методологi! розрахунку i вибору ращональних параметрiв трактора, теоретичною засадою яко! можуть служити математичш методи вирiшення завдань, оптимiзацi! та автоматизаци проектування.
Однieю з найважливших задач на дано-му етат е пiдвищення ергономiчного й еко-номiчного рiвня машин. Крiм народногоспо-дарського значення, виконання цього завдання вщграе велику роль у сощальному i зовнiшньоторговельному аспектах. У сощальному аспект створення комфортних умов пращ сприяе зниженню загально! та профе-сiйно! захворюваностi, зниженню плинносп
кадрiв, тдвищенню престижносп професп мехашзатора. У зовнiшньому торговому аспект рiвень умов i безпеки пращ, техшко-естетичне оформлення машин е одним iз по-казникiв 1х конкурентоспроможностi.
У ходi створення шмейства тракторiв необхiдно вирiшити питання единого сти-льового й архiтектурного оформлення з максимальною ушфшащею не тшьки силових агрегатiв (двигун - силова передача - система керування), а й облицювання кабши, об-ладнання та вузлiв, яю забезпечують агрега-тування iз сшьськогосподарськими машинами i знаряддями. Поеднання естетичних, ерго-номiчних, компонувальних, динамiчних, тех-нiко-економiчних та iнших характеристик дозволить забезпечити високий рiвень спо-живчих властивостей вшх тракторiв, що вхо-дять до складу створеного шмейства машин, до максимально! спецiалiзацil виробничих дшянок на виготовлення масових вузлiв трак-торiв i складання рiзних модифiкацiй в единому технолопчному потоцi.
У ходi створення мобшьних машин не-обхiдно вирiшити такий комплекс наукових i технiчних завдань:
- забезпечення агрегатування з ушфшо-ваним набором сшьськогосподарських машин колюних модифiкацiй з урахуванням виконання вимог ергономши агрегата;
- технiко-економiчне обгрунтування по-казникiв базових моделей тракторiв та !х мо-дифшацш, прогнозування пiдвищення !х технiчного рiвня i конкурентоспроможностi на весь перюд планованого виробництва;
- забезпечення впровадження нових мо-дифiкацiй i вдосконалених або спецiалiзова-них для цих модифшацш вузлiв без ютотно! перебудови масового виробництва;
- забезпечення постшно! пiдтримки тех-шчного рiвня i конкурентоспроможностi машин на весь перюд !х виробництва, а також переходу на моделi нового поколiння без ю-тотно! перебудови масового виробництва;
- забезпечення можливосп використан-ня проектованих базових моделей колюних тракторiв для створення шмейства ушфшо-ваних модифiкацiй та широкого !х застосу-вання в народному господарствi;
- створення методик комплексного ощ-нювання ергономiчних i динамiчних характеристик моделей тракторiв;
- забезпечення рацюнально! послщовно-ст конструктивних рiшень, ушфшацп стан-дартизацп та нормалiзацil деталей i вузлiв тракторiв, а також технологи !х виготовлення в умовах дiючого виробництва;
- функцiонування прямого i зворотного зв'язку в ланцюзi конструкцiя - технолопя -конструкцiя по замкнутому циклу.
З урахуванням результата дослщжень розроблено методологда (рис. 5), створену з метою ушфшувати базовi моделi колiсних тракторiв загального призначення, реалiзую-чи при цьому такi положення:
- блоково-модульна структура машинно-тракторного агрегата;
- блоково-модульна структура базово! моделi трактора як засобу створення модифь кацш та сiмейства тракторiв;
- визначення параметрiв трактора, що характеризують блококо-модульну структуру (унiфiкацiя, тишзащя, забезпечення техшчно-го рiвня на довгочасну перспективу з викори-станням iерархiчних рiвнiв проектування);
- визначення параметрiв трактора, що впливають на ергономiчнiсть машинно-тракторного агрегата: стшкосп руху, плавностi ходу, розгону агрегата, оргашзацп парамет-рiв робочого мюця оператора, вiбронаванта-женостi робочого мюця оператора; засобiв, що забезпечують дiяльнiсть: кабiни, органiв керування та контролю та !х компонування на робочому мiсцi, засобiв шумозахисту, си-дшня, засобiв забезпечення мiкроклiмату, засобiв забезпечення оглядовосп;
- реалiзацiя наукових та проектних роз-робок i створення !х аналогiв;
- забезпечення технiчного рiвня тракторiв загального призначення.
За функцiональною ознакою трактор роз-дiлено на блоковi й модульнi складовi части-ни. Блок - складова частина, що виконуе сво! функцп та складаеться з окремих самостш-них модушв. Блоки подiлено на двi групи модуив, якi беруть участь у створенш бло-кiв, використовуваних на базовш моделi та И модифшащях, i модулiв, що беруть участь у створенш тшьки модифшацп або комплекта-цiй. В окрему групу видiлено вузли, призна-ченi для забезпечення зв'язюв мiж блоками i модулями (опори, карданнi передачi, шдвю-ка). Всi блоки i модулу незалежно вiд прина-лежностi до функцюнально! групi, е закшче-ними у функцюнальному i монтажному вщношенш, а !х параметри обранi з урахуванням !х використання на базовш моделi та модифiкацiях.
При розробщ тракторних агрегатiв про-цес проектування необхщно подiляти на iерархiчнi рiвнi. Верхнiм iерархiчним рiвнем е тракторний агрегат, середшм - трактор, нижшм - блоки, модулi й вузли зв'язюв.
модул1 для створення блок1в
Рис. 5. Методолопя, яка створена з метою ушфжувати базов1 модел1 колюних трактор1в загаль-ного призначення
Розглядаеться наступна динам1чна система: зовшшне середовище - знаряддя - машина - водш. Ця система вщноситься до класу складних систем, вщмшними особливостями яких е: велика кшьисть взаемопов'язаних i взаемодшчих м1ж собою елеменлв; склад-нють функцп, виконувано! системою; шдпо-рядковашсть ланцюпв функцюнування вах шдсистем загальному ланцюгу функцюну-вання системи; наявшсть системи керування i розгалужено! шформацшно! мережц взае-мод1я з зовнiшнiм середовищем в умовах взаемоди випадкових факторiв.
Питання системного пiдходу до проек-тування автотракторно! технiки розглядались багатьма вченими. Важливе мюце в цих дос-лiдженнях вiдводиться визначенню потен-цiйних властивостей, як системи машин, так i навколишнього середовища, в якому функ-
цiонуе машина. При проектуванш нами ви-користовувався блоково-модульний пiдхiд. Розрiзняють три рiвнi; нижнш (рiвень В), се-реднiй ^вень Б) i вищий (рiвень А).
На кожному iерархiчному рiвнi викорис-товуються сво! математичнi моделi. Схема рiвнiв проектування наведена на рис. 6.
На рiвнi В проектуються базовi елемен-ти - об'екти з розподiленими параметрами, динамiка яких описуеться диференщальними рiвняннями в часткових похщних (вали тран-смюп з розподшеними масами i жорсткостя-ми, фрикцшш елементи зчеплень до гальм при розрахунку розподiлу температури за об'емом). На рiвнi Б розглядаеться система з зосередженими параметрами, яка описуеться звичайними диференщальними рiвняннями, що складаеться з елементiв рiвня В.
Рис. 6. Схема piBHiB при проектуванш трактора
Основним завданням проектування при цьому е виб1р рацюнальних параметр1в трактора (оптим1зашя). На р1вш А обираються параметры тракторних агрегат1в з викорис-танням диференщальних р1внянь р1вня Б.
При створенш нових машин все ще ви-користовуються квазютатичш методи розра-хунку. Основою проектування трактора, як вщомо, е тяговий розрахунок, у процес яко-го визначаються вс його основш параметри; при цьому виробляеться побудова теоретич-них тягових характеристик, що являють собою статичш характеристики машини. Трактор же розглядаеться як тверде тшо з одним ступенем свободи, що рухаеться поступально [ прямолшшно пщ д1ею прикладено! до нього детермшовано! системи сил з боку взаемодь ючого з ним зовшшнього середовища. На-ступш етапи проектування включатимуть виб1р схеми [ визначення параметр1в р1зних мехашзм1в та тдсистем трактора.
Висновки
Згщно з анал1зом тдприемств Укра!ни, яю виготовляють колюш трактори загально-го призначення, постае потреба в !х модерш-
заци або у створенш ново! техшки, що не-можливо без едино! методологи.
У робот наведено едину методологiю, яка перш за все покликана ушфжувати базовi моделi колiсних тракторiв загального призначення. Подана методолопя базуеться на формуванш блоково-модульно! системи машинно-тракторного агрегату.
При окресленш методологи створення ново! техшки не можна застосувати систем-нють при проектуваннi, яка перш за все спрямована на наведення окремих математи-чних моделей для систем трактора.
Лггература
1. Рославцев А.В. Теория движения тягово-транспортных средств: учебное пособие / А.В. Рославцев. - М.: ТРИАДА, 2003. -172 с.
2. Барский И.Б. Динамика трактора / И.Б. Барский, В.Я. Анилович, Г.М. Куть-ков. - М.: Машиностроение, 1973. -280 с.
3. Кальченко Б.И. Обоснование и разработка конструкции колесных тракторов общего назначения и реализация их в серийном производстве: автореф. дис. на
соискание учен. степени д-ра техн. наук: спец. 05.05.03 «Автомобили и тракторы» / Б.И. Кальченко. - Минск, 1991. - 68 с.
4. Кожушко А.П. Щцвищення техшко-економiчних показниюв колюних трак-TOpiB з безстутнчастими трансмiсiями рацiональною змшою параметрiв регу-лювання гiдромашин в процес розгону: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук: спец. 05.22.02 «Авто-мобш та трактори» / А.П. Кожушко. -Харюв, 2016. - 24 с.
5. Самородов В.Б. Перспективш трансмiсiï колiсних тракторiв / В.Б. Самородов, А.1. Бондаренко, А.П. Кожушко та ш. // Вiсник НТУ «ХП1». Серiя: Автомобше-та тракторобудування. - 2014. - № 10 (1053). - С. 3-10.
6. Кожушко А.П. Особливосп роботи кол> сних тракторiв з пдрооб'емно-мехашч-ними трансмгаями / А.П. Кожушко // Сшьськогосподарсью машини: зб. наук. ст. - 2015. - №31. - С. 70-82.
7. Кожушко А.П. Результати моделювання роботи колюного трактора з пдро-об'емно-мехашчними трансмiсiями, що працюють по схемi «диференцiал на входЬ> / А.П. Кожушко // Сучасш техно-логiï в машинобудуванш та транспортi: науковий журнал. - 2015. - №1 (3). -С.93-102.
Reference
1. Roslavtsev, A.V. (2003). Teoriya dvizheni-ya tyagovotransportnyih sredstv [Theory of motion of traction vehicles], Moscow [in Russian].
2. Barskij, I.B., Anilovich, V.Ja., Kut'kov, G.M. (1973). Dinamika traktora [Tractor dynamics], Moscow [in Russian].
3. Kalchenko, B.I. (1991). Obosnovanie i raz-rabotka konstruktsii kolesnyih traktorov obschego naznacheniya i realizatsiya ih v seriynom proizvodstve. [Justification and development of the design of wheeled tractors of general purpose and their implementation in batch production]. Doctor 's thesis [in Russian].
4. Kozhushko, A.P. (2016). Pidvyshchennia tekhniko-ekonomichnykh pokaznykiv kolisnykh traktoriv z bezstupinchastymy transmisiiamy ratsionalnoiu zminoiu para-metriv rehu-liuvannia hidromashyn v protsesi rozghonu [Improving technical and economic indicators of wheeled tractors with continuously variable transmission by
a rational change of regulation hydromachines parameters during acceleration] . Candidate's thesis, Kharkiv [in Ukrainian].
5. Samorodov, V.B., Bondarenko, A.I., Kozhushko, A.P., Pelipenko, E.S., Mittsel, M.O. (2014). Perspektyvni trans-misii kolisnykh traktoriv [Perspective transmissions of the wheeled tractors]. Visnyk Natsionalnoho tekhnichnoho univer-sytetu «KhPI» - The bulletin of the National Technical University «KhPI», 10, 3-10 [in Ukrainian].
6. Kozhushko, A.P. (2015). Osoblyvosti ro-boty kolisnykh traktoriv z hidroob'iemno-mekhanichnymy transmisiiamy [Features of work wheeled tractors with hydrostatic mechanical transmissions]. Silskohospodarski mashyny - Agreecultural machines, 31, 70-82 [in Ukrainian].
7. Kozhushko, A.P. (2015). Rezul'tati model-juvannja roboti kolisnogo traktora z gidroobemno-mehanichnimi transmi-sijami, shho pracjujut po shemi «diferencial na vhodi» [Results of simulation of the work of a wheeled tractor with hydrome-chanical transmissions, working according to the scheme «differential at the input»]. Suchasni tehnologiï v mashinobuduvanni ta transporti - Modern technologies in mechanical engineering and transport, 1, 93-102 [in Ukrainian].
Кальченко Борис 1ванович - доктор тех-шчних наук, професор кафедри авто-мобше- та тракторобудування, Нащональний техшчний ушверситет «Хар^вський полгтехшчний шститут», 61002, Хартв, Украша, вул. Кирпичова, 2 тел.: (057) 707 - 64 - 64; e-mail: Kabor7777777@gmail.com
Кожушко Андрш Павлович - кандидат техшчних наук, старший викладач кафедри автомобше- та тракторобудування, Нащональний техшчний ушверситет «Хар^вський полггехшчний шститут» 61002, Хартв, Украша, вул. Кирпичова, 2 тел.: (057) 707 - 64 - 64; e-mail: Andreykozhushko7@gmail.com
METHODOLOGICAL FOUNDATIONS FOR THE CREATION OF A FAMILY OF GENERAL PURPOSE TRACTORS
Kozhushko A., Kalchenko B., National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute»
Abstract. Problem. Today, the issue of the creation of new energy-intensive and technically advanced tractors is topical, because it requires intensive work of both scientists and designers to get closer to Western European colleagues. The paper presents enterprises producing wheeled tractors of different capacities in Ukraine, in particular, such enterprises as the Kharkiv Tractor Plant, Slobozhansky Industrial Company, etc.. Goal. Making methodological foundations for the creation of a family of general purpose tractors by combining all stages in the design of a new tractor. The main stages in the design of general purpose tractors are the preliminary dynamic calculations, which contain a general mathematical model, as well as the proof of the prototype. Methodology. The work outlines a single methodology, which primarily aims at unifying the basic models of general purpose wheeled tractors. This methodology is based on the formation of a block-modular system of machine-tractor aggregate. Results. When outlining the methodology for the creation of new technology, it is not possible to use systematic approach in the design, which is primarily aimed at making certain mathematical models for tractor systems. Originality. The
systematic approach to the design of wheeled tractors is given, due to the construction of the system division into hierarchical levels. Practical value. The practical significance of this work is to systematize the approaches that promote the creation of new tractors of general purpose. The problems of Ukrainian tractor production, namely, low productivity of Ukrainian enterprises under the conditions of high world competition, are outlined.
Key words: wheeled tractor, development methodology, system design, hierarchical levels.
МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
СОЗДАНИЯ СЕМЕЙСТВ ТРАКТОРОВ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ
Кожушко А.П., Кальченко Б.И., Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт»
Аннотация. Выполнен анализ существующих моделей колесных тракторов, которые на данный момент выпускаются на территории Украины. Описана методология создания семейств тракторов общего назначения. Приведен системный подход при проектировании колесных тракторов, за счет построения расчленения системы на иерархические уровни.
Ключевые слова: трактор колесный, методология создания, системность проектирования, иерархические уровни.
