CC BY
7
xxxxxx технологии и средства механизации сельского хозяйства жжжжжж
Научная статья УДК 631.31
Б01: 10.24412/2227-9407-2022-2-18-30
Обоснование режимов функционирования экспериментального стенда при испытании ведущих колес мотоблока МБ-2 «Нева»
Александр Сергеевич Уланов1, Владимир Федорович Купряшкин28, Александр Юрьевич Гусев3, Владимир Владимирович Купряшкин4, Николай Анатольевич Четверов5
1,2, з, 4,5Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарёва (национальный исследовательский университет), Саранск, Россия
1 ulanow.aleksandr2010@yandex.ги, https:// оге1й. org/0000-0001-6041-6911
2 [email protected]', https://orcid.org/0000-0002-7512-5090
3 [email protected], https://orcid.org/0000-0002-5808-4169
4 [email protected], http://orcid.org/0000-0001-5327-4089
5 [email protected], http://orcid.org/0000-0001-2746-1239
Аннотация
Введение. Вспашка почвы была и остаётся главным способом основной обработки почвы, на которую затрачивается до 40 % энергии, расходуемой в агропромышленном комплексе. Ее проведение осуществляется пахотными агрегатами, в состав которых входят тракторы различных тяговых классов, к числу которых относятся и мотоблоки, оснащенные лемешно-отвальными плугами. Главным фактором обеспечения эффективности работы пахотных агрегатов, согласно техническому регламенту, является обеспечение максимальной силы тяги на его ведущих колесах, определение которой возможно только в результате проведения экспериментальных исследований, что является актуальной задачей, составляющей основу исследования. Материалы и методы. Для осуществления тяговых испытаний с целью нахождения значений силы тяги на ведущих колесах мотоблока используется разработанный и внедренный экспериментально-измерительный комплекс «Почвенный канал», расположенный на производственных площадях кафедры мобильных энергетических средств и сельскохозяйственных машин им. профессора А. И. Лещанкина Института механики и энергетики ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва».
Результаты и их обсуждение. Из анализа конструкции экспериментального стенда и его технической характеристики следует, что при условии установки на приводных валах цепного редуктора испытуемых ведущих колес он отвечает предъявляемым к экспериментальному стенду требованиям, однако остается ряд вопросов, решение которых позволит определить параметры, при которых необходимо проводить экспериментальные исследования ведущих колес мотоблока МБ-2 «Нева», а именно: определение максимального значения угла наклона оси вращения испытуемого колеса, характеризующегося геометрической всасываемостью и статической поперечной устойчивостью мотоблока с лемешно-отвальным плугом при его движении в борозде; определение режимов функционирования экспериментального стенда при проведении исследований силы тяги на ведущих колесах мотоблоков: скорость движения - Vп (км/ч), твердость почвы - р (МПа) и его масса - т (кг); определение диапазона рабочих частот вращения пв (мин1) вала испытуемого колеса.
Заключение. Приняты и определены параметры, при которых необходимо проводить экспериментальные исследования ведущих колес мотоблока МБ-2 «Нева», укомплектованных колесами с металлическими грунтоза-цепами, а именно: угол наклона оси а испытуемых ведущих колес при глубине борозды, равной 20 см, 18,2°; коэффициент буксования 3: от 31 до 32 %; скорость движения подвижного модуля Vп: от 2 до 4 км/ч; частота вращения пв вала испытуемого колеса, соответствующего коэффициенту буксования 3 = 31 %: от 38,7 до
© Уланов А. С., Купряшкин В. Ф., Гусев А. Ю., Купряшкин В. В., Четверов Н. А., 2022
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License. The content is available under Creative Commons Attribution 4.0 License.
XXXXXX технологии и средства механизации сельского хозяйства XXXXXX
77,4 мин1; твердость почвы р: от 0,7 до 1,6 МПа; значения реакций на каждом из ведущих колес RK1 и RK2 соответствующих массе почвообрабатывающего агрегата 140, 160 и 180 кг. Соблюдение этих параметров позволяет получать регрессионные зависимости силы тяги на ведущих колесах мотоблока, при помощи которых можно определить условия устойчивости движения мотоблока при проведении вспашки почвы, а также заложить базу в исследованиях, связанных с работой мотоблока в агрегате с другими сменными адаптерами: выка-пывателем, культиватором, окучником и др.
Ключевые слова: ведущие колеса, лемешно-отвальный плуг, мотоблок, подвижный модуль, почва, сила тяги, экспериментальный стенд
Для цитирования: Уланов А. С., Купряшкин В. Ф., Гусев А. Ю., Купряшкин В. В., Четверов Н. А. Обоснование режимов функционирования экспериментального стенда при испытании ведущих колес мотоблока МБ-2 «Нева» // Вестник НГИЭИ. 2022. № 2 (129). С. 18-30. DOI: 10.24412/2227-9407-2022-2-18-30
Substantiation of the modes of operation of the experimental stand when testing the driving wheels of the MB-2 «Neva» motor unit
Alexander S. Ulanov1, Vladimir F. Kupryashkin2, Alexander Y. Gusev3, Vladimir V. Kupryashkin4, Nikolay A. Chetverov5
i, 2,3, 4, s Ogarev Mordovia State University, Saransk, Russia
1 [email protected], https://orcid.org/0000-000l-604l-69ll
2 [email protected], https://orcid.org/0000-0002-75l2-5090
3 [email protected], https://orcid.org/0000-0002-5808-4l69
4 [email protected], http://orcid.org/0000-000l-5327-4089
5 [email protected], http://orcid.org/0000-000l-2746-l239
Abstract
Introduction. Plowing the soil has been and remains the main method of basic tillage, which consumes up to 40% of the energy consumed in the agro-industrial complex. It is carried out by arable units, which include tractors of various traction classes, which include tillers equipped with ploughshares. The main factor in ensuring the efficiency of the arable units, according to the technical regulations, is to ensure the maximum traction force on its driving wheels, the determination of which is possible only as a result of experimental studies, which is an urgent task that forms the basis of the study. Materials and methods. To carry out traction tests in order to find the values of the traction force on the driving wheels of the tillers, the developed and implemented experimental and measuring complex «Soil Channel» is used, located on the production areas of the Department of Mobile Power Equipment and Agricultural Machinery named after Professor A. I. Leshchankin of the Institute of Mechanics and Power Engineering of the Ogarev Mordovia State University. According to the technical regulations, it is necessary to ensure the maximum traction force on its driving wheels, the determination of which is possible only as a result of experimental studies, which is an urgent task that forms the basis of the study.
Results and their discussion. From the analysis of the design of the experimental stand and its technical characteristics, it follows that, provided that the chain reducer of the tested driving wheels is installed on the drive shafts, it meets the requirements for the experimental stand, however, a number of questions remain, the solution of which will allow determining the parameters at which it is necessary to conduct experimental studies of the driving wheels of the MB-2 Neva motor unit, namely: determining the maximum angle of inclination of the axis of rotation of the tested wheel, characterized by geometric suction and static transverse stability of the motor unit with a ploughshare plow when it moves in the furrow; determining the modes the functioning of the experimental stand when conducting studies of the traction force on the driving wheels of tillers: speed - vp (km / h), soil hardness - p (MPa) and its mass - m (kg); determination of the range of operating rotational speeds of the pv (min-1) shaft of the tested wheel. Conclusion. The parameters were adopted and determined at which it is necessary to conduct experimental studies of the driving wheels of the MB-2 Neva motor unit equipped with wheels with metal ground hooks, namely - the angle
XXXXXXXXX technology and mechanization of agriculture XXXXXXXXX_
of inclination of the a axis of the tested driving wheels at a furrow depth of 20 cm: 18.2 slip coefficient 5: from 31 to 32 %; the speed of movement of the mobile module vp: from 2 to 4 km/h; the rotational speed of the pv shaft of the test wheel corresponding to the slip coefficient 3 = 31 %: from 38.7 to 77.4 min-1; soil hardness p: from 0.7 to 1.6 MPa; the reaction values on each of the driving wheels RK1 and RK2 corresponding to the weight of the tillage unit 140, 160 and 180 kg. Compliance with these parameters allows us to obtain regression dependences of the traction force on the driving wheels of the tillerblock with which it is possible to determine the conditions for the stability of the movement of the tillerblock when plowing the soil, as well as to lay the foundation in research related to the operation of the tillerblock in the unit with other replaceable adapters: digger, cultivator, spud, etc.
Keywords: soil, tillerblock, ploughshare, driving wheels, experimental stand, traction force, movable module.
For citation: Ulanov A. S., Kupryashkin V. F., Gusev A. Y., Kupryashkin V. V., Chetverov N. A. Substantiation of the modes of operation of the experimental stand when testing the driving wheels of the MB-2 «Neva» motor unit // Bulletin NGIEI. 2022. № 2 (129). P. 18-30. (In Russ.). DOI: 10.24412/2227-9407-2022-2-7-18-30
Введение
Вспашка почвы была и остаётся главным способом основной обработки почвы, на которую затрачивается до 40 % энергии, расходуемой в агропромышленном комплексе. Ее проведение осуществляется пахотными агрегатами, в состав которых входят тракторы различных тяговых классов, оснащенные плугами. К их числу относятся и мотоблоки [1], агрегатируемые с лемешно-отвальными плугами, реже роторными и дисковыми.
Для достижения качественных показателей выполнения технологического процесса вспашки мотоблоком, в допустимых агротехнических пределах, необходимо определить степень воздействия на почву его рабочего элемента - плуга и характер взаимодействия ведущих колес с обрабатываемым участком. Эти показатели определяются силовыми характеристиками Ях, Яу и Я2 на корпусе плуга и силой тяги на ведущих колесах мотоблока при минимальных значениях буксования.
Главным фактором обеспечения эффективности работы пахотных агрегатов, согласно техническому регламенту, является обеспечение максимальной силы тяги на его ведущих колесах [2; 3; 4], определение которой основано на использовании их коэффициента сцепления с почвой. Однако приводимые значения коэффициента [2] не всегда отвечают нужным требованиям и условиям функционирования, в связи с этим определение наиболее точных значений силы тяги на ведущих колесах мотоблока возможно только в результате проведения экспериментальных исследований, что является актуальной задачей, составляющей основу исследования.
Для осуществления тяговых испытаний с целью нахождения значений силы тяги на ведущих
колесах транспортно-технологических машин применяются различные испытательные установки и стенды [5; 6; 7].
Однако эти стенды в полной мере не могут удовлетворить потребность в нахождении тягово-сцепных характеристик колесных движителей мотоблоков. На основе анализа конструкций мотоблоков [8; 9], их ведущих колес, условий функционирования и современных методик проведения экспериментальных исследований [1; 10; 11] можно сформулировать следующие требования к экспериментальному стенду:
- универсальность конструкции, т. е. возможность проведения исследования ведущих пневматических колес и колес с металлическими грунтозацепами;
- обеспечение изменения угла наклона оси вращения испытуемого колеса;
- обеспечение изменения сцепного веса на испытуемых колесах;
- обеспечение бесступенчатого регулирования поступательной скорости движения и частоты вращения приводного вала испытуемого колеса.
Материалы и методы
Для удовлетворения вышеуказанных требований на базе Института механики и энергетики разработан и изготовлен экспериментально-измерительный комплекс «Почвенный канал» (рисунок 1), использующийся для проведения исследований функционирования рабочих органов сельскохозяйственных машин и располагающийся на производственных площадях кафедры мобильных энергетических средств и сельскохозяйственных машин им. профессора А. И. Лещанкина ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва».
XXXXXX технологии и средства механизации сельского хозяйства XXXXXX
Рис. 1. Общее устройство экспериментального стенда: 1 - почвенный канал; 2 - рельсовый путь; 3 - подвижный модуль; 4 - электрический привод перемещения модуля; 5 - электрический привод испытуемых рабочих органов; 6 - испытуемые колесные движители; 7 - цепной редуктор; 8 - динамометрический модуль; 9 - цепь; 10 и 11 - преобразователи частоты; 12 - электрический кабель; 13 - стальной трос; 14 - автоматизированный измерительный комплекс Fig. 1. The general structure of the experimental stand: 1 - a soil channel; 2 - a rail track; 3 - a movable module; 4 - an electric drive of the module's displacement; 5 - an electric drive of the tested working bodies; 6 - the tested wheel movements; 7 - a chain reducer; 8 - a dynamometer module; 9 - a chain; 10 and 11 - frequency converters; 12 - an electric cable; 13 - a steel cable; 14 - an automated measuring complex Источник: составлено автором на основании данных
Экспериментально-измерительный комплекс «Почвенный канал» представляет собой собственно почвенный канал 1 , выложенный из кирпича и заполненный почвой, в верхней части канала закреплен рельсовый путь 2, по которому перемещается подвижный модуль 3, с установленными на нем электрическим приводом 4, перемещения собственно самого модуля и приводом 5, испытуемых колесных движителей 6, почвообрабатывающих машин (или активных рабочих органов), установленных на приводных валах цепного редуктора 7. Цепной редуктор 7 закреплен на динамометрическом модуле 8, который, в свою очередь, закреплен на подвижном модуле 3.
Перемещение подвижного модуля 3 осуществляется при помощи привода 4 и цепи 9, закрепленной на почвенном канале 1. Управление электродвигателями привода 4 подвижного модуля 3 и приводом 5 испытуемых колесных движителей 6 обеспечивается соответственно от преобразователей частоты 10 и 11 через питающий электрический кабель 12, подвешенный при помощи роликов на стальном тросе 13 вдоль почвенного канала 1. Сигнал с датчиков динамометрического модуля 8 поступает на автоматизированный измерительный комплекс 14 с последующей обработкой.
Питание электроустановок почвенного канала осуществляется для двигателя привода подвижного модуля, привода колесных движителей и ра-
бочих органов от трехфазной сети переменного тока напряжением 380 В.
Выбор частоты вращения испытуемых колесных движителей первоначально обеспечивается коробкой скоростей путем выбора одной из четырех передач, после чего частотным преобразователем бесступенчато регулируется частота вращения двигателя и, следовательно, задается необходимая частота вращения. Применяемый комбинированный способ регулирования обеспечивает выбор любого значения частоты вращения в диапазоне от 0 до 1000 мин-1.
Регулирование поступательной скорости подвижного модуля, а соответственно, и испытуемых колесных движителей обеспечивается коробкой скоростей путем выбора одной из четырех передач, после чего частотным преобразователем задается частота вращения двигателя. Данный способ регулирования обеспечивает выбор любого значения поступательной скорости подвижного модуля в диапазоне от 0 до 12 км/ч.
Для остановки подвижного модуля в крайних положениях почвенного канала предусмотрена установка конечных выключателей, которые отключают питание двигателя привода подвижного модуля и привода испытуемых колесных движителей.
Техническая характеристика экспериментального стенда представлена в таблице 1, а его общий вид - на рисунке 2.
technology and mechanization of agriculture
Таблица 1. Основные технические характеристики экспериментального стенда Table 1. Main technical characteristics of the experimental stand
Наименование характеристики / Name of the characteristic Привод подвижного модуля / Mobile module drive Привод колесных движителей / Wheel drive motors
Привод / Drive
Тип двигателя / Engine type
Мощность двигателя, кВт / Engine power, kW
Частота вращения вала двигателя, мин /
Engine shaft rotation speed, min
Частотный преобразователь / Frequency converter
Способ регулирования кинематическим параметром / Method of regulation by kinematic parameter
Передаточное отношение коробки скоростей / Gear ratio of the gearbox Поступательная скорость тележки, км/ч / Translational speed of the trolley, km/h Частота вращения вала колесных движителей, мин- / Speed of rotation of the shaft of the wheel movers, min-1 Масса подвижного модуля, кг / Weight of the mobile module, kg Ширина почвенного канала/рабочая ширина, мм / Width of the soil channel/working width, mm Длина почвенного канала/рабочая длина, мм / Soil channel length/working length, mm Колея, мм Track, mm
Габаритные размеры подвижного модуля, мм / Overall dimensions of the mobile module, mm:
- длина / length
- ширина / width
- высота / height
Источник: составлено автором на основании данных1
Электрический / Electric 4A160S6 У3 4А132М6 У3
11 1000
ADV 11,0 M420-M Комбинированный (коробкой скоростей + частотный преобразователь) Combined (gearbox + frequency converter) 3,5; 2,26; 1,45; 1,0; 3,54R
0...12
7,5 1000
ADV 7,5 M420-M Комбинированный (коробкой скоростей + частотный преобразователь) Combined (gearbox + frequency converter) 3,5; 2,26; 1,45; 1,0; 3,54R
0...1000
650
1450/1250
15000/13000 1450
2380 2100 1200
Результаты и их обсуждение
Из анализа конструкции экспериментального стенда и его технической характеристики следует, что при условии установки на приводных валах цепного редуктора испытуемых ведущих колес он отвечает ряду сформулированных и указанных выше требований, предъявляемых к экспериментальному стенду. Однако вопрос с обеспечением изменения угла наклона оси вращения испытуемого колеса требует решения.
На первом этапе определим максимальное значение угла наклона оси вращения испытуемого
колеса, который будет характеризоваться геометрической всасываемостью и статической поперечной устойчивостью мотоблока с лемешно-отвальным плугом при его движении в борозде.
Для нахождения максимального значения угла наклона мотоблока атох с учетом этих параметров воспользуемся методикой, изложенной в исследовании Уланова А. С.
Составим расчетную схему положения мотоблока с лемешно-отвальным плугом при его движении в борозде (см. рисунок 3).
xxxxxx технологии и средства механизации сельского хозяйства xxxxxx
а/а б/b
Рис. 2. Общий вид экспериментального стенда для исследования силы тяги на ведущих колесах средств малой механизации: а - вид спереди; б - вид сзади Fig. 2. General view of the experimental stand for the study of the traction force on the driving wheels of small mechanization vehicles: a - front view; b - rear view Источник: составлено автором на основании данных
Рис. 3. Конструктивные характеристики мотоблока с лемешно-отвальным плугом, влияющие на его геометрическую вписываемость при движении в борозде: В - ширина колеи мотоблока; DK и ЬК - диаметр и ширина ведущих колес мотоблока; Ьр - ширина приводного редуктора; Но - расстояние от опорной поверхности колес (т. С) до центра тяжести мотоблока (т. О); Нр - расстояние от опорной поверхности колес (т. С) до приводного редуктора (т. А (В); hmax- максимальная глубина обработки; а и amax - рабочий и максимальный угол наклона оси ведущих колес мотоблока Fig. 3. Design characteristics of a tillerblock with a ploughshare, affecting its geometric fitability when moving in a furrow: В - the track width of the tillerblock; DK and bK - the diameter and width of the driving wheels of the tillerblock; bp - the width of the drive gearbox; h0 - the distance from the wheel support surface (p. C) to the center of gravity of the tillerblock (p. O); hp - the distance from the wheel support surface (p. C) to the drive gearbox (p. A (B); hmax - the maximum processing depth; a and amax - the working and maximum angle of inclination of the axis of the driving wheels of the tillerblock
Источник: составлено автором на основании данных
technology and mechanization of agriculture
Введем некоторые обозначения с целью облегчения расчетов:
Отрезки АВ и ВС согласно рисунку 3 будут определятся зависимостями:
В К К в - к + b
АВ = + ^
2 2 2
2
(1)
ВС = hp
•р, (2)
где В - ширина колеи мотоблока, м; ЬК - ширина ведущих колес мотоблока, м; Ьр - ширина приводного редуктора, м; ^ - расстояние от опорной поверхности колес до приводного редуктора, м.
ВС
Из ЬЛВС следует, что +еа =-, с уче-
ё - ЛВ
том (1) и (2), а также ряда преобразований получим:
tga
max
2h
B - bK + bp
Откуда
a mx = arctg
2h
B - bK + bp
(3)
(4)
Таким образом, полученная зависимость (4) характеризует геометрическую вписываемость мотоблока в борозде, с учетом его линейных размеров.
Кроме этого, зависимость (4) позволяет найти для конкретной конструкции мотоблока значение максимальной возможной глубины обработки hmax-
В нашем случае из рисунка 3 следует, что:
h = B sin a . (5)
max max v '
Учитывая ранее полученную зависимость (4), выражение (5) примет вид:
Г ^, \
h
B sin
arctg
2h
B - bK + bp y
(6)
Подставляя известные значения для мотоблока МБ-2 «Нева» и лемешно-отвального плуга П1 20/3 [12] (В = 0,64 м, hр = 0,14 м, Ьк = 0,2 м, Ьр = 0,1 м) в (6) и (4), получим:
h = 0,64 ■ sin
arctg
2 ■ 0,14
0,64 - 0,2 + 0,1
= 0,3 м;
а max = arctg
2 ■ 0,14
= 27,4е
0,64 - 0,2 + 0,1
Таким образом значение угла наклона оси вращения испытуемого колеса с металлическими грунтозацепами мотоблока МБ-2 «Нева» на экспериментальном стенде должно изменяться в пределах от 0 до 27,4°.
Определение режимов функционирования экспериментального стенда при проведении исследований силы тяги на ведущих колесах мотоблоков будем проводить с учетом требований, предъявленных к стенду, а также методик проведения экспериментальных исследований [13; 14; 15; 16].
В большом количестве конструктивных и технологических параметров мотоблока, а также параметров, описывающих состояние обрабатываемой среды, для нахождения условий возникновения силы тяги ^тю на ведущих колесах мотоблока, по мнению ряда исследователей [10], основными можно считать: скорость движения - Vп (км/ч), твердость почвы -р (МПа) и его массу - т (кг).
Перед началом определения возможных значений скорости движения мотоблока, его массы и твердости почвы зададимся значением коэффициента буксования 3 ведущего колеса, при котором достигается максимальное значение силы тяги мотоблока.
Исследования в области взаимодействия силы тяги ведущих колес от их буксования, проведенные Гуськовым В. В. [17], позволяют определить значения максимальной силы тяги ведущего колеса от коэффициента буксования с учетом нормальной нагрузки, приходящейся на него. Развивая исследования Гуськова В. В., была получена графическая функция коэффициента буксования от максимальной силы тяги при нормальной нагрузке на ведущие колеса в диапазоне действующих на них нагрузок от 1 до 5 кН и установлена аппроксимирующая зависимость (рисунок 4).
V
технологии и средства механизации сельского хозяйства
Рис. 4. Зависимость коэффициента буксования ведущего колеса S от максимальной силы тяги Fig. 4. Dependence of the coefficient of slipping of the drive wheel S on the maximum traction force FTK
Источник: составлено автором на основании данных
Учитывая тяговый класс мотоблоков (0,1), для которых максимальная сила тяги определяется пределом в 1,8 кН [1], и результаты рисунка 4, приходим к выводу, что коэффициент буксования варьируется от 31 до 32 %.
Этот факт также подтверждается исследованиями [17], согласно которым максимальная касательная сила тяги ведущего колеса развивается при достижении его буксования в пределах от 22 до 34 %.
Далее, в соответствии с агротехническими требованиями, предъявляемыми к вспашке, определим рабочий угол наклона оси вращения а испытуемого колеса.
Для этого предварительно зададимся глубиной обработки почвы И, в нашем случае примем И = 20 см, тогда, используя (5) и известные значения для мотоблока МБ-2 «Нева» (В = 0,64 м) с учетом его комплектации с колесами, имеющими металлические грунтозацепы, получим, что:
// 0 2 а = агсвт— = агсвт—— = 18,2°. (7) В 0,64
На величину поступательной скорости уп согласно [18] накладываются ограничения, а именно поступательная скорость мотоблока под управлением оператора не должна превышать 4 км/ч. Минимальное значение скорости движения при вспашке регламентировано руководством по эксплуатации мотоблоков [8; 9; 19] и учитывает качество обработки почвы, а именно оборот пласта, и составляет - 2 км/ч.
Для выбора факторного пространства твердости почвы будем основываться на результатах исследований [20], из которых следует, что существующие типы почв с учетом особенностей их обработки имеют значения твердости почвы, которые могут варьироваться в пределах от 0,7 до 3 МПа, т. е. от легких до тяжелых почв соответственно. Однако с учетом того, что мотоблоки в агрегате с плугами могут эксплуатироваться только на легких и средних типах почвы значение ее твердости должно не превышать 1,6 МПа. Исходя из этого, можно сделать вывод, что твердость почвы будет находиться в интервале от 0,7 до 1,6 МПа.
Таким образом, значения для скорости движения уп подвижного модуля и твердости почвы р при проведении экспериментальных исследований должны находиться в пределах от 2 до 4 км/ч (от 0,56 до 1,12 м/с) и от 0,7 до 1,6 МПа соответственно.
Для выбора факторного пространства массы т будем основываться на массовых характеристиках мотоблока МБ-2 «Нева» с лемешно-отвальным плугом П1-20/3, а также рекомендуемых заводом-изготовителем, с целью повышения тягово-сцепных свойств утяжелителей. Вес одного утяжелителя равен 10 кг, следовательно, при навешивании их попарно на ведущие колеса шаг варьирования их массы будет равен 20 кг. В совокупности с весом мотоблока, плуга и установленными утяжелителями общая масса агрегата находится в пределах от 140 до 180 кг, что соответ-
technology and mechanization of agriculture
ствует тяговому классу 0,1, к которому относятся мотоблоки [1].
Однако указанный диапазон масс мотоблока с утяжелителями в полной мере не удовлетворяет условиям проведения эксперимента. Это связано с тем, что центр масс мотоблока расположен на некотором расстоянии от его оси симметрии и, как следствие, распределение веса мотоблока, приходящегося на каждое из ведущих колес с учетом балластных грузов, будет разным.
В связи с этим целесообразно будет выбрать в качестве параметра, учитывающего массу мо-
тоблока в агрегате с лемешно-отвальным плугом, реакцию почвы, приходящуюся на каждое ведущее колесо и ЛК2 мотоблока. При этом значения реакций также будут зависеть и от положения центра масс почвообрабатывающего агрегата, для чего необходимо использовать экспериментальный метод. Поэтому в нашем случае воспользуемся результатами исследования при условии движения мотоблока в борозде. Значения реакций на каждом из ведущих колес ЯК\ и ЯК2 при движении мотоблока МБ-2 «Нева» с лемешно-отвальным плугом П1 -20/3 представлены в таблице 2.
Таблица 2. Значения RK1 и RK2 при движении мотоблока МБ-2 «Нева» в борозде
Table 2. Values of RK1 and RK during the movement of the MB-2 Neva tillerblock in the furrow
Масса мотоблока с утяжелителями m, кг / Weight of the tillerblock with weights m, kg
Значение реакции почвы, приходящейся на каждое ведущее колесо / _The value of the soil reaction occurring on each driving wheel_
Н
Rk2, Н
140 813,6
160 902,6
180 991,6
Источник: составлено автором на основании данных1
570,1 679,0 789,8
Из таблицы 2 следует, что значения реакции почвы на ведущих колесах при движении мотоблока в борозде колесо Як1 и Лк2 находится в диапазоне от 570,1 до 989,6 Н.
Далее определим диапазон рабочих частот вращения пв (мин1) вала испытуемого колеса.
Частоту вращения вала пв можно определить по формуле:
60000•V
n =
ок
n-D
(8)
где Vпт - теоретическая скорость движения подвижного модуля, соответствующая заданному коэффициенту буксования, м/с; Дк - диаметр обода колеса с металлическими грунтозацепами, мм; Дк = 400 м [8; 9].
Определим vпт по формуле:
V
V = ■
пт
1 -
S
(9)
100%
Подставляя последовательно в (9) и (8) ранее установленные значения Vп = 0,56...1,12 м/с и принятое - 3 = 31% получим:
0,56...1,12 Л01 ^ , V = —-= 0,81...1,62 м/с;
1
31 100%
n
60000 - (0,81... 1,62)
38,7...77,4 мин-1.
3,14 • 400
Заключение
Таким образом, приняты и определены параметры, при которых необходимо проводить экспериментальные исследования ведущих колес мотоблока МБ-2 «Нева», укомплектованных колесами с металлическими грунтозацепами, а именно:
- угол наклона оси а испытуемых ведущих колес при глубине борозды равной 20 см: 18,2°;
- коэффициент буксования 3: от 31 до 32 %;
- скорость движения подвижного модуля Vп: от 2 до 4 км/ч;
- частота вращения пв вала испытуемого колеса, соответствующего коэффициенту буксования 3 = 31%: от 38,7 до 77,4 мин-1;
- твердость почвы р: от 0,7 до 1,6 МПа;
- значения реакций на каждом из ведущих колес и ЛК2 , соответствующих массе почвообрабатывающего агрегата 140, 160 и 180 кг, определяются согласно таблицы 2.
XXXXXX технологии и средства механизации сельского хозяйства XXXXXX
Соблюдение этих параметров удовлетворяет требованиям, предъявляемым к экспериментальным стендам и позволяет с высокой точностью получать регрессионные зависимости силы тяги на ведущих колесах мотоблока в зависимости от конкретных почвенных условий, технологических режимов функционирования и массовых характери-
стик. При помощи этих зависимостей возможно определение условий устойчивости движения мотоблока при проведении вспашки почвы, а также они позволяют заложить базу в исследованиях, связанных с работой мотоблока в агрегате с другими сменными адаптерами: выкапывателем, культиватором, окучником и др.
Примечания:
1 Купряшкин В. Ф., Уланов А. С. Эффективное использование почвообрабатывающих агрегатов на базе мотоблоков. Саранск : ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н .П. Огарёва», 2021. 160 с.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Синицкий С. А., Синицкая Ю. С. Классификация и сравнительный анализ мобильных средств малой механизации в сельскохозяйственном производстве // Аграрная наука XXI века. Актуалные исследования и перспективы. Казань. 2021. С. 126-130.
2. Иншаков А. П. Технологические и технические аспекты эффективности использования машинно-тракторного парка в сельскохозяйственном производстве. Саранск : Изд-во Мордов. ун-та, 2012. 156 с.
3. Кравченко В. А., Оберемок В. А., Кравченко Л. В. Повышение эффективности машинно-тракторных агрегатов на базе колёсных тракторов // Технология колёсных и гусеничных машин. 2014. № 6 (16). С. 45-49.
4. Кравченко В. А. Результаты испытаний машинно-тракторных агрегатов на базе трактора класса 1,4 с переменной вращающейся массой двигателя // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ). 2014. № 99 (05). С. 223-233.
5. Черепанов Л. А., Елизаров А. А. Стенд для испытаний сцепных свойств колес легковых автомобилей // Транспортные системы. 2018. № 4 (10). С. 22-26.
6. Кузнецов В. В., Гринь А. М., Блохин В. Н., Кубышкин А. В., Лаптева Н. А., Адылин И. П. Патент 192280 МПК G01M 17/00 РФ Стенд для исследования шин пневматических колес; заявл. 25.03.2019; опубл. 11.09.2019, Бюл. № 26.
7. Тимошенко В. К., Хмара Л. А., Деревянчук М. И., Шипилов А. С. Патент 1437723 МПК G01M 17/02 СССР Стенд для исследования тягово-сцепных свойств колесного движителя; заявл. 26.05.1987; опубл. 15.11.1988, Бюл. № 42.
8. Баландин Е. А. Результаты сравнительных испытаний тяговых колес мотоблоков «КО-Нева» // Вестник студенческого научного общества. Санкт-Петербург. 2017. Т. 8. № 2. С. 87-91.
9. МТЗ - крестьянскому хозяйству [мотоблоки, мини-тракторы, малогабаритные тракторы] // Сельский механизатор. 2000. № 6. С. 6-7.
10. Коптяев В. А. Повышение эффективности функционирования колесных энергосредств, работающих в составе машинно-тракторных агрегатов, за счет улучшения их тягово-сцепных свойств: автореферат дис. ... канд. техн. наук. Санкт-Петербург, 2002. 135 с.
11. Narang S., Varshney A. C. Draftability of a 8.95 kW Walking Tractor on Tilled Land // Journal of Terrame-chanics. 2006. V. 43 (4). P. 395-409. DOI 10.1016/j.jterra.2005.04.006
12. Кузнецов С. А., Андрющенко П. Ф. Рабочее оборудование для малогабаритных тракторов [Отечественные и китайские тракторы] // Инженерно-техническое обеспечение АПК. Реферативный журнал. 2002. № 2. С. 496.
13. Подольская Е. Е., Белименко И. С. Новые стандарты на методы испытаний сельскохозяйственной техники // Состояние и перспективы развития АПК. 2019. С. 671-675.
14. Хромой Б. П. Методические особенности преподавания раздела изучения задачи «Планирование эксперимента» // Методические вопросы преподавания инфокоммуникаций в высшей школе. 2016. Т. 5. № 4. С. 13-14.
15. Медведько С. Н., Лаврухина И. М. Этапы развития системы испытаний сельскохозяйственной техники // Вестник ДонскогоГАУ. 2020. № 2-1 (36). С. 106-113.
XXXXXXXXX technology and mechanization of agriculture XXXXXXXXX_
16. Янковский И. Е. Методические принципы испытания новой сельскохозяйственной техники // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 1975. № 17. С. 25-33.
17. Гуськов В. В., Велев Н. Н., Атаманов А. Ю. Тракторы: Теория. Москва : Машиностроение, 1988. 376 с.
18. Табашников А. Т. Научно-методическое обеспечение испытаний сельскохозяйственной техники : автореферат дис. ...док. тех. наук. Зерноград, 1998. 88 с.
19. Соловьев Е. Т. Обоснование тягового диапазона малогабаритного трактора // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2008. № 3. С. 37-39.
20. Безруков А. В. Повышение эффективности функционирования самоходной малогабаритной почвообрабатывающей фрезы за счет адаптации ее режимов к условиям работы : автореферат дис. ...канд. тех. наук. Саранск, 2016. 18 с.
Статья поступила в редакцию 24.11.2021; одобрена после рецензирования 20.12.22;
принята к публикации 22.12.22.
Информация об авторах:
A. С. Уланов - к.т.н., преподаватель кафедры мобильных энергетических средств и сельскохозяйственных машин им. проф. А. И. Лещанкина, Spin-код: 2183-8421;
B. Ф. Купряшкин - к.т.н., доцент, заведующий кафедрой мобильных энергетических средств и сельскохозяйственных машин им. проф. А. И. Лещанкина, Spin-код: 1894-9028;
A. Ю. Гусев - аспирант кафедры мобильных энергетических средств и сельскохозяйственных машин им. проф. А. И. Лещанкина, Spin-код: 5593-9037;
B. В. Купряшкин - аспирант кафедры мобильных энергетических средств и сельскохозяйственных машин им. проф. А. И. Лещанкина, Spin-код: 1207-5626;
Н. А. Четверов - аспирант кафедры мобильных энергетических средств и сельскохозяйственных машин им. проф. А. И. Лещанкина, Spin-код: 1707-1636.
Заявленный вклад авторов:
Уланов А. С. - подготовка начального варианта текста и формирование выводов, определение режимов функционирования (скорость движения, твердость почвы, масса) экспериментального стенда при проведении исследований силы тяги на ведущих колесах, визуализация, верстка и редактирование текста. Купряшкин В. Ф. - научное руководство, формулирование основной концепции исследования, анализ полученных результатов, формирование выводов.
Гусев А. Ю. - определение максимального значения угла наклона оси вращения испытуемого колеса. Купряшкин В. В. - определение диапазона рабочих частот вращения вала испытуемого колеса. Четверов Н. А. - описание экспериментально-измерительного комплекса «Почвенный канал».
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
REFERENCES
1. Sinickij S. A., Sinickaya Yu. S. Klassifikaciya i sravnitel'nyj analiz mobil'nyh sredstv maloj mekhanizacii v sel'skohozyaj stvennom proizvodstve [Classification and comparative analysis of mobile means of small mechanization in agricultural production], Agrarnaya nauka XXI veka. Aktualnye issledovaniya i perspektivy [Agrarian science of the XXI century. Current Research and Perspectives], 2021, рр. 126-130.
2. Inshakov A. P. Tekhnologicheskie i tekhnicheskie aspekty effektivnosti ispol'zovaniya mashinno-traktornogo parka v sel'skohozyaj stvennom proizvodstve [Technological and technical aspects of the efficiency of the use of machine and tractor fleet in agricultural production], Saransk : Publishing House of Mordovians. un-ta, 2012. 156 p.
3. Kravchenko V. A., Oberemok V. A., Kravchenko L. V. Povyshenie effektivnosti mashinno-traktornyh agre-gatov na baze kolyosnyh traktorov [Improving the efficiency of machine-tractor units on the basis of wheeled trac-
XXXXXX технологии и средства механизации сельского хозяйства XXXXXX
tors], Technology of wheeled and tracked vehicles [Technology of wheeled and tracked vehicles], 2014, No. 6 (16), pp.45-49.
4. Kravchenko V. A. Rezul'taty ispytanij mashinno-traktornyh agregatov na baze traktora klassa 1,4 s peremen-noj vrashchayushchejsya massoj dvigatelya [Results of tractors and machines on the basis of tractor class 1.4 variable rotating mass of the engine], Politematicheskij setevoj elektronnyj nauchnyj zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta (Nauchnyj zhurnal KubGAU) [Polythematic network electronic scientific journal of the Kuban State Agrarian University], 2014, No. 99 (05), pp. 223-233.
5. Cherepanov L. A., Elizarov A. A. Stend dlya ispytanij scepnyh svojstv koles legkovyh avtomobilej [Stand for testing coupling properties of wheels of passenger cars], Transport systems [Transport systems], 2018, No. 4 (10), pp. 22-26.
6. Kuznetsov V. V., Grin A. M., Blokhin V. N., Kubyshkin V. A., Lapteva N. A., Adelin I. P. Patent 192280 IPC G01M 17/00 RF Stend dlya issledovaniya shin pnevmaticheskih koles [Stand for tire pneumatic wheels], Appl. 25.03.2019; publ. 11.09.2019, bull. No. 26.
7. Timoshenko V. K., Hmara L. A., Derevyanchuk M. I., Shipilov A. S. Patent 1437723 IPC G01M 17/02 USSR Stend dlya issledovaniya tyagovo-scepnyh svojstv kolesnogo dvizhitelya [Stand for the study of the traction of wheeled mover], Appl. 26.05.1987; publ. 15.11.1988, bull. No. 42.
8. Balandin E. A. Rezul'taty sravnitel'nyh ispytanij tyagovyh koles motoblokov «KO-Neva» [Results of comparative tests of traction wheels of «KO-Neva» tillers], Vestnik studencheskogo nauchnogo obshchestva [Bulletin of the student scientific society], 2017, Vol. 8, No. 2, рр. 87-91.
9. MTZ - Krest'yanskomu hozyajstvu [motobloki, mini-traktory, malogabaritnye traktory] [MTZ - Peasant economy [tillers, mini tractors, small tractors]], Sel'skij mekhanizator [Rural machine operator], 2000, No 6, рр. 6-7.
10. Koptyaev V. A. Povyshenie effektivnosti funkcionirovaniya kolesnyh energosredstv, rabotayushchih v sostave mashinno-traktornyh agregatov, za schet uluchsheniya ih tyagovo-scepnyh svojstv [Improving the efficiency of the functioning of wheeled power equipment operating as part of machine-tractor units by improving their traction properties. Ph. D. (Engineering) thesis], St. Petersburg, 2002. 135 p.
11. Narang S., Varshney A. C. Draftability of a 8.95 kW Walking Tractor on Tilled Land, Journal of Terrame-chanics, 2006, Vol. 43(4), pp. 395-409. DOI 10.1016/j.jterra.2005.04.006
12. Kuznecov S. A., Andryushchenko P. F. Rabochee oborudovanie dlya malogabaritnyh traktorov [Otech-estvennye i kitajskie traktory] [Working equipment for small-sized tractors [Domestic and Chinese tractors]], Inzhe-nerno-tekhnicheskoe obespechenie APK. Referativnyj zhurnal [Engineering and technical support of the agro-industrial complex. Abstract journal], 2001, No. 1, рр. 27-28.
13. Podol'skaya E. E., Belimenko I. S. Novye standarty na metody ispytanij sel'skohozyajstvennoj tekhniki [New standards for testing methods of agricultural machinery ], Sostoyanie i perspektivy razvitiya APK [State and prospects for the development of the agro-industrial complex], 2019, рр. 671-675.
14. Hromoj B. P. Metodicheskie osobennosti prepodavaniya razdela izucheniya zadachi «Planirovanie eksperi-menta» [Methodological features of teaching the section of the study of the task «Experiment planning»], Metodiches-kie voprosy prepodavaniya infokommunikacij v vysshej shkole [Methodological issues of teaching infocommunications in higher education], 2016, Vol. 5, No. 4, рр. 13-14.
15. Medved'ko S. N., Lavruhina I. M. Etapy razvitiya sistemy ispytanij sel'skohozyajstvennoj tekhniki [Stages of development of the agricultural machinery testing system ], Vestnik DonskogoGAU [Bulletin of the Don State Agrarian University], 2020, No. 2-1 (36), рр. 106-113.
16. Yankovskij I. E. Metodicheskie principy ispytaniya novoj sel'skohozyajstvennoj tekhniki [Methodological principles of testing new agricultural machinery ], Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvod-stva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva [Technologies and technical means of mechanized production of crop and livestock products], 1975, No. 17, рр. 25-33.
17. Guskov V. V., Velev N. N., Atamanov A. Yu. Traktory: Teoriya [Tractors: Theory], Moscow : Mashi-nostroenie, 1988. 376 p.
18. Tabashnikov A. T. Nauchno-metodicheskoe obespechenie ispytanij sel'skohozyajstvennoj tekhniki [Scientific and methodological support of tests of agricultural machinery. Dr. Sci. (Engineering) diss.], Zernograd, 1998. 88 p.
XXXXXXXXX technology and mechanization of agriculture XXXXXXXXX_
19. Solov'ev E. T. Obosnovanie tyagovogo diapazona malogabaritnogo traktora [Justification of the traction range of a small-sized tractor], Vestnik Kurskoj gosudarstvennoj sel'skohozyajstvennoj akademii [Bulletin of the Kursk State Agricultural Academy], 2008, No 3, рр. 37-39.
20. Bezrukov A.V. Povyshenie effektivnosti funkcionirovaniya samohodnoj malogabaritnoj pochvoobrabatyvayushchej frezy za schet adaptacii ee rezhimov k usloviyam raboty [Improving the efficiency of functioning self-propelled small tillage cutter by adapting its modes to the conditions of the work. Ph. D. (Engineering) thesis], Saransk, 2016. 18 p.
The article was submitted 24.11.2021; approved after reviewing 20.12.2021; accepted for publication 22.12.2021.
Information about the authors: A. S. Ulanov - Ph. D. (Engineering), teacher of the Department of mobile energy and agricultural machinery рrofessor A. I. Leschankin, Spin-code: 3067-9927;
V. F. Kupryashkin - Ph. D. (Engineering), associate professor, Department of mobile energy and agricultural machinery рrofessor A. I. Leschankin, Spin-code: 1894-9028;
A. Y. Gusev - postgraduate student of the Department of Mobile energy means and agricultural machines named after prof. A. I. Leshchankin Spin-code: 5593-9037;
V. V. Kupryashkin - postgraduate student of the Department of Mobile energy means and agricultural machines named after prof. A. I. Leshchankin, Spin-code: 1207-5626;
Nikolay A. Chetverov - postgraduate student of the Department of Mobile energy means and agricultural machines named after prof. A. I. Leshchankin, Spin-code: 1707-1636.
Contribution of the authors:
A. S. Ulanov - preparation of the initial version of the text and the formation of conclusions, determination of the modes of operation (speed of movement, soil hardness, mass) of the experimental stand when conducting studies of the traction force on the driving wheels, visualization, layout and editing of the text.
V. F. Kupryashki - scientific guidance, formulation of the main concept of the study, analysis of the results obtained, formation of conclusions.
A. Y. Gusev - determination of the maximum value of the angle of inclination of the axis of rotation of the test wheel. V. V. Kupryashkin - determination of the operating speed range of the shaft of the test wheel. N. A. Chetverov - description of the experimental measuring complex «Soil channel».
The authors declare no conflicts of interests.
