Особенности взаимодействия трактора с сельхозорудием с учетом их малых взаимных перемещений Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

В Ы В О Д

Получено полное решение дифференциального уравнения, характеризующего взаимодействие коническо-винтового ворошителя-сводо-обрушителя с минеральным удобрением.

В уравнениях (23) и (28) установлены взаимозависимости пути перемещения во времени элементарного объема минерального удобрения по витку винтовой спирали ворошителя и ее относительной скорости от важнейших конструктивных и технологических параметров, таких как угол образующей конуса к его оси, угол подъема винтовой линии, радиус винтовой поверхности, коэффициенты внешнего и внутреннего трения и угловая скорость. Варьируя каждый из указанных параметров, можно выбрать их оптимальные сочетания в зависимости от принятого критерия эффективности ворошения.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Алферов, П. В. Бункеры, затворы и питатели. Основы проектирования и расчета / П. В. Алферов. - М.: Машгиз, 1946. - С. 35.

2. Кошанов, О. М. Изыскание устройства для предотвращения образования в бункерах застойных зон и сводов трудносыпучих сельскохозяйственных материалов и обоснование его параметров, режимов работы: автореф. дис. ... канд. техн. наук / О. М. Кошанов. - Рязань, 1987. -22 с.

3. Тарасов, А. Г. Исследования вибрационного сво-дообрушения кормов в бункерах на птицефабриках: автореф. дис. ... канд. техн. наук / А. Г. Тарасов. - Саратов, 1976. - 24 с.

4. Методика оценки качества внесения минеральных удобрений / П. Н. Побединский [и др.] // Техника в сельском хозяйстве. - 1988. - № 4. - С. 48.

5. Высевающее устройство: пат. 19008 РК / С. О. Нукешев; опубл. 15.12.2010 // Бюл. - № 12. - 4 с.

6. Нукешев, С. О. Результаты теоретического исследования коническо-винтового ворошителя. Актуальные проблемы современности / С. О. Нукешев, Д. З. Есхо-жин, А. Ж. Аскарова // Международный научный журнал. Серия «Технические науки». - 2009. - № 1 (35). - С. 63-65.

7. Рустембаев, Б. Е. Теоретические предпосылки к определению параметров пружинно-винтового ворошителя / Б. Е. Рустембаев, А. М. Абдиров, С. О. Нукешев // Вестник сельскохозяйственной науки Казахстана. -1999. - № 4. - С. 127-130.

Поступила 12.12.2011

УДК 631.3.072

ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ТРАКТОРА С СЕЛЬХОЗОРУДИЕМ С УЧЕТОМ ИХ МАЛЫХ ВЗАИМНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Кандидаты техн. наук ВАЩУЛА А. В.», ЗАХАРОВ А. В.», асп. ЗАХАРОВА И. О.1*, инж. КАЛУГИНА О. Н.2)

1 Белорусский аграрный технический университет,

2ГНУ «Объединенный институт машиностроения НАНБеларуси»

Для Республики Беларусь характерна мел-коконтурность полей, обусловленная развитой сетью дорог и электролиний, наличием строений, отдельных деревьев, валунов, местных понижений (блюдец), сложным макрорельефом местности. В таких условиях, а также с учетом наличия почв с высоким удельным тяговым сопротивлением целесообразно использовать навесные агрегаты, например пахотные.

■■ Наука

И эхника, № 6, 2012_

Для эффективной эксплуатации таких агрегатов необходимо обеспечить их уравновешивание в продольной плоскости. Так, в условиях рядовой эксплуатации, например при работе на косогоре, маневрировании на машинно-тракторном агрегате (МТА), действуют отклоняющие моменты, вызывающие искривление траектории движения трактора. В ручном режиме на тракторах устаревших моделей в силу спе-

цифики системы поворота реализовать данное предложение невозможно.

Чтобы повысить коэффициент полезного действия (КПД) агрегата на базе колесного трактора, используют системы силового и позиционного регулирования, позволяющие уменьшить силу трения в контакте почвообрабатывающего орудия с почвой. Однако указанные системы обеспечивают плоскопараллельное перемещение орудия относительно трактора и не учитывают возможности взаимных угловых перемещений.

Известны конструкции тракторов [1, 2], у которых в верхнюю тягу встроен гидроцилиндр с целью облегчения монтажа сельхозмашины. Известны также механизмы [3, 4], позволяющие регулировать распределение нормальных нагрузок между трактором и сельхозорудием путем изменения длины верхней тяги.

В [5] выполнен агрокинематический анализ работы навесного пахотного агрегата. Доказано, что при переезде неровностей рельефа в тягах заднего навесного устройства (ЗНУ) и передних брусьях рамы плуга возникают дополнительные силы, вызывающие их деформацию. Кроме того, ухудшается равномерность хода корпусов по глубине. Авторы [5] предлагают рассчитывать кинематику переезда неровности исходя из того, что центр поворота находится в шкворне крепления задней балансирной каретки гусеничного трактора.

Для устранения выявленного недостатка предлагается создать ЗНУ, которое не препятствовало бы взаимным перемещениям трактора и плуга. Отметим, однако, что на тракторах ВгТЗ традиционно используется верхняя тяга ЗНУ с пружинным компенсатором, которая, по мнению авторов, работает неэффективно.

Для обоснования параметров прогрессивных систем регулирования необходимо получить аналитическую модель малых продольно-угловых взаимодействий трактора и навесного орудия.

Аналитическая модель малых продольно-угловых перемещений. Известны три центра колесного трактора:

• центр тяжести (ЦТ) - точка, в которой приложена равнодействующая сил веса;

• центр упругости ходовой системы (ЦУ) -

п

точка, в которой ^ с/щу = 0, где ¡^ - расстоя-

j=i

ния от у-го колеса до ЦУ, м; С- - жесткость

контакта колеса с почвой, кН/м;

• центр вращения тяг навески (точка п) -точка пересечения в продольной плоскости осей верхней и нижних тяг. Изменяя положение центра п, например, переставляя шарнир крепления верхней тяги на тракторе, можно изменять продольную координату ¡п - расстояние до оси копирующего колеса навесной машины: чем больше ¡п, тем меньше влияют на нагрузку Ун относительные перемещения трактора и сельхозорудия.

Определим связь между перемещением у ЦУ, продольными поворотами (дифферентами) ф корпуса трактора и рамы передненавешенно-го сельскохозяйственного орудия у, величиной перемещения q опорного колеса орудия, используя методики Г. С. Горина [6, 7], разработанные для гусеничных тракторов. Будем считать, что продольно-угловые перемещения трактора ф, орудия у и нижней тяги навески йа*лв положительные, если их передняя часть движется вниз. Примем также, что у и qпл положительны, если направлены вниз, и отрицательны, если направлены вверх. Положительны толкающие реакции почвы, отрицательны силы сопротивления орудия, направленные назад. Положительны силы веса и усилия сжатия тяг навесного устройства, отрицательны нормальные реакции. В этом случае к трактору приложено усилие Ях, направленное назад, а к орудию - реакция Ркр, направленная вперед.

В соответствии со схемой (рис. 1) проведем оси координат:

• нормальную у - вниз через ЦУ;

• продольную х - вперед через точки контакта колес с опорной поверхностью, или

rCD C0S aCD + rAD SlnaAD =

= rBC sin aBC + rAB c0sa AB ;

rCD Sin aCD + rAD C0SaAD =

= rBC cos aKr - r в sin a

(1)

BC

AB

где гав и Тсв - длины тяг навесного устройства соответственно нижней АВ и верхней СО; Твс - высота стойки ВС; гао - расстояние между точками крепления А и О тяг на тракторе; о.ав и асэ - углы наклона к горизонтали тяг АВ и СО; авс и <хаэ - углы наклона к вертикали соответствующих звеньев.

■■ Наука

ит эхника, № 6, 2012

Рис. 1. Схема заднего навесного устройства трактора Продифференцируем систему уравнений (1)

-rCD sin aCDaaCD + rAD cos aADdaAD

— IBC cos aBcdaBc rAB sln aABdaAB ;

r^Y) cos a^Y) da^Y) rAD sin a ad da ad

(2)

Будем рассматривать малые продольно-угловые отклонения (дифференты) и перемещения трактора и орудия, поэтому обозначим:

= Ф, = у.

Из уравнений (2) выразим также приращение угла наклона нижней тяги

da AB — '

- У Ф1ацу + Япл -У1п

(3)

где у - вертикальные линейные перемещения ЦУ трактора; - вертикальные линейные перемещения копирующего колеса орудия на неровности; ф - дифферент трактора вокруг ЦУ; у - дифферент рамы орудия; /ацу - расстояние от точки крепления А нижней тяги навески на тракторе до ЦУ; /пл - расстояние от оси копирующего колеса до оси подвеса В.

Преобразуем систему уравнений (2), исключив члены, содержащие ёасэ. После подстановки выражения для ёалв и преобразований получим уравнение связи малых продольно-угловых перемещений трактора и навесного орудия

-у

f (ф, у У, ^пл ) — ф

K1 - K2 ""

1 - K

1АЦУ

rAB C0S a AB

+ (2пл - У)"

K

(4)

— 0,

Наука И эхника, № 6, 2012

где K и K2 - коэффициенты, рассчитываемые по формулам:

_ rBC c0s(acd + aBC ) .

rAD cos(a

CD + aAD )

K —

K2 —

rAB sin(a CD + a AB )

rAD cos(a CD + aAD )

(5)

По теореме синусов имеем

P an

sin(aCD + a,,-,) sin(90° - aCD - aAD)

p an

откуда

c0s(acd + aAD У

1 = sin(«cd + a AB )

Pan rAD cos(acd + aAD )

(6)

С учетом (6) преобразуем член, входящий в уравнение связи (4):

sin(acd + aAB )

rAB C0s aAB rAD cos(acd + aAD ) COs aAB 1

(7)

PAn COsaAB

где pАnCOsaлв - расстояние от точки А до центра п.

Тогда с учетом выражения (7) перепишем уравнение связи (4) в следующем виде:

(Чпш - У) - Ф1ацу + У1пл = РАп СС8 аАВ (Ук1 - Ф). (8)

В статике (Ркр = 0, V = 0) корпуса трактора и орудия приобретают некоторые начальные положения:

-у=у0;

-ф = ф0;

-у0 = 0 (по условию регулировки плуга на равномерность хода корпусов орудия).

Тогда

^л = У0 - Ф0 (Рап аАВ - 1аЦУ ). (9)

Если У0 = 0, а ф0 (+) и (рап сс^аав - (ацу ) > 0, то д°л <0 - колесо навесного орудия нагру-

жается.

n

r

AD

— -rBC sin aBCdaBC - rAB COs aABdaAB

AB C0s aAB

Если У0 = 0, а ф0 (-) и (рАп соааАВ - ¡АЦУ) < 0,

то д°л > 0 - колесо навесного орудия разгружается.

Из формулы (9) следует, что если рл%С08 а^ = = ¡лцу, т. е. центр п совпадает с ЦУ, то перемещения корпуса трактора не вызывают поворот корпуса сельхозорудия. Фактически на серийных тракторах ЦУ и п не совпадают. При дифференте корпус трактора сжимает верхнюю тягу и поворачивает корпус орудия, что нашло подтверждение в проведенных авторами статьи в ГУ «БелМИС» экспериментальных исследованиях. Поэтому для стабилизации орудия нужно регулировать длину верхней тяги. Регулировка ее длины должна быть разной (система регулирования должна быть активной) в процессе работы, так как конфигурация и размеры неровностей разные.

В Ы В О Д Ы

1. При работе навесного агрегата дифферент корпуса трактора приводит к повороту рамы орудия, что нарушает агротехнику выполнения сельскохозяйственной операции.

2. Воздействие трактора на орудие при малых продольно-вертикальных перемещениях передается «стеснением» верхней тяги. Для

устранения этого воздействия необходимо регулировать длину верхней тяги.

3. Сигналом для регулирования могут служить данные, получаемые от датчика усилий, установленного в шарнире крепления нижней тяги. При этом серийный датчик усилий должен быть переориентирован нормально нижней тяге навесного устройства.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Пат. № 2007063 Рос. Федерации, МПК А01В59/043 / Опубл. 15.02.1994.

2. Пат. Ш 6.697.454 В2 США, МПК А01В 65/112 / Опубл. 16.03.1997.

3. Патент Ш 6.698.524 В2 США, МПК А01В 63/112 / Опубл. 02.03.2004.

4. Патент Ш 6.321.851 В1 США, МПК А01В 59/04 / Опубл. 27.11.2001.

5. Огрызков, Е. П. Агрокинематический анализ навесных систем «трактор - плуг» / Е. П. Огрызков,

B. Е. Огрызков, П. В. Огрызков // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2002. - № 12. - С. 15-17.

6. Горин, Г. С. К динамике гусеничного трактора класса 3 тонны / Г. С. Горин // Вопросы сельскохозяйственной механики: науч. тр. - Минск: Урожай, 1976. -

C. 42-77.

7. Горин, Г. С. Расчет общей и тяговой динамики подрессоренного трактора / Г. С. Горин // Вести Национальной академии наук Беларуси. Сер. «Аграрные науки». - 2009. - № 1. - С. 91-98.

Поступила 19.03.2012

■■ Наука ит эхника, № 6, 2012