CC BY
98
Литература
1. Писаренко, Г.С. Справочник по сопротивлению материалов / Г.С. Писаренко, А.П. Яковлев, В.В. Матвеев. - Киев: Наук. думка, 1975.
2. Биргер, И.А Расчет на прочность деталей машин / И.А. Биргер, Б.Ф. Шорр, Г.Б. Иосилевич. - М.: Машиностроение, 1993.
3. Москвичев, В.В. Основы конструкционной прочности технических систем и инженерных сооружений / В.В. Москвичев. - М.: Наука, 2002.
4. Матвеев, А.Д. Анализ прочности с учетом распределения напряжений в конструкциях / А.Д. Матвеев;
Краснояр. гос. ун-т. - Красноярск, 2006. - 18 с. - Деп. в ВИНИТИ. №1298 - В2006.
5. Зенкевич, О. Метод конечных элементов в технике / О. Зенкевич. - М.: Мир, 1975.
6. Корн, Г. Справочник по математике для научных работников и инженеров / Г. Корн, Т. Корн - М., 2003.
7. Самуль, В.И. Основы теории упругости и пластичности / В.И. Самуль. - М.: Высш. шк., 1970.
-----------♦'-------------
УДК 631.3(075.8) Н.И. Селиванов, В.С. Кирин, Р.А. Эбель
ОЦЕНКА ТЯГОВО-СЦЕПНЫХ СВОЙСТВ КОЛЕСНОГО ТРАКТОРА К-701
Получены параметрические уравнения связи буксования с коэффициентом использования веса; установлены максимальные и допустимые значения тягового КПД, определяющие ширину рациональных тяговых диапазонов; определены условия рационального агрегатирования тракторов с переменными массоэнергетическими параметрами в составе почвообрабатывающих и посевных агрегатов.
Сельскохозяйственные тракторы общего назначения 5-го тягового класса предназначены для выполнения основных сельскохозяйственных работ в составе почвообрабатывающих, посевных и транспортных агрегатов. По результатам эксплуатации и лабораторно-полевых испытаний трактора К-701 с одинарными и сдвоенными колесами установлены основные рабочие передачи (1 -3,11-111 режимов) в составе почвообрабатывающих комплексов, обеспечивающие диапазон тяговых усилий от 36 до 60 кН при скоростях движения 3,3-1,7 м/с и тяговой мощности 105-120 кВт. Определяются режимы рабочего хода в основном загрузкой двигателя, тягово-сцепными свойствами трактора на основных фонах и колебаниями внешней нагрузки, параметры распределения которой соответствуют V. = 0,05-0,07 при частоте основного энергетического
Ркр
спектра 1а = 2,0 - 3,0 с-1 [1,2].
По результатам лабораторно-полевых экспериментов получены усредненные значения коэффициентов а и в уравнения регрессии, связывающего коэффициенты использования веса трактора <ркр = (РкрЮЭ)
и буксования 5 = а Ркр при установленных значениях давления в шинах ФД-12(28,Ж26) и коэффициенте в -Ркр
сопротивления перекатывания трактора 1 на различных фонах (табл. 1).
Таблица 1
Коэффициенты уравнения буксования, сцепления и сопротивления перекатыванию трактора К-701
Фон а в фк max f Р пер. /зад,. МПа
Стерня 0,110 0,773 0,54 0,10 0,14/0,14
Поле, подготовленное под посев 0,086 0,640 0,52 0,16 0,14/0,13
Полученные уравнения протабулированы при различных сочетаниях фкр и 1, что позволило определить максимальные значения коэффициента сцепления рктах, соответствующие допустимому буксованию
5дтрактора, и установить графические зависимости 5 = 1(рр) на указанных фонах (рис. 1).
При движении трактора возникают поля нормальных и касательных напряжений, распространяющихся на глубину и в разные направления от места приложения нагрузки. От способности почвы выдерживать такие нагрузки зависит глубина колеи, а следовательно, сопротивление передвижению и сцепные свойства. При значительной плотности почвы (стерня, целина) на образование сцепления, а следовательно, и на тяго-образование существенно влияет сила трения между почвой и опорными поверхностями шины или почвоза-цепов. При уменьшении плотности почвы глубина проникновения в нее почвозацепов увеличивается, вследствие чего на тягообразование значительнее влияют сила зацепления, возникающая при упоре почвозаце-пов в почву, и сила, действующая в плоскости среза брусков почвы между почвозацепами. В силу указанных причин максимальное значение коэффициента сцепления рктах, определяющее величину касательной силы тяги при допустимом буксовании, несколько больше (0,54) на стерне, чем на поле, подготовленном под посев. Однако значение рртах = рктах - / при этом существенно (на 8%) выше из-за меньших потерь на
колееобразование трактора в режиме рабочего хода. При этом зависимости 8 = / (ркр) тракторов с одинарными и сдвоенными колесами на соответствующих фонах практически одинаковые. Это подтверждает результаты выполненных ранее исследований [1] и позволяет использовать полученные характеристики для оценки тягово-сцепных свойств тракторов 4К-4Б с разными массоэнергетическими параметрами.
РкР ----------------►
Рис. 1. Зависимости буксования от коэффициента использования веса трактора К-701
Анализ результатов расчета тягового КПД на основе полученных кривых буксования и коэффициента г и пТР показали, что функция 8 = / (ркр) практически не зависит от класса трактора, а определяется его конструктивными особенностями и почвенным фоном.
Представленные на рисунке 2 характеристики позволили установить максимальные пТ тах и допустимые по буксованию цд значения тягового КПД, которые определяют оптимальную величину ркр, и соответствующий диапазон Лркр = (ркртах -ркртп) изменения коэффициента использования веса трактора 4К-4Б (табл. 2).
Максимальная величина тягового КПД трактора на стерне достигает 0,61, а на поле, подготовленном под посев, - 0,53. Оптимальные режимы работы вполне приемлемы, поскольку соответствуют буксованию 8ор1 <8д (10,1 и 14%). Наиболее широкий рациональный тяговый диапазон ркртах/ркр тп (при снижении
ПТ тах на 1,0%) на стерне (1,52) реализуется тремя рабочими передачами. На поле, подготовленном под посев, указанный диапазон (1,20) обеспечивается двумя передачами.
Таблица 2
Рациональные диапазоны изменения коэффициента использования сцепного веса трактора 4К-4Б
Фон фкр 5, % ПТ тах ПТ тіп Пт д
фкр орt фкр тіп фкр тах 5 орt 5 тіп
Стерня 0,37 0,29 0,44 10,1 6,6 0,61 0,60 0,60
Поле под посев 0,36 0,30 0,36 14,0 9,7 0,53 0,52 0,53
Ркр
Рис. 2. Зависимость тягового КПД от коэффициента использования веса трактора
Анализ результатов расчета эксплуатационных показателей трактора с одинарными и сдвоенными колесами при разных коэффициентах использования мощности двигателя (табл. 3) показал достаточные резервы повышения эффективности энергонасыщенных тракторов тяговой концепции существующих компоновочных схем, реализация которых может стать наиболее экономичным решением проблемы повышения производительности почвообрабатывающих агрегатов.
Определяющим параметром в рамках тяговой концепции трактора является номинальное тяговое усилие Ркр ^ Ркрн ^ Ркр тах (фон-стерня), в соответствии с которым формируется шлейф машин для энергетического средства определенного тягового класса. Стабильность этого параметра сохраняется при разных уровнях энергонасыщенности и является основополагающей в существующей системе построения типажа тракторов.
При ограничении тяговых показателей трактора величиной Ркр тах используемая мощность снижается
пропорционально уменьшению рабочей скорости. В соответствии с этим недоиспользование мощности трактора с одинарными колесами имеет место на скоростях ниже 1,9—2,0 м/с.
Увеличение эксплуатационной массы трактора при установке сдвоенных колес на 1900 кг позволило расширить тяговый и скоростной диапазон на (14%) за счет соответствующего снижения минимальной рабочей скорости и возрастания максимального тягового усилия.
Таблица 3
Эксплуатационные параметры и режимы трактора К-701
Фон L Тэ, кг Э, кВт/Т Р кр орЬ кН Р кр max, КН V ор^ м/с V,, м/с
Стерня 1,0 13700 14,5 49,70 59,13 2,41 2,03
0,95 2,28 1,93
1,0 15600 12,7 56,60 67,33 2,11 1,77
0,95 2,00 1,69
Поле под посев 1,0 13700 14,5 48,36 48,36 2,08 2,08
0,95 1,97 1,97
1,0 15600 12,7 55,06 55,06 1,82 1,82
0,95 1,73 1,73
Полученные результаты (табл. 4) позволили установить максимальные Пэтах и оптимальные соотношения Пэор=(Э/Ут •д)орі для трактора с обычным дизелем и ДПМ при разных условиях эксплуатации, определяемых значениями рк (рис. 3). Наиболее высокие значения безразмерного соотношения Пэорг достигаются на стерне (0,624 и 0,656) и характеризуют потенциальные возможности энергетического средства по производительности. На поле под посев меньшие значения Пщл характеризуют более низкие возможности трактора.
Таблица 4
Влияние агрофона на эксплутационные параметры трактора К-701
Показатель Агрофон
сте рня поле, подготовленное под посев
Zn=1 ^n=0,95 £n=1 Zn=0,95
фKOpt 0,47 0,47 0,52 0,52
Фк тах 0,44 0,44 0,52 0,52
тти 0,624 0,656 0,611 0,644
(Э/(д*Ут}}тах 0,635 0,669 0,611 0,644
VT°opt = V / VTmJ^t 1,000 1,000 0,905 0,904
Уг°д = (VTl / ^ mjn) g 1,000 1,000 1,039 1,039
При 3 = const необходимо увеличить оптимальную рабочую скорость на поле под посев или уменьшить эксплутационную массу трактора для повышения его энергонасыщенности и сохранения
n3opt ------> (Пэ max )----> max .
Полученные характеристики тягово-сцепных свойств свидетельствуют о целесообразности использования трактора «Кировец» переменной массы в составе почвообрабатывающих агрегатов на фонах высокой прочности с максимальным балластированием. На фонах низкой прочности и несущей способности наивысшая эффективность достигается при минимальной эксплуатационной массе энергетического средства.
Значение (ркрн = (ркн - f), соответствующее номинальному тяговому усилию трактора, должно находиться в диапазоне (pKpopt ^ ркрн ^ ркр max. С учетом того, что максимум производительности МТА на базе трактора с обычной характеристикой дизеля смещен относительно пТ max в сторону больших тяговых усилий [2], с целью наиболее полного использования потенциальных возможностей энергетического средства целесообразно ориентироваться на ркр max. Это создает определенный резерв для реализации роста энергонасыщенности трактора.
Vo 0,41 0,43 0,45 0,47 0,49 0,51 0,53 0,55
VT
Ркр-----------*
Рис. 3. Изменение показателей ПЭ и у° от сцепных свойств трактора
На почвах низкой прочности p~Sopt----------Щдтак, что еще более подтверждает целесообразность ука-
занного выше принципа определения рациональных режимов работы трактора в составе тяговых почвообрабатывающих агрегатов.
Вывод
Проведенный анализ тягово-сцепных свойств колесного трактора 4К-4Б на разных почвенных фонах позволил получить параметрические уравнения связи буксования с коэффициентом использования веса; установить максимальные и допустимые значения тягового КПД, определяющие ширину рациональных тяговых диапазонов; определить условия рационального агрегатирования тракторов с переменными массоэнергетическими параметрами в составе почвообрабатывающих и посевных агрегатов.
Литература
1. Кутьков, Г.М. Тракторы и автомобили. Теория и технологические свойства / Г.М. Кутьков. - М.: Колос, 2004. - 504 с.
2. Селиванов, Н.И. Рациональное использование тракторов в зимних условиях / Н.И. Селиванов; Краснояр. гос. аграр. ун-т. - Красноярск, 2006. - 339 с.
----------♦'-------------
