CC BY
25
3. Stremnin, V.A. Nauchno-metodicheskie printsipy obosnovaniya sistemy mashin v zhivotnovodstve (Scientific and Methodic Principles of Substantiation of Machine System in Cattle Breeding), Novosibirsk, 1993, 84 p.
4. Khovanov, N.V. Analiz i sintez pokazatelei pri informatsionnom defitsite (Analysis and Synthesis of Indices under Information Deficit), SPb., Izd-vo S.-Peterburgskogo universiteta, 1996, 196 p.
5. Fedorenko, I.Ya., Morozova, S.V. Optimizatsiya i prinyatie reshenii v agroinzhenernykh zadachakh (Optimization and Taking Decisions in Agro-Engineering Problems), SPb., Lan', 2016, 288 p.
УДК 631.372:629.114.2 ГРНТИ 68.85.29
Щитов С.В., д-р техн. наук, профессор; Тихончук П.В., д-р с.-х.наук, профессор; Кузнецов Е.Е., канд. техн. наук, доцент; Митрохина О.П., канд. техн. наук, доцент; Гудкин А.Ф., д-р с.-х. наук, профессор,
Дальневосточный государственный аграрный университет, г. Благовещенск ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ СЦЕПНОГО ВЕСА В СОСТАВЕ МАШИННО-ТРАКТОРНОГО АГРЕГАТА ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ
Необходимость расширения функциональных возможностей колёсных тракторов класса 1,4-2, как наиболее востребованных в небольших хозяйствах вследствие своей высокой энергонасыщенности, надёжности и универсальности в процессе производства сельскохозяйственной продукции является важной задачей, требующей применения новых методологических, практических приёмов и актуальных конструкторских решений. В предлагаемой статье рассматривается применение корректора сцепного веса, установленного на раме и снице тяжёлой дисковой бороны, как способа рационального перераспределения сцепного веса в составе машинно-тракторного агрегата (МТА) в ходе проведения предпосевной обработки почв. Математически обосновывается улучшение возможностей тракторов класса 1,4-2 по применению высокоэффективных широкозахватных сельскохозяйственных агрегатов, что сможет увеличить производительность их применения, снизить временные и энергетические затраты на предпосевную почвенную обработку.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ СРЕДСТВО, КОЛЁСНЫЙ ТРАКТОР, МТА, СЦЕПНОЙ ВЕС, ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ, КОРРЕКТОР, БОРОНА
UDC 631.372:629.114.2
Shchitov S. V., Dr Tech. Sci., Professor;
Tikhonchuk P.V., Dr Agr.Sci., Professor;
Kuznetsov E.E., Cand. Tech. Sci., Associate Professor;
Mitrokhina O.P., Cand.Tech.Sci., Associate Professor;
Gudkin A.F., Dr Agr. Sci., Professor,
Far Eastern State Agrarian University, Blagoveshchensk
MACHINE AND TRACTOR UNIT'S COUPLING WEIGHT REDISTRIBUTION DURING PRE-SOWING TILLAGE
The needfor expansion of the functionality of wheeled tractors (class 1.4 -2) being the most popular with small farms, owing to high power properties, reliability of operation and univer-
sality, is an important task requiring the use of new methodological, practical methods and topical engineering solutions. The proposed article considers the application of coupling weight corrector (regulator), installed on the frame and hitch tongue of heavy disk-harrow, as a method of rational coupling weight redistribution for machine-tractor unit (MTU) during pre-sowing tillage. The article presents a mathematical substantiation of improvement of tractors' (class 1.4 -2) abilities to use high-performance wide-level agricultural units that enhance the performance of their application, save the time and power inputs during pre-sowing tillage.
KEYWORDS: AGRICULTURAL MACHINERY, WHEELED TRACTOR, MTU, COUPLING WEIGHT, REDISTRIBUTION, CORRECTOR, HARROW
Качественная предпосевная обработка, закрытие влаги и крошение верхнего плодородного слоя с целью создания оптимальных влаговоздушных условий для произрастания культур при производстве сельскохозяйственной продукции являются важными составляющими процесса растениеводства.
Однако не всегда тягово-сцепные качества имеющихся в небольших хозяйствах и КФХ колёсных энергетических средств, непосредственно в Амурской области это тракторы класса 1,4-2, дают возможность использования широкозахватной высокопроизводительной техники, в частности, тяжёлых дисковых борон вследствие их большой массы, обеспечивающей более качественную обработку почв, из-за высокой силы сопротивления движению. Конструктивно тяжёлые дисковые бороны обладают большой массой, что обеспечивает более качественную обработку почвы.
Однако современные методы дают возможность перераспределить сцепной вес между энергетическим средством и бороной, что позволит решить задачу снижения массы силы сопротивления движению бороны без изменения параметров и качества обработки, а также увеличит производительность применения колёсных энергетических
средств класса 1,4-2 в сельском хозяйстве [13].
Предлагаемое устройство - корректор сцепного веса тяжёлой дисковой бороны, способно перераспределять часть сцепного веса между энергетическим средством и бороной, через работу силового гидроцилиндра, воздействующего на сницу, раму бороны и сцепное устройство трактора, в целях регулирования оптимального заглубления обрабатывающих орудий, удобства и экономии временных затрат при применении бороны, снижения её стоимости и металлоёмкости, улучшения качества предпосевной обработки, уменьшения энергетических затрат машинно-тракторных агрегатов (МТА) ( рис.1, 2) [5].
Корректор сцепного веса тяжёлой дисковой бороны выполнен в виде устройства 1, состоящего из силового гидроцилиндра 2, установленного в кронштейне 3 на верхней фронтальной части рамы 4 бороны 5 и торсионной оси 6, проходящей через вилочную рабочую часть 7 силового гидроцилиндра 2 и встроенной между поперечинами сницы бороны.
Рис. 1. Схема МТА с установленным корректором сцепного веса тяжёлой дисковой бороны
5 4 16 8
3 2 7
Рис. 2. Схема дисковой бороны с установленным корректором сцепного веса: 1-устройство, 2-силовой гидроцилиндр, 3- кронштейн, 4- фронтальная часть рамы, 5-борона, 6- торсионной ось, 7- вилочная рабочая часть, 8-сница
Предлагаемое устройство работает следующим образом: при движении МТА для уменьшения заглубления дискаторных рабочих органов оператор энергетического средства при помощи гидрораспределителя подаёт рабочую жидкость в силовой гидроцилиндр, шток которого при выходе давит на торсионную ось, прижимая сницу бороны в сцепном устройстве энергетического средства, перераспределяя сцепной вес с рамы бороны на задний ведущий мост буксирующего энергетического средства, что позволяет увеличить тягово-сцепные свойства колёсного трактора, снизить буксование движителей, повысить агротехнические скорости движения МТА и регулировать глубину заглубления дискаторных рабочих органов бороны.
При необходимости заглубления дис-каторных рабочих органов, оператор при помощи гидрораспределителя подаёт рабочую жидкость в силовой гидроцилиндр, шток которого при задвижении приподнимает через торсионную ось сницу бороны, увеличивая нагрузку на вертикальных шар-
нирах крепления сницы и сцепном устройстве энергетического средства, приподнимая его и перераспределяя сцепной вес с сцепного устройства и заднего ведущего моста энергетического средства на раму бороны, позволяя регулировать глубину заглубления дискаторных рабочих органов бороны в движении.
Для обоснования конструктивно-режимных параметров МТА с установленным корректором сцепного веса тяжёлой дисковой бороны рассмотрим равновесие сницы и рамы бороны в статичном состоянии (рис.3, рис.4) и в рабочем положении: режиме нагрузки энергетического средства-разгрузки бороны (рис.5), режиме разгрузки энергетического средства-нагрузки бороны (рис.9).
Представим сницу и раму бороны как составную балку[4]. Используя рисунок 3, определим действующие силы и реакции на МТА в статичном режиме.
Составим уравнения равновесия для составных частей конструкции: для сницы и рамы бороны (рис.4).
Рис. 3. Схема к определению сил и реакций бороны в статичном состоянии:
вс - сила тяжести сницы, Н; Сб -сила тяжести рамы бороны, Н; N реакция нагружаемой сницы на сцепное устройство энергетического средства в точке 1; I —длина сницы бороны, м; С- точка крепления установочного шарнира сницы и установочного кронштейна гидроцилиндра устройства; С-расстояние от точки С до центра тяжести сницы, м; И —высота установочного кронштейна гидроцилиндра устройства, м; а —расстояние от точки приложения нагрузки Рдо точки С, м; [ — расстояние от точки С до центра тяжести бороны, м; й —расстояние от точки С до передней части (секции) бороны, м; Ь —расстояние между секциями бороны, м; условия реакции поверхности: Ус — реакция сницы в точке С, Уп -передней части (секции) бороны в точке её крепления 2, У3 — реакция задней части (секции) бороны в точке её крепления 3
Рис.4. Расчетная схема к уравнению равновесия сницы и рамы бороны МТА в статичном состоянии (корректор сцепного веса не подключен)
Уравнение равновесия для сницы При ^М± = 0 — Сс(1 — с) + Усх1 = 0, (1)
(2)
При £МС = 0 — Nхl + GсхС = 0, При решении получаем
_ Сс(1-с)
° I '
_. Сс х С
N = -с—
(3)
. (4)
Рассматриваем составную конструкцию - борона и составляем уравнение равновесия относительно вертикальных реакций Уп и Уз, Ус
При решении уравнений получаем
у3 =
сб(/ — а) — усха _ сс ха(г)
ь
(г)-
ь
С^-й)
л и
— х- х
У =
1п
ь и ь Сб(Ь+й-/)+Ус(Ь+й)
СбФ+й-г) ь
(7) +
1-е
+
ссх—ф+а)
Или
(8)
(9)
= Сб(^Г-) + Сс(1—$х(1+±) (10)
У„ = йх
При £М2 =0 Усхй — вб(/ — й) + +У3х Ь = 0,
При £М3 = 0 Усх(Ь + й) — УпхЬ + +Сб(р + й—П = 0,
(5)
(6)
Составим уравнение равновесия для сницы и рамы бороны при выдвижении штока гидроцилиндра корректора сцепного веса в рабочих режимах корректора - режиме нагрузки энергетического средства-разгрузки бороны (рис.5).
ь
ь
Рис. 5. Расчетная схема к уравнению равновесия сницы и рамы бороны МТА (корректор сцепного веса в режиме нагрузки энергетического средства-разгрузки бороны):
Р - передаваемая нагрузка, Н., а — угол приложения нагрузки, углы равны по признаку прилежащих углов, условия реакции:^' — реакция сницы в точке С, N - реакция в сцепном устройстве трактора, У-1 - реакция передней части (секции) бороны в точке её крепления 2, Уэ! — реакция задней части (секции) бороны в точке её крепления 3, Хс ,Хз-горизонтальные реакции.
Уравнение равновесия для сницы При XМ1 = 0 - Gc(l - с) - Psina(l - а) +
+Yrxl = 0,
(11)
При ХМс = 0 -Nxl + Psinaxa +
+Gc хс = 0, (12)
При решении получаем
V _ Gc(l-c)+P sina(l-a) _ Gc(l-c) Yc = ' = ' +
+
P sin a(l-a) I '
Gcxc+Psinaxa Gcc Psinaxa
N' — —-— — +--
(13) . (14)
Модель детерминированного факторного анализа для Ы' принимает вид (рис.6)
№(а;Р) = 0,0064аР + 0,0021а + 0,1238Р + 0,0401
Рис. 6. Модель детерминированного факторного анализа для в режиме нагрузки энергетического средства-разгрузки бороны
Уравнение равновесия для рамы бороны
При %М2 = 0 - Р cosa х h - Psina х d + Y'с х d - G6(f — d) + Y'3 х b = 0, (15)
При XM3 = 0 - P cos a х h - P sina (b + d) + Y'c x(b + d)-Y'nxb +
+G6(b + d-f) = 0, (16)
При решении получаем
V' _ G6(f-d)-Y'cxd+P cos axh+P sin axd
Y 3 - b . (17)
, G6(l+d-f)+Y'c(l+d)-Pcosaxh-Psin(l+d) , ч Y n —--' (18)
Или
(f - d) - Gc х d (t-) - Psina х d (■-) + P cosa х h + P sina х d
— G6
G6(f - d) d /1-е
b
d /I - a \ h
-GcA—)-PsinaÁ—-1)+Pcosa-b —
(zV-GMt^ + Psmalffl+Pcosah
b c b\ l ) b\<l) b
(19)
P sin a х (—) - P cos a
G< (~rL) + Gc (—) х \~Г) + sin a (—) х
h _ . b+d • aх — P sin-
b b
<CT-1)~ d) (1-1)-
1) - P cos a х ■
h — GÁ^ + GÁ
b
+ G (1 +
Psinaa("+d)-Pcosa^. (20)
Модель детерминированного факторного анализа для Y'3 (рис.7).
Y3'(a,P) = e-°'0001a(l,672P + 43,67)
Для Y' n (рис.8).
Yn '(a;P)=-°,°°°13a 2P + 0,0024a 2 + + 0,019aP - 0,355a - 7,7688P +143,923
Y'
Рис. 7. Модель детерминированного факторного анализа для У3 в режиме нагрузки энергетического средства-разгрузки бороны
Рис. 8. Модель детерминированного факторного анализа для У'п в режиме нагрузки энергетического средства-разгрузки бороны
Анализируя полученные зависимости (4, 7, 8, 14, 19, 20), можно сделать вывод, что при выдвижении штока гидроцилиндра корректора (режим нагрузки энергетического средства-разгрузки бороны) энергетическое средство нагружается (уравнения 4,14) на величину Р sin a у, задние секции бороны загружаются (уравнения 7, 19) на
, . da ^ h^
величину (sin б -j-^+cos б -), а передние секции бороны разгружаются (уравнения 8,20) на величину Р (sin б у (l + y)+cos б h).
Составим уравнение равновесия при за-движении штока гидроцилиндра корректора сцепного веса в режиме разгрузки энергетического средства-нагрузки бороны (рис.9).
Условия реакции поверхности: У^1 — реакция сницы в точке С, N11 — реакция в сцепном устройстве трактора, У-П - реакция передней части (секции) бороны в точке её крепления 2, Yj!1 — реакция задней части (секции) бороны в точке её крепления 3, Хс ,Хз -горизонтальные реакции.
Уравнение равновесия для сницы
При ^М± = 0 — Gс(l — c)—Psinб(l — a)+
+Y"cl = 0, (21)
При £Мс = 0 — N'' х I — Р s\u6 х а+
+Gcxc = 0, (22)
Рис. 9. Расчетная схема к уравнению равновесия сницы и рамы бороны МТА (корректор сцепного веса в режиме разгрузки энергетического средства-нагрузки бороны)
При решении уравнения получаем
, ^ , ^ Я' =^ — Рзтб^. (24)
У с =---= Модель детерминированного фактор-
I Л 7/ '
_ всЦ-с) ного анализа для п принимает вид
= 1 1 ' ( ) (рис.10)
N'(0,; Р) = -0,00004а 2Р + 0,00001а 2 + + 0,012аР - 0,0038а - 0,1138Р + 0,035
Уравнение равновесия для рамы бороны принимает вид
При %М2 = 0 — Р соб6 х И — Р б1п6 х й + У"с х
<1 — Сб(/ — й) + У"3 х Ь = О.
(25)
При ^М3 = 0 Р б1п6(Ь + ^ + Р соб6 х И + У"с х(Ь + й) — У"п хЪ +
+Сб(Ь + й—0 = 0. (26)
Рис. 10. Модель детерминированного факторного анализа для Ы''в режиме разгрузки энергетического средства-нагрузки бороны
Тогда при решении получаем
Г'з =
Сб(/-й)-У"схй-Р cos бхк-Р эт бхй
■(27)
у" =
1 п =
Сб(Л+Ь-/)-У"С(й+Ъ)+Р соэ б-+Р эт(ё.+Ь)
Ь
.(28)
Или
Рз1пб——Рсозб- — Р б1п6-=С6 —
п ■ г-йа п г--
—Р Б1П б---Р СОБ б-'
Ь I ь
Р СОБб- =
ь
(29)
уп = Сб{—1Г-) + Сс(1 — 1)[1 + -)
— Р Б1П б
б^Н)
и а
+ РсОБб--Р Б1П(1 + -) =
ь ь
1а + Р3т2(1+^)(1 — 1+у) И
, о б- = + РСОБ Ь
Р Б1П б (1 + - ) - + РсОБб-.
V ъ) I ь
(30)
Модель детерминированного факторного анализа для У3 (рис. 11).
Уз"(а,Р)= е -0>0015ах
(- 0,
,2
х I- 0,002Р2 + 0,445Р + 45,619
,619)
Рис. 11. Модель детерминированного факторного анализа для У"3в режиме разгрузки энергетического средства-нагрузки бороны
Для У\ (рис.12).
Уп " (а; Р)= -0,00013а 2Р - 0,0024а2
+
+ 0,019аР + 0,355а + 7,7688Р +143,923
Рис. 12. Модель детерминированного факторного анализа для V пв режиме разгрузки энергетического средства-нагрузки бороны
ь
У
Анализ полученных зависимостей (4, 7, В общем случае проведённый математи-
8, 24, 29, 30) показывает, что при задвиже- ческий анализ позволяет сделать вывод о
нии штока гидроцилиндра корректора в ре- том, что машинно-тракторный агрегат с
жиме разгрузки энергетического средства- установленным корректором сцепного веса
нагрузки бороны разгружается сцепное позволяет перераспределить нагрузку в со-
устройство и задние ведущие колёса трак- ставе МТА, что сможет расширить функци-
т°ра (уравнение 4 и 24) на величину ональные возможности трактора класса 1,4-
р sin б -, разгружаются задние секции бо- 2 при применении его в хозяйствах сельско-
роны (уравнение 7 и 29) P(sin6-- — хозяйственного направления в ходе прове-
дения предпосевной обработки.
ъ I
cos б -) , загружаются передние секции бороны на Р (sin б(l + у)У + cos б —.
Список литературы
1. Кузнецов, Е.Е. Использование многоосных энергетических средств класса 1,4: монография / Е.Е.Кузнецов [и др]. - Благовещенск: ДальГАУ, 2013. -153 с.
2. Кузнецов, Е.Е.Расширение функциональных возможностей тракторов класса 1,4/ Е.Е.Кузнецов [и др.] // Дальневосточный аграрный вестник. - 2016.- №1(37).-С.64-70.
3. Щитов, С.В. Пути повышения агротехнической проходимости колёсных тракторов в технологии возделывания сельскохозяйственных культур Дальнего Востока: дис. д-ра техн. наук: 05.20.01. - Благовещенск, 2009.- 325 с.
4. Яблонский. А.А. Сборник задач для курсовых работ по теоретической механике. - М.: Высшая школа, 1982. - 382 с.
5. Корректор сцепного веса тяжёлой дисковой бороны /Щитов С.В, Кузнецов Е.Е.// Пат. на полезную модель №166919 Рос. Федерация заявитель и патентообладатель Дальневосточный гос. агр. университет. заявл. 24.05.2016, зарегистрирована 24.05.2016, опубл. 10.12.2016 Бюл. №34. 10 с.
Reference
1. Kuznetsov, E.E. Ispol'zovanie mnogoosnykh energeticheskikh sredstv klassa 1,4: monografiya (Use of Pluriaxial Wheeled Agricultural Machinery (tractors, self-propelled chassis, vehicles), Class 1,4: monograph), E.E. Kuznetsov [i dr], Blagoveshchensk, Dal'GAU, 2013,153 p.
2. Kuznetsov, E.E.Rasshirenie funktsional'nykh vozmozhnostei traktorov klassa 1,4 (Expansion of the Functionality of Wheeled Tractors, class 1.4 -2), E.E. Kuznetsov [i dr.], Dal'nevostochnyi agrarnyi vestnik, 2016, No 1(37), PP. 64-70.
3. Shchitov, S.V. Puti povysheniya agrotekhnicheskoi prokhodimosti kolesnykh traktorov v tekhnologii vozdelyvaniya sel'skokhozyaistvennykh kul'tur Dal'nego Vostoka (Ways of Enhancing Wheeled Tractors Flotation in the Technology of Crops Cultivation in the Far East), dis. d-ra tekhn. nauk: 05.20.01, Blagoveshchensk, 2009, 325 p.
4. Yablonskii. A.A. Sbornik zadach dlya kursovykh rabot po teoreticheskoi mekhanike (Book of Problems for Term Papers on Engineering Mechanics), M.: Vysshaya shkola, 1982, 382 p.
5. Korrektor stsepnogo vesa tyazheloi diskovoi borony (Heavy Disk-Harrow Coupling Weight Corrector), Shchitov S.V, Kuznetsov E.E., pat. na poleznuyu model' No 166919 Ros. Federatsiya zayavitel' i patentoobladatel' Dal'nevostochnyi gos. agr. universitet. zayavl. 24.05.2016, zaregistrirovana 24.05.2016, opubl. 10.12.2016 Byul. No 34, 10 p.
