ПОВЫШЕНИЕ ПРОХОДИМОСТИ КОЛЁСНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ПРИ НЕДОСТАТОЧНЫХ ТЯГОВО-СЦЕПНЫХ СВОЙСТВАХ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Научная статья УДК 631.372:629.114.2

Повышение проходимости колёсных энергетических средств при недостаточных тягово-сцепных свойствах

Сергей Николаевич Марков, Семён Сергеевич Ус, Николай Вениаминович Пономарев,

Алексей Иванович Гончарук, Сергей Васильевич Щитов, Евгений Евгеньевич Кузнецов

Дальневосточный государственный аграрный университет

Аннотация. Уборка урожая является завершающим этапом полевых работ, связанных с возделыванием сельскохозяйственных культур. От своевременного и качественного её проведения во многом зависит объём полученной продукции. Это особенно актуально для тех регионов, в которых уборка проходит при неблагоприятных условиях, осложняемых переувлажнением или засухой, так как увеличение сроков уборки увеличивает потери зерновой части. В условиях Амурской области уборка урожая, в частности зернобобовых культур, проходит в период, когда наблюдается выпадение большого количества осадков в виде дождя или дождя со снегом. Поверхностное переувлажнение снижает проходимость колёсных энергетических средств, задействованных на перевозке урожая с полей. Это в конечном итоге снижает эффективность использования автомобильного транспорта, увеличивая затраты, транспортные расходы и себестоимость сельскохозяйственной продукции. Для повышения эффективности использования колёсных энергетических средств на транспортных работах было разработано перспективное устройство оригинальной конструкции, позволяющее повысить их проходимость за счёт корректирования и перераспределения веса в звене «прицеп - агрегатируемое средство». В статье изложены результаты изучения повышения проходимости колёсных энергетических средств за счёт использования догружающего устройства, позволяющего улучшить их конструктивно-технологические параметры.

Ключевые слова: колёсное энергетическое средство, догружающее устройство, тягово-сцепные свойства, повышение проходимости.

Для цитирования: Повышение проходимости колёсных энергетических средств при недостаточных тягово-сцепных свойствах / Марков С.Н., Ус С.С., Пономарев Н.В. [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 4 (90). С. 160 - 164.

Original article

Increasing the patency of wheeled energy vehicles with insufficient traction and coupling properties

Sergei N. Markov, Semyon S. Us, Nikolay V. Ponomarev, Alexey I. Goncharuk,

Sergey V. Shchitov, Evgeny E. Kuznetsov

Far Eastern State Agrarian University

Abstract. Harvesting is the final stage of field work related to the cultivation of crops. The volume of products received largely depends on its timely and high-quality implementation. This is especially true for those regions where harvesting takes place under unfavorable conditions, complicated by waterlogging or drought, since an increase in the harvest time increases the loss of the grain part. In the conditions of the Amur Region, harvesting, in particular of leguminous crops, takes place during a period when there is a large amount of precipitation in the form of rain or rain and snow. Surface waterlogging reduces the permeability of wheeled energy vehicles used to transport crops from the fields. This ultimately reduces the efficiency of using road transport, increasing costs, transportation costs and the cost of agricultural products. To increase the efficiency of the use of wheeled energy vehicles in transport operations, a promising device of an original design was developed, which makes it possible to increase their permeability by adjusting and redistributing weight in the «trailer - aggregated vehicle» link. The article presents the results of studying the increase in the patency of wheeled power facilities due to the use of a loading device, which makes it possible to improve their design and technological parameters.

Keywords: wheeled power unit, additional loading device, traction and coupling properties, increased crosscountry ability.

For citation: Increasing the patency of wheeled energy vehicles with insufficient traction and coupling properties / Markov S.N., Us S.S., Ponomarev N.V. et al. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2021; 90(4): 160 - 164. (In Russ.).

Решение проблемы по вывозу и транспортировке сельскохозяйственных грузов в условиях Амурской области является актуальной проблемой при возделывании сельскохозяйственных культур [1, 2].

Анализ опубликованных работ [3 - 5] показал, что одним из перспективных способов решения обозначенной выше проблемы является повышение проходимости колёсных энергетических

средств за счёт использования догружающего устройства, способного корректировать сцепной вес в звене «прицеп - агрегатируемое средство».

Предлагаемое устройство (догружающий модуль) устанавливается на поперечной траверсе и дышле прицепа, а также задней фронтальной части рамы автомобиля и способно перераспределять часть веса, приходящегося на колёса прицепа, через гибкую тросовую силовую связь и

лебёдочное устройство на ведущие колёса транспортного средства - автомобиля в целях увеличения его проходимости, снижения буксования, повышения производительности при выполнении работ. Конструктивная схема экспериментального автопоезда представлена на рисунке 1.

В целях теоретического обоснования конструктивных и технологических параметров предлагаемого устройства [6] определим условия распределения весовой нагрузки на опоры буксирующего колёсного средства, для чего составим

уравнения равновесия, описывающие процессы перераспределения в ходовой системе автопоезда.

Материал и методы. Для упрощения расчёта и применения основных математико-методических способов теории механизмов и машин рассмотрим транспортное средство с прицепом как составную конструкцию: автомобиль + крюковый захват + дышло + прицеп.

Составим уравнения равновесия при неработающем догружающем модуле согласно схеме на рисунке 2.

Рис. 1 - Конструктивная схема экспериментального автопоезда:

1 - автомобиль; 2 - тягово-сцепное устройство, 3 - чалочный крюк; 4 - гибкая тросовая часть; 5 - дышло прицепа; 6 - прицеп

м; Вп - расстояние от опоры 3 до опоры 4, м; Ьа - расстояние от опоры 1 до центра тяжести автомобиля, м; Ьп - расстояние от опоры 3 до вертикальной проекции центра тяжести прицепа, м; аа - расстояние от опоры 2 до шарнира установки устройства М, м; ап - расстояние от опоры 3 до шарниров к крепления дышла прицепа, м; у\ - реакция поверхностив опоре 1, Н; у2 - реакция поверхности в опоре 2, Н; уз -реакция поверхностив опоре 3, Н; у4 - реакция поверхности в опоре 4, Н; Мс - силовая реакция в чалочном крюке, Н; Та - сила натяжения троса лебёдкой автомобиля, Н; Тп - сила натяжения троса прицепа, Н; hл -высота от поверхности до лебёдки, м; ha - высота от поверхности до рамы автомобиля, м; hn - высота от земли до шарнира прицепа, м; I - расстояние от шарнира прицепа к до точки силовой реакции в чалочном крюке Мс, м; ( - расстояние от шарнира прицепа к до вертикальной проекции центра тяжести дышла прицепа, м; f - расстояние от шарнира М до чалочного крюка, м; п - расстояние от шарнира прицепа к до точки установки троса прицепа, м; в - угол наклона устройства относительно рамы, град; ф - угол изгиба троса на поперечине дышла, град; а - угол наклона дышла относительно рамы прицепа, град; Кк - радиус колеса, м

Для дышла прицепа уравнение примет вид: ^Ркх = Охк = 0, (1)

(2)

^Мк(Рк) = ОЫс- /сова - б • ¿сова = 0.

Тогда из выражения (2) получаем: ~~ Юсова Сд (I - с1)

Ук гсоэа

из выражения (3) получим:

С • (¿сова вцй

~Т

^° ¿СОБОС

(3)

(4)

(5)

Для крюкового захвата (чалочного крюка) уравнение примет вид:

£ х = 0 хм = О,

Т.у = Оум-ис = о, М

Ум = МС =

для автомобиля:

2м1 = о +

+ Ум-(Ва + аа) = 0.

(6)

Т.м2 = 0

- ум • аа = 0.

Ь (7)

Уг — ё - ; » (8)

_ Оа-(Ва-Ьа)-умаа _ Сд(Вд-Ь„)-^а„ (д) -XI г. и 3 (9)

для прицепа:

_ П У к -Оп + Сп-К-

1М3 = о £М4 = о

3 " -У4-Вп = 0.

Уз • Вп - Ук(В„ + а„) -- Сп • (Вп - Ьп) = 0.

(10)

Из выражения (9) получаем:

У4 =

Сп'Ьп-Ук-Оп _ Сп'Ьп'

сДд-д)

Вп Вп

Сп-Ьп вп(1-<1)ап^

(11)

вп Вп-1

из выражения (10):

бпСбп - Ьп) + ук{Вп + о„)

Уз —'

Вп

Сп(Дп-ьп) + Сда~^(Вп + ап) Вп

_ Сп(Вп-Ьп) 6да-й)(Вп+ап)

= (12)

ви

Весом непосредственно чалочного крюка пренебрегаем.

Составим уравнения равновесия при работе догружающего модуля согласно схеме на рисунке 3.

Для дышла прицепа уравнение примет вид:

= о гп-соэф - 4 = о, (13) = 0 ^-Гпяпф + уЛ-Сд = 0, (14)

2 С^) = 0 ^ ' — ^п^Пф • ИСОБб —

(15)

(16)

(17)

— Сдсо50 • <1 = 0.

Из выражения (13) получаем:

4 = Гпсо8<р; из выражения (14):

/ Тп8Шф • ПСОвЙ + СдСОвЭ • й

с ~ гсове

врб. Гпвтф ■ п

= ~Г+ I ;

из выражения (15):

Ук = -Щ + Тп51 Пф + Сд =

вЛ Гп5Шф • п = СД + Гп5тф—а-----= (18)

= Сд(1-у) + Гп5Шф(1-у).

Рис. 3 - Схема к расчёту распределения усилий при использовании догружающего модуля

Для прицепа уравнение примет вид: ЕМ3(^) = 0 -У^Вп + Сп-Ьп + х'ь-Ъ-(19)

Уъ-Вп- Сп{Вп - Ьп) + £ М3(Л) = 0 + Тп^пср • Вп - Тпсобф ■ Ик + (20) + х'к • К-Ук^п + Оп) = О-

Из выражения (19) получим:

, СПЬ„ + 4 • К - у'к • Оп - ТпСОБф ■ Як У4 =-5-=

Вп

СпК + ГпСОБф • кп - ТпСОБф • Як --(Сд^-^+ГпЗтфС!-^))^

Вп

Gnbn Gil-dlOn^TnCosipihn-Rk)

(21)

Bn-l

Br,

пч

rnsirKp(l - j)an

B„

из выражения (20) получим:

Г Сп(Вп - Ьп) - Г^пф • Вп + 1 [+ГпС05ф • д^ - 4 • К + Ук(Вп + а,)]

Уъ-Вп =

Gn(Bn ~ bn) ~ Tnsm<p • Вп + +7'nC0S<P • Rk - Тпс0S(p ■ К + (Сд (i - т) + +rnsiiKp(l-y))(ibn + a7t)

(22)

= сп(вп - ьп) сд - й)(вп + а») Вп Вп-1

ТпС05ф(/1„ - Дй) Гп5Н1ф((1 - у) (Ъп + О - Вп)

вп вп

Для чалочного крюка уравнение примет 1.Ркх = 0Ум-Щ = 0,

1Рку = оу'м-та = о.

Из выражения (23) получаем:

,, _ дг/ _ сд<* , ^¡тр-п Ум-Нс- — + - .

х' = Т

лт 1 а-

Для автомобиля уравнение примет вид:

£ м =0 + ~У'2'Ва~

1 -хмка + Ум(Ва + аа) = О,

УМ =0 У1'ва + ГвЛ„-Св(Вв-Ьв)-2 - ХМК + Умаа = О-из выражения (27) получаем: , Gg.bg + ТаК - ХмК + ум{Ва + Ид)

У2 =-К-=

вид:

(23)

(24)

(25)

(26)

(27)

(28)

Gaba + ТаК - Tghg + ^Р) (Д. + Дд)

ß„

= (29)

ßa Ва

Из уравнения (28) получаем:

, Сд(Да - Ьд) - такп + а:т/1д -ум-аа Л =-£-=

Сд (Вд -Ьа)-ГА + Тдйд - + ад

= (30)

Taihn-h^+TnSiiKpjaa

_ Са(Ва-Ьа)-6дТаа

ва ва

Результаты исследования. Анализируя выражения (8) и (30) и выражения (7) и (29), можно сделать вывод, что после включения догружающего модуля передние опоры автомобиля разгружаются на величину (30), а задние опоры автомобиля загружаются на величину (29).

В результате проведённых исследований и математического моделирования процесса перераспределения в среде Mаthcаd был построен график влияния предложенного устройства на сцепной вес автомобиля в виде 3D-модели (рис. 4).

Рис. 4 - ЗБ-модель влияния предложенного

устройства на сцепной вес автомобиля:

Ар - расстояние крепления устройства, м; Тп - сила натяжения троса прицепа, Н; Нп - высота поднятия дышла прицепа, м

Вывод. На основании проведённых теоретических исследований установлено, что использование предлагаемого устройства позволяет повысить сцепной вес автомобиля за счёт перераспределения веса с ходовой системы прицепа и создаст условия для лучшей реализации тягово-сцепных свойств колёсного энергетического средства.

Литература

1. Алдошин Н.В., Пехутов А.С. Повышение производительности при перевозке сельскохозяйственных грузов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2012. № 4. С. 26 - 27.

2. Кузнецов Е.Е., Щитов С.В., Повышение эффективности использования мобильных энергетических средств в технологии возделывания сельскохозяйственных культур: монография. Благовещенск, 2017. 272 с.

3. Гуськов Ю.А. Совершенствование сборочно-транспортного процесса и технических средств на заготовке грубых кормов: дис. ... д-ра техн. наук. Новосибирск, 2007. 211 с.

4. Кушнарев, А.Н., Кузнецов Е.Е., Кривуца З.Ф. Совершенствование использования многозвенных тракторно-транспортных поездов // Техника и оборудование для села. 2020. № 6 (276). С. 14 - 17.

5. Методологическое обоснование выбора конструкции устройств рационального перераспределения сцепного веса / С.В. Щитов, С.А. Иванов, Е.Е. Кузнецов [и др.] // АгроЭкоИнфо. 2016. № 2 (24). 24 с.

6. Повышение продольно-поперечной устойчивости и снижение техногенного воздействия на почву колёсных мобильных энергетических средств: монография / С.В. Щитов, Е.Е. Кузнецов, Е.С. Поликутина [и др.] Благовещенск: Изд-во Дальневост. гос. аграр. ун-та, 2020. 148 с.

Сергей Николаевич Марков, аспирант. ФГБОУ ВО «Дальневосточный государственный аграрный университет». Россия, 675000, Амурская область, г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86, [email protected]

Семён Сергеевич Ус, магистрант. ФГБОУ ВО «Дальневосточный государственный аграрный университет». Россия, 675000, Амурская область, г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86, [email protected]

Николай Вениаминович Пономарев, соискатель. ФГБОУ ВО «Дальневосточный государственный аграрный университет». Россия, 675000, Амурская область, г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86, [email protected]

Алексей Иванович Гончарук, кандидат технических наук, доцент. ФГБОУ ВО «Дальневосточный государственный аграрный университет». Россия, 675000, Амурская область, г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86, [email protected]

Евгений Евгеньевич Кузнецов, доктор технических наук, доцент. ФГБОУ ВО «Дальневосточный государственный аграрный университет». Россия, 675000, Амурская область, г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86, [email protected]

Сергей Васильевич Щитов, доктор технических наук, профессор. ФГБОУ ВО «Дальневосточный государственный аграрный университет». Россия, 675000, Амурская область, г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86, [email protected]

Sergey N. Markov, postgraduate. Far Eastern State Agrarian University. 86, Polytechnic St., Blagoveshchensk, Amur region, 675000, Russia, [email protected]

Semyon S. Us, Master's degree student. Far Eastern State Agrarian University. 86, Polytechnic St., Blagoveshchensk, Amur region, 675000, Russia, [email protected]

Nikolay V. Ponomarev, research worker. Far Eastern State Agrarian University. 86, Polytechnic St., Blagoveshchensk, Amur region, 675000, Russia, [email protected]

Alexey I. Goncharuk, Candidate of Technical Sciences. Associate Professor.Far Eastern State Agrarian University. 86, Polytechnic St., Blagoveshchensk, Amur region, 675000, Russia, [email protected]

Evgeny E. Kuznetsov, Doctor of Technical Sciences, Associate Professor. Far Eastern State Agrarian University. 86, Polytechnic St., Blagoveshchensk, Amur region, 675000, Russia, [email protected]

Sergey V. Shchitov, Doctor of Technical Sciences, Professor. Far Eastern State Agrarian University. 86,

Polytechnic St., Blagoveshchensk, Amur region, 675000, Russia, [email protected]

-♦-

Научная статья УДК 532.787

Учёт присоединённой массы при расчёте частот колебаний трубчатых пружин

Сергей Петрович Пирогов12, Александр Юрьевич Чуба2

1 Тюменский индустриальный университет

2 Государственный аграрный университет Северного Зауралья

Аннотация. В статье представлены результаты изучения влияния присоединённой массы жёсткого наконечника трубчатой пружины на частоты свободных колебаний этой пружины. Приведены результаты экспериментально определённых частот свободных колебаний трубчатых пружин и значений частот, полученных в результате расчёта. Показано, что значительное влияние на частоту колебаний оказывает наличие присоединённой массы, роль которой играет жёсткий наконечник пружины. Предложено учитывать его влияние с помощью коэффициента, рассчитанного на основе экспериментальных данных. Получен график зависимости коэффициента понижения частоты в зависимости от отношения присоединённой массы наконечника к массе трубки, из которой изготовлена трубчатая пружина.

Ключевые слова: трубчатая пружина, собственная частота, колебания, присоединённая масса.

Для цитирования: Пирогов С.П., Чуба А.Ю. Учёт присоединённой массы при расчёте частот колебаний трубчатых пружин // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 4 (90). С. 164 - 167.