CC BY
34
Научное обеспечение АПК. Механизация и электрификация АПК
ния дв игат еля в нутр еннего crop ания Патент Российской Федерации №2163298 2001г. В.С. Харченко. - М.: Изд-во 5.
6. Харченко, В.С. Конусный полый золотниковый механизм газораспределения двигателя внутреннего сгорания. Па-
тент Российской Федерации №2189458. 2002г. В.С. Харченко. - М.: Изд-во ФИПС. 2002.-8с.
УДК 631.35:629.03.001.5
Канделя М.В., к.т.н., доцент, БФ ДальГАУ; Рябченко В.Н., к.тн., профессор, ДальГАУ ПОВЫШЕНИЕ ТЕХНИКО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КАЧЕСТВ ГУСЕНИЧНОГО ДВИЖИТЕЛЯ МОБИЛЬНЫХ УБОРОЧНО-ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН
В статье рассмотрены цели и задачи применения мобильных уборочнотранспортных машин высокой проходимости. Потребность в таких машинах имеет место во многих отраслях народного хозяйства, особенно в регионах Дальнего Востока.
Мобильные уборочно-транспортные машины на гусеничных ходовых системах находят широкое применение на Дальнем Востоке во многих отраслях народного хозяйства. Прежде всего - это сельскохозяйственное производство и особенно уборка риса, сои и других культур в специфических условиях переув-лажнения почв. Разведка и освоение полезных ископаемых и заготовка сырьевых ресурсов в условиях бездорожья. Обеспечение сезонной доставки оленеводов в дистанционные стойбища, рабочих на вахтовые прииски и создание бытовых условий на передвижных бытовых моду -лях. Кроме того - это строительство новых транспортных артерий при освоении природных богатств, в том числе прокладка газо- и нефтепроводов.
Дальний Восток в XXI веке является довольно привлекательным регионом России, где требуется использование в больших масштабах машин высокой проходимости. Мировой и отечественный опыт позволяет создавать большой парк транспортных средств для обеспечения проходимости мобильных машин. Однако и на Дальнем востоке России имеется необходимая база и все условия для оснащения гусеничными ходовыми системами комплекса мобильных машин, удовлетворяющих агротехнической, эко-
логической и экстремальной проходимости. Бывший завод «Дальсельмаш» - ныне ОАО «Биробиджанский комбайновый завод «Дальсельмаш»,в творческом сотрудничестве с ДальГАУ и ДальНИП-ТИМЭСХ, имеют многолетний опыт в разработке и использовании машин высокой проходимости в сложных условиях сельскохозяйственных работ и для обеспечения технологических процессов в у словиях бездор ожья.
На Дальнем Востоке зерновые куль -туры убираются, как правило, в период частого переувлажнения почвы. Обу слов -лено это климатическими условиями региона. Переувлажнению подвергается до 95% всех пахотных площадей. Данный фактор усугубляется тем, что почвы региона по механическому составу, в основном, относятся к тяжелым суглинкам с плотным подстилающим слоем на глу-бине 16...25 см. Вэтихусловияхтехнико-экономические показатели уборочных работ, а зачастую и сама возможность убор -ки, зависят от проходимости уборочнотранспортных машин. Для обеспечения уборки урожая в таких экстремальных условиях и был создан гусеничный ходовой аппарат, а с 1958 года на заводе «Дальсельмаш» было налажено произ-в одств о у бор очно-тр анспор тных маш ин на базе гусеничной ходовой системы.
72
Научное обеспечение АПК. Механизация и электрификация АПК
Практика первых лет эксплуатации комбайна на гусеничном ходу позволила резко улучшить технико-экономические показатели уборочных работ, по сравнению с прицепными колесными комбайнами. Так, прямые издержки снизились в
3,9...11,3 раза, металлоемкость на гектар сезонной производительности уменьшилась в 1,4...2,0 раза, производительность труда увеличилась в 9,2...12,7 раза.
В настоящее время самоходные комбайны выпускаются как в гусеничной, так и в колесной модификациях. Несмотря на существенные недостатки металлогусеничного движителя (большой вес, сложность конструкции, малый срок службы и т.п.), рисозернсубсрочный комбайн гусеничной модификации обладает высокой проходимостью и в тяжелых почвенных условиях является единственной машиной, способной выполнять технологический процесс. Бытовые передвижные модули хорошо зарекомендовали себя в условиях Севера и Заполярья Дальнего Востока.
Уже более 40 лет как выпускаются и модернизируются гусеничные ходовые системы для специфических условий Дальнего Востока. Более чем в 2 раза увеличился объем бункера рисозерноуборочного комбайна (от 1,8 до 4,5 м), растет его конструктивная и эксплутационная масса. Ходовая часть рисозерноуборочного комбайна «Енисей-1200Р» представля -ет собой гусеничную тележку, которая является базой для гусеничного сило со -уборочного комбайна «Амур-680» и дру-гих опытных и экспериментальных образ цов у бор очных и тр анс пор тных маш ин высокой проходимости. Удачная кинематическая схема и конструкция, разработанная на основе тракторного и танкостроения , практически не претерпела пр инци пиаль ны х из ме нен ий.
На сегодняшний день есть реальная возможность существенно улучшить тех-нико - эксплуатационные качества региональных гусеничных машин, повысить их надежность, проходимость и экосовместимость [1]. Это очень важная народнохозяйственная задача, так как по крите-
рию максимально допустимого давления на почву [2] ни одно серийное энергетическое средство не отвечает требованиям экологически безопасного воздействия на почву. Жесткий контакт с дорогой порождает проблему улучшения эргономики (условий труда) и асфальтоходности.
Исследования гусеничного движителя в условиях Дальнего Востока показы -вают, что металлические гусеницы оказывают вредное воздействие на почву: разрушают структуру, уплотняют плодородный слой, нарушают агрофизические процессы и экологию. Воздействие ходовых аппаратов на почву является одним из факторов, приводящих к потере пло-дородия почвы. Особенно отрицательное воздействие ходовых систем на почву проявляется в зонах, подверженных переувлажнению. Сегодня вопросы охраны окружающей среды и в том числе сохранения плодородия почвы приобретают важное народнохозяйственное значение. Из анализа исследований можно сделать вывод, что потенциальные ресурсы существующего серийного металлогусеничного движителя ограничены как в отношении улучшения эксплуатационных качеств , так и экологического соответствия. Поэтому разработки, направленные на сов ер шенств ов ание гу сенич ной ходов ой системы и устранение вышеперечисленных недостатков, являются особенно актуальными.
Перспективным направлением сов ер шенств ов ания гу сенично й ходов ой системы является использование резиноармированных гусениц [3], получивших
широкое распространение в конструкциях гусеничных машин за рубежом. В настоящее время крупнейшие тракторные и комбайновые фирмы: Джон Дир, Катер -пиллер, Клаас, Кейс, Нью-Холланд и дру -гие ведут опытные разработки и серийный выпуск тракторов и комбайнов на резиноармированных гусеницах, что позволяет в сравнении с традиционной для западных стран колесной техникой снизить вредное воздействие на почву и улучшить тягово-сцепные свойства ма-
73
Научное обеспечение АПК. Механизация и электрификация АПК
шин. Для России, и в частности для Дальнего Востока, использование резиноармированных гусениц имеет особое значение, так как отечественная промышленность в течение многих лет выпускает тракторы и комбайны на металлических гу сеницах.
Поисковые исследования уборочнотранспортных машин высокой проходимости на резиноармированных гусеницах конструкции и производства японской фирмы «Бриджстоун» («Bridgestone») [3,4] выявили их значительные преиму-щества перед металлогусеничным движителем, особенно в плане их экологического соответствия и повышения надежности гусеничной ходовой системы и всей машины в целом. По результатам исследований ресурс до предельного со -стояния резиноармированных гусениц в сравнении с серийными возрос в 4,5 раза (20000 км у резиноармированной гусеницы, 4500 км у металлической). Только по-
сле пробега 20000 км наблюдались трещины и изломы на беговых дорожках резиноармированных гусениц в местах раз -мещения металлических закладных элементов . Наработка на отказ по раме молотилки увеличилась в 3...4,7 раза (для отказов 1 - 3 групп сложности).
Установка резиноармированной гусеницы на серийную ходовую систему приводит к снижению максимального давления и уплотняющего воздействия на поч-ву (рис. 1). Несмотря на увеличение массы, коэффициент неравномерности распределения давления движителя с резиноармированной гусеницей в 1,72...2,02 раза ниже, чем серийного. При этом улучшается эргономика машин, обеспечивается асфальтоходность и снижается техногенное воздействие на почву до экологически безопасного уровня.
Рис.1. Линия влияния напряжения на глубине 20 см под комбайнами с разными ходовыми системами:
1 - гусеничная тележка серийная; 2 - тележка с РАГ на торсионной подвеске опорных катков; 3 - тележка с РАГ на серийной подвеске
Полученные результаты (рис.1) доказывают перспективность и необходимость постановки серийных ходовых тележек на резино армированные гусеницы. Однако разработка и исследование рисозерноуборочного комбайна «СЗК-1200 РАГ» , комплекса дру гих машин на баз е универсального энергетического средства^], показало, что серийный гусенич-
ный ход требует конструктивных изменений не только путем замены металлогу -сеничных лент, ной в ряде других узлов и агрегатов движителя.
Это вызвано тем, что с ростом массы комбайнов возросла мощность, необходимая для передвижения машины. Кру -тящий момент, передаваемый фрикционами, стал недостаточным, участились случаи выхода их из строя. Таким обра-
74
Научное обеспечение АПК. Механизация и электрификация АПК
зом, снизилась надежность ведущего моста. Вместе с тем фрикционы в серийном мосту расположены таким образом, что замена их является очень трудоемкой операцией. Необходимо разъединить гу-сеничную ленту, снять бортовой редуктор и лишь, потом снять фрикцион. Это обстоятельство значительно снижает ремонтопригодность ведущего моста и тележки в целом. Кроме того, выпускаемый в настоящее время ведущий мост практически не унифицирован с мостами колесных машин, серийность которых неизмеримо выше машин гусеничных.
Разработка нового ведущего моста решает эти актуальные проблемы. Результаты эксплуатации гусеничных тележек выявили и другие недостатки, в числе которых - недостаточный крутящий момент серийного моста для передвижения комбайнов с увеличенным эксплуатационным весом в экстремальных услови-
ях. Перспектива перехода на применение р ез иноар мир ов анных гу сени ц, в место ныне применяемых металлических гусениц, также обязывает заниматься новой конструкцией ведущего моста с целью увеличения пропускного крутящего момента. В связи с отмеченными недостатками в новой гусеничной тележке предложено существенно изменить конструк-цию самого важного звена - ведущего моста.
Разработанный ведущий мост (рис.2) состоит из коробки диапазонов 7, борто-выхредуктсров 1 и 5, балки 4 и бортовых фрикционов 3 и 6. Крутящий момент на коробку диапазонов передается от гидромотора 12. Передача вращения от коробки диапазонов на бортовые фрикционы и бортовые редукторы осуществляется через полуоси 8 и 9, которые соединены с валами бортовых фрикционов при помощи втулок и муфт.
Рис. 2 Мост ведущий
1 - редуктор бортовой левый; 2 - барабан со ступицей; 3 - фрикцион бортовой левый;
4 - балка моста ведущего; 5 - редуктор бортовой правый; 6 - фрикцион бортовой правый; 7 - коробка диапазонов; 8; 9 - полуоси; 10 - втулка соединительная;
11 - звездочка ведущая; 12 - гидромотор.
Коробка диапазонов закреплена на балке моста 4, состоит из разъемного корпуса, первичного и промежуточных валов, установленных на подшипниках. Подвижные шестерни, расположенные на валах, обеспечивают включение одного из трех диапазонов для движения перед -ним или задним ходом. Коробка диапазонов оснащена механизмом переключения диапазонов и системой блокировки запуска двигателя. Для определения скорости движения на коробке установлен пер -
вичный преобразователь (датчик) элек-тр онного у казателя.
Бортовые редукторы закреплены на фланцах балки моста и предназначены для увеличения крутящего момента, передаваемого на ведущие звездочки. Каждый из редукторов состоит из корпуса, ведущего вала - шестерни, зубчатого колеса, водила с шестернями-сателлитами, коронной шестерни и оси ведущей звез-дочки.
75
Научное обеспечение АПК. Механизация и электрификация АПК
Технические данные унифицированного ведущего моста:
Тип привода объемная гидропередача ГСТ-90 илиГСТ -112.
Коробка диапазонов двухходовая, трехдиапазонная, трехвальная.
Передаточные отношения коробки диапазонов: на I диапазоне 7,93;на II- 2,90; на III - 1,23.
Бортовые редукторы планетар но-цил индр иче ские, дву хсту пенчаты е с передаточным числом 19,7.
Бортовые фрикционы многодисковые фрикционные муфты.
Тормоза рабочие и стояночные ленточные с гидроприводом.
Бортовые фрикционы закреплены на бортовых редукторах, имеют раздель-ный привод, передают крутящий момент на ведущие валы-шестерни и осуществ-ляют поворот гусеничного хода. Пакет каждого фрикциона состоит из одинна-
дцати ведущих и десяти ведомых дисков, выполненных из спеченного фрикционного материала (металлокерамики) повышенной долговечности. Кинематическая схема разработанного привода изо -бражена на рис. 3.
Рис. 3. Кинематическая схема унифицированного привода гусеничной тележки: 1 - объемная гидропередача; 2 - коробка диапазонов; 3 - редуктор бортовой;
4 - звездочка ведущая; 5 - бортовой фрикцион
В новой конструкции ведущего моста повышается надежность за счет установки фрикциона в другой ступени кинематической схемы моста (рис.3), где фрикцион может передавать более чем в три раза больший крутящий момент. Кроме этого фрикцион может быть заменен без снятия бортового редуктора, что значительно повышает ремонтопригод-ность гусеничной тележки. Высокая унификация моста очевидна, так как при из -готовлении используется большая часть
деталей бортовых редукторов и коробки диапазонов колесных комбайнов.
ОАО Биробиджанский комбайновый завод «Дальсельмаш» совместно сучеными ДальГАУ и ДальНИПТИМЭСХ разработана конструкция гусеничного движителя нового поколения (рис. 4), которая обеспечит надежную работу у бср очно -транспортных машин, серийно выпускаемых для дальневосточного региона и вновь разрабатываемых на основе резиноармированных гусениц.[5].
76
Научное обеспечение АПК. Механизация и электрификация АПК
Рис. 4. Универсальное энергетическое средство на р езиноар мир ованных гу сеницах
Ходовые системы с р езиноар мир о -ванными гусеницами на базе УЭС-РГ могут быть использованы для навески технологического оборудования всех видов комбайнов, дорожно-строительной техники, машин для геологоразведки, работающих в труднопроходимых болотистых местах, машин для укладки газо- и нефтетрубопроводов и бытовых передвижных модулей.
По результатам испытаний, кроме /8 мече иных преимуществ, гусеничные ходовые системы с РАГ позволяют обеспечить :
1) повышение физической и экологической проходимости на почвах с низкой несущей способностью;
2) сохранение дороги обеспечение асф ал ьтоходност и;
3) снижение максимального дав -
ления и уплотняющего воздействия на почву в 2,5 раза по сравнению с металлической гусеницей, (U = 13,1кН / м) что
ниже безопасного предела для почв (U = 75кН / м);
4) уменьшение вибронагруженно-сти и шума, что обеспечивает увеличение срока службы узлов ходовой системы и агрегатов машины, улучшает условия труда механизатора;
5) снижение трудоемкости технического обслуживания ходовой системы и обеспечение ресурса ходовых систем для
мобильных машин не менее 12 лет.
Теоретическое обоснование действительных нагрузок [6] показало, что резиноармированные гусеницы позволяют существенно снизить нормальную нагрузку на опорную поверхность почвы за счет снижения дополнительной вертикальной нагрузки вследствие колебаний остова комбайна.
Действительная нормальная нагруз-ка на почву определяется по выражению:
Р = Рэ ± Мд • ас , (1)
где Рэ - эксплуатационный вес машины, кН;
Мд -подресоренная масса, кг; ас - у скор ение центр а масс, м/с2.
Принимая Мд = Рэ /g, получим:
Р =Р. (1 + «,/g) (2)
Эксплуатационный вес машины пропорционален эквивалентному коэф-фициенту жесткости подвески гусеничного движителя. Учитывая, что эквивалентный коэффициент жесткости гусеничной системы с РАГ Сэ примерно
равен половине коэффициента эквивалентной жесткости упругой подвески движителя, получим вертикальную нагрузку от эксплуатационного веса комбайна на металлогусеничной ходовой системе:
77
Научное обеспечение АПК. Механизация и электрификация АПК
Рмгд = Рэ (! + ас /g) ■ (3)
Для ходовой системы на резиноарми-р ованных гу сеницах
личных мобильных машинах позволяет р еализ ов ать пр инципы р есу р сосбер еже-ния и экологически допустимого воздействия на почву и повысить их экономический эффект.
РрАГ = РЭ (1 + ас /2g) ■ (4)
Из уравнений (3) и (4) следует, что при одинаковых условиях эксплуатации гусеничных машин на РАГ по сравнению с металлогусеничными ходовыми системами вертикальная нагрузка, а следовательно и нормальное давление снижается на величину:
р - р
1 МГД 1 РАГ
Р
100% =
МГД
ас /2g 1 + а / g
(5)
Результаты испытаний комбайнов [7] на серийной ходовой системе показали, что максимальные значения ускорений остова машины при движении по стерне кормовых трав достигают более 2,5 м/с2 . При этих значениях снижение давления под гусеничной ходовой системой с РАГ составляет 10,1%.
Это обстоятельство дополнительно обеспечивает преимущество гусеничных систем на РАГ при сравнительных испы-таниях [3,4,5]
ЗАО «БКЗ Дальсельмаш» имеет производственные мощности для разработки и выпуска мобильной техники высокой проходимости, в том числе и с резиноармированными гусеницами. Такая техника остро необходима для регионов Дальнего Востока и позволит решить многие народно-хозяйственные проблемы в сложных тр анспор тных у словиях.
Выводы: 1) Гусеничные ходовые системы с резиноармированными гусеницами могут быть использованы для навески технологического оборудования всех видов комбайнов, дорожно-строительной техники, машин для геологоразведки, работающих в труднопроходимых болотистых местах, машин для укладки газо- и нефтетру бопр оводов.
2) Применение ходовых систем с резиноармированными гусеницами в раз -
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ксеневич, И.П. Внедорожные тягово-транспортные системы: проблемы защиты окружающей среды /И.П. Ксеневич // Тракторы и сельхозмашины. - 1996. -№6. - С. 18 - 22.
2. Ксеневич, И.П.,. Ходовые системы
- почва - урожай. / И.П. Ксеневич, В. А. Скотников, М.Н. Ляско - М.: Агропром-издат, 1985. - 304 с.
3. Канделя, М.В. Исследование и
обоснование технического уровня различных типов гусеничных ходовых систем у бор очно-тр анспор тных маш ин.
Дисс... канд. техн. наук./ М.В. Канделя -Биробиджан, 1997. - 162 с.
4. Рябченко, В.Н. Исследование взаимодействия с почвой различных типов гусеничных движителей в схеме рисозер-ноубсрочного комбайна/ В.Н. Рябченко, А.М. Емельянов, А.В. Липкань// Проблемы механизации сельскохозяйственного производства Дальнего Востока. Благовещенск -1990. с. 57-66.
5. Емельянов, AM. Разработка движителя с резиноармированными гусеницами / А.М. Емельянов, И.В. Канделя, А.В. Липкань, В.Н. Рябченко и др. // Техника в сельском хозяйстве. - 2001. - №2.
- С. 14 - 16.
6. Рябченко, В.Н. Динамика нормальных нагрузок на почву гусеничного движителя комбайна «Енисей-1200Р» /В.Н. Рябченко// Механизация и электрификация технологических процессов в сельскохозяйственном производстве. - 2005: №11 - С. 206 - 211.
7. Создание унифицированной конструкции гусеничной ходовой системы и ведущего моста для новых рисозернсубо-рочных комбайнов. Х/д с ГСКБ г. Биробиджан, научный отчет - М.: - 1988.-88с.
78
