CC BY
70
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов СЗНИИМЭСХ. 1999. Вып. 70.
УДК 629.11.014.5:057 Е.А. МАКСИМОВ
ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ БУКСОВАНИЯ ДВИЖИТЕЛЕЙ ТРАКТОРА
Рассмотрены причины увеличения буксования колесного трактора и предпосылки автоматизации учета и ограничения буксования движителей путем подачи дискретных команд на исполнительное устройство изменения ширины захвата рабочей машины. Использование автоматического устройства ограничения буксования может сократить вредное воздействие движителей на почву и уменьшить расход топлива.
Длительное время в мировом тракторостроении сохраняется тенденция к повышению единичной мощности тракторной техники. Этот процесс сопровождается возросшими требованиями к универсализации мощных тракторов для расширения сферы их использования. При этом ставится задача снижения массы машины или сохранения ее на достигнутом уровне, т.е. увеличивается энергонасыщенность трактора.
Реализация мощности, помимо отбора ее для привода сельхозмашин с активными рабочими органами, может осуществляться путем повышения скорости движения тракторного агрегата или увеличения ширины захвата сельхозмашины или одновременного использования этих двух способов.
Все проводимые мероприятия подчинены задаче увеличения производительности МТА и, в конечном итоге, повышению экономического эффекта от использования сельскохозяйственной техники, в том числе за счет снижения энергоемкости машины.
Между тем, при создании новых машин, несмотря на имеющиеся исследования в этой области, все еще используются квазистатические методы расчета. Для реализации широких возможностей новой техники нет единой методологической основы и далеко не всегда можно получить оптимальные результаты. Оптимальные значения и пути использования мощности определяются не на стадии раннего проектирования энергетического средства, а, как правило, по
22
Раздел 1. Растениеводство.
результатам приемочных испытаний. Определение номенклатуры сельхозмашин в большей мере основывается на требовании выполнения операций возделывания той или иной сельскохозяйственной культуры, исходя из назначения трактора, а не из глубокого анализа их агрегатирования. Такой подход приводит к включению в комплекс машин, не позволяющих использовать потенциальные возможности энергетического средства, со всеми вытекающими негативными последствиями по производительности МТА и расходу топлива на единицу площади [1].
При эксплуатации МТА важными технико-экономическими показателями являются тяговый КПД и буксование трактора, которые зависят как от его параметров, так и от внешних условий работы [2].
Проведенные исследования [2,4] свидетельствуют о том, что максимум тягового КПД обеспечивается при крюковых нагрузках, близких к той, которая вызывает сдвиг "почвенного кирпича" в пятне контакта, т.е. буксование резко возрастает. Поэтому выбор эксплуатационного усилия на крюке нецелесообразно проводить по максимуму производительности МТА, т.к. буксование трактора в некоторых случаях при этом возрастает до 22-30% и движители трактора будут интенсивно истирать почву.
Уменьшение буксования тракторов с колесной формулой 4х2 в весенний и осенний периоды представляет собой проблему народнохозяйственного значения в связи с отрицательным влиянием буксования одновременно на расход топлива, производительность, эффективность использования колесных тракторов, урожайность, износ шин, экологию почвы и себестоимость сельскохозяйственной продукции. Поэтому поиск кардинальных путей борьбы с буксованием, особенно тракторов с колесной формулой 4х2, представляет особый интерес. Буксование особенно возрастает на вспашке в связи с неравномерностью тягового сопротивления.
Одним из широко применяемых методов уменьшения буксования является навешивание дополнительных грузов на диски колес [3]. Однако этот метод не является оптимальным по следующей причине. При движении поперек склона груз на верхних по склону колесах уменьшает буксование, а на нижних колесах - увеличивает, т.к. центр тяжести смещается в сторону нижних колес, что еще больше
23
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов СЗНИИМЭСХ. 1999. Вып. 70.
перераспределяет массу трактора и увеличивает буксование верхнего ведущего колеса, ухудшает управляемость и устойчивость хода.
Применение устройства, основанного на отталкивании от грунта [3], не оправдывает себя по причине громоздкости, сложности настройки, малой надежности и большой жесткости работы. Известные способы силового, позиционного и смешанного регулирования загрузки трактора тоже не обеспечивают буксование в заданных пределах.
Поэтому встает вопрос о создании более компактного и надежного устройства для ограничения буксования. Решить эту проблему может автоматическое устройство, обеспечивающее буксование движителей в заданных пределах путем подачи дискретных команд на исполнительное устройство изменения ширины захвата орудия. Выбор оптимального режима работы МТА на данном участке осуществляется по результатам обработки информации, полученной при прохождении предшествующих участков.
Выбор режимов работы также будет включать определение необходимых информационных признаков и указание оптимальных законов управления. В свою очередь, определение необходимых информационных признаков включает и оценку возможности создания соответствующего измерительного устройства с учетом требований точности, надежности и экономичности.
Современные представления о возможностях автоматизации контроля и управления МТА на базе электронных устройств, способных к приему и обработке больших объемов информации, заставляют изучать целесообразность использования в этих целях любых параметров, поддающихся надежному и точному измерению. Критерием здесь может служить только экономическая целесообразность в виде роста производительности, снижения расхода топлива, повышения фактической урожайности. Исходя из этого и рассматриваются возможность и целесообразность учета буксования при выборе режимов работы автоматизированного МТА и соответственно устройств, обеспечивающих измерение фактической скорости и расчет текущих значений величины буксования.
24
Раздел 1. Растениеводство.
Эффективность использования информации о действительной скорости или буксовании МТА при выборе тягово-скоростных режимов не столь очевидна и требует подробного рассмотрения.
Учитывая буксование при выборе загрузки трактора по среднему значению тягового усилия при агрегатировании, следует опираться на то, что максимальному значению тяговой мощности соответствуют в данных условиях почвенного фона вполне определенные значения тягового усилия и буксования. Анализ данных [5] показал, что колесных тракторов классов 0,6-1,4 эти значения буксования для основных фонов лежат в пределах от 8 до 21%, для шарнирно-сочлененных колесных тракторов классов 3 и 5 - в пределах от 4,5 до 10%, для гусеничных тракторов классов 2-6 - в пределах от 1,3 до 6,6%. Для каждой конкретной марки трактора эти пределы еще уже. Поэтому по измеряемой величине буксования можно судить, насколько и в какую сторону загрузка по среднему значению тягового усилия отклоняется от оптимальной, соответствующей максимальным тяговой мощности и производительности.
Однако эффективное использование этой информации не так просто. Возможности выбора орудия при агрегатировании по тяговому усилию в заданных агротехническими требованиями условиях качества (например, по глубине вспашки) и в рамках действующей Системы машин и реального парка весьма ограничены. Некоторое исключение составляют пахотные агрегаты в связи с возможностью уменьшения или увеличения числа корпусов, но здесь изменение тягового усилия будет ступенчатым, что не всегда позволит получить удовлетворительный результат.
Гораздо большие возможности имеют орудия с переменной и бесступенчато регулируемой шириной захвата, производство которых и использование в сельском хозяйстве вполне реально. Однако с точки зрения комплексной автоматизации контроля и управления МТА использование орудий переменной ширины захвата потребует обязательного наличия достаточно точных и надежных средств ее измерения и управляющих устройств.
Таким образом, учет буксования для выбора загрузочного режима автоматизированного или обычного МТА по среднему значению тягового усилия потенциально мог бы обеспечить лучшее ис-
25
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов СЗНИИМЭСХ. 1999. Вып. 70.
пользование тяговой мощности и повышение производительности МТА. Однако реализация этой возможности требует регулирования орудий по ширине захвата, а также связана с необходимостью знания энергетически оптимальной и экологически допустимой величины буксования в данных конкретных условиях.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ксеневич И.П. Зависимость тягового КПД трактора от величины энергонасыщенности и производительных затрат мощности. // Тракторы и сельхозмашины. - 1986. - N4. - С. 12-14.
2. Сураев Н.Г. Исследование тягового КПД и буксования трактора. // Тракторы и сельхозмашины. - 1991. - N4. - С. 18-20.
3. Погосбеков М.И. Вопрос уменьшения буксования тракторов с колесной формулой 4х2. // Сб. науч. трудов Кубанского СХИ -1987. - Вып. 272. - С. 77-86.
4. Кузнецов Н.Г. Вопросы теории тягового баланса колесных тракторов при работе на тяжелых почвах в условиях Нижнего Поволжья. -Дисс. ... докт. техн. наук. -Волгоград, 1973.
5. Шпилевский Г.Б. Об учете буксования при выборе режимов работы автоматизированного МТА. // Тракторы и сельхозмашины. -1985. - N7. -С.14-15.
Получено 12.05.99
26
