Научная статья на тему 'ПРОДОЛЬНАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ КОЛЁСНОГО ТРАКТОРА'

ПРОДОЛЬНАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ КОЛЁСНОГО ТРАКТОРА Текст научной статьи по специальности «Медицинские технологии»

CC BY
129
16
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПРОДОЛЬНАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ / КОЛЕСНЫЙ ТРАКТОР / ИНДЕКС ПРОДОЛЬНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ / УСТОЙЧИВОСТЬ

Аннотация научной статьи по медицинским технологиям, автор научной работы — Иовлев Григорий Александрович, Бахтерев Артем Александрович, Голдина Ирина Игоревна

Показатель продольной устойчивости трактора имеет важное значение с точки зрения безопасности осуществления производственного процесса, а также производительности машинно-тракторных и транспортных агрегатов. Для оценки продольной устойчивости введено понятие «Индекс продольной устойчивости»; произведены расчёты индекса продольной устойчивости произведём на примере тракторов Беларус 1221 и Case Maxxum 130; расчеты продольной устойчивости на примере колёсного трактора Беларус 82.1. Расчеты представлены в таблицах, по итогам исследований сделаны выводы.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по медицинским технологиям , автор научной работы — Иовлев Григорий Александрович, Бахтерев Артем Александрович, Голдина Ирина Игоревна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

LONGITUDINAL STABILITY OF THE WHEELED TRACTOR

The indicator of longitudinal stability of the tractor is important from the point of view of the safety of the production process, as well as the performance of machine-tractor and transport units. To assess the longitudinal stability, the concept of "Index of longitudinal stability" was introduced; calculations of the longitudinal stability index were made using the example of tractors Belarus 1221 and Case Maxxum 130; calculations of longitudinal stability on the example of a wheeled tractor Belarus 82.1. Calculations are presented in tables; conclusions are drawn based on the results of the research.

Текст научной работы на тему «ПРОДОЛЬНАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ КОЛЁСНОГО ТРАКТОРА»

УДК 629.1-02:631.3.07:631.372.

Г.А. Иовлев, И.И. Голдина

Уральский государственный аграрный университет

А.А. Бахтерев

Министерство агропромышленного комплекса и потребительского рынка

Свердловской области (г. Екатеринбург)

ПРОДОЛЬНАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ КОЛЁСНОГО ТРАКТОРА

Показатель продольной устойчивости трактора имеет важное значение с точки зрения безопасности осуществления производственного процесса, а также производительности машинно-тракторных и транспортных агрегатов. Для оценки продольной устойчивости введено понятие «Индекс продольной устойчивости»; произведены расчёты индекса продольной устойчивости произведём на примере тракторов Беларус 1221 и Case Maxxum 130; расчеты продольной устойчивости на примере колёсного трактора Беларус 82.1. Расчеты представлены в таблицах, по итогам исследований сделаны выводы.

Ключевые слова: продольная устойчивость, колесный трактор, индекс продольной устойчивости, устойчивость.

Григорий Александрович Иовлев - кандидат экономических наук, доцент, заведующий кафедрой «Сервис транспортных и технологических машин и оборудования в АПК». 620075, г. Екатеринбург, ул. Карла Либкнехта, 42. Е-mail: gri-iovlev@yandex.ru.

Артем Александрович Бахтерев - министр агропромышленного комплекса и потребительского рынка Свердловской области. 620026, г. Екатеринбург, ул. Розы Люксембург, 62. E-mail: minagro@egov66.ru

Ирина Игоревна Голдина - старший преподаватель Уральского государственного аграрного университета. 620075, г. Екатеринбург, ул. Карла Либкнехта, 42. Е-mail: ir.goldina@mail.ru.

LONGITUDINAL STABILITY OF THE WHEELED TRACTOR

The indicator of longitudinal stability of the tractor is important from the point of view of the safety of the production process, as well as the performance of machine-tractor and transport units. To assess the longitudinal stability, the concept of"Index of longitudinal stability" was introduced; calculations of the longitudinal stability index were made using the example of tractors Belarus 1221 and Case Maxxum 130; calculations of longitudinal stability on the example of a wheeled tractor Belarus 82.1. Calculations are presented in tables; conclusions are drawn based on the results of the research.

Key words: longitudinal stability, wheeled tractor, longitudinal stability index, stability.

Grigory Iovlev - Candidate of Economic Sciences, Associate Professor, Head of the Department "Service of transport and technological machines and equipment in the agro-industrial complex", Ural State Agrarian University. 620075, Yekaterinburg, st. Karl Liebknecht, 42. Е-mail: gri-iovlev@yandex.ru.

Artem Bakhterev - Minister of Agro-Industrial Complex and Consumer Market of the Sverdlovsk Region, 620026, Yekaterinburg, st. Karl Liebknecht, 62. E-mail: minagro@egov66.ru

Irina Goldina - Senior Lecturer, Ural State Agrarian University. 620075, Yekaterinburg, st. Karl Liebknecht, 42. E-mail: ir.goldina@mail.ru.

Для цитирования

Иовлев Г.А., Бахтерев А.А., Голдина И.И. Продольная устойчивость колёсного трактора// Аграрное образование и наука. 2022. № 3. С. 6.

При выполнении сельскохозяйственных работ по обработке почвы, при выполнении транспортных работ очень важное значение имеет продольная и поперечная устойчивость трактора. Данный показатель имеет важное значение как с точки зрения безопасности осуществления производственного процесса, так и сточки зрения производительности машинно-тракторных и транспортных агрегатов. Как было определено в предыдущих исследованиях, на продольную устойчивость трактора оказывает влияние колёсная база (во многих источниках продольная база трактора), расстояние от центра заднего моста (ЗМ) до центра тяжести (ЦТ), т.е. приложения эксплуатационной массы, расстояния от опорной поверхности до точки приложения ЦТ, эксплуатационная масса.

Для оценки продольной устойчивости введём понятие «Индекс продольной устойчивости», характеризующий колёсную базу, эксплуатационную массу и расстояние от центра заднего моста до ЦТ трактора, выраженный через формулу:

1пу = bМТе (2)

где b - колёсная база, м;

МТ - эксплуатационная масса, т;

е - расстояние от центра задней оси до центра тяжести (приложения

МТ), м.

Расчёт индекса продольной устойчивости произведём на примере тракторов Беларус 1221 и Case Maxxum 130.

Беларус 1221. 1пу = 2,76x5,3x1,035 = 15,14

Case Maxxum 130. Iny = 2,412x5,3x0,904 = 11,56

Результаты остальных расчётов представим в табл. 1.

Таблица 1 - Сравнительные результаты устойчивости тракторов Беларус и зарубежных тракторов [Иовлев 2019: 17].

Марка трактора Индекс устойчивости

Беларус 82.1. 9,01

Case Farmal 80JX 5,74

Беларус 1025 11,1

Doutz-Fahr Agrotron 105 12,37

Беларус 1221 15,14

Case Maxxum 130 11,56

Беларус 1523 17,85

Massey Fergusson 7615 19,28

Беларус 2022 23,08

Case Рита 210 22,85

Беларус 3022 39,08

Fendt Vario 930 37,54

Беларус 3522 41,51

John Deer 8345R 47,67

По представленным результатам расчётов, видно, что показатели устойчивости у трактора Беларус 82.1. значительно превышают показатели Case Farmal 80JX за счёт колёсной базы и эксплуатационной массы. Трактор Doutz-Fahr Agrotron 105 более устойчив по сравнению с Беларус 1025, Беларус 1221 по сравнению с Case Maxxum 130, Massey Fergusson 7615 по сравнению с Беларус 1523, Беларус 3022 по сравнению с Fendt Vario 930, John Deer 8345R по сравнению с Беларус 3522. Практически одинаковы показатели устойчивости у тракторов Беларус 2022 и Case Рumа 210.

Очень важное значение для устойчивости, в т.ч. и продольной, имеет расстояние от опорной поверхности до центра задней оси трактора. Приведём значения для некоторых моделей тракторов (рис. 1-4).

В табл. 2 представим основные размеры моделей тракторов Case Farmall.

Таблица 2 - Основные размеры моделей тракторов Case Farmall.

Показатели, мм Марка тракторов Case Farmall

Название Обозначение 70JX 75JX 80JX 90JX 100JX 110JX

Высота F 2583 2604 2604 2604 2631 2657

Расстояние от

верхней точки L 1891 1891 1891 1891 1891 1891

до центра ЗМ

Расстояние от

опорной поверхности F-L 692 713 713 713 740 766

до центра ЗМ

d с

- а -

- Ь -

Рисунок 2 - Основные размеры моделей тракторов Doutz-Fahr Agrotron В табл. 3 представим основные размеры моделей тракторов Doutz-Fahr Agrotron.

Таблица 3 - Основные размеры моделей тракторов Doutz-Fahr Agrotron.

Показатели, мм Марка тракторов Doutz-Fahr Agrotron

Название Обозначение 120 130 150 150,7 165,7 180,7

Высота c 2922 2922 2922 2997 2997 3127

Расстояние от

верхней точки d 2102 2102 2102 2102 2102 2202

до центра ЗМ

Расстояние от

опорной поверхности c-d 820 820 820 895 895 925

до центра ЗМ

Б

Рисунок 3 - Основные размеры моделей тракторов Case Puma

В табл. 4 представим основные размеры моделей тракторов Case Puma.

Таблица 4 - Основные размеры моделей тракторов Case Puma.

Показатели, мм Марка тракторов Case 3uma

Название Обозначение 140 155 180 210 180 CVT 225 CVT

Высота D 2985 2985 3040 3100 3040 3100

Расстояние от верхней точки до центра ЗМ C 2180 2180 2240 2240 2240 2240

Расстояние от опорной поверхности до центра ЗМ D-C 805 805 800 860 800 860

В табл. 5 представим основные размеры моделей тракторов Case Magnum.

Таблица 5 - Основные размеры моделей тракторов Case Magnum.

Показатели, мм Марка тракторов Case Magnum

Название Обозначение 260 290 315 340

Высота В 3378 3378 3378 3378

Расстояние от верхней точки до центра ЗМ Е 2488 2488 2488 2488

Расстояние от опорной поверхности до центра ЗМ В-Е 890 890 890 890

Из представленных выше характеристик тракторов и расчётов расстояния от центра заднего моста до центра тяжести, можно предварительно обозначить координаты приложения ЦТ без учёта масс, находящихся выше расстояния от опорной поверхности до центра заднего моста (ЗМ). Так для Case Farmal 80JX -828x713 мм; для Doutz-Fahr Agrotron 150 - 992x820 мм; для Case Puma 210 -1052x860 мм; для Case Magnum 260 - 1145x890 мм, для Беларус 82.1 - 919x788 мм. Для трактора Беларус 82.1 с учётом масс, находящихся выше центра заднего моста (двигатель, топливные баки, гидроусилитель рулевого управления, гидробак, силовой цилиндр и т.д.) координаты приложения ЦТ - 919x973 мм. Координаты приложения ЦТ для Беларус 82.11, рис. 5 - 930x965 мм.

1 Трактор МТЗ-82: характеристики и схемы. [Электронный ресурс] https://garden-shop.ru/traktor-belarus-82-ustrojstvo-chertezhi-i-video.html обращения 23.01.2022).

URL: (Дата

Расчёт продольной устойчивости колёсного трактора представим на примере трактора Беларус 82.1 (рис. 6).

Рисунок 6 - Устойчивость трактора Мопр - опрокидывающий момент. Муд - удерживающий момент. МТ - точка приложения эксплуатационной массы трактора (центр тяжести).

01 = Gcosa - вертикальная составляющая эксплуатационной массы трактора.

02 = Gsina - гоизонтальная составляющая эксплуатационной массы трактора. О1 - точка соприкосновения колёс переднего моста с опорной поверхностью.

О2 - точка соприкосновения колёс заднего моста с опорной поверхностью. h - расстояние от опорной поверхности до центра тяжести. а - угол подъёма.

Показателем статической продольной устойчивости является наибольший угол подъёма (а), при котором трактор будет стоять не опрокидываясь. Уравнение равновесия моментов, влияющих на устойчивость трактора можно выразить через выражение МОПР = Муд или [Кутьков 2004: 56]:

Ghsina = Gecosa (3)

е

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Из выражения (3) tga = -

где к - расстояние от опорной поверхности до центра тяжести трактора (ЦТ) (приложения МТ).

919 _

tga =--0,9445, это соответствует значению угла а равному 43°22 . По

973

данным2, угол а = 43°56'.

При движении трактора по горизонтальной поверхности будет присутствовать только вертикальная составляющая эксплуатационной массы трактора (О^, горизонтальная составляющая (02) появится при возникновении нагрузки на крюке. Величина этой нагрузки будет определять направление вектора О, чрезмерная нагрузка также будет влиять на опрокидывающий момент, поэтому очень важно учитывать тяговое сопротивление при работе на полях с неровной поверхностью, т.е. с подъёмами и уклонами.

Для сравнения продольной устойчивости зарубежных тракторов и тракторов Беларус предлагаем ввести коэффициент к, учитывающий наличие масс, находящихся выше центра заднего моста, для расчёта расстояние от опорной поверхности до центра тяжести трактора (ЦТ). За основу взять расчётные данные и данные по трактору Беларус 82.13.

2 Трактор МТЗ-82: характеристики и схемы. [Электронный ресурс] URL: https://garden-shop.ru/traktor-belarus-82-ustrojstvo-chertezhi-i-video.html (Дата обращения 23.01.2022).

3 Там же

к = ? (4)

где I - расстояние от опорной поверхности до центра ЗМ.

973

По расчётным данным к = ^^ = 1,23, по данным [Трактор МТЗ-82:

характеристики и схемы. [Электронный ресурс] (Дата обращения 23.01.2022)], 965

к = 788 = 1,22. То есть для сравнения продольной устойчивости зарубежных

тракторов и тракторов Беларус можно использовать коэффициент к = 1,22-1,23.

Расчёты предельного угла статической устойчивости произведём на примере тракторов Беларус 1523 и Massey Fergusson 7615.

Беларус 1523 [Иовлев, Несговоров, Зорков 2020: 56.]. h = к1 = 1,225x780 =

1035

955 мм. = — 1,0838, это соответствует значению угла а равному 47° 18 . Massey Fergusson 7615 [Голдина, Несговоров 2019: 120].

h = kl = 1,225x873 = 1069 мм. tga =

1080 1069

1,0103, это соответствует значению

угла а равному 45° 17'.

По представленным расчётам можно сделать вывод о том, что трактор Беларус 1523 более устойчив. Результаты расчётов по другим тракторам представим в табл. 6.

Таблица 6 - Предельные углы продольной устойчивости тракторов.

Показатели

Марка трактора Горизонтальная Вертикальная Предельный угол

составляющая ЦТ составляющая ЦТ

Беларус 82.1. 919 973 43°22'

Case Farmal 80JX 828 873 43°29'

Беларус 1025 964 1019 43°25'

Doutz-Fahr Agrotron 105 992 1029 43°57'

Беларус 1221 1035 1072 44°

Case Maxxum 130 904 1072 40°6'

Беларус 1523 1035 955 47°18'

Massey Fergusson 7615 1080 1069 45°17'

Беларус 2022 1095 1164 43°15'

Case Рита 210 1052 1053 44°58'

Беларус 3022 1129 1164 44°7'

Fendt Vario 930 1144 1200 43°38'

Беларус 3522 1125 1262 41°43'

John Deer 8345R 1155 1286 41°56'

Из рассчитанных и представленных в табл. 6 данных видно, что тракторы всех тяговых классов имеют практически одинаковые предельные углы подъёма от 40° до 47°18'. Из представленных тракторов 57% имеют предельный угол подъёма около 44°, наибольший предельный угол продольной устойчивости у трактора Беларус 1523, наименьший у Case Maxxum 130. Это говорит о том, что при расчётах, при конструировании, независимо от тягового класса, мощности двигателя подбираются такие колёсные базы, компоновка, размер шин, которые обеспечивают практически одинаковые показатели продольной устойчивости тракторов. Необходимо также отметить, что во многих исследованиях, учебниках и учебных пособиях, в т.ч. и [Кутьков 2004: 57] приводятся предельные углы продольной устойчивости в пределах 35-40°. На наш взгляд, эти данные соответствуют компоновочной схеме 4К2 и ранней классической схеме 4К4 (Т-40АМ, МТЗ-52, первым моделям МТЗ-82). При дальнейшем развитии конструкции трактора, при увеличении энергонасыщенности, мощности двигателя, массы трактора [Иовлев, Голдина 2020: 52], появлении передних ведущих мостов балочного типа, предельные углы продольной устойчивости увеличились до 43°-47°, о чём свидетельствуют наши исследования, проведённые для отечественных и зарубежных тракторов компоновочной схемы 4К4а.

Выводы. В процессе исследования с использованием предложенного индекса продольной устойчивости, определены показатели устойчивости тракторов отечественного и зарубежного производства равных по эксплуатационным свойствам (Беларус 82.1. и Case Farmal 80JX, Беларус 1025 и Doutz-Fahr Agrotron 105 и т.д.). В разных тяговых классах (разных диапазонах мощности двигателя) разные результаты по продольной устойчивости -показатели продольной устойчивости трактора Беларус 82.1. превышают показатели трактора Case Farmal 80JX; трактора Doutz-Fahr Agrotron 105

превышают показатели Беларус 1025; трактора John Deer 8345R превышают показатели Беларус 3522 и т.д.

Важное значение для продольной устойчивости, имеет расстояние от опорной поверхности до центра задней оси трактора. Из представленного анализа тракторов выявлено следующее:

- для тракторов Case Farmall расстояние от опорной поверхности до центра ЗМ от 692 мм до 766 мм;

- для Doutz-Fahr Agrotron от 820 мм до 925 мм;

- для Case Puma от 800 мм до 860 мм;

- для Case Magnum 890 мм.

Для определения и сравнения показателей продольной устойчивости необходимо учитывать наличие масс, находящихся выше центра заднего моста. С этой целью, предложен корректировочный коэффициент для определения фактического расстояния от опорной поверхности до центра тяжести трактора. Данный коэффициент рассчитан на основе данных по трактору Беларус 82.1. Из рассчитанных и представленных данных видно, что тракторы всех тяговых классов имеют практически одинаковые предельные углы подъёма от 40° до 47°18'. Это говорит о том, что при расчётах, при конструировании, независимо от тягового класса, мощности двигателя подбираются такие колёсные базы, компоновка, размер шин, которые обеспечивают практически одинаковые показатели продольной устойчивости тракторов.

Список литературы

Голдина И.И., Несговоров А.Г. Анализ и сравнение эксплуатационные свойства тракторов Беларус и тракторов ведущих зарубежных фирм// Научно-технический вестник: Технические системы в АПК. 2019. № 3 (3). С. 113-123.

Журавлёв С.Ю. Улучшение эксплуатационных свойств колёсных 4К4 сельскохозяйственных тракторов// Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2020. № 4 (84). С. 127-132.

Иовлев Г. А., Несговоров А. Г., Зорков В. С. и др. Оценка эксплуатационных свойств зарубежных сельскохозяйственных тракторов: рекомендации для студентов и аспирантов высших учебных заведений, обучающихся по механическим, технологическим и конструкторским специальностям, специалистам инженерно-технических служб эксплуатационных предприятий. Екатеринбург: издательство Уральского ГАУ, 2020.192 с.

Иовлев Г.А. Реализация эксплуатационных свойств зарубежными сельскохозяйственными тракторами// Теория и практика мировой науки. 2019. № 6. С. 16-22.

Иовлев Г.А., Голдина И.И. Зарубежные сельскохозяйственные тракторы и их эксплуатационные свойства// Вестник Ижевской государственной сельскохозяйственной академии. 2020. № 2 (62). С. 48-56.

Кутьков Г.М. Тракторы и автомобили. Теория и технологические свойства. М.: КолоСС, 2004. 504 с.

Рецензент: А. А. Садов, Уральский государственный аграрный университет, г. Екатеринбург

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.