CC BY
34
Г' л
i ]
^ J
УДК 631.1
результаты экспериментальных исследований по определению влияния устройства для перераспределения сцепного веса на тяговые свойства и ходовую систему колёсного трактора
С.В. ЩИТОВ, доктор технических наук, профессор, проректор
Е.Е. КУЗНЕЦОВ, кандидат технических наук, доцент
Е.С. ПОЛИКУТИНА, соискатель
Дальневосточный государственный аграрный университет, ул. Политехническая, 86, Благовещенск, 675000, Российская Федерация
E-mail: [email protected]
Резюме. На тягово-сцепные свойства любого энергетического средства большое влияние оказывает сцепной вес. Это особенно важно для тракторов с колёсной формулой 4к2, где в реализации сцепных свойств участвует не весь вес трактора, а только его часть, приходящаяся на задние ведущие колеса. Поэтому в процессе эксплуатации часто возникает необходимость корректировки и стабилизации сцепного веса в ходовой системе, связанная с агротехническими условиями движения и безопасностью проведения сельскохозяйственных работ, в частности, при межполевых переездах или выполнении погрузо-разгрузочных операций с навесным орудиями. Вследствие этого основная цель исследования - повышение эффективности эксплуатации колесных тракторов с использованием устройства для перераспределения сцепного веса и оценка его влияния на тяговые свойства и ходовую систему трактора. Предлагаемое устройство - пружинно-разгрузочный механизм (ПРМ) -благодаря корректировке и стабилизации сцепного веса в ходовой системе трактора позволяет в реальных условиях эксплуатации, снизить буксование машинно-тракторного агрегата, увеличить его тяговое усилие и тяговую мощность, что и было подтверждено в ходе экспериментальных исследований, проведённых в Амурской области в период осени 2014 - весны 2015 гг. в реальных условиях эксплуата -ции. При выдвижении рабочего штока гидроцилиндра ПРМ происходит разгрузка ведущего заднего моста трактора с 21,4 кН до 20,1 кН, то есть его вес снижается на 1,3 кН и на такую же величину возрастает вес, приходящийся на передний управляемый мост. При обратном движении штока гидроцилиндра ПРМ сцепной вес трактора, приходящийся на задние ведущие колёса, возрастает с 21,4 кН до 23,0 кН, что разгружает передний управляемый мост. Следовательно, при работе ПРМ происходит перераспределение сцепного веса в ходовой системе трактора, что позволяет в конечном итоге повышать не только его тягово-сцепные свойства, но и мощностные характеристики, агротехнические скорости, продольную устойчивость и безопасность эксплуатации. Ключевые слова: сцепной вес, пружинно-разгрузочный механизм (ПРМ), колёсный трактор, ходовая система, буксование, тягово-сцепные свойства.
Для цитирования: Щитов С.В., Кузнецов Е.Е., Поликути-на Е.С. Результаты экспериментальных исследований по определению влияния устройства для перераспределения сцепного веса на тяговые свойства и ходовую систему колёсного трактора //Достижения науки и техники АПК. 2015. Т.29. №10. С. 95-98.
Основная эксплуатационная единица в сельском хозяйстве Амурской области - колёсный трактор. Степень их износа и преждевременного выбытия, в связи с увеличившимися в последние годы почти на 40% посевными площадями и, соответственно, эксплуатационной нагрузкой, также растёт, что
влечёт за собой высокие финансовые затраты на поддержание тракторного парка в работоспособном состоянии.
В создавшихся условиях экономических санкций и необходимости перехода государства к системе полной продовольственной автономности сельхозпроизводители вынуждены максимально снижать затраты и переориентировать внутрихозяйственные денежные средства на самые рентабельные направления, используя имеющийся транспорт с максимальной выгодой, добиваясь его наиболее высокой производительности и полной экономической эффективности.
В то же время использовать трактора с колесной формулой 4к2 в качестве энергетического средства в составе машинно-тракторных агрегатов (МТА) достаточно сложно вследствие их невысоких тягово-сцепных свойств, в реализации которых участвует не весь вес машины, а только его часть, приходящаяся на задние ведущие колеса [1, 2].
Поэтому в процессе эксплуатации часто возникает необходимость корректировки и стабилизации сцепного веса в ходовой системе трактора, обусловленная тягово-сцепными свойствами, агротехническими параметрами движения или безопасностью проведения сельскохозяйственных работ, в частности, при межполевых переездах или выполнении погрузо-разгрузочных операций с навесным орудиями [3].
Основная цель нашего исследования - повышение эффективности эксплуатации колёсных тракторов с использованием разработанного специалистами Дальневосточного ГАУ устройства для перераспределения сцепного веса в составе МТА - пружинно-разгрузочного механизма (ПРМ) [4], а также определение его влияния на тягово-сцепные свойства и ходовую систему трактора.
Условия, материалы и методы. Исследования проводили в реальных условиях эксплуатации в период осени 2014 - весны 2015 гг., почвенный фон (тяжелый суглинок с влажностью в среднем 26-28%) по своим
Рис. 1. Экспериментальный трактор класса 1,4 с установленным пружинно-разгрузочным механизмом (ПРМ).
характеристикам соответствовал предъявляемым требованиям к испытаниям.
В качестве загрузочного устройства использовали обычный серийный трактор класса 1,4, у которого в целях варьирования нагрузки на крюке буксирующего трактора с ПРМ в процессе испытаний изменяли передаточные числа трансмиссии и обороты двигателя. Также проводили экспериментальные исследования по определению влияния ПРМ на распределение сцепного веса в ходовой системе трактора методом передачи его части между осями и стабилизации. После обработки полученных экспериментальных данных современными методами теории вероятностей и математической статистики, с использованием программ обработки данных, была построена тяговая характеристика трактора класса 1,4 с установленным пружинно-разгрузочным механизмом, в сравнении с серийным, и составлены зависимости влияния ПРМ на ходовую систему трактора [5].
Рис. 3. Схема ПРМ при выдвижении штока гидроцилиндра со смещением точек В и С против часовой стрелки.
кой поверхности N наибольшее действие оказывает величина т. При нагрузке переднего моста она максимальна при выдвижении штока в диапазоне от 0 до 0,2 м (рис. 3).
Для более наглядного представления реакции гладкой поверхности при нагрузке переднего моста в виде зависимостей от угла наклона гидроцилиндра(а) и выдвижением штока (т) составлена комбинированная модель детерминированного факторного анализа (рис. 4):
Рис. 2. Схема ПРМ при втягивании штока гидроцилиндра в нейтральном положении точки С и В.
Результаты и обсуждение. Анализ показывает, что пружинно-разгрузочный механизм в системе колесного трактора при определенных условиях может разгружать или догружать мост ведущих колес и тем самым изменять величину касательной силы тяги. Основной рабочий орган ПРМ, распределяющий сцепной вес в ходовой системе, - гидроцилиндр, шток которого, в зависимости от направления движения, оказывая дополнительные усилия, производит работу по передаче сцепного веса (рис. 2).
В результате исследований совместного влияния выдвижения штока т и угла наклона гидроцилиндра а было установлено, что на изменение реакции глад-
Рис. 4. Реакция поверхности М[.
N'1 (т; а) = -12,5т4 + 91,66т3 - 2,875т2 - (1)
- 0,1917т + 0,0001а2 + 0,0077а - 2,1789. ( )
При втягивании штока сила давления гидроцилиндра поменяет направление, и тогда на передний мост будет действовать рессора АД. В этом случае расчетная схема изменит свой вид (рис. 5).
Рис. 5. Схема ПРМ при втягивании штока гидроцилиндра со смещением точек В и С против часовой стрелки.
В результате проведенных исследований составлена комбинированная модель (рис. 6) детерминированного факторного анализа разгрузки переднего моста в виде зависимостей от угла наклона гидроцилиндра(а) и выдвижением штока (т):
^ (т; а) = -91,667т4 + 63,333т3 - 11,583т2 -- 0,5833т + 0,6а3 + 0,0003а2 + 0,0015а - 9,7694
(2)
При работе пружинно-разгрузочного механизма в зависимости от направления действия дополни_ Достижения науки и техники АПК. 2015. Т. 29. № 10
мостов происходит догрузка другого, что позволяет в конечном итоге не только повышать тягово-сцепные свойства, но и продольную устойчивость трактора. Разница между результатами теоретических и экспериментальных исследований находится в пределах доверительного интервала, что подтверждает их достоверность.
Известно, что величина коэффициента сцепления во многом зависит от веса, приходящегося на ведущие колеса (Ук). С увеличением сцепного веса он снижается, что влечет за собой уменьшение величины буксования, а, следовательно, повышение тягово-сцепных свойств мобильного энергетического средства.
Результаты изучения влияния пружинно-разгрузочного механизма на коэффициент использования сцепного веса ф свидетельствуют, что при увеличении передаваемого сцепного веса G он снижается (рис. 8), а это, в свою очередь, ведёт к увеличению тягово-сцепных свойств трактора.
рис. 6. Реакция гладкой поверхности N|
тельного усилия, создаваемого вспомогательным гидроцилиндром, сцепной вес перераспределяется между мостами трактора (рис. 7). Так, при выдвижении штока гидроцилиндра происходит разгрузка ведущего заднего моста трактора с 21,4 кН до 20,1 кН, то есть его вес снижается на 1,3 кН, а, следовательно, вес, приходящийся на передний управляемый мост, увеличивается на 1,3 кН. Это позволяет повысить поперечную устойчивость МТА во время выполнения технологических разворотов, погрузо-разгрузочных работ и межполевых переездов.
рис. 7. Перераспределение сцепного веса по мостам трактора при работе ПРМ: - - теоретические исследования; ----экспериментальные исследования.
При обратном движении штока гидроцилиндра сцепной вес трактора, приходящийся на задние ведущие колёса, возрастает с 21,4 кН до 23,0 кН, что разгружает передний управляемый мост. Следовательно, при работе ПРМ одновременно с разгрузкой одного из
рис. 8. Влияние ПРМ на коэффициент использования сцепного веса.
Анализ полученных тяговых характеристик трактора класса 1,4 с колесной формулой 4к2 позволяет сделать вывод о том, что постановка на трактор ПРМ дает возможность улучшить его тягово-сцепные качества, что наглядно видно по изменению величины буксования.
Использование пружинно-разгрузочного механизма (ПРМ) позволило снизить величину буксования при тяговом усилии 9,17 кН с 9,04% серийного трактора, до 7,10% у энергетического средства с ПРМ. По мере роста тягового усилия буксование серийного трактора резко возросло, и при 14,11 кН оно составило 19,01%, а у энергетического средства с ПРМ - 11,02%. Если сравнить развиваемое тяговое усилие трактора при одном и том же буксовании, то можно отметить, что у трактора с пружинно-разгрузочным механизмом оно выше, чем у серийного. Так, при буксовании 10% тяговое усилие трактора с ПРМ составило 14,20 кН, а у серийного - 9,41 кН, то есть почти на 32,90% меньше.
Снижение величины буксования путем установки на трактор ПРМ позволило повысить агротехническую скорость трактора. Так, если при номинальном тяговом усилии у серийного трактора она составила на третьей
Таблица. результаты тяговых испытаний, третья передача
Тяговое усилие, Н
Показатель 9 12 14
серийный экспериментальный серийный экспериментальный серийный экспериментальный
Буксование,% Скорость движения, м/с 9.17 2.18 7,01 2,29 12,32 2,11 8,21 2,20 19,01 1,90 11,02 2,14
Тяговая мощность, кВт 19,62 20,61 25,32 26,40 26,6 29,96
передаче 1,90 м/с, то для трактора с установленным ПРМ - 2,14 м/с. На пятой передаче величины этих показателей были равны соответственно 3,01 и 3,38 м/с соответственно.
Эффективность работы любого энергетического средства оценивается его тяговой мощностью, которая напрямую зависит от развиваемого тягового усилия и рабочей скорости движения.
Анализируя полученные данные (см. табл.) можно сделать вывод, что установка на трактор ПРМ дает возможность повысить его тяговую мощность. Так, при тяговом усилии 9 кН у серийного трактора она состав-
ляла 19,62 кВТ, а у экспериментального - 20,61 кВТ, что на 5% больше. При увеличении тягового усилия до 14 кН тяговая мощность соответственно достигала 26,6 и 29,96 кВТ, а разница между ними - 9%.
выводы. На основании полученных данных можно сделать вывод о том, что установка пружинно-разгрузочного механизма в конструкции ходовой системы трактора дает возможность повысить его тягово-сцепные свойства и тяговую мощность, что повлияет на агротехническую скорость, и, соответственно, на производительность и эффективность использования.
Литература.
1. Скотников В.А. Тракторы и автомобили /под ред. ВЛ.Скотникова. М.: агропромиздат, 1985. 440 с.
2. гуськов В.В. Тракторы . Минск: Высшая школа, 1977. 384 с.
3. Щитов С.В., Кузнецов Е.Е., Худовец В.И., Щитов А.С. Использование многоосных энергетических средств класса 1,4: Монография. Даль^У-Благовещенск, 2013. 153 с.
4. Стабилизатор продольной устойчивости колесного трактора. Пат. на полезную модель №151136 Рос. Федерация/Щитов С.В, Кузнецов Е.Е, Поликутина Е.С, Кузнецова О.А. Кузнецов К.Е., заявитель и патентообладатель Дальневосточный гос. агр. университет. заявл. 22.09.2014, зарегистрировано 12.02 2015., опубл. 20.03.2014, Бюл. № 8. 9 с.
5. Ковриков И. Т. Основы научных исследований и УНИРС: учебник. 3-е изд. Оренбург: агенство «Пресса», 2011. 211 с.
results of experimental studies on determination of influence of the device FOR redistribution OF ADHESION wEIGHT ON TRACTION CHARACTERISTICS AND RuNNING
SYSTEM OF wHEELED TRACTOR
S.V. Shitov, E. E. Kuznetsov, E.S.Polikutina
Far-Eastern State Agrarian University, Politechnitcheskaya ul., 86, Blagoveshchensk, Amurskaya obl., 675000, Russian Federation Summary. Traction-adhesion characteristics of any power tool are greatly influenced by adhesion weight. This is especially important for tractors with the wheel configuration 4k2, where in the implementation of adhesion properties not entire weight of the tractor participates, but only its part, which falls on the rear drive wheels. Therefore, during the operational process it is often necessary to adjust and stabilize adhesion weight in the running system, associated with the agrotechnical conditions of movement and safety of agricultural work, in particular, during moving from field to field or loading and unloading operations with attached implements. Consequently, the main purpose of the research was to develop a device for redistribution of the adhesion weight and evaluation of its impact on the traction characteristics of the tractor and its running system. The proposed device is spring unloading mechanism (SUM). It is quickly installed and removed and has a low metal content, low cost, and it is easy in service and usage. Due to the adjustment and stabilization of adhesion weight in the running system of the tractor it enables to reduce the skid of a machine-tractor aggregate (MTA), to increase its tractive force and traction power under real operation conditions. It was confirmed in the experimental studies conducted in Amur region during the period autumn 2014 - spring 2015 under real operation conditions. With the moving-out of the working rod of hydraulic cylinder of SUM the unloading of the leading rear axle of tractor from 21.4 kN to 20.1 kN occurs, i.e., its weight reduces by 1.3 kN the weight falling on the front controlled axle grows on the same value. During the reverse movement of the working rod of hydraulic cylinder of SUM the adhesion weight of tractor, falling on the leading rear axle, increases from 21.4 kN to 23.0 kN, which unloading the front controlled axle. Consequently, during the work of SUM the redistribution of the adhesion weight in the running system of the tractor occurs, which enables to increase not only its adhesion qualities, but also power characteristics, agrotechnical speeds, longitudinal stability and safety of operations.
Keywords: adhesion weight, spring and unloading mechanism (SUM), wheel tractor, running system, slipping, traction and adhesion properties.
Author Details: S.V. Shitov, D. Sc. (Tech.), prorector; E.E. Kuznetsov, Cand. Sc. (Tech.), assoc. prof. (e-mail: [email protected]), E.S. Polikutina, applicant
For citation: Shitov S.V., Kuznetsov E.E., Polikutina E.S.Results of Experimental Studies on Determination of Influence of the Device for Redistribution of Adhesion Weight on Traction Characteristics and Running System of Wheeled Tractor. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2015. V. 29. No 10. pp. 95-98.
Г
К
вниманию соискателей ученых степеней и других заинтересованных лиц!
Редакция журнала «Достижения науки и техники АПК» издает монографии и другую книжную продукцию с редактированием и всеми выходными данными.
Цены договорные. Заявки отправлять по адресу: 101000, г Москва, Моспочтамт, а/я 166. Тел.: (495) 557-13-01, (916) 241-63-43. E-mail: [email protected]
