CC BY
3
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Научная статья УДК 631.372:629.114.2
Результаты экспериментальных исследований по стабилизации прямолинейного движения транспортных агрегатов
Александр Александрович Шуравин, Николай Вениаминович Пономарёв,
Дмитрий Владимирович Беляков, Евгений Евгеньевич Кузнецов,
Сергей Васильевич Щитов, Виталий Владимирович Петроченко
Дальневосточный государственный аграрный университет, Благовещенск, Россия
Аннотация. В Амурской области вводят в севооборот малоиспользуемые участки полей, которые были выведены из севооборота из-за сложности их логистического обеспечения. Это посевные площади, к которым подъезд затруднён по условиям сцепления движителя с поверхностью движения или связан с наличием подъёмов и спусков с достаточно высокой крутизной склона. При освоении таких участков в основном задействованы крестьянско-фермерские хозяйства, так как большие агрохолдинги, имеющие в своём наличии мощные энергетические средства, не могут обеспечить эффективное их использование ввиду небольших площадей. В связи с практическим отсутствием в хозяйствах тракторов с гусеничной ходовой системой на таких площадях в основном используются колёсные тракторы класса 1,4...2, которые имеют ограничения по эксплуатации в условиях склоновых земель. Вопрос обеспечения безопасности движения тракторно-транспортных агрегатов (ТТА) в рассматриваемых условиях всегда является основополагающим при транспортно-технологическом обеспечении таких районов, так как при ведении сельскохозяйственных работ их эффективность во многом зависит от своевременности, оперативности и качества выполнения. В статье представлены результаты экспериментальных исследований по стабилизации прямолинейного передвижения транспортных агрегатов на дорогах, имеющих значительные показатели крутизны продольного уклона поверхности движения.
Ключевые слова: тракторно-транспортный агрегат, курсовая устойчивость, стабилизация, буксирно-распределяющее устройство, эффективность.
Для цитирования: Результаты эксперементальных исследований по стабилизации прямолинейного движения транспортных агрегатов / А.А. Шуравин, Н.В. Пономарёв, Д.В. Беляков и др. // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2023. № 1 (99). С. 77 - 82.
Original article
The results of experimental studies on the stabilization of the rectilinear movement of transport units
Alexander A. Shuravin, Nikolay V. Ponomarev, Dmitry V. Belyakov,
Evgeny E. Kuznetsov, Sergey V. Shchitov, Vitaly V. Petrochenko
Far Eastern State Agrarian University, Blagoveshchensk, Russia
Abstract. In the Amur Region, little-used areas of fields are introduced into crop rotation, which were withdrawn from crop rotation due to the complexity of their logistical support. These are sown areas, to which the access is difficult due to the conditions of adhesion of the propeller to the driving surface or is associated with the presence of ascents and descents with a rather high slope. When developing such plots, peasant farms are mainly involved, since large agricultural holdings, which have powerful energy resources in their possession, cannot ensure their effective use due to small areas. Due to the practical absence of tractors with a caterpillar undercarriage system on such areas, wheeled tractors of class 1.4...2 are mainly used, which have restrictions on operation in sloping lands. The issue of ensuring the safety of the movement of tractor-transport units (TTA) in the conditions under consideration is always fundamental in the transport and technological support of such areas, since in the conduct of agricultural work their efficiency largely depends on the timeliness, efficiency and quality of implementation. The article presents the results of experimental studies on the stabilization of the rectilinear movement of transport units on roads with significant indicators of the steepness of the longitudinal slope of the traffic surface.
Keywords: tractor-transport unit, directional stability, stabilization, towing and distributing device, efficiency.
For citation: The results of experimental studies on the stabilization of the rectilinear movement of transport units / A.A. Shuravin, N.V. Ponomarev, D.V. Belyakov et al. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2023; 99(1): 77-82. (In Russ.).
Одной из особенностей при передвижении транспортных агрегатов по дорогам, имеющим значительные показатели крутизны продольного уклона поверхности движения, особенно при
движении на спуск, является воздействие прицепа на прямолинейность движения трактора [1]. Это воздействие усиливается при движении по поверхности, имеющей недостаточную не-
сущую способность или при наличии гололёда. В данном случае при движении на спуск происходит неустановившееся воздействие прицепа на прицепное устройство и ходовую систему трактора. При этом прицеп из-за различных неровностей поверхности, что особенно значительно наблюдается на грунтовых дорогах, совершает хаотичное движение относительно точки соединения прицепа с трактором. В результате такого воздействия при наличии недостаточного сцепления с почвой возникает дополнительный силовой момент, который стремится развернуть энергетическое средство или вокруг задних, или вокруг передних управляемых колёс в зависимости от того, какие из колёс находятся в худшем состоянии по сцеплению с поверхностью. Для устранения такого воздействия водителю приходится устранять так называемый занос путём немедленного реагирования за счёт плавного доворота передних направляющих колёс в ту или иную сторону [2].
Материал и методы. В условиях постоянного использования ТТА в рассматриваемых условиях возникает проблема безопасности движения, которую необходимо решать известными инженерными методами, и что, как показывают ранее проведённые исследования [3 - 9], возможно за счёт автоматического устранения обозначенного выше эффекта путём стабилизации прямолинейного движения. Это достижимо при разработке и внедрении нового технического решения, реализующего способ автоматической корректировки прямолинейного движения.
В рамках научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, проведённых в ФГБОУ ВО Дальневосточный ГАУ (по теме 8 «Мобильная энергетика», государственная регистрация № 121022000099-61), предложена конструкция буксирно-распределяющего устройства по патенту РФ № 2753047 [10], ре-
зультаты экспериментальных данных которого и определяющие параметры его воздействия на курсовую и продольную устойчивость за счёт перераспределения сцепного веса в схеме ТТА изложены в предлагаемой статье.
Ранее проведённые исследования сделали возможным наметить пути решения обозначенной выше проблемы за счёт использования части нагрузки, передаваемой с прицепа на тягово-сцепное устройство (ТСУ) трактора в движении. Это позволило дополнительно загрузить как задние ведущие колёса, так и передние управляемые, что в конечном итоге способствовало повышению коэффициента сцепления движителей с почвой, так как сила сцепления движителей почвы зависит как от силы трения между поверхностью и движителем, так и от нагрузки, приходящейся на движитель энергетического средства.
Исследуемое разработанное буксирно-распределяющее устройство, выполненное по патенту РФ на изобретение, представлено на рисунках 1 и 2.
Общее устройство и принцип работы буксирно-распределяющего устройства более подробно описаны в ранее опубликованной работе [11]. Предлагаемое устройство прошло успешную апробацию в ведущих организациях сельскохозяйственного профиля в Амурской области.
В процессе исследований с целью определения параметров стабилизации прямолинейного движения были проведены замеры. Для фиксации параметров амплитудных отклонений использовался заранее откалиброванный электронный цифровой инклинометр BWT901CL, основные фиксируемые характеристики которого указаны на рисунке 3.
С помощью прибора проводили считывание параметров по отклонению от прямолинейного
Рис. 1
- Общий вид буксирно-распределяющего устройства в разобранном виде
Рис. 2 - Общий вид буксирно-распределяющего устройства, установленного на тракторе класса 1,4 типа МТЗ
Рис. 3 - Откалиброванный электронный
цифровой инклинометр BWT901CL
движения переднего моста, заднего моста трактора и самого прицепа согласно показаниям изменения положения дышла (рис. 4 - 6) на серийном и экспериментальном образце тракторов и их сличение в общем графическом поле (ось 7).
Результаты и обсуждение. Экспериментальные исследования были проведены на базе тракторно-транспортного агрегата, состоящего из трактора класса 1,4 с прицепом 2ПТС-4.
Исследования проводились в реальных условиях эксплуатации как на полевых дорогах, так и на дорогах с улучшенным покрытием.
При определении отклонения от прямолинейного движения тракторно-транспортного агрегата получены результаты, представленные в виде сравнительных графиков на рисунке 7.
Результаты проведённого исследования показали, что отклонение от прямолинейного движения на спуске наблюдалось как у серийного тракторно-транспортного агрегата, так и у экспериментального с установленным опытным устройством (рис. 7). При этом зафиксированное отклонение от прямолинейного движения, соответствующее показателям, представленным на графике (рис. 7), серийного тракторно-транспортного агрегата составляло от 0,152 до 0,158 м, а у экспериментального тракторно-
Рис. 4 - Фрагмент проведения исследований по отклонению от прямолинейного движения переднего моста трактора:
А - серийный трактор; Б - экспериментальный трактор
транспортного агрегата с установленным устройством - от 0,132 до 0,136 м. Более наглядно полученные данные представлены на рисунке 8.
В соответствии с изложенным можно сделать обоснованный вывод о том, что использование буксирно-распределяющего устройства предложенной конструкции позволяет снизить отклонение от прямолинейного движения экспериментального ТТА по сравнению с серийным тракторно-транспортным агрегатом.
Данные, полученные в результате экспериментальных исследований (рис. 7 и 8), показали, что установка буксирно-распределяющего устройства позволяет повысить продольную устойчивость тракторно-транспортного агрегата по сравнению с серийным. Параметры снижения вертикального колебания переднего управляемого моста варьировали в пределах 0,028 м, что, несомненно, позволяет увеличить как скоростные характеристики агрегата, так и
Рис. 5 - Фрагмент проведения исследований по отклонению от прямолинейного движения заднего моста трактора:
А - серийный трактор; Б - экспериментальный трактор
Рис. 6 - Фрагмент проведения исследований по отклонению от прямолинейного движения дышла прицепа:
А - серийный трактор; Б - экспериментальный трактор
70
65
60
и 55
а
и 50
45
40
35
y = 0,0008x2 - 0,0566* + 156,72
R2 = 0,1842
У = -0,0017x 2 + 0,1517л + 142 15
= 0,5998
0
10
20
30
40
50
60
70
■ без устройства
с устройством
■ полиномиальная без устройства
полиномиальная с устройством
80 г, с
Рис. 7 - Результаты проведённых экспериментальных исследований по определению отклонений транспортного агрегата от прямолинейного движения (дышло прицепа)
я =
о S S
а =
я -
=
4
о
5 =
о =
о
Е-
о
0,2
0,15
0,1
0,05
0,158
экспериментальный тракторно-транспортный агрегат
В серийный тракторно-транспортный агрегат
Рис. 8 - Результаты экспериментальных исследований по определению отклонения от прямолинейного движения серийного и экспериментального тракторно-транспортного агрегата
0
его технологические возможности при транспортировании сельскохозяйственных грузов.
Вывод. Проведённые исследования доказали результативность использования предлагаемого нового устройства, так как экспериментально доказана его эффективность, позволяющая улучшить прямолинейность движения тракторно-транспортного агрегата на спусках в условиях недостаточных сцепных качеств, а следовательно, стабилизировать амплитудные колебания звеньев ТТА по сравнению с серийным вариантом. Учитывая низкую стоимость, удобство в применении и доказанную эффективность, предлагаемое устройство по заложенным характеристикам выгодно отличается от известных конструкций и имеет явную промышленную перспективу при внедрении в средства механизации сельского хозяйства.
Список источников
1. Алдошин Н.В., Пехутов А.С. Повышение производительности при перевозке сельскохозяйственных грузов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2012. № 4. С. 26 -27.
2. Шуравин А.А., Кузнецов Е.Е., Щитов С.В. Исследования криволинейного движения транспортных агрегатов // Дальневосточный аграрный вестник. 2021. № 1 (57). С. 98 - 107.
3. Методы оптимизации конструктивных и эксплуатационных параметров тракторных транспортно-технологических агрегатов: монография / Н.Ф. Ску-рятин, Е.В. Соловьев, С.В. Соловьёв, А.В. Бондарев. М.; Белгород: ООО «Издательско-книготорговый центр Колос-с», 2020. 129 с.
4. Способ корректирования тягово-сцепных свойств колёсного энергетического средства в повороте / А.С. Вторников, С.Н. Марков, А.А. Шуравин и др. // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 2 (88). С. 129 - 132.
5. Баранов А.С., Павлюк А.С. Пути повышения эксплуатационных свойств мобильной машины // Известия Кыргызского государственного технического университета им. И. Раззакова. 2019. № 1 (49). С. 79 - 90.
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, О.А. Кузнецова; Дальневост. гос. аграр. ун-т. Благовещенск: Изд-во Дальневост. гос. аграр. ун-та, 2020. 148 с.
7. Шишлов С.А., Шишлов А.Н. Теоретические предпосылки повышения эффективности предпосевной
подготовки почвы и посева сои на основании оценки совокупных энергозатрат // Роль аграрной науки в развитии лесного и сельского хозяйства Дальнего Востока: матер. III национал. (всерос.) науч.-практич. конф. в 3-х ч.: Ч. II. Технические и биологические науки. Уссурийск, 2019. С. 153 - 160.
8. Belyaev V.I., Fruhauf M., Mainel T. Ecological Consequences of Conversion of Steppe to arable Land in Western Siberia. Europa Regional. 2004; 4(1): 13-21.
9. Алдошин Н.В., Егоров Р.В. Оптимизация транспортных процессов: учеб. пособие. М.: ФГБОУ ВПО МГАУ, 2011. 40 с.
10. Пат. на изобретение № 2753047. Рос. Федерация, Буксирно-распределяющее устройство / Кушнарев А.Н., Щитов С.В, Кузнецов Е.Е. Заявит. и патентообл. Дальневосточный гос. агр. университет; № 2020132941, заявл. 06.10.2020, зарегистр. 06.10.2020; опубл. 11.08.2021; Бюл. № 23. 10 с.
11. Кузнецов Е.Е., Щитов С.В. Повышение эффективности использования мобильных энергетических средств в технологии возделывания сельскохозяйственных культур: монография / Дальневост. гос. аграр. ун-т. Благовещенск: Изд-во Дальневост. гос. аграр. ун-та, 2017. 272 с.
References
1. Aldoshin N.V., Pekhutov A.S. Improving productivity in the transportation of agricultural goods. Mechanization and Electrification of Agriculture. 2012; 4: 26-27.
2. Shuravin A.A., Kuznetsov E.E., Shchitov S.V. Studies of the curvilinear movement of transport units. Far Eastern Agrarian Bulletin. 2021; 57(1): 98-107.
3. Methods for optimizing the design and operational parameters of tractor transport-technological units: monograph / N.F. Skuryatin, E.V. Solovyov, S.V. Solovyov, A.V. Bondarev. M.; Belgorod, 2020. 129 p.
4. A method for correcting the traction-coupling properties of a wheeled power unit in a turn / A.S. Vtornikov, S.N. Markov, A.A. Shuravin et al. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2021; 88(2): 129-132.
5. Baranov A.S., Pavlyuk A.S. Ways to improve the operational properties of a mobile machine. Proceedings of the Kyrgyz State Technical University named after I. Razzakova. 2019; 49(1): 79-90.
6. Increasing the longitudinal-transverse stability and reducing the technogenic impact on the soil of wheeled mobile power equipment: monograph / S.V Shchitov, E.E. Kuznetsov, E.S. Polikutina, O.A. Kuznetsova; Far Eastern State Agrarian University. Blagoveshchensk, 2020. 148 p.
7. Shishlov S.A., Shishlov A.N. Theoretical prerequisites for improving the efficiency of pre-sowing soil preparation and sowing of soybeans based on the assessment of total energy costs // The role of agrarian science in the development of forestry and agriculture of the Far East: mater. III national. (all-Russian) scientific-practical. conf. in 3 hours: Part II. Technical and biological sciences. Ussuriysk, 2019. P. 153-160.
8. Belyaev V.I., Fruhauf M., Mainel T. Ecological Consequences of Conversion of Steppe to arable Land in Western Siberia. Europa Regional. 2004; 4(1): 13-21.
9. Aldoshin N.V., Egorov R.V. Optimization of transport processes: textbook. M., 2011. 40 p.
10. Patent for invention No. 2753047 Ros. Federation, Towing and distributing device / Kushnarev A.N., Shchitov S.V., Kuznetsov E.E. Will declare. and patent area. Far Eastern State agr. University; No. 2020132941, Appl. 06.10.2020, registered 06.10.2020; publ. 08/11/2021; Bull. No. 23. 10 p.
11. Kuznetsov E.E., Shchitov S.V. Improving the efficiency of the use of mobile energy in the technology of cultivating agricultural crops: monograph / Far Eastern State Agrarian University. Blagoveshchensk, 2017. 272 p.
Александр Александрович Шуравин, аспирант, Sh.aleksandr.2019@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-0071-4575
Николай Вениаминович Пономарёв, аспирант, nic_dalgau@mail.ru, https://orcid.org/0000-0001-5432-7816
Дмитрий Владимирович Беляков, аспирант, https://orcid.org/0000-0001-5093-2963
Евгений Евгеньевич Кузнецов, доктор технических наук, доцент, ji.tor@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-0725-4444
Сергей Васильевич Щитов, доктор технических наук, профессор, shitov.sv1955@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-2409-450X
Виталий Владимирович Петроченко, кандидат технических наук, доцент, vitalyi-12@yandex.ru
Alexander A. Shuravin, postgraduate, Sh.aleksandr.2019@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-0071-4575
Nikolay V. Ponomarev, postgraduate, nic_dalgau@mail.ru, https://orcid.org/0000-0001-5432-7816
Dmitry V. Belyakov, postgraduate, https://orcid.org/0000-0001-5093-2963
Evgeny E. Kuznetsov, Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, ji.tor@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-0725-4444
Sergey V. Shchitov, Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, shitov.sv1955@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-2409-450X
Vitaly V. Petrochenko, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, vitalyi-12@yandex.ru
Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Contribution of the authors: the authors contributed equally to this article. The authors declare no conflicts of interests.
Статья поступила в редакцию 23.10.2022; одобрена после рецензирования .15.11. 2022; принята к публикации 10.01.2023.
The article was submitted 23.10.2022; approved after reviewing 15.11.2022; accepted for publication 10.01.2023.
-Ф-
