CC BY
6
Научная статья УДК 631.372:629.114.2
Результаты исследований влияния колёсного движителя на параметры высокопроходимого автомобиля в зимних условиях
Сергей Николаевич Марков, Николай Вениаминович Пономарев,
Семён Сергеевич Ус, Александр Валерьевич Замятин,
Сергей Васильевич Щитов, Евгений Евгеньевич Кузнецов
Дальневосточный государственный аграрный университет
Аннотация. Одной из основных проблем при перевозке сельскохозяйственных грузов автомобильным транспортом в условиях снежных заносов и глубокого снега является снижение тягово-сцепных свойств и проваливание автомашин с формированием глубокой колеи. Эти факторы приводят к увеличению силы сопротивления передвижению и, как следствие, к возрастанию величины буксования. В настоящее время для перевозки грузов в условиях зимней заснеженности, особенно сельскохозяйственного назначения, нашли широкое применение многоцелевые автомобили марки КамАЗ. В условиях низкой несущей способности почвы, в условиях гололёда или при наличии высокого снежного покрова данные автомобили не могут в полной мере реализовать свои тягово-сцепные свойства из-за высокой удельной нагрузки на движитель с относительно небольшим пятном контакта. Возникает необходимость снижения нормального давления колёсных движителей на почву, что возможно за счёт установки арочных шин, имеющих большую площадь опоры. В статье приводятся экспериментальные исследования автомобиля марки КамАЗ-43501 на арочных автошинах.
Ключевые слова: автомобиль, арочные шины, КамАЗ-43501, тягово-сцепные свойства, почва, высокий снежный покров, нормальное давление, эффективность.
Для цитирования: Результаты исследований влияния колёсного движителя на параметры высокопроходимого автомобиля в зимних условиях / С.Н. Марков, Н.В. Пономарев, С.С. Ус [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 6 (92). С. 173 - 178.
Original article
Results of studies of the influence of a wheeled propeller on the parameters of a high-pass vehicle in winter conditions
Sergey N. Markov, Nikolay V. Ponomarev, Semyon S. Us, Alexander V. Zamyatin,
Sergey V. Shchitov, Evgeny E. Kuznetsov
Far Eastern State Agrarian University
Abstract. One of the main problems in the transportation of agricultural goods by road in conditions of snow drifts and deep snow is a decrease in traction and coupling properties and the collapse of vehicles with the formation of a deep track. These factors lead to an increase in the force of resistance to movement and, as a consequence, to an increase in the amount of slipping. At present, multipurpose KamAZ vehicles are widely used for the transportation of goods in winter snowy conditions, especially for agricultural purposes. In conditions of low bearing capacity of the soil, in icy conditions or in the presence of high snow cover, these cars cannot fully realize their traction and coupling properties due to the high specific load on the propeller with a relatively small contact patch. It becomes necessary to reduce the normal pressure of the wheel propellers on the soil, which is possible due to the installation of arched tires with a large support area. The article presents experimental studies of the KamAZ-43501 car on arched tires.
Keywords: car, arched tires, KamAZ-43501, traction and grip properties, soil, high snow cover, normal pressure, efficiency.
For citation: Results of studies of the influence of a wheeled propeller on the parameters of a high-pass vehicle in winter conditions / S.N. Markov, N.V. Ponomarev, S.S. Us et al. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2021; 92(6): 173 - 178. (In Russ.).
При возделывании сельскохозяйственных культур на долю транспортно-технологического обеспечения приходится 35 - 50 %, а в отдельных случаях - до 70 - 75 % от всех затрат. Для выполнения операций, связанных с транспортировкой грузов, в сельскохозяйственных предприятиях используются тракторно-транспортные агрегаты и автомобильный транспорт [1 - 4]. Как правило, в крестьянско-фермерских хозяйствах (КФХ) перевозки осуществляются тракторно-транспортными агрегатами, а на больших сельскохозяйственных предприятиях основной объём грузоперевозок приходится на автомобильный транспорт.
Вместе с тем при применении автомобильного транспорта в весенне-осенний период на почвах с низкой несущей способностью после прохода автомобилей по поверхности образуется глубокая колея с уплотнёнными краями, которую необходимо дополнительно разуплотнять, заделывать или разравнивать, так как колейность не позволяет качественно проводить полевые работы, ведя к поломке агрегатов, задействованных в процессе производства сельскохозяйственных культур [5, 6]. При использовании же автомобилей в условиях снежных заносов и глубокого снега также наблюдается проваливание автомашин с форми-
рованием глубокой колеи, увеличение буксования с одновременным снижением тягово-сцепных свойств вплоть до полной остановки.
В связи с вышеизложенным исследования по проблемам повышения тягово-сцепных свойств и снижения нормального давления на почву колёсных энергетических средств являются актуальными и востребованными в агропромышленном комплексе.
Обзор работ авторов [2, 7], посвящённых исследованиям способов повышения тягово-сцепных свойств колёсных энергетических средств в различных режимах природно-производственной эксплуатации, позволил предположить, что решение этой технической задачи может быть найдено за счёт снижения нормального давления колёсных движителей на почву путём увеличения площади контакта с поверхностью движения.
Результативным и перспективным способом в этих условиях является установка арочных автошин, позволяющих увеличить площадь контакта колеса с поверхностью движения и, как следствие, снизить нормальное давление на почву колёсных движителей, расширить возможности
применения высокопроходимых полноприводных автомобилей в сельском хозяйстве.
Целью данной работы является исследование условий реализации тягово-сцепных свойств автомобилей марки КамАЗ модели 43501 на транспортных работах в условиях высокого снежного покрова.
Материал и методы. Экспериментальные исследования по использованию автомобилей марки КамАЗ-43501 проводились в реальных условиях эксплуатации при их использовании на перевозке грузов по поверхности движения, имеющей высокий снежный покров. В качестве объекта исследования был взят автомобиль КамАЗ-43501 (рис. 1) в серийном варианте исполнения.
В качестве сравнения был взят автомобиль КамАЗ-43501, на котором были установлены арочные автошины (рис. 2).
Вес автомобилей находился в параметрах полезной загрузки и составлял 10500 кг. При проведении теоретических исследований использовались математические методы фиксации параметров, интегрального исчисления, а также методика по ГОСТу Р 54784-2011 «Методы оценки технических параметров», ГОСТу 17697-72
Рис. 1 - Общий вид автомобиля в серийном варианте
Рисунок 2 - Общий вид автомобиля на арочных автошинах
«Автомобили. Качение колеса». При проведении экспериментальных исследований использовался метод планирования многофакторного эксперимента [8 - 10].
При проведении экспериментальных исследований замеряли высоту снежного покрова (рис. 3).
Фрагменты проведения экспериментальных исследований по измерению глубины колеи после прохода серийного и экспериментального автомобилей по заснеженной поверхности приведены на рисунках 4 и 5.
Обработка и анализ полученных данных осуществлялись с использованием методов математической статистики, специализированных программ «Excel», «KPS», «Statistika-7,0».
Фрагменты проведения экспериментальных исследований по измерению ширины колеи и площади пятна контакта после прохода серийного и экспериментального автомобилей по заснеженной поверхности приведены на рисунках 6 и 7.
Результаты исследования. Основными факторами, влияющими на глубину колеи, оставляемой после прохода энергетического средства, являются несущая способность основания и нормальное давление движителей на неё. Несущая способность основания, по которому движется энергетическое средство, определяется особенностью природно-климатических условий региона и является неизменяемым фактором. Снижение нормального давления движителей
Рис. 3 - Фрагмент измерения глубины снежного покрова
Рис. 4 - Фрагмент измерения глубины колеи после прохода серийного КамАЗа-43501
энергетического средства на основание возможно произвести только за счёт изменения конструктивных параметров ходовой части и, в частности, способом установки шин большего размера (арочных). Постановка шин увеличенного размера позволяет значительно увеличить площадь пятна контакта колеса.
Вычисление площади опоры (пятна контакта) произведём на основании вычисления площади сектора шины колеса энергетического средства, заключённого между грунтозацепами. Данное вычисление целесообразно осуществить исходя из теории двойных интегралов. Опираясь на специфику применения полярной системы координат, учтём, что областью интегрирования является область радиального типа (рис. 8).
Область сектора шины между грунтозацепами ограничена:
1) двумя концентрическими окружностями с постоянными радиусами № и № № < №2);
2) двумя линиями, уравнения которых записаны в виде:
|Ф = Ф1(Р) [Ф = Ф2(РХ
где ф1(р) < ф2(р) при любом р е [R1; R2].
(1)
Тогда площадь сектора шины между грунтозацепами имеет вид:
S = ÍÍ f (Х'J =
D
Р2 Ф2 (Р) (2)
= jpdр j f (рcosф,рsinф)dф.
Pi Ф1 (р)
Согласно конструктивным параметрам колеса энергетического средства вычисляемая площадь между секторами грунтозацепов составляет 1/28, с учётом этого формула (2) примет вид:
2п
Si = 28 ÍPd pÍ d ф=i ÍPd Р'ф|
28
1 f 2i f S' = 28 j PdP'(2n-0) = J PdP
R1
28
R1
п
Sj =— Jpd р: ' 14 J
п р 14' 2
(4)
Решив полученное уравнение (4), получим площадь Si, заключённую между двумя грунтоза-цепами и, учитывая конструктивные особенности колеса, получим:
.
Рис. 6 - Фрагмент измерения ширины колеи после прохода серийного КамАЗа-43501
ЩЯШ
It Я 41
ÍÍSK
VÍ
•V" •
МЖЧi
, . - V-
• г. i; ^
Рис. 7 - Фрагмент измерения ширины колеи после прохода КамАЗа-43501 на арочных автошинах
R
R
R
Рис. 8 - Область радиального типа:
Я-1 - радиус шины без учёта высоты грунтозацепов, м; Л2 - радиус шины с учётом высоты грунтозацепов, м
S =
п ( R2 - R2 )
28
(5)
На основании проведённых вычислений получим, что:
п
^шины = X ^, (6)
I
где п - количество секторов между грузозацепами.
Таким образом, на основании полученных формул (5) и (6) можно сделать вывод, что площадь, заключённая между двумя грунтозацепами, зависит от геометрических параметров колеса, т.е. с их увеличением она возрастает.
В проведённых ранее исследованиях [11, 12] получено, что с увеличением ширины колёсного движителя (площади контакта колеса с основанием) возрастает касательная сила тяги, развиваемая энергетическим средством. Таким образом, постановка арочных автошин позволяет увеличить площадь контакта движителя с основанием.
При движении энергетического средства по снежному основанию касательная сила тяги, в отличие от движения по почве, во многом будет определяться площадью контакта и силой трения между движителем и основанием:
Pc s, ,
(7)
где ц - сила трения между колесом и основанием, по которому оно движется, Н. Вывод. Проведённые теоретические и экспериментальные исследования подтверждают, что постановка арочных автошин на автомобиль КамАЗ-43501 позволяет за счёт увеличения площади контакта движителя с основанием сни-
зить глубину следа после прохода по снежному основанию, а, следовательно, и уменьшить силу сопротивления движению.
Литература
1. Результаты экспериментальных исследований поворота многозвенных транспортно-технологических поездов при перевозке сельскохозяйственных грузов / А.Н. Кушнарев, А.И. Гончарук, С.В. Щитов [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2020. № 4 (84). С. 166 - 169.
2. Алдошин Н.В., Пехутов А.С. Повышение производительности при перевозке сельскохозяйственных грузов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2012. № 4. С. 26 - 27.
3. Кушнарев А.Н., Кузнецов Е.Е., Кривуца З.Ф. Совершенствование использования многозвенных тракторно-транспортных поездов // Техника и оборудование для села. 2020. № 6 (276). С. 14 - 17
4. Повышение эффективности использования грузовых автомобилей для вывоза сельскохозяйственной продукции в условиях низких температур / А.В. Кучер, З.Ф. Кривуца, К.Е. Кузнецов [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 4 (90). С. 167 - 172.
5. Иванов А.С., Пузырев М.С. Силовой анализ комбинированной почвообрабатывающей машины // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2020. № 3 (83). С. 184 - 188.
6. Шепелев А.Б., Припоров Е.В., Ширин Д.В. Повышение тягово-сцепных свойств колёсного трактора в составе тракторно-транспортного агрегата // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2020. № 1 (81). С. 85 - 89.
7. Методологическое обоснование выбора конструкции устройств рационального перераспределения сцепного веса / С.В. Щитов, С.А. Иванов, Е.Е. Кузнецов [и др.] // АгроЭкоИнфо. 2016. № 2 (24). С. 10.
8. Кузнецов Е.Е., Щитов С.В., Повышение эффективности использования мобильных энергетических средств в технологии возделывания сельскохозяйственных культур: монография. Благовещенск: ДальГАУ, 2017. 272 с.
9. Горшков Ю.Г., Золотых С.В. Анализ основного свойства дифференциалов как фактора динамических качеств колёсных машин // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2019. № 3 (77). С. 169 - 172.
10. Особенности поворота колёсного энергетического средства на грунтовых дорогах в зимний период года / А.С. Вторников, С.Н. Марков, А.А. Шуравин [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 3 (89). С. 156 - 159.
11. Пути повышения эффективности использования колёсных тракторов класса 1,4 в условиях Амурской области: монография / И.А. Архипов, В.И. Злобин, И.Д. Темнюк [и др.]. Благовещенск: Изд-во Дальневост. гос. аграр. ун-та, 2009. 267 с.
12. Повышение продольно-поперечной устойчивости и снижение техногенного воздействия на почву колёсных мобильных энергетических средств: монография / С.В. Щитов, Е.Е. Кузнецов, Е.С. Поликутина [и др.]. Благовещенск: Изд-во Дальневост. гос. аграр. ун-та, 2020. 148 с.
Сергей Николаевич Марков, аспирант. ФГБОУ ВО «Дальневосточный государственный аграрный университет». Россия, 675000, Амурская область, г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86, toyota103@mail.ru
Николай Вениаминович Пономарев, соискатель. ФГБОУ ВО «Дальневосточный государственный аграрный университет». Россия, 675000, Амурская область, г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86, nic_dalgau@mail.ru
Семён Сергеевич Ус, магистрант. ФГБОУ ВО «Дальневосточный государственный аграрный университет». Россия, 675000, Амурская область, г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86, magusus@mail.ru
Александр Валерьевич Замятин, старший преподаватель, инженер. ФГБОУ ВО «Дальневосточный государственный аграрный университет». Россия, 675000, Амурская область, г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86, Aleksandr.Zamyatin.72@mail.ru
Сергей Васильевич Щитов, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВО «Дальневосточный государственный аграрный университет». Россия, 675000, Амурская область, г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86, shitov.sv1955@mail.ru
Евгений Евгеньевич Кузнецов, доктор технических наук, доцент. ФГБОУ ВО «Дальневосточный государственный аграрный университет». Россия, 675000, Амурская область, г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86, ji.tor@mail.ru,
Sergey N. Markov, postgraduate. Far Eastern State Agrarian University. 86, Polytechnic St., Blagoveshchensk, Amur region, 675000, Russia, toyota103@mail.ru
Nikolay V. Ponomarev, research worker. Far Eastern State Agrarian University. 86, Polytechnic St., Blagoveshchensk, Amur region, 675000, Russia, info@dalgau.ru
Semyon S. Us, Master's degree student. Far Eastern State Agrarian University. 86, Polytechnic St., Blagoveshchensk, Amur region, 675000, Russia, magusus@mail.ru
Alexander V. Zamyatin, senior lecturer, engineer. Far Eastern State Agrarian University. 86, Polytechnic St., Blagoveshchensk, Amur region, 675000, Russia, Aleksandr.Zamyatin.72@mail.ru
Sergey V. Shchitov, Doctor of Technical Sciences, Professor. Far Eastern State Agrarian University.86, Polytechnic St., Blagoveshchensk, Amurregion, 675000, Russia, shitov.sv1955@mail.ru
Evgeny E. Kuznetsov, Doctor of Technical Sciences, Associate Professor. Far Eastern State Agrarian University. 86, Polytechnic St., Blagoveshchensk, Amur region, 675000, Russia, ji.tor@mail.ru
-Ф-
Научная статья
УДК 537.523.9
doi: 10.37670/2073-0853-2021-92-6-178-181
Применение разряда с жидким электродом для полировки поверхностей деталей сельскохозяйственных машин
Булат Харисович Тазмеев, Павел Вячеславович Аленин,
Сергей Сергеевич Горобцов, Алексей Юрьевич Положий
Кубанский государственный аграрный университет
Аннотация. В работе определён оптимальный режим полировки поверхности деталей сельскохозяйственных машин при помощи разряда с жидким электродом. Разряд осуществлён в вертикальном положении плазменного столба, имеет объёмную многоканальную структуру с ярко выраженным диффузным строением электродных пятен. Такие газовые разряды продолжают представлять большой интерес с точки зрения практического применения и исследуются в широком диапазоне изменения физических и геометрических характеристик. Плазма разряда с жидким электродом достаточно успешно применяется для воздействия на поверхность с целью улучшения механических и других свойств деталей машин. В данной работе для плазменной полировки были выбраны оси подшипниковых узлов дисковых борон.
Ключевые слова: парогазовый разряд, жидкий электрод, плазменная полировка.
Для цитирования: Применение разряда с жидким электродом для полировки поверхностей деталей сельскохозяйственных машин / Б.Х. Тазмеев, П.В. Аленин, С.С. Горобцов [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 6 (92). С. 178-181. doi: 10.37670/2073-0853-2021-926-178-181.
Original article
Application of a discharge with a liquid electrode for polishing the surfaces of agricultural machinery parts
Bulat Kh. Tazmeev, Pavel V. Alenin, Sergei S. Gorobtsov, Alexey Yu. Polozhiy
Kuban State Agrarian University
Abstract. In this work, the optimal mode of polishing the surface of agricultural machinery parts using a discharge with a liquid electrode has been determined. The discharge is carried out in the vertical position of the plasma column, has a volumetric multichannel structure with a pronounced diffuse structure of the electrode spots. Such gas discharges continue to be of great interest from the point of view of practical application and are studied in a wide range of changes in physical and geometric characteristics. Discharge plasma with a liq-
