CC BY
24
АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 629.114.2.001.2(075.8)
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СТАБИЛИЗАТОРОВ НАГРУЗКИ МТА
MACHINE-TRACTOR UNIT LOADING HOROSONTAL STABILIZERS TECHNICAL-ECONOMIC CHARACTERISTICS
Н.Г. Кузнецов, доктор технических наук, профессор Д.С. Гапич, кандидат технических наук Е.А. Назаров, аспирант
ФГОУВПО Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия
N.G. Kuznetsov, D.S. Gapitch, Е.А. Nazarov
Volgograd state agricultural academy
В статье рассматриваются способы снижения крюкового усилия МТА с точки зрения экономической эффективности.
Machine-tractor unit draught strain decreasing methods from the economic efficiency point of view are examined in this
article.
Ключевые слова: упругий элемент, трактор, крюковая нагрузка, культиватор.
Key words: springing medium, tractor, draught strain, cultivator.
Экспериментальные исследования показали, что интенсификация полевых работ МТА путем повышения их рабочих скоростей, направленная на увеличение производительности труда в сельском хозяйстве, привела к увеличению динамических нагрузок, действующих на трактор в процессе работы, и значительному росту крюкового усилия.
Существует несколько способов снижения крюкового усилия.
Первый способ основан на применении упругих элементов оптимальной жёсткости в прицепном устройстве, аккумулирующих энергию ударных явлений и растягивающих её передачу на весь период времени между ударами.
С целью снижения показателей динамичности процесса нагружения при проведении почвообрабатывающих работ МТА в условиях Волгоградской области разработано прицепное устройство с упругим элементом (рис. 1).
Прицепное устройство состоит из двух горизонтально расположенных тяг (3), с одной стороны они жестко крепятся к раме трактора, с другой стороны к ним при помощи удлинителей (4) и специальных скоб (2) крепится упругий элемент рессорного типа (9). К раме трактора при помощи болтов крепятся регулировочные рычаги (1), охватывающие рессору и служащие для регулировки ее жесткости.
Ч МУ г
9т
Рисунок 1 - Макетный образец прицепного устройства с упругим элементом
На рис. 2 представлены результаты экспериментальных исследований крюковой нагрузки трактора John-Deere 8430 с культиватором Bourgault 8810 в функции жесткости упругого элемента при работе на различных почвенных фонах.
Как видно из графиков, зависимость имеет параболический характер. До определенной жесткости упругого элемента значение крюковой нагрузки уменьшается, затем появляется тенденция к росту. Из анализа полученных зависимостей видно, что жесткость упругого элемента 1550 кН/м является самой оптимальной при работе трактора с полной загрузкой, при загрузке трактора на 60 % значение оптимальной жесткости снизилось до 1250 кН/м.
Ркр.кг
а)
Ркр, кг
б)
Рисунок 2 - Зависимость крюковой нагрузки от жёсткости упругого элемента а) фон - стерня, б) фон - пар. При жестком соединении Ркр составляет соответственно 5800
кг и 3000 кг.
Технико-экономическое обоснование эффективности применения прицепного устройства с упругим элементом оптимальной жесткости показало, что при использовании данного прицепного устройства крюковая нагрузка может быть снижена на 12-15 % за счет резкого снижения динамичности процесса нагружения МТА. Стабилизация нагрузочного режима МТА в целом обеспечивает рост его производительности на 10-12 % при проведении почвообрабатывающих операций, снижение часового и погектарного расхода топлива на 10-14 %.
Второй способ связан со снижением сопротивления орудия в среде обрабатываемого материала за счет снижения внутренних связей самого материала под действием вибрационных сил. Вибрация рабочего органа снижает одну из составляющих несущей способности почвы в горизонтальном направлении по закону Кулона:
т = c0 + o■■tg<p
где т - допустимое тангенциальное напряжение в почве, а - нормальное давление на поверхность среза, ср - угол внутреннего трения, с„ - коэффициент сцепления почвы.
Тангенс угла внутреннего трения tg(p с увеличением виброускорений в относительных единицах по отношению к ускорению свободного падения а/g снижается, рис. 3 [1]. Изменение коэффициента сцепления са возможно за счет разрушения цементирующих веществ почвы, а их сопротивление разрушению тоже определяется виброускорениями. Поэтому можно считать график изменения tg<p от а/g свойством снижения тангенциальной несущей способности почвы при изменении режимов нагружения МТА.
Рисунок 3 - Зависимость коэффициента внутреннего трения от ускорения колебания
Исходя из этого, возникает задача, состоящая в обеспечении устойчивого колебания рабочего сельскохозяйственного орудия для генерации достаточно высоких виброускорений.
Использование автоколебаний в динамически нагруженных системах позволяет добиться такого эффекта за счет пассивных конструкций рабочих органов, колеблющихся с частотой собственных колебаний под действием периодических составляющих сопротивления той же частоты.
Фирма Bourgault спроектировала модель 8810 с конструкцией пружинных стоек культиваторных лап. Конструкция стоек Bourgault использует геометрию увеличения усилия. С утяжелением почвы сошники могут начать слегка опрокидываться назад, это увеличивает угол атаки культиваторной лапы и ее способность проникать в твердую почву. По мере того как стрельчатая лапа опрокидывается, пружины растягиваются и сила проникновения резко увеличивается. Главное - обеспечить увеличение усилия ровно на столько, чтобы не происходило чрезмерного опрокидывания стоек, при котором бы нарушались агротехнические требования к выполняемой операции. Возникающие автоколебания должны быть использованы для снижения прочностных свойств почвы.
На рис. 4 представлены результаты экспериментальных исследований горизонтальной составляющей тягового сопротивления стойки культиватора Bourgault 8810 от жесткости упругого элемента на различных почвенных фонах.
Рисунок 4 - Зависимость горизонтальной составляющей тягового сопротивления стойки от жесткости упругого элемента (1 фон - стерня, 2 фон - пар)
Из анализа полученных зависимостей видно, что жесткость упругого элемента 140 кН/м является самой оптимальной для снижения горизонтальной составляющей крюкового усилия, без нарушения агротехнических требований.
Таким образом, работа рабочего органа в режиме автоколебаний способствует снижению горизонтальной составляющей крюкового усилия до 35-40 %. С другой стороны, сопротивление перекатыванию составляет для многих машин значительную часть общего сопротивления. Например, для культиватора и прицепных сеялок оно
находится в пределах от 1/3 до 1/2,5 общего сопротивления [2]. Поэтому снижение
общего крюкового усилия трактора следует ожидать в пределах 16-18 %.
Таким образом, рассмотрены два способа возможного снижения крюкового усилия в пределах 12-18 %. Проведем анализ экономической эффективности использования обоих способов сравнительным методом.
Затраты на изготовление прицепного устройства с упругим элементом,
обеспечивающего автоматическую настройку оптимальной жесткости упругого элемента при выполнении различных видов сельскохозяйственных операций составляет 8000-10 000 рублей.
Количество подпружиненных стоек культиватора Bourgault 8810, при
двенадцатиметровой ширине захвата составляет 47 штук. Каждая стойка комплектуется двумя пружинами стоимостью 3000 рублей. Итого, затраты на установку упругого элемента на каждый рабочий орган составят 141 тысячу рублей. Так как хозяйство использует культиватор на различных почвенных фонах, то необходимо иметь, как минимум, два комплекта упругих элементов различной жесткости, а это 282 тысячи рублей!
Итак, безусловно, наиболее эффективно для снижения динамической составляющей среднего крюкового усилия является применение упругих элементов на самих рабочих органах, они практически полностью могут устранить прирост крюкового усилия. Но, экономически целесообразно устанавливать упругие элементы оптимальной жёсткости в прицепном устройстве, а стойки культиваторных лап делать жесткими, что будет способствовать экономии денежных средств в размере 270 тысяч рублей для одного культиватора.
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА
Библиографический список
1. Кузнецов, Н.Г. Стабилизация режимов работы скоростных машинно-тракторных агрегатов [Текст]: монография / Н.Г. Кузнецов / Волгоградская ГСХА. - Волгоград, 2006 г.
2. Веденяпин,Г.В. Эксплуатация машинно-тракторного парка [Текст]: учебник для высших с.-х. учебн. заведений/Г.В. Веденяпин. - М., Сельхозиздат, 1963 г.
E-mail: mshaprov@bk.ru
