CC BY
9
6. Modeling of disk sowing apparatus operation process / Y.A. Shekikhachev, V.H. Mishkhozhev, L.Z. Shekikhacheva et al. // IOP Confe-rence Series: Earth and Environmental Science. 2020; 548(2): 022004.
7. Апажев А.К., Шекихачев Ю.А., Хажметов Л.М. Модернизация зерновой сеялки для работы в условиях повышенной влажности почв // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. 2016. № 3 (43). С. 238 - 245.
8. Габаев А.Х., Мишхожев А.А. Устойчивость и глубина хода дискового сошника // Известия Оренбург-
ского государственного аграрного университета. 2021. № 2 (88). С. 91 - 94.
9. Габаев А.Х. Влияние свойств почвы на процесс образования бороздки для семян // Известия Кабардино-Балкарского государственного аграрного университета. 2013. № 2. С. 67 - 71.
10. Габаев А.Х. Нам А.К. Математическая модель работы бороздообразующего рабочего органа посевной машины и определение его оптимальных конструктивных параметров методом многофакторного эксперимента // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. 2016. № 43. С. 317 - 321.
АлийХалисович Габаев, кандидат технических наук, доцент. ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный аграрный университет имени В.М. Кокова». Россия, 360030, г. Нальчик, ул. Ленина, 1в, alii_gabaev@bk.ru
Aliy H. Gabaev, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor. Kabardino-Balkarian State University
named after V.M. Kokov. 1v, Lenin St., Nalchik, 360030, Russia, alii_gabaev@bk.ru
-♦-
Научная статья
УДК 631.372
doi: 10.37670/2073-0853-2021-91-5-104-108
Теоретические исследования влияния излишней поворачиваемости колёсного трактора на устойчивость при движении на склоне
Сария Валейевна Тарасова, Юрий Андреевич Ушаков, Евгений Михайлович Асманкин,
Вячеслав Сергеевич Стеновский
Оренбургский государственный аграрный университет
Аннотация. Устойчивость движения трактора осуществляется за счёт изменения его поворачиваемости, что позволяет «забросить» машину вверх по склону на расстояние, равное величине скольжения вниз. Функция полного поперечного смещения трактора от заданной траектории реализована посредством математического моделирования в плане факторных исследований процесса взаимодействия колёсного движителя и наклонной опорной поверхности. установлены граничные параметры конструкционно-технологического и природно-ландшафтного характера (8j, 82 < 15°, угол наклона опорной поверхности в диапазоне от 5 до 20°), в пределах которых инновационирование модернизованной системы траекториальной стабилизации колёсного трактора на склонах в производственный цикл является экономически целесообразным.
Ключевые слова: трактор, устойчивость, движение, поворачиваемость, склон, углы увода, поперечное смещение.
Для цитирования: Теоретические исследования влияния излишней поворачиваемости колёсного трактора на устойчивость при движении на склоне / С.В. Тарасова, Ю.А. Ушаков, Е.М. Асманкин [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 5 (91). С. 104 - 108. doi: 10.37670/2073-0853-2021-91-5-104-108.
Original article
Theoretical studies of the influence of oversteer of a wheeled tractor on stability when driving on a slope
Sariya V. Tarasova, Yu^ A. Ushakov, Evgeny M. Asmankin, Vyacheslav S. Stenovsky
Orenburg State Agrarian University
Abstract. The stability of the tractor movement is carried out by changing its steering, which allows you to "throw" the machine up the slope at a distance equal to the amount of sliding down. The function of the complete transverse displacement of the tractor from a given trajectory is realized by means of mathematical modeling in terms of factor studies of the process of interaction between the wheel propeller and the inclined support surface. boundary parameters of a structural, technological and natural landscape character (81, 82 < 15°, the angle of inclination of the support surface in the range from 5 to 200) have been established, within which the innovation of the modernized system of trajectory stabilization of a wheeled tractor on slopes in the production cycle is economically feasible.
Keywords: tractor, stability, movement, steering, slope, slip angles, lateral displacement.
For citation: Theoretical studies of the influence of oversteer of a wheeled tractor on stability when driving on a slope / S.V. Tarasova, Y.A. Ushakov, E.M. Asmankin et al. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2021; 91(5): 104 - 108. (In Russ.). doi: 10.37670 / 2073-0853-2021-91-5-104-108.
В настоящее время проблемы механизации технологических процессов ярко проявляются в сфере склонного земледелия. Взаимодействие колёсного движителя с наклонной опорной поверхностью приводит к уводу машины от технологической траектории, что является причиной снижения урожайности, разрушения структуры почвы, увеличения расхода топлива и повышения утомляемости оператора. В этой связи проблема стабилизации траекториального движения является актуальной, требует серьёзных модернизационных мероприятий, основанных на инновационных методах исследования конструкционных характеристик трактора [1 - 4].
Материал и методы. При выполнении теоретических исследований в основу были положены законы механики, математики и статистики, направленные на оптимизацию конструкционно-режимных параметров трактора МТЗ-82.1, укомплектованного шинами 11,2-20 модели Ф-35-1 на передних колёсах и 15,5R38 модели Ф-2А на задних колёсах, для эксплуатации в экспериментальных условиях с культиватором КРН-5,6В [1].
Фактически на фоне реальных ландшафтных условий был изучен режим движения колёсных машин при реализации сельскохозяйственных операций на наклонных опорных поверхностях и установлена аналогия с манёвром поворота автомобилей, при котором в результате воздействия центробежной силы начинает проявляться боковой увод колёс обоих мостов, определяющий как направление поворота, так и его крутизну с соответствующим характером поворачиваемости: недостаточная или излишняя. Практически отмечено превосходство углов увода передних колёс над углами увода задних при проявлении недостаточной поворачиваемости, а при излишней поворачиваемости наоборот [1, 5, 6].
Влияние углов увода на траекторию движения является отрицательным фактором, но для стабилизации движения трактора на склонах был установлен его позитивный аспект, когда в качестве центробежной силы будет выступать боковая составляющая веса, под действием которой происходит искажение профиля шины и изменяется форма пятна контакта, вызывающие боковой увод шины §1 (рис. 1) [1, 7 - 9].
При излишней поворачиваемости в процессе движения трактора по склону центр поворота будет находиться выше траектории, что вызовет его увод вверх (рис. 2). Необходимо отметить, что серийные модели тракторов имеют недостаточную поворачиваемость, поэтому центр поворота находится ниже по склону, а это вызывает его увод вниз от технологической траектории (рис. 2) [1, 9, 10].
Результаты исследования. Проведённые теоретические исследования показали, что на величину полного поперечного смещения трактора
от технологической траектории влияет смещение, вызванное углами увода при его недостаточной поворачиваемости. Причём скольжение трактора вниз по склону формирует дополнительную интегральную составляющую к смещению от углов увода, что принципиально при алгоритмизации расчётных процедур [1, 11 - 13] (рис. 3):
I = I + I нед-п (1)
1полн 1ск 'ув 5 V1/
где /полн - интегральное смещение трактора по нормали к заданной траектории, м; 1ск - смещение скольжением по нормали к заданной траектории, м;
7нед.п
1ув - смещение при проявлении недостаточной поворачиваемости в результате образования углов увода на эластичных шинах трактора, м.
Функция полного поперечного смещения трактора (/полн) от заданной траектории достоверно определяется посредством полнофакторного
Рис. 1 - Схема бокового увода шины
Ут - вектор теоретической скорости; Уф - вектор фактической скорости; 2к - боковая сила; а -угол склона
С! TD
к \ Су
vr\ Г Vf
А
Б
Рис. 2 - Схема изменения траектории
А - недостаточная поворачиваемо сть (серийный трактор), 5п.к > 5з.к; Б - излишняя поворачиваемость (модернизированный трактор^ 5ПК < 5з.к
Lnp
&3.3.
Рис. 3 - Схема суммарного нормального смещения остова трактора от линии технологического движения:
/полн - интегральное смещение трактора по нормали к заданной траектории; /ск - смещение скольжением по нормали к заданной траектории; - смещение при проявлении недостаточной поворачиваемости в результате образования углов увода на эластичных шинах трактора; Ьпр - длина гона на исследуемой траектории; Ьз.з - ширина зоны технологической защиты; КД - ширина полосы технологической активности трактора; { - вектор ландшафтной склонности
эксперимента [10, 12, 13]. Исследование функции интегрального нормального смещения (y) модели МТЗ-82.1 проводилось для эксплуатационных условий, соответствующих недостаточной поворачиваемости при факторном анализе угловой склонности (xi), массы трактора в процессе его эксплуатации (Х2), физико-механических свойств почв (хз), величины поперечной базы заднего моста (Х4), координат центра тяжести трактора (Х5). В качестве прицепного орудия использовался культиватор КРН-5,6В.
После обработки результатов измерений было получено уравнение регрессии:
+0,01
y = 1,4625 + 0,098(Х1 - 12,5) +
+ 5 ■ 10 -4(X2 - 1760) + X -12,5
(2)
7,5
X2 -1760 275
X3 - 0,65 0,25
углов увода на эластичных шинах трактора от его конструкционных параметров и соотношения величин данных углов для передних и задних колёс.
(/изл.п\2 _ 2 А 1/ув ) _ W - Апр.
(3)
где W _ 2^комп • sin
п/2 + 5 2
длина хорды при
осуществлении поворота трактора по окружности вверх по склону при проявлении излишней поворачивемости, м (рис. 4); 0,55 + п - уравнение для определения центрального угла, рад;
5 - угловая величина смещения центра масс исследуемого трактора, рад.
Установлено, что статистически значимыми при 5%-ном уровне значимости оказались коэффициенты регрессии b0, b1, b2 и Ьз (при значении критерия Стюдента 2,31). Полученная дисперсия неадекватности S^ (33,333) меньше дисперсии воспроизводимости результатов S2(y) (3548,75) по известному показателю критерия Фишера F (3,7) при 5%-ном уровне значимости, что достоверно подтверждает адекватность разработанной модели для описания величины смещения от траектории. Методика научных исследований предполагает смещение от скольжения, компенсировать смещением верх по склону, вызванным излишней поворачивамостью трактора. Тогда при реализации излишней поворачиваемости не будет смещения, вызванного недостаточной пово-рачиваемостью /унвед"п = 0 (/Полн = С") [14, 15].
В результате математических преобразований была определена функциональная зависимость нормального смещения при проявлении излишней поворачиваемости в результате образования
Рис. 4 - Схема реализации смещения трактора в процессе компенсации технологического увода:
—комп - радиус компенсации; В - центр масс трактора; м - числовое выражение хорды окружности поворота; А, С - центральные осевые координаты переднего и заднего моста; ЬПр - длина прямолинейной
траектории; <--градиент склона; N - точка
пересечения нормали, проведённой из центра поворота машины с осью коридора движения
Полученная математическая модель делает возможной процедуру анализа, направленную на достоверное определение параметров «заброса» колёсного трактора на различных несущих грунтах по склону вверх.
Использование предлагаемого способа для улучшения курсовой устойчивости и траекто-риальной стабилизации колёсного трактора при его технологической эксплуатации в склонном земледелии позволит исключить человеческий фактор при компенсации поперечного смещения, вызванного скольжением, значительно улучшит эргономические характеристики модернизированной машины без вмешательства в конструкцию устройств и приспособлений, имеющих прямое назначение по обеспечению эргономического инновационирования. Учитывая процентное соотношение между нестабильным ландшафтом и горизонтальными полями, можно утверждать о необходимости пролонгирования данных исследований в технологиях механизации растениеводческой отрасли сельского хозяйства [16 - 18].
Вывод. В результате теоретического анализа и практических исследований были установлены граничные параметры конструкционно-технологического и природно-ландшафтного характера (Si, 62 < 15°, угол наклона опорной поверхности в диапазоне от 5 до 20°), в пределах которых инновационирование модернизованной системы траекториальной стабилизации колёсного трактора на склонах в производственный цикл является экономически целесообразным с точки зрения получения годового экономического эффекта, равного 126650,05 руб. (при расчёте использовалась фактическая загрузка трактора МТЗ-82.1 на склонах во время выполнения сельскохозяйственных операций в течение 2019 г., равная 700 час.), от снижения амортизационных отчислений, количества сэкономленного топлива и денежных средств на заработную плату оператора. Положительным и объективным фактом является сочетание указанных параметров в реальных производственных условиях на 75 % обрабатываемых сельскохозяйственных угодий.
Литература
1. Тарасова С.В. Обоснование способа курсовой стабилизации колёсного трактора при выполнении сельскохозяйственных операций на наклонной опорной поверхности: дис. ... канд. техн. наук. Оренбург, 2015. 149 с.
2. 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.
3. Исследование зависимостей радиуса поворота колёсного транспортного средства от физико-механических свойств почвы / А.С. Вторников, С.Н. Марков, С.С. Ус [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 1 (87). С. 121 - 124.
4. Журавлёв С.Ю. Улучшение эксплуатационных свойств колёсных 4к4 сельскохозяйственных тракторов // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2020. № 4 (84). С. 127 - 132.
5. Гуськов В.В., Ксеневич И.П. Качение колеса поперёк склона // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. 1976. № 10.
6. Мещеряков В.А. Исследование некоторых факторов, определяющих устойчивость движения и управляемость широкозахватных жатвенных агрегатов: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Зерноград, 1964. 21 с.
7. Чудаков Д.А. Основы теории и расчёта тракторов и автомобилей. Москва: Колос, 1972. 364 с.
8. Macmillan R.H. The Mechanics of Tractor. / University of Melboure: Implement Performance, 2002.
9. Исследование тягово-сцепных свойств колёсного трактора при работе на переувлажнённых землях /
B.В. Гуськов, А.С. Поварехо, А.А. Сушнев [и др.] // Агропанорама. 2019. № 5. С. 8 - 12.
10. Стеновский В.С., Петров А.А., Белоусова Н.В. Повышение курсовой устойчивости колёсного трактора при движении по негоризонтальной опорной поверхности // Лесотехнический журнал. 2016. № 1. С. 194 -202.
11. Пат. 2 585 203 Российская Федерация: МПК В 62 D37/00, B62D 133/00 Способ стабилизации положения движущегося колёсного транспортного средства на наклонной опорной поверхности / С.В. Тарасова, Е.М. Ас-манкин, Ю.А. Ушаков, В.С. Стеновский, В.В. Реймер,
C.П. Суздалев. № 2014154621/11; заявл. 2014.12.31; опубл. 2016.05.27.
12. Тарасова С.В. Методика и исследование результатов взаимодействия протектора с наклонной опорной поверхностью в режиме варьирования углами увода пневматических шин // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2015. № 2. С. 84 - 87.
13. Исследование процесса взаимодействия ведущих колёс трактора с грунтовой поверхностью / В.В. Гуськов, А.А. Дзёма, А.С. Колола [и др.] // Наука и техника. 2017. № 1. С. 83 - 88.
14. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов / С.В. Мельников [и др.]. Ленинград: Колос, 1981. 150 с.
15. Уханов А.П., Уханов Д.А., Голубев В.А. Конструкция автомобилей и тракторов: учебник. 3-е изд., стер. СПб.: Лань, 2019. 188 с.
16. Повышение проходимости машинно-тракторных агрегатов при работе на переувлажнённых пойменных лугах / Ю.И. Томкунас, В.Н. Кецко, Т.М. Чумак [и др.] // Агропанорама. 2019. № 6. С. 2 - 6.
17. Бойков В.П., Бобровник А.И., Дорохович С.А. Улучшение курсовой устойчивости тракторов «Беларус» // Наука и техника. 2016. № 3. С. 183 - 192.
18. Селиванов Н.И., Макеева Ю.Н., Аверьянов В.В. Параметры-адаптеры колёсных тракторов и агрегатов к зональным технологиям почвообработки // Вестник Омского государственного аграрного университета. 2019. № 1. С. 147 - 155.
Сария Валейевна Тарасова, кандидат технических наук, доцент. ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный аграрный университет». Россия, 460014, г. Оренбург, ул. Челюскинцев, 18, saria2012mail.ru
Юрий Андреевич Ушаков, доктор технических наук, профессор. ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный аграрный университет». Россия, 460014, г. Оренбург, ул. Челюскинцев, 18, 1u6j1a159@mail.ru
Евгении Михаилович Асманкин, доктор технических наук, профессор. ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный аграрный университет». Россия, 460014, г. Оренбург, ул. Челюскинцев, 18, kaf34@orensau.ru
Вячеслав Сергеевич Стеновский, кандидат технических наук, доцент. ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный аграрный университет». Россия, 460014, г. Оренбург, ул. Челюскинцев, 18, kaf36@orensau.ru
Sariya V. Tarasova, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor. Orenburg State Agrarian University. 18, Chelyuskintsev St., Orenburg, 460014, Russia, saria2012mail.ru
Yuriу A. Ushakov, Doctor of Technical Sciences, Professor. Orenburg State Agrarian University. 18, Chelyuskintsev St., Orenburg, 460014, Russia, 1u6j1a159@mail.ru
Evgeny M. Asmankin, Doctor of Technical Sciences, Professor. Orenburg State Agrarian University. 18, Chelyuskintsev St., Orenburg, 460014, Russia, kaf34@orensau.ru
Vyacheslav S. Stenovsky, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor. Orenburg State Agrarian
University. 18, Chelyuskintsev St., Orenburg, 460014, Russia, kaf36@orensau.ru
-♦-
Научная статья УДК 631.7
Процесс плазменной обработки металла для повышения износостойкости сегментных ножей
Алексей Владимирович Ставицкий, Вячеслав Юрьевич Паульс
Государственный аграрный университет Северного Зауралья
Аннотация. Разработана технология по повышению износостойкости ножей, которая может быть использована для упрочнения сегментных ножей зерноуборочных и кормоуборочных комбайнов. Среди технологических процессов, предусмотренных этой технологией, большое внимание уделяется плазменной резке металла машинами-автоматами. Качество заготовки деталей важно для всех этапов производства, а на начальных этапах, особенно на этапе предварительной сборки конструкций, оно имеет первостепенное значение. Высокоточная вырезка деталей из листов, подготовка сопряжений без предварительного причерчивания и подрезки кромок, отсутствие необходимости в подстругивании кромок и т.п. - всё это существенно снижает трудозатраты на изготовление корпусных конструкций, позволяет механизировать и частично автоматизировать процесс их сборки, повышает качество сборочных единиц в целом, сокращает сроки и общую трудоёмкость изготовления деталей и сборки.
Ключевые слова: износостойкость, сегментные ножи, уборочная техника, электродиффузионная обработка, плазменная резка.
Для цитирования: Ставицкий А.В., Паульс В.Ю. Процесс плазменной обработки металла для повышения износостойкости сегментных ножей // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 5 (91). С. 108 - 113.
Original article
Plasma metal treatment process for increasind the wear resistance of segment knives
Alexey V. Stavitsky, Vyacheslav Yu. Pauls
Northern Trans-Ural State Agricultural University
Abstract. A technology has been developed to improve the wear resistance of the knives, which can be used to strengthen the segment knives of grain and forage harvesters. Among the technological processes provided by this technology, much attention is paid to plasma cutting of metal with automatic machines. The quality of the part blank is important for all stages of production, and at the initial stages, especially at the stage of preliminary assembly of structures, it is of paramount importance. High-precision cutting of parts from sheets, preparation of mates without preliminary drawing and trimming of edges, no need for trimming edges, etc. - all this significantly reduces labor costs for the manufacture of hull structures, allows mechanization and partially automates the process of their assembly, improves the quality of assembly units in general, it reduces the time and overall labor intensity of parts and assembly manufacturing.
Keywords: wear resistance, segment knives, harvesting equipment, electrodiffusion processing, plasma cutting.
For citation: Stavitsky A.V., Pauls V.Yu. Plasma metal treatment process for increasind the wear resistance of segment knives. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2021; 91(5): 108 - 113. (In Russ.).
Для увеличения объёмов производства и производительности ручного труда применяют различные машины термической резки на основе высококонцентрированных источников энергии. Такие машины, а также роботизированные ком-
плексы плазменного раскроя металла, полуавтоматы и посты для ручной плазменной резки широко представлены на современном производстве [1, 2].
Рынок станков плазменной резки представлен в РФ такими производителями, как
