CC BY
0
Вестник аграрной науки Дона. 2023. Т. 16. № 2 (62). С. 4-16. Don agrarian science bulletin. 2023. 16-2(62): 4-16.
Научная статья УДК 631.372
doi: 10.55618/20756704_2023_16_2_4-16. EDN: VYASLJ
ВЛИЯНИЕ ТИПА МОДЕЛИ ШИН ТИПОРАЗМЕРА 18.4R.38 НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ И ДИНАМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ МЭС ТЯГОВОГО КЛАССА 1,4 В СОСТАВЕ МТА
Владимир Алексеевич Кравченко1, Людмила Владимировна Кравченко1, Виктор Викторович Журба1
1 Донской государственный технический университет, г. Ростов-на-Дону, Россия, dnk_rost@donstu.ru
Аннотация. Повышение показателей эффективности функционирования любого машинно-тракторного агрегата зависит во многом от его рабочей скорости и ширины захвата, что предполагает использование при агрегатировании мобильных энергетических средств, имеющих высокие тягово-энергетические показатели при наименьшем уровне динамических процессов в звеньях машинно-тракторного агрегата. Для колёсного мобильного энергосредства достижение высоких тягово-энергетических показателей определяется свойствами шин ведущих колёс. Цель исследований: определение энергетических и динамических показателей культиваторного агрегата на базе колёсного мобильного энергосредства класса тяги 1,4 при комплектации его ведущих колёс шинами типоразмера 18^-38 различных производителей. В результате полевых испытаний культиваторных агрегатов на базе колёсного мобильного энергосредства класса тяги 1,4 установлено, что при комплектации движителей трактора шинами модели VL-32 (при внутришинном давлении 0,11 МПа) были получены по сравнению с шинами TM300S и 206Б на 1,50% и 3,30% большая загрузка силовой установки, увеличение на 2,65% и 8,30% производительности агрегата при меньшем на 2,7% и 6,8% расходе топлива на обработку одного гектара соответственно. При снижении давления в шине модели VL-32 до 0,08 МПа, что не рекомендуется заводами-изготовителями для других моделей, агрегат показал ещё более высокие тягово-энергетические показатели. Проведённый статистический анализ полученных данных полевых испытаний культиваторного агрегата показал, что при установке на движители трактора класса тяги 1,4 шин модели VL-32 технологический процесс сплошной культивации выполнялся с самым малым размахом колебаний исследуемых параметров. При внутришинном давлении в шинах VL-32 величиной 0,08 МПа динамические нагрузки в звеньях МТА снижаются, что влияет на качество производства работ, а уменьшение вертикальных и горизонтальных ускорений остова трактора будет способствовать улучшению условий работы операторов.
Ключевые слова: колёсное мобильное энергосредство, машинно-тракторный агрегат, тяговое сопротивление, крутящий момент, частота вращения
Для цитирования: Кравченко В.А., Кравченко Л.В., Журба В.В. Влияние типа модели шин типоразмера 18^-38 на энергетические и динамические показатели МЭС тягового класса 1,4 в составе МТА // Вестник аграрной науки Дона. 2023. Т. 16. № 2 (62). С. 4-16.
© Кравченко В.А., Кравченко Л.В., Журба В.В., 2023
Original article
INFLUENCE OF THE MODEL TYPE OF 18,4R-38 TIRE SIZE ON ENERGY AND DYNAMIC INDICATORS OF THE MULTIPURPOSE POWER SYSTEM OF 1,4 TRACTION CLASS AS A PART OF MACHINE AND TRACTOR UNITS
Vladimir Alekseevich Kravchenko1, Lyudmila Vladimirovna Kravchenko1, Viktor Viktorovich Zhurba1
1Don State Technical University, Rostov-on-Don, Russia, dnk_rost@donstu.ru
Abstract. Increasing the performance of any machine-tractor unit depends largely on its operating speed and width, which implies the use of mobile power equipment with high traction and energy performance at the lowest level of dynamic processes in the links of the machine and tractor unit. For a wheeled mobile power vehicle, the achievement of high traction and energy performance are determined by the properties of the tires of the driving wheels. The purpose of the research: to determine the energy and dynamic performance of a cultivator unit based on a wheeled mobile power vehicle of 1,4 traction class when its drive wheels are equipped with tires of 18,4R-38 size from various manufacturers. As a result of field tests of cultivator units based on a wheeled mobile power vehicle of 1.4 traction class, it was found that when tractor propellers were equipped with VL-32 tire size (at an intra-tire pressure of 0,11 MPa), in comparison TM300S and 206B tires there has been greater load by 1,50% and 3,30% of the power plant, an increase by 2,65% and 8,30% of the unit's productivity with a 2,7% and 6,8% lower fuel consumption for processing one hectare, respectively. With a decrease in pressure in the tire of VL-32 model to 0.08 MPa, which is not recommended by manufacturers for other models, the unit showed even higher traction and energy performance. The statistical analysis of the data obtained from field tests of the cultivator unit showed that when tires of VL-32 model were installed on the tractor propellers of 1,4 traction class, the technological process of continuous cultivation was carried out with the smallest range of fluctuations of the studied parameters. With an intra-tire pressure in VL-32 tires of 0,08 MPa, the dynamic loads in the links of machine and tractor units are reduced, which will affect the quality of work, and a decrease in vertical and horizontal accelerations of the tractor frame will improve the working conditions of operators.
Keywords: wheeled mobile power vehicle, machine and tractor unit, tractive resistance, torque, rotational speed
For citation: Kravchenko VA, Kravchenko L.V., Zhurba V.V. Influence of the model type of 18,4R-38 tire size on energy and dynamic indicators of the multipurpose power system of 1,4 traction class as a part of machine and tractor units. Vestnik agrarnoy nauki Dona = Don agrarian science bulletin. 2023; 16-2(62): 4-16. (In Russ.)
Введение. При возделывании сельскохозяйственных культур применяются мобильные энергетические средства (МЭС) [1, 2, 3]. В настоящее время в агропромышленном комплексе около 85% всех МЭС имеют колёсные ходовые системы.
Одним из главных путей повышения показателей эффективности функционирования любого машинно-тракторного агрегата (МТА) является его работа на повышенных скоростях и применение сельскохозяйственных машин с большой шириной захвата, что предполагает использование при агрегатировании колёсных МЭС, имеющих высокие тягово-сцепные показатели. Но при этом неизбежно растут нормальные и касательные напряжения в контактном отпечатке движителей колёсных МЭС с опорным основанием, что приводит к повышенному негативному воздействию на почву, вплоть до её разрушения [4, 5, 6, 7, 8].
К другим недостаткам колёсного движителя МЭС относится существенная динамическая нагруженность всех звеньев МТА в условиях переменных нагрузок, которые возникают при выполнении практически любой сельскохозяйственной технологической операции, что
приводит к дополнительным затратам энергии, развиваемой силовой установкой МЭС [9].
Достижение высоких тягово-энергети-ческих и агротехнологических показателей для любого МЭС на колёсном ходу зависит от свойств шины ведущих колёс, её внутренних и внешних параметров [10, 11, 12, 13]. Поэтому целью настоящих исследований является определение энергетических и динамических показателей культиваторного агрегата на базе колёсного мобильного энергосредства класса тяги 1,4 при комплектации его ведущих колёс шинами типоразмера 18,4К-38 различных производителей.
Материалы и методы исследования. При установлении влияния модели шин ведущих колёс на тягово-энергетические показатели трактора в составе МТА использовался экспериментальный метод.
В качестве объекта исследования был выбран культиваторный МТА на базе колёсного МЭС класса тяги 1,4, имеющего на движителях поочерёдно шины серийной модели 206Б, модели УЬ32 и импортной модели ТМ300Э.
При проведении технологической операции в испытываемых шинах устанавливалось
давление, величина (0,11 МПа) которого рекомендована заводами-изготовителями. В шине модели УЬ32 кроме этого значения устанавливалось давление величиной 0,08 МПа, которое не противоречило инструкциям завода-изготовителя, но рекомендованное различными исследователями [4, 8, 9, 11 и др.] при работе на полях, предназначенных под посев.
Условия испытаний соответствовали ГОСТ 7057-2001 и ГОСТ 24055-2016. Энергети-
Сплошная культивация на подготовленном участке поля машинно-тракторным агрегатом, составным звеном которого являлся культиватор КСО-4, проводилась на глубину 8-10 см. Контроль глубины культивации во время проведения экспериментальных работ показал, что она не выходила за пределы агротехнических требований.
При проведении сравнительных испытаний применялся измерительный комплекс, в который входили приборы определения частоты вращения коленвала двигателя, ведущего вала трансмиссии, движителей и ведомых колёс трактора; крутящих моментов, подводимых к осям движителей; тяговое усилие, расход топлива, а также вертикальные и горизонтальные ускорения остова трактора.
Датчиком частоты вращения двигателя являлся тахогенератор типа НУ-8316. Тарировка тахогенераторов проводилась на специальном приборе "JAQUET" № 128258 (Швейцария). В качестве датчиков частоты вращения ведущего колеса МЭС и скорости движения МТА применялись импульсные датчики, которые тарировались на самом колесе и по пройденному агрегатом пути.
Для измерения значений крутящих моментов, подводимых к осям движителей трактора, использовались фольговые тензорезисторы, которые были наклеены на полуоси и соединены по мостовой схеме. Датчики для измерения
ческие показатели культиваторного агрегата на базе МЭС класса тяги 1,4, предназначенного для проведения сплошной культивации поля, предназначенного под посев, определялись в соответствии с требованиями РД 10.2.2 «Методы энергетической оценки сельскохозяйственных машин».
Испытания проводились на поле, предназначенном под посев (таблица 1).
крутящего момента на полуосях тарировались на тракторе (рисунок 1). При проведении тарировки снималось ведущее колесо, и задним мостом трактор устанавливался на специальную подставку. На ведущую полуось закреплялась балка 1, конец которой соединялся с талью 4 через динамометр 2 и тягу 3. Путём изменения длины тяги 3 обеспечивалось её ступенчатое увеличение или уменьшение натяжения, величина которого определялась по показаниям динамометра 2, а затем вычислялось значение крутящего момента на полуоси.
Тяговый динамометр конструкции ВИСХОМ закреплялся в специальной трубе, соединяющей трактор с культиватором (рисунок 2). Его тарировку проводили на разрывной машине ГСМ-50 путём последовательного изменения нагрузки и разгрузки.
Тарировочные работы проводили с шестикратной повторностью до и после экспериментов.
Расход топлива определялся путём фиксации его уровня в мерном бачке до и после испытаний.
Для измерений вертикальных и горизонтальных ускорений остова трактора на нижнюю часть его заднего моста устанавливались датчики МП-95, имеющего пределы измерения ±3g.
При полевых испытаниях давление в атмосфере и температура воздуха замерялись барометром и ртутным термометром.
Таблица 1 - Показатели, характеризующие почвенный фон Table 1 - Indicators characterizing the soil background
Показатели Слои почвы, см Значения показателей
Indicators Soil layers, cm Values of indicators
от 0 до 5 0,11 / 9,00
Твёрдость (МПа) / влажность (%) почвы по слоям Hardness (MPa) / Moisture (%) of soil by layers от 5 до 10 0,24 / 18,40
от 10 до 15 0,39 / 21,30
средняя average 0,25 / 16,20
1 - балка; 2 - измерительный динамометр; 3 - тяга регулировочная; 4 - таль Рисунок 1 - Принципиальная схема тарировки датчика крутящего момента, подводимого к оси движителя 1 - beam; 2 - measuring dynamometer; 3 - adjusting rod; 4 - hoist Figure 1 - Schematic diagram of the calibration of the torque sensor, brought to the axis of the propeller
1 - тяговый динамометр ВИСХОМ; 2 - труба направляющая; 3 - труба соединительная; 4 - поршень плавающий; 5 - серьга прицепная; 6 - скоба поперечная прицепная; 7 - серьга культиватора Рисунок 2 - Принципиальная схема конструкции тягового динамометра 1 - traction dynamometer VISHOM; 2 - guide pipe; 3 - connecting pipe; 4 - floating piston; 5 - drag bar;
6 - cross hitch iron; 7 - cultivator bar Figure 2 - Schematic diagram of the design of the traction dynamometer
Температура топлива, масла в поддоне силовой установки и охлаждающей жидкости фиксировалась дистанционными термометрами.
Пройденное трактором расстояние, продолжительность испытаний и исследуемые параметры определялись при помощи системы автоматического накопления и обработки данных, разработанной в ФГБНУ «АНЦ Донской» (подразделение СКНИИМЭСХ).
При обработке данных экспериментов применялся персональный компьютер, имеющий пакет специальных программ.
Измерение функциональных параметров культиваторного МТА осуществлялось прямым методом, поэтому точность результатов экспериментов устанавливалась величиной погрешностей приборов в измерительной системе (таблица 2).
Для правомерной оценки сравнительных испытаний опыты проводились в течение одного дня на одном и том же поле. При этом на всех вариантах комплектации трактора шинами управление им осуществлялось несменяемым трактористом.
Минимальная повторность опытов была троекратной.
Результаты исследования и их обсуждение. Перед проведением экспериментов была сделана экспертиза выбранных шин (таблица 3).
Как показал анализ данных технической экспертизы, выбранные шины типоразмера 18,4К-38 для сравнительных испытаний имеют разные параметры внешней геометрии и внутреннего строения, поэтому имеют различные упругодемпфирующие свойства. Наиболее близкие значения параметров к оптимальным величинам [14] имеют шины УЬ32.
Таблица 2 - Предельные погрешности измерения функциональных параметров культиваторного МТА Table 2 - Limiting errors in measuring the functional parameters of the cultivator MTU
Наименование параметра Parameter name Предельная ошибка, % Limiting error, %
Частота вращения коленвала силовой установки Rotation frequency of the crankshaft of the power plant 1,24
Частота вращения движителей трактора Rotation frequency of tractor propellers 1,49
Скорость движения культиваторного МТА Movement speed of the cultivator MTU 1,65
Крутящий момент на оси движителя трактора Torque on the axis of the tractor propellor 3,13
Тяговое сопротивление культиватора Traction resistance of the cultivator 2,19
Расход топлива Fuel consumption 0,51
Таблица 3 - Техническая характеристика испытываемых шин Table 3 - Technical characteristics of the tested tires
Параметры Parametres Размерность Dimension Внутришинное давление, MПа Tire pressure, MPa
0,11 0,08
206Б TM300S VL-32 VL-32
Ширина профиля шины Tire profile width мм mm 527,5 537,2 520,3 524,8
Количество пар грунтозацепов Number of pairs of lug шт. pcs 21 21 24 24
Высота грунтозацепов шины Tire lug height мм mm 47,6 48,5 37,5 36,7
Шаг грунтозацепов шины Tire lug pitch мм mm 262 261 228 228
Коэффициент насыщенности протектора шины Tire tread saturation ratio - 0,199 0,215 0,255 0,272
Статический радиус Static radius мм mm 795,9 783,9 793,0 792,5
Среднее давление колеса на опорное основание Average pressure of the wheel on the support base МПа MPa 62,9 56,7 62,1 59,7
Нормальная жёсткость шины Normal tire stiffness кН/м kN/m 289 265 278 238
Тангенциальная жёсткость шины Tangential tire stiffness кНм/рад kNm/rad 313 289 323 279
Число слоёв корда брекера Number of plies of breaker cord шт. pcs 5 6 4 4
Число слоёв корда каркаса Number of carcass cord layers шт. pcs 4 2 3 3
Угол укладки нитей корда брекера Breaker cord laying angle град deg 70
Угол укладки нитей корда каркаса Carcass cord threads laying angle град deg 5
Анализ полученных тягово-энергетичес-ких показателей (таблица 4) показал, что МЭС класса тяги 1,4 при комплектации его движителей любыми испытываемыми вариантами шин вполне удовлетворительно обеспечивает агре-
гатирование культиватора КСО-4: буксование трактора не превышает 16% - нормируемого значения буксования колёсных тракторов формулы 4К2.
Таблица 4 - Энергетические показатели культиваторного агрегата Table 4 - Energy performance of the cultivator unit
Показатели Indicators Размерность Dimension Внутришинное давление, Мпа Tire pressure, MPa
0,11 0,08
206Б TM300S VL-32 VL-32
Частота вращения коленвала двигателя Frequency of the crankshaft rotation of the engine мин-1 min-1 1948 1983 2004 2140
Скорость движения агрегата Unit speed км/ч km/h 9,0 9,б1 9,72 10,15
Буксование трактора Tractor skidding % 12,5 11,б 10,8 10,5
Развиваемая мощность двигателя Developed engine power кВт kW 51,1 52,0 52,8 54,7
Коэффициент использования мощности двигателя Engine power coefficient - 0,911 0,927 0,941 0,970
Крутящий момент на оси движителя трактора Torque on the axis of the tractor propellor кН-м kNm б,537 б,534 б,5б5 б,3б8
Тяговое сопротивление агрегата Traction resistance of the unit кН kN 10,04 10,35 10,71 10,9
Тяговая мощность трактора Traction resistance of the tractor кВт kW 25,1 27,7 28,92 30,74
Производительность агрегата Unit performance га/ч ha/h 3,б1 3,79 3,91 4,09
Часовой расход дизельного топлива Hourly consumption of diesel fuel кг/ч kg/h 12,941 13,102 13,119 13,221
Расход топлива на один га Fuel consumption per hectare кг/га кд/1ла 3,585 3,457 3,355 3,233
Таблица 5 - Описательная статистика результатов испытаний культиваторного агрегата Table 5 - Descriptive statistics of the test results of the cultivator unit
Внутришинное давление, МПа
Параметры Показатели Tire pressure, MPa
Parameters Indicators 0,11 0,08
206Б TM300S VL-32 VL-32
1 2 3 4 5 б
Математическое
Тяговое сопротивление ожидание Mathematical 10,041 10,348 10,712 10,901
культиватора, кН expectation
Traction resistance Доверительный -95% 9,99б 10,2б2 10,554 10,827
of the cultivator, kN интервал Confidence interval +95% 10,08б 10,434 10,870 10,975
Медиана Median 10,024 10,324 10,70б 10,884
Дисперсия Variance 0,б83 0,378 0,217 0,207
Математическое
ожидание Mathematical б,537 б,534 б,5б5 б,3б8
Крутящий момент на оси движителя, кНм Torque on the propeller axis, kNm expectation
Доверительный -95% б,4б4 б,451 б,537 б,323
интервал Confidence interval +95% б,б41 б,б1б б,593 б,407
Медиана Median б,524 б,521 б,400 б,309
Дисперсия Variance 0,527 0,294 0,270 0,037
Окончание таблицы 5
1 2 3 4 5 6
Математическое
ожидание Mathematical 1948,3 1983,1 2004,0 2140,3
Частота вращения коленвала силовой установки, мин-1 Power plant crankshaft speed, min-1 expectation
Доверительный -95% 1936,0 1979,2 1998,8 2137,0
интервал Confidence interval +95% 1960,6 1987,0 2009,2 2143,6
Медиана Median 1938,8 1985,5 2007,9 2135,9
Дисперсия Variance 22679,0 5312,2 2156,5 1173,6
Математическое
ожидание Mathematical 0
Ускорение остова трактора expectation
в вертикальном направлении, м/с2 Доверительный -95% -0,196 -0,108 -0,085 -0,031
Acceleration of the tractor frame интервал
in the vertical direction, m/s2 Confidence interval +95% +0,196 +0,108 +0,085 +0,031
Медиана Median -0,051 0,058 -0,079 -0,024
Дисперсия Variance 0,525 0,524 0,098 0,060
Математическое
ожидание Mathematical 0
Ускорение остова трактора expectation
в горизонтальном направлении, м/с2 Доверительный -95% -0,074 -0,444 -0,051 -0,034
Acceleration of the tractor frame интервал
in the horizontal direction, m/s2 Confidence interval +95% +0,074 +0,444 +0,051 +0,034
Медиана Median -0,014 -0,018 -0,022 -0,048
Дисперсия Variance 0,642 0,329 0,010 0,063
Анализом полученных экспериментальным путём данных установлено, что культива-торный агрегат на шинах модели VL-32 показал лучшие энергетические показатели. При установке на ведущие колёса трактора шин VL-32 было достигнуто увеличение загрузки его двигателя на 1,50% и 3,30%, получен рост производительности на 2,65% и 8,30% при снижении расхода топлива на обработку одного гектара на 2,7% и 6,8% по сравнению с комплектацией движителей трактора шинами TM300S и 206Б соответственно. Культиваторный агрегат с движителями на шинах модели 206Б показал из трёх вариантов наихудшие показатели. При снижении давления в шине модели VL-32 до 0,08 МПа, что не рекомендуется заводами-изготовителями для других моделей, агрегат показал ещё лучшие тягово-энергетические показатели.
Результат проведённого статистического анализа полученных данных (таблица 5) показал, что при комплектации ведущих мостов колёсного МЭС класса тяги 1,4 шинами модели
VL-32 выполнение технологического процесса сплошной культивации происходит с самым малым размахом колебаний исследуемых параметров. Шины TM300S показали промежуточные значения исследуемых параметров среди всех вариантов комплектации ведущих мостов трактора, а серийные шины модели 206Б - самые низкие.
При установлении внутришинного давления в шинах VL-32 наблюдается и снижение динамических нагрузок в звеньях МТА, что, несомненно, влияет на качество производства работ. При этом уменьшение ускорений остова трактора обеспечивает улучшение условий работы операторов.
При работе агрегата каждый исследуемый параметр может оказывать влияние на характер поведения других. Поэтому для установления уровня зависимости исследуемых параметров друг от друга были найдены коэффициенты парной корреляции (таблица 6).
При анализе данных таблицы 6 установлено, что самые малые значения коэффициен-
та парной корреляции наблюдаются при комплектации движителей агрегата шинами модели УЬ-32. Из этого следует, что при изменении условий эксплуатации культиваторный агрегат с установленными на движители колёсного МЭС класса тяги 1,4 шинами модели УЬ-32 будет работать в более независимом режиме, то есть более устойчиво. Особенно это заметно при
установке внутришинного давления величиной 0,08 МПа.
По величине коэффициента парной корреляции можно сделать вывод, что культиваторный агрегат на шинах модели 206Б находится в самых неблагоприятных условиях функционирования в сравнении с другими вариантами.
Исследуемые параметры Studied parametres Шина Tire Давление в шине, МПа Tire pressure, MPa Исследуемые параметры Studied parameters
Частота вращения коленвала двигателя, мин-1 Frequency of the crankshaft rotation of the engine min -1 Крутящий момент на оси движителя, кН-м Torque on the , propeller axis, kNm Тяговое сопро тивление, кН Traction resistance, kN Вертикальное ускорение остова трактора, м/с2 Vertical acceleration of the tractor frame, m/s2 Продольное ускорение остова трактора, м/с2 Longitudinal acceleration of the tractor frame, m/s2
Частота вращения колен-вала двигателя, мин-1 Frequency of the crankshaft rotation of the engine, min -1 206Б 0,11 1,000 0,397 -0,247 -0,415 0,231
TM300S 0,346 -0,158 0,206 0,165
VL-32 -0,194 0,131 -0,118 0,087
0,08 0,108 0,016 -0,047 0,061
Крутящий момент на оси движителя, кН-м Torque on the propeller axis, kNm 206Б 0,11 0,397 1,000 0,400 0,690 -0,377
TM300S 0,346 0,181 0,396 0,304
VL-32 -0,194 0,179 0,297 -0,316
0,08 0,108 -0,154 0,158 -0,235
Тяговое сопротивление, кН Traction resistance, kN 206Б 0,11 -0,247 0,400 1,000 -0,578 -0,648
TM300S -0,158 0,181 -0,694 -0,592
VL-32 0,131 0,179 -0,256 0,552
0,08 0,116 -0,154 0,131 0,428
Вертикальное ускорение остова трактора, м/с2 Vertical acceleration of the tractor frame, m/s2 206Б 0,11 -0,415 0,690 -0,578 1,000 -0,176
TM300S 0,206 0,396 -0,694 0,039
VL-32 -0,118 0,297 -0,256 0,019
0,08 -0,047 0,158 -0,131 0,011
Продольное ускорение остова трактора, м/с2 Longitudinal acceleration of the tractor frame, m/s2 206Б 0,11 0,231 -0,377 -0,648 -0,176 1,000
TM300S 0,165 0,304 -0,592 0,039
VL-32 -0,158 -0,316 0,552 0,019
0,08 0,061 -0,235 0,428 0,011
Таблица 6 - Коэффициенты парной корреляции исследуемых параметров Table 6 - Pair correlation coefficients of the studied parameters
s.O)
60 40 20 О
J
У 2
S fU)
п
20'Ю$ 5'«?' Ю'Ю
S,(u)
'Г
во
а a
/
ГJ/
/ 2\
А 1 \
_—
V
в c
sp(v)
во 60 40 20
60 40
20 О
2 '/1 1 4
б b
-f
1
/
-1
S ad
20 2S CJjxd/c
3 2 4
О
to
20 25 Ujjod/c
д e
Рисунок 3 - Графики спектральных плотностей: вертикальных (а) и горизонтальных (б) ускорений остова трактора, частоты вращения коленвала двигателя (в), крутящего момента на ведущих полуосях трактора (г) и тягового сопротивления (д) Figure 3 - Graphs of spectral densities: vertical (a) and horizontal (b) accelerations of the tractor frame, engine crankshaft speed (c), torque on the leading semi-axes of the tractor (d) and traction resistance (e)
С целью установления характерных особенностей стационарного случайного процесса (процесс движения любого сельскохозяйственного МТА), нами был сделан корреляционно-спектральный анализ экспериментальных данных испытаний культиваторных МТА, агрегати-руемых колёсным трактором класса 1,4, имеющим поочерёдно на движителях различные модели шин, по результатам которого были построены спектральные плотности (рисунок 3) и автокорреляционные функции (рисунок 4) параметров, характеризующих процесс функционирования культиваторного агрегата.
По результатам анализа графиков, изображённых на рисунках 3 и 4, можно сделать однозначный вывод, что комплектация шинами модели VL-32 ведущих колёс агрегатирующего
трактора будет обеспечивать устойчивые и стабильные, как по частоте, так и по времени, функциональные показатели культиваторного агрегата, в связи с тем, что в этом случае затрачивается меньше энергии на преодоление колебательного процесса в его звеньях. Особенно это характерно для агрегата с движителями на шинах модели VL-32, в которых давление воздуха установлено 0,08 МПа.
Культиваторный агрегат на базе колёсного МЭС класса тяги 1,4, на ведущих колёсах которого установлены шины модели VL-32, показал в сравнении с другими вариантами (TM300S и 206Б) значения спектральных плотностей ниже соответственно:
- ускорений остова трактора: вертикальных - в 7,5 и 7,8 раза, продольных (горизонтальных) - в 6,3 и 9,0 раза;
- частоты вращения коленвала двигателя - в 2,8 и 10,0 раза;
- крутящего момента на оси движителя в 1,3 и 1,7 раза;
- тягового усилия в 1,6 и 2,6 раза.
Это говорит о том, что культиваторный агрегат на базе колёсного МЭС класса тяги 1,4 с
шинами модели VL-32 на движителях будет перемещаться более устойчиво с повышением равномерности хода его рабочих органов.
В то же время при установке на движители колёсного МЭС класса тяги 1,4 серийных шин модели 206Б возникает самое большое рассеивание энергии при возникающих колебаниях тягового сопротивления культиватора, крутящего момента на ведущих полуосях трактора, а также оборотов коленвала двигателя.
40
to
0.5
-0.5 -10
4
L 2 11 1
I.
(О
О 05 ю 15 го tj
а a
Pn(t)
10
0.5
-0.5
I. 2
J ±
10 0.75 0.50 0.25
-0.25
-050
-0.75 О
Г JO
10
0.5
О
1 4 3 7
/V
w
0.5
1.0
1.5 го
б b
-0.5
-4
4 1 2
О 05
10
в c
15 20 tx
р„(О
О
0.5
10
15
2.0
г d
Ю OS
о
-0.5
t, —i 1 *
u, Jj
0.5 10 15 го и
д e
Рисунок 4 - Графики нормированных автокорреляционных функций ускорений остова трактора: вертикальных (а) и горизонтальных (б), частоты вращения коленвала двигателя (в), крутящего момента на ведущих полуосях трактора (г) и тягового сопротивления (д) Figure 4 - Graphs of the normalized autocorrelation functions of the accelerations of the tractor frame: vertical (a) and horizontal (b), engine crankshaft speed (c), torque on the leading semi-axes of the tractor (d) and traction resistance (e)
Для производственной проверки эффективности комплектации ходовых систем колёсного МЭС класса тяги 1,4 различными моделями шин нами был выбран машинно-тракторный
В результате производственной проверки установлено, что культиваторный агрегат при установке на движители шин VL-32 имел более высокие основные эксплуатационные показатели, чем при комплектации трактора шинами TM300S и 206Б, особенно при внутришинном давлении 0,08 МПа.
Следует отменить, что культиваторный агрегат на шинах модели TM300S показал лучшие результаты, чем на серийных шинах модели 206Б.
Выводы. При анализе полученных экспериментальных данных установлено:
- испытываемый агрегат на шинах модели VL-32 показал самые высокие тягово-энергетические показатели: коэффициент загрузки двигателя увеличился на 1,50% и 3,30%, производительность была на 2,65% и 8,30% больше при снижении расхода топлива на обработку одного гектара на 2,7% и 6,8%, чем на шинах моделей TM300S и 206Б соответственно;
- наименьшие значения коэффициента парной корреляции исследуемых параметров наблюдаются при установке на движители трактора в составе культиваторного агрегата шин модели VL-32, что создаёт предпосылки для обеспечения более устойчивых и стабильных функциональных показателей МТА (особенно это заметно при установке внутришинного давления величиной 0,08 МПа);
- культиваторный агрегат при установке на движители трактора класса тяги 1,4 шин
агрегат в составе колёсного МЭС класса тяги 1,4 и культиватора КСО-4, как наиболее применяемый в сельскохозяйственном производстве (таблица 7).
VL-32 показал самые высокие эксплуатационные показатели из всех испытываемых вариантов, особенно при внутришинном давлении 0,08 МПа.
На основании вышеперечисленных выводов на движители колёсных мобильных энергосредств класса тяги 1,4 для получения максимальной эффективности при их эксплуатации рекомендуется устанавливать шины типоразмера 18,4R-38 модели VL-32.
Список источников
1. Фомин А. О состоянии и перспективах машинно-тракторного парка сельхозпредприятий России // Международный сельскохозяйственный журнал. 2015. № 3. С. 56-60. EDN: TXLSYJ
2. Острянина Т.К. Требования к машинно-тракторному парку для увеличения прибыли зернового производства // Материалы LV Международной научно-технической конференции «Достижения науки - агропромышленному производству» / Южно-Уральский государственный аграрный университет. Челябинск, 2016. С. 155-160. EDN: WNMYOT
3. Гедроить Г.И., Зезетко Н.И., Медведь А.В. Развитие конструкций ходовых систем тракторов «Беларус» мощностью 300...450 л.с. // Агропанорама. 2017. № 4(122). С. 5-9. EDN: GOAYLX
4. Орда А.И., Шкляревич В.А., Воробей А.С. Результаты экспериментальных исследований по определению нормальных напряжений в почве под колесом методом физического моделирования // Механизация и электрификация сельского хозяйства / Науч.-практ. Центр Нац. акад. наук Беларуси по механизации сел. хоз-ва. Минск, 2013. Вып. 47. Т. 1. С. 29-37. EDN: ZWEKMV
Таблица 7 - Эксплуатационные показатели культиваторного агрегата Table 7 - Performance indicators of the cultivator unit
Показатели Единица измерения Внутришинное давление, МПа Tire pressure, MPa
Indicators Unit of measure 0,11 0,08
TM300S 206Б VL-32 VL-32
Производительность МТА за час работы Machine and tractor unit perfirmance per hour га/ч 1ла/11 3,84 3,60 3,89 4,06
Сменная производительность МТА Machine and tractor replaceable performance га га 23,11 21,64 23,39 24,44
Повышение производительности МТА Improving machine and tractor unit performance % 6,81 - 8,09 12,81
Производительность труда Labour productivity га/чел.ч 1ла/тап-11 3,31 3,10 3,35 3,49
Рост производительности труда Productivity growth % 6,80 206Б 8,09 12,9
5. Bulinski J., Sergiel L. Effect of wheel passage number and type inflation pressure on soil compaction in the wheel // Annals of Warsaw Agr. Univ. Agriculture. Warsaw, 2013. № 62. Р. 5-15. file:///C:/Users/nich-5/Downloads/ Ef-fect_of_wheel_ passage_number_and_.pdf (дата обращения 27.03.2023).
6. Godwin R., Misiewicz P., White D., Smith E. Results from Recent Traffic Systems Pesearch and the Implications for Future Work // Acta technol. agr. 2015. Vol. 18. № 3. Р. 5763. DOI: 10.1515/ata-2015-0013
7. Chervet A., Sturny W.G., Gut S.et autres. Charge maximale admissibie a la roue - une variable carachteristique utile pour la pratique // Recherche Agronomique Suisse.
2016. № 7-8. Р. 330-337. file:///C:/Users/nich-5/Downloads/ 36728-37704-fr-pub.pdf. (дата обращения 27.03.2023).
8. Galambosova J., Macak M., Rataj V., Antille D.L., Godwin R.J., Chamen W.C.T., Zitnak M., Vitazkova B., Dud'ak J., Chlpik J. Field evaluation of controlled traffic in Central Europe using commercially available machinery // Amer. Soc. of agriculture and boil engineering. St. Joseph (Mich.), 2017. Vol. 60. № 3. P. 657-669.
DOI: 10.13031/trans.11833
9. Melikov I., Hasanova E., Kravchenko V., Kravchen-ko L., Senkevich S. Traction and energy efficiency tests of oligomeric tires for category 3 tractors // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 12th International Scientific Conference on Agricultural Machinery Industry, «Interagromash - 2019», Rostov-on-Don, 2019. Р. 012126. DOI: 10.1088/1755-1315/403/1/012126. EDN: BUJQQF
10. Кравченко В.А., Яровой В.Г., Меликов И.М. Характер деформирования крупногабаритных шин низкого давления движителей тракторов класса 5 // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. Краснодар: КубгАУ,
2017. № 132. С. 1230-1241. DOI: 10.21515/1990-4665-132098. EDN: ZTTADN
11. Кравченко В.А., Оберемок В.А., Меликов И.М. Оптимизация параметров армирования шин движителей колёсных тракторов // Проблемы развития АПК региона. 2017. № 4 (32). Т. 32. С. 126-132. EDN: ZWOLRF
12. Сергеев Н.В. Мобильная установка «шинный тестер» для проведения экспериментальных исследований пневматических шин // Евразийское Научное Объединение. 2017. Т. 1. № 2 (24). С. 33-37. EDN: YFOIFD
13. Пархоменко С.Г., Пархоменко Г.Г. Экспериментальное исследование характеристик тракторных пневматических шин // Тракторы и сельхозмашины. 2017. № 11. С. 40-48. EDN: ZSLOJH
14. Кравченко В.А., Кравченко Л.В. Аналитическое обоснование параметров внутреннего строения шин движителей мобильных энергетических средств тягового класса 1,4 // Вестник аграрной науки Дона. 2023. Т. 16. № 1 (61). С. 17-28. DOI: 10.55618/20756704_2023_16_1_17-28. EDN: QIZBHT
References
1. Fomin A. O sostoyanii i perspektivakh mashinno-traktornogo parka sel'khozpredpriyatiy Rossii (On the state and prospects of the machine and tractor fleet of agricultural enterprises in Russia). Mezhdunarodnyy sel'skokho-zyaystvennyy zhurnal. 2015; 3: 56-60. EDN: TXLSYJ (In Russ.)
2. Ostryanina T.K. Trebovaniya k mashinno-traktornomu parku dlya uvelicheniya pribyli zernovogo pro-izvodstva (Requirements for the machine and tractor fleet to increase the profit of grain production). Materialy LV Mezhdu-narodnoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii «Dostizheniya nauki - agropromyshlennomu proizvodstvu» / Yuzhno-Ural'skiy gosudarstvennyy agrarnyy universitet. Chelyabinsk, 2016, s. 155-160. EDN: WNMYOT (In Russ.)
3. Gedroit' G.I., Zezetko N.I., Medved' A.V. Razvitie konstruktsiy khodovykh sistem traktorov «Belarus» moshchnost'yu 300...450 l.s. (Development of designs of suspension systems of tractors "Belarus" with a capacity of 300...450 hp.). Agropanorama. 2017; 4(122): 5-9. EDN: GOAYLX (In Russ.)
4. Orda A.I., Shklyarevich V.A., Vorobey A.S. Rezu-l'taty eksperimental'nykh po opredeleniyu normal'nykh napryazheniy v pochve pod kolesom metodom fizicheskogo modelirovaniya (Results of pilot studies on determination of normal tension in the soil under a wheel using a method of physical modeling). Mekhanizatsiya i elektrifikatsiya sel'skogo khozyaystva, Nauch.-prakt. Tsentr Nats. akad. nauk Belarusi po mekhanizatsii sel. khoz-va. Minsk, 2013; 47-1: 29-37. EDN: ZWEKMV
5. Bulinski J., Sergiel L. Effect of wheel passage number and type inflation pressure on soil compaction in the wheel track. Annals of Warsaw Agr. Univ. Agriculture. Warsaw, 2013; 62: 5-15. file:///C:/Users/nich-5/Downloads/ Ef-fect_of_wheel_ passage_number_and_.pdf (data obrasche-niya 27.03.2023).
6. Godwin R., Misiewicz P., White D., Smith E. Results from Recent Traffic Systems Pesearch and the Implications for Future Work. Acta technol. agr. 2015; 18 -3: 57-63.
DOI: 10.1515/ata-2015-0013.
7. Chervet A., Sturny W.G., Gut S.et autres. Charge maximale admissibie a la roue - une variable carachteristique utile pour la pratique. Recherche Agronomique Suisse. 2016; 7-8: 330-337. file:///C:/Users/nich-5/Downloads/36728-37704-fr-pub.pdf. (data obrasheniya 27.03.2023).
8. Galambosova J., Macak M., Rataj V., Antille D.L., Godwin R.J., Chamen W.C.T., Zitnak M., Vitaz-kova B., Dud'ak J., Chlpik J. Field evaluation of controlled traffic in Central Europe using commercially available machinery. Amer. Soc. Of agriculture and boil engineering. St. Joseph (Mich.), 2017; 60-3: 657-669. DOI: 10.13031/trans.11833.
9. Melikov I., Hasanova E., Kravchenko V., Kravchenko L., Senkevich S. Traction and energy efficiency tests of oligomeric tires for category 3 tractors. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 12th International Scientific Conference on Agricultural Machinery Industry, «Interagromash - 2019», Rostov-na-Donu, 2019; pp. 012126. DOI: 10.1088/1755-1315/403/1/012126. EDN: BUJQQF.
10. Kravchenko V.A., Yarovoy V.G., Melikov I.M. Kha-rakter deformirovaniya krupnogabaritnykh shin nizkogo davleniya dvizhiteley traktorov klassa 5 (The character of deflection of the oversize tires with low pressure in tractor propulsion units of Class 5). Politematicheskiy setevoy elektronnyy nauchnyy zhurnal Kubanskogo gosudarstven-nogo agrarnogo universiteta (Nauchnyy zhurnal KubGAU) [Elektronnyy resurs]. Krasnodar: KubGAU, 2017; 132: 12301241. DOI: 10.21515/1990-4665-132-098.
EDN: ZTTADN (In Russ.)
11. Kravchenko V.A., Oberemok V.A., Melikov I.M. Optimizatsiya parametrov armirovaniya shin dvizhiteley kole-snykh traktorov (Optimization of tire reinforcement parameters for wheel tractor propellers). Problemy razvitiya APK regiona. 2017; 32-4 (32): 126-132. EDN: ZWOLRF
(In Russ.)
12. Sergeev N.V. Mobil'naya ustanovka «shinnyy tester» dlya provedeniya eksperimental'nykh issledovaniy pnevmaticheskikh shin (Mobile unit «tire tester» for experimental research of pneumatic tires). Evraziyskoe Nauchnoe Ob"edinenie, 2017; 1-2 (24): 33-37. EDN: YFOIFD (In Russ.)
13. Parkhomenko S.G., Parkhomenko G.G. Eksperi-mental'noe issledovanie kharakteristik traktornykh pnevma-
ticheskikh shin (Experimental study of the characteristics of tractor pneumatic tires). Traktory i sel'khozmashiny. 2017; 11: 40-48. EDN: ZSLOJH (In Russ.)
14. Kravchenko V.A., Kravchenko L.V. Analiticheskoe obosnovanie parametrov vnutrennego stroeniya shin dvizhite-ley mobil'nykh energeticheskikh sredstv tyagovogo klassa 1,4 (Analytical substantiation of the parameters of the internal structure of tires for propeller of mobile power equipment of 1.4 traction class). Vestnik agrarnoy nauki Dona. 2023; 16-1 (61): 17-28. DOI: 10.55618/20756704_2023_16_1_17-28. EDN: QIZBHT (In Russ.)
Информация об авторах
В.А. Кравченко - доктор технических наук, профессор, Донской государственный технический университет, г. Ростов-на-Дону, Россия. Тел.: +7-928-195-79-47. E-mail: a3v2017@yandex.ru.
Л.В. Кравченко - доктор технических наук, профессор, Донской государственный технический университет, г. Ростов-на-Дону, Россия. Тел.: +7-928-162-88-76. E-mail: lusya306@yandex.ru.
В.В. Журба - кандидат технических наук, доцент, Донской государственный технический университет, г. Ростов-на-Дону, Россия. E-mail: vic.zhurba@yandex.ru.
Владимир Алексеевич Кравченко, e-mail: a3v2017@yandex.ru
Information about the authors
VA Kravchenko - Doctor of Technical Sciences, Professor, Don State Technical University, Rostov-on-Don, Russia. Phone: +7-928-195-79-47. E-mail: a3v2017@yandex.ru.
L.V. Kravchenko - Doctor of Technical Sciences, Professor, Don State Technical University, Rostov-on-Don, Russia. Phone: +7-928-162-88-76. E-mail: lusya306@yandex.ru.
V.V. Zhurba - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Don State Technical University, Rostov-on-Don, Russia. Phone: +7-928-162-88-76. E-mail: vic.zhurba@yandex.ru.
Vladimir Alekseevich Kravchenko, e-mail: a3v2017@yandex.ru
Вклад авторов. Все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Contribution of the authors. All authors made an equivalent contribution to the preparation of the article. The authors declare no conflict of interest.
Статья поступила в редакцию 10.04.2023; одобрена после рецензирования 18.05.2023; принята к публикации 19.05.2023. The article was submitted 10.04.2023; approved after reviewing 18.05.2023; accepted for publication 19.05.2023.
https://elibrary.ru/vyaslj
