Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства імені Петра Василенка. Вип. 107. Механізація сільськогосподарського виробництва. Том 2

Подождите немного. Документ загружается.

отвечать и экологическим требованиям по сохранению плодородия почвы.

Сегодня повышение производительности МТА, как правило, обеспечивается за

счет увеличения энергонасыщенности трактора (увеличение мощности

двигателя). Однако, это требует увеличения эксплуатационной массы агрегата,

что приводит к увеличению удельного давления движителей на почву,

следовательно, к разрушению структуры и уменьшению ее плодородия.

Сегодня, как никогда, землю необходимо беречь.

Анализ основных публикаций, исследований. Как известно,

производительность МТА обуславливается с одной стороны конструктивно-

эксплуатационными параметрами агрегата, а с другой стороны агротехно-

логическими особенностями почвы и размерами обрабатываемых участков.

Условия работы тракторных, особенно пропашных, агрегатов резко

меняются на протяжении периода возделывания с-х культуры. Поэтому, для

соответствия МТА различным периодам вегетации той или иной культуры,

желательно иметь возможность изменять, применительно к периоду вегетации,

его конструктивные параметры – в первую очередь, такие как: конструктивная

и эксплуатационная масса и энергонасыщенность. Это позволит выполнить

экологические требования по сохранению плодородия почвы.

Традиционная методика тягового расчета [1] требует уточнения.

При тяговом расчете гусеничного трактора также следует учитывать

требования ГОСТ 26955-86 [2] и ГОСТ 7057-81 [3].

Проведенные исследования [4,5,6] подтверждают, что при разработке

новых тракторов необходимо их конструктивные параметры (особенно для

пропашных тракторов) определять применительно к возможным изменениям

состояния почвы и технологических процессов возделывания с-х культур.

Конструктивные параметры трактора (масса, мощность двигателя и размеры

движителя) желательно изменять применительно к соответствующему периоду

вегетации культуры.

На основе исследований [3,4] минимальную эксплуатационную массу

пропашного гусеничного трактора следует выбирать из условия допустимого

удельного давления движителя на почву для конкретного почвенного фона (в

самый неблагоприятный период вегетации с-х культуры). Такая

конструктивная компоновка пропашного трактора обеспечит достаточно

высокие технико-экономические показатели МТА при сохранении структуры и

плодородия почвы.

Можно ожидать, что и для гусеничного движителя (трактора) при работе

его на заданном почвенном фоне существует оптимальная тяговая мощность,

которую движитель может развить по условиям сцепления с почвой [5]. Для

накопления экспериментальных данных и для выбора рациональной

энергонасыщенности перспективных тракторов следует провести

дополнительно их исследования по программе «движитель – почва – урожай».

Учитывая выше изложенное, предлагается уточнение методики тягового

расчета пропашного гусеничного трактора.

Цель исследования. Уточнение методики тягового расчета гусеничного

трактора с учетом отрицательного воздействия движителя на почву.

Решение задачи. Тяговый расчет пропашного гусеничного трактора

предлагается проводить в ниже приведенной последовательности.

1. По назначению трактора (общего назначения, пропашной,

специальный), агротехническим (специальным) требованиям возделывания с-х

культур определяются тип подвески и геометрические параметры ходовой

части (ширина колеи, тип гусеницы, клиренс).

2. Определяется площадь опорной поверхности движителя и допускаемая

нормальная нагрузка (центр давления) на почву по ГОСТ 26953-86 [6].

3. По агротехническим рабочим скоростям движения [7] определяется

структура передаточных чисел трансмиссии, подсчитывается потребная

мощность двигателя с учётом реализации ее по условиям сцепления движителя

с опорной поверхностью.

4. Определяются тягово-сцепные показатели трактора [8] для заданных

почвенных условий работы, строится потенциальная тяговая характеристика

трактора.

5. На основании силового баланса определяются максимальная тяговая

мощность по передачам, тяговый КПД и др. показатели оценки работы МТА.

6. Имея тягово-экономическую характеристику трактора, можно

подобрать оптимальный шлейф машин и режим работы МТА в заданных

почвенных условиях.

Пример решения задачи. Предлагаемое уточнение методики тягового

расчета гусеничного пропашного трактора позволит проектировать и

составлять оптимальные МТА, а также определять оптимальные режимы их

работы при возделывании с-х культур в конкретных почвенно-климатических

условиях.

Рассмотрим пример определения основных параметров пропашного

гусеничного трактора при возделывании, например, сахарной свеклы.

Параметры движителя (ходовой части) выбираем из условия

вписываемости гусеницы в междурядья обрабатываемой культуры (сахарной

свеклы), определяем вертикальную нагрузку и удельное давление движителя на

почву по ГОСТ 26955-86.

По рекомендуемой (агротехнической) скорости движения определяем

потребную мощность двигателя и структуру скоростных режимов трансмиссии.

В соответствии с рекомендуемыми агротехническими размерами

междурядий и величиной защитных зон возделываемых сельскохозяйственной

культуры (сахарной свеклы – междурядья m=0,45м, защитная зона с=0,12м),

выбираем ширину гусеницы (рис. 1).

Ширину гусеницы определяем из выражения:

стВ





, (1)

где: т – ширина междурядий, м;

с – рекомендуемая ширина защитной зоны, м.

Тогда для возделывания сахарной свеклы гусеничным трактором, ширина

гусеницы не должна превышать 0,21м.

Рис.1 – Схема посадки сахарной свеклы.

Принимаем серийно выпускаемую гусеницу шириной 0,20м., а длину

опорной части гусеницы выбираем из условия оптимального удельного

давления на почву.

Размер колеи трактора Вк (рис.1) выбираем в зависимости от числа

обрабатываемых рядков с учетом тяговых возможностей трактора.

В соответствии с проведенным исследованиями [7, стр.261] снижение

среднего удельного давления

ср

q на почву является эффективным средством

улучшения показателей системы «движитель – почва – урожай».

Для уменьшения среднего удельного давления на почву предпочтительнее

увеличивать длину опорной поверхности гусеницы [7, стр.196].

Расчетное среднее давление гусениц на почву определяем по известному

выражению:

гr

ср

LВ





, (2)

где: G – эксплуатационный вес машины, кН;

– соответственно, ширина и длина опорной ветви гусеницы.

Из приведенного выражения следует, что увеличение опорной площади

гусеницы и снижение массы трактора дают положительный эффект по

снижению уплотняющего воздействия движителей на почву. Но, к сожалению,

при этом снижается производительность МТА и, соответственно, отпадает

необходимость в увеличении энергонасыщенности пропашных тракторов.

В соответствии с данными по агротехническому и агроэкологическому

состоянию почв [8] для региона Харьковской области допустимое среднее

давление движителя на почву при возделывании (сахарной свеклы) должно

быть в пределах 0,45-0,5 кПа.

Как известно Украина не производит гусеничные тракторы. В основном для

возделывания (сахарной свеклы) используется гусеничный трактор Т-70СМ,

имеющий удельное давление

ср

q =70Н/см

, что на 20-25% выше рекомендуемого.

В связи с чем, желательно было бы иметь отечественный трактор более

совершенной конструкцией его движителя.

Как видно из (рис.1) ширина гусеницы с выше 0,2м нежелательно по

условиям вписываемости в междурядья. Таким образом, увеличив длину

гусеницы до 2,2м (желательно установить резинометаллическую), можно создать

экологически чистый движетесь (трактор) для возделывания сахарной свеклы.

Преобразовав формулу (2) определим потребную массу трактора





, (3)

где: F

– площадь опорной поверхности движителя, м

ГГГ

LBF





(4)

здесь:

– ширина гусеницы, м;

– длина опорной поверхности гусеницы, м.

Следовательно, оптимальная эксплуатационная масса гусеничного

пропашного трактора при возделывании сахарной свеклы составит до 3,9т.

Увеличив число опорных катков гусеничного движителя, на базе трактора

Т-70СМ создать оптимальный пропашной агрегат для возделывания сахарной

свеклы.

Все дальнейшие расчеты для составления тягового баланса трактора и

построения тягово-экономической характеристики проводится по известным

формулам [2].

Вывод

Проведенные расчеты показали, что для возделывания сахарной свеклы

целесообразны использовать гусеничный пропашной трактор с

эксплуатационной массой не более 3,5т. и мощностью двигателя до 50- 60кВт.

При таких параметрах трактора можно достичь достаточно высоких

технико-экономических показателей при сохранении структуры и плодородия

почвы.

Список использованных источников

1. Ткаченко Д.И. и др. уточнение методики тягового расчета колесного

пропашного трактора// Вісник ХНТУСГ.- Харків, 2009.- Вип..89,

Тракторна енергетика в рослинництві.- С.58-65.

2. ГОСТ 26955-86 Техника сельскохозяйственная мобильная. Нормы

воздействия движителей на почву. М.: Издательство стандартов, 1986.-с.21.

3. ГОСТ 7057-81 Методы испытаний с-х техники.-М.: Издательство

стандартов, -с.56.

4. Русанов В.А. Проблема переуплотнения почв движения и эффективные

пути её решения.- М.: ВИМ, 1998.-с.367.

5. Ткаченко Д.И. Исследование тягово-сцепных качеств самоходного шасси

класса 6кН.- Х.:1974-с.204.

6. ГОСТ 26953-86 Техника с-х мобильная. Методы определения воздействия

движителей на почву.- М.: Издательство стандартов, 1986.-с.15.

7. Довідник з агрономічного та агротехнічного стану грунтів України.- К.:

Урожай, 1994.-с.333.

8. Ксеневич И.П. и др. Тракторы. Проектирование, конструирование и

расчёт.- М.: Машиностроение, 1991.-с.544.

Анотація

УТОЧНЕННЯ МЕТОДИКИ ТЯГОВОГО РОЗРАХУНКУ ГУСЕНИЧНОГО

ТРАКТОРА

Ткаченко Д., Дищенко А., Колесник І., Кухаренко В., Гайдаш С., Проценко С.

У статті на основі аналізу досліджень по негативному впливу рушіїв

мобільних машин на грунт, запропоновано уточнену методику тягового

розрахунку гусеничного просапної трактора.

Abstract

REFINEMENT METHOD OF TRACTION CALCULATION CATERPILLAR

D. Tkachenko, A. Dishchenko, I. Kolesnik, V. Kuharenko, S. Gaydash, S. Protsenko

The article, based on analysis of studies on the adverse effects of propeller

mobile machines on the ground, suggested improved technique for traction

calculation crawler tractors.

УДК 631.31

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО УБОРОЧНОГО КОМПЛЕКСА

НА ОСНОВЕ СИНХРОНИЗАЦИИ ДВИЖЕНИЯ АГРЕГАТОВ

Подригало М.А., д.т.н., проф.

Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет

Лебедев А.Т., д.т.н., проф., Кисель В. С., асп.

Харьковский национальный технический университет сельского хозяйства

имени Петра Василенко

Получены уравнения движения машинно-тракторного агрегата с

уборочным комбайном с применением метода парциальных ускорений.

Вступление. Сахарная свекла в Украине является одной из основных

культур сельскохозяйственного производства. Качество уборки сахарной

свеклы имеет первостепенное значение в технологическом процессе в связи с

необходимостью получения высококачественного сырья для сахарной

промышленности, которое значительно снизилось с применением

энергонасыщенных уборочных комплексов.

Анализ публикаций. В технологическом процессе уборки сахарной

свеклы машинами КС-6В, РКС-6 высота выгрузки корнеплодов транспортером

в кузов транспортного средства составляет в среднем 1,5 – 2,0 м. Падая с

большой высоты, 15 – 20% корнеплодов повреждается. При этом общая масса

корнеплодов снижается на 1,5 – 2,5% 1. Во время хранения поврежденные

корнеплоды в первую очередь загнивают, в результате чего сахарная

промышленность недобирает значительную часть сахара с свекловичного

сырья. Поэтому повышение качества свекловичного сырья, которое доставляют

на сахарный завод, приобретает особое значение. Часть корнеплодов,

вследствие нарушения синхронности движения уборочного комплекса, а также

разброса траекторий полета корнеплодов после схода их с транспортера,

попадает за пределы кузова транспортного средства. Эти корнеплоды

составляют безвозвратные потери. Решением этого вопроса является создание

автоматических следящих систем, которые описаны в работах 2, 3, 4. Влияние

возмущающего воздействия изменения высоты горки корнеплодов в кузове

транспортного средства на высоту выгрузки корнеплодов сахарной свеклы

рассматривается в работах 5, 6.

Цель и постановка задачи. Задачей исследования является снижение

потерь и повреждаемости корнеклубнеплодов при их погрузке уборочной

машиной в кузов транспортного средства при синхронном движении

уборочного комплекса.

Решение вопроса. При движении параллельным курсом элементов

уборочного комплекса выгрузной транспортер корнеуборочного комбайна,

перемещаясь в вертикальной плоскости, формирует насыпь корнеплодов в

кузове транспортного средства до достижения определенной высоты.

Периодически по мере необходимости транспортное средство перемещается

вправо или влево относительно своего курса, увеличивая или уменьшая

скорость своего движения. При этом кузов транспортного средства

перемещается относительно выгрузного транспортера в поперечной или

продольной плоскости. Во время маневра транспортного средства, на месте

падения массы корнеплодов с выгрузного транспортера корнеуборочного

комбайна образуются неровности, которые представляют собой тела близкие по

форме к конусам. Распределение корнеплодов сахарной свеклы в кузове

транспортного средства существенно зависит от маневренности, управляемости

и навыков водителя транспортного средства.

Во время выгрузки корнеплодов (рис. 1) секции 3 выгрузного

транспортера корнеуборочного комбайна 1 подняты достаточно высоко, чтобы

транспортные средства 2 во время их смены могли свободно проезжать под

ним. Транспортные средства сменяют друг друга без остановки

корнеуборочной машины. Для этого кратковременно отключается привод

ленты выгрузного транспортера, и корнеплоды накапливаются в бункере

свеклоуборочного комбайна.

Корнеуборочный комплекс движется параллельным курсом. Выгрузной

транспортер корнеуборочной машины является сепаратором и элеватором.

Концевая часть транспортера может регулироваться по высоте с помощью двух

гидроцилиндров (4).

Рис. 1 – Корнеуборочный комплекс:

1 – корнеуборочный комбайн; 2 – транспортное средство; 3 – секции выгрузного

транспортера; 4 – гидроцилиндры; 5 – датчик высоты.

Для автоматического регулирования высоты горки корнеплодов сахарной

свеклы на концевой секции транспортера корнеуборочной машины в выгрузной

части транспортера расположен датчик расстояния 5, измеряющий высоту

расположения транспортера относительно дна кузова или поверхности

корнеплодов, находящихся в кузове транспортного средства. При

автоматическом режиме работы транспортера датчик измеряет высоту

выгрузки

корнеплодов. При фактической высоте

H больше заданной

зф



секции транспортера опускаются в кузов транспортного средства до

тех пор, пока фактическая высота выгрузки не будет равна заданной

зф



При этом идет постоянно подача корнеплодов выгрузным транспортером в

кузов транспортного средства. Луч датчика высоты сканирует в горизонтальной

плоскости кузова по закону







и измеряет высоту выгрузки до точки

поверхности корнеплодов, лежащих на оси луча датчика расстояния. Точка

перемещается в вертикальной плоскости с ростом горки корнеплодов со

скоростью

V .

Приращение объема горки корнеплодов определяется по закону





где:

– подача корнеплодов выгрузным транспортером, кг/с;

– время, с;



– плотность вороха корнеплодов сахарной свеклы в кузове

транспортного средства, кг/м

Поэтому мы имеем движение тела переменной массы.

Уравнение движения имеет вид:

сдв

РР

mVd



)(

(1)

где: m – общая масса машины,

V – скорость движения,

дв

– движущая сила,

– суммарная сила сопротивления.

Отличие решаемой задачи заключается в том, что присоединяемые или

отсоединяемые точки перемещаются в направление перпендикулярном

направлению движения машины.

Уравнение (1) преобразуем к виду:

сдв

РР

V 

(2)

Из уравнения (2) определяем ускорение машины

сдв



(3)

В выражении (3)

пар

дв





– парциальное ускорение, создаваемое движущей силой; (4)

пар





– парциальное ускорение, создаваемое силой сопротивления; (5)

попр





– поправка на величину ускорения, обусловленная изменением

массы объекта (6)

Таким образом, выражение (3) с учетом (4), (5), (6) примет вид:

попр

нар

дв

VVV





(7)

При

= 0 величина

попр



= 0

Парциальные ускорения при динамических испытаниях мобильных

машин могут быть определены путем приращения действия отдельных сил.

Рассмотрим применение метода парциальных ускорений для

экспериментального исследования движения машинно-тракторного агрегата

(МТА) с уборочным комбайном. Скорость движения МТА должна быть

синхронизирована со скоростью движения комбайна. По мере заполнения

кузова прицепа корнеклубнеплодами (например, при уборке сахарной свеклы),

масса прицепа и МТА возрастает. При этом сопротивление движению машины

возрастает и для того, чтобы сохранить заданную скорость движения МТА

необходимо увеличить движущую (тяговую) силу на ведущих колесах. Для

этого необходимо увеличивать подачу топлива в двигателе, то есть повысить

его эффективную мощность в процессе движения. Схема сил, действующих на

тракторный агрегат приведена на рисунке 2.

Рис. 2 – Схема сил, действующих на МТА при синхронном движении

с корнеклубнеуборочным комбайном:

1 – трактор; 2 – свеклоуборочный комбайн; 3 – выгрузной транспортер; 4 – прицеп.

Уравнение движения тракторного агрегата.

fппfттK

PPP

mVd



)(

, (8)

где: Р

– тяговая сила на ведущих колесах трактора;

fтр

, Р

fпр

– силы сопротивления качению колес трактора и прицепа;

m – общая масса МТА,

m = m

тр

+ m

пр

+ m

гр

(9)

где: m

тр

– общая масса трактора,

пр

– снаряженная масса прицепа,

гр

– масса груза в прицепе.

Приведя преобразования зависимостей (8), аналогичные преобразованиям

соотношения (1), получим



, (10)

где: P

– суммарная сила сопротивления качению МТА,

fппfттf

PPP





, (11)

Подставляя (9) в (10) и, учитывая, что

гр



(12)

гр



, (13)

получим

гр

пртр

гр

пртр

гр

пртр











 , (14)

Парциальное ускорение, создаваемое силой сопротивления качению

равно всегда

гр

пртр

пар









, (15)

где: f – коэффициент сопротивления качению;

g – ускорение свободного падения, g=9,81 м/с2.

гp

гртр

гp

пртр







 (16)

Величина

гp

определяется производительностью

корнеклубнеуборочного комбайна и известна. Условием синхронного движения

комбайна и МТА будет равенство нулю правой части уравнения (16).

Определяем из этого условия

mmfP

гргр

пртрgК

 )(

(17)

Или