автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение тягово-сцепных качеств малогабаритных тракторов в растениеводстве

РГ6 од

1 ШОЛ 1897

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ СІЛЬСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА

На правах рукопису УДІС 631.3.004.67

ОВСЯПНІКОВ СЕРГІЙ ІВАНОВИЧ

ПІДВИЩЕННЯ ТЯГЛОВО-ЗЧЕПЛЮВАЛЬНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ МАЛОГАБАРИТНИХ ТРАКТОРІВ В РОСЛИННИЦТВІ

05.20.01 Мезанізація сільськогосподарського виробництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Харків 1997

Робота виконана на кафедрі “Трактори і автомобілі” Харківського державного технічного університету сільського господарства.

Науковий керівник - заслужений діяч науки та техніки України, доктор технічних наук, професор Лебедев Анатолій Тихонович

Офіційні опоненти - доктор технічних наук, професор

Подригало Михайло Аббович;

- кандидат технічних наук Смірнов Володимір Іванович

Ведуча організація - Український науково-дослідний інститут

. сільськогосподарського машинобудування.

Захист відбудеться червня 1997 р. о/б^одині на засіданні спе-

ціалізованої ради К 02.20.02 при Харківському державному технічному університеті сільського господарства (ХДТУСГ).

Відгуки на автореферат у двох екземплярах, завірені печаткою, просимо надсилати вченому секретарю спеціалізованої ради за адресою: 310002, м. Харків-002, вул. Артема, 44, ХДТУСГ.

Автореферат розіслано травня 1997 р.

Вчений секретар спеціалізованої

ради к.т.н., професор ґСу ' • Єрмолов Л.С.

Актуальність. В Україні площа землі, що відведена під особисті, підсобні та фермерські господарства, колективні сади і городи складає понад 2,5 мли. га і з кожним роком збільшується. Середні розміри цих дільниць складають 0,05-2 га. Відводяться вони в основному на невдоб'ях, схилах, мають складну конфігурацію, де застосування традиційної техніки ускладнено і призводить до порушення структури грунту та економічно невиправдано. Тому на даних дільницях переважає в основному ручна праця.

Зменшити частку ручної праці, а отже підвищити продуктивність, можливо з застосуванням засобів малої механізації, до яких відносяться мінітрактори. В розвинених зарубіжних країнах мінітрактори складають 20-25 %, а в деяких до 40 % від загального парку сільськогосподарських тракторів, в той час, як на Україні частка мінітракторів не перевищує 0,2 %. Українською національною програмою по організації виробництва технологічного комплексу машин та обладнання для сільського господарства і переробки сільськогосподарських продуктів, прийнятої в 1992 р., передбачається розробка і освоєння серійного виробництва комплексу машин та обладнання для малої механізації сільськогосподарського виробництва.

При виконанні найбільш трудомістких технологічних операцій (рілля, культивація, міжрядкова обробка та ін.) тяглово-зчеплювальних властивостей мінітракторів часто не достатньо, що призводить до порушення агротехнічних вимог, підвищеному буксуванню, а отже, до порушення структури грунту і зниженню продуктивності агрегату. Тому, поряд із збільшенням обсягу вироб-. ництва мінітракторів, необхідно підвищувати їх тяглово-зченлювальні властивості. Одним із факторів, шо впливають на тяглово-зчеплювальні властивості, є зчеплювальна маса, що залежить від маси самого трактора, а при використанні малогабаритних тракторів і від маси водія.

Тяглово-зчеплювальні властивості мінітракторів досліджені не в повній мірі. Очевидно, це пов'язано з відносно недавнім виробництвом і використанням мінітракторів в нашій країні. Всі ці обставини зазначають на актуальність подальших досліджень, спрямованих на оптимізацію параметрів, режимів навантаження і досконалення конструкцій рухівників з метою підвищення тягло-со-зчеплювальних властивостей мінітракторів.

Метою роботи є підвищення тяглово-зчеплювальних властивостей агрегатів на базі мінітракторів при використанні в рослинництві.

Об'єкт дослідження. Машинно-тракторні агрегати на базі малогабаритного самохідного шасі МСШ-10 блоково-модульної побудови.

Методика виконання роботи. Теоретичні і експериментальні дослідження виконувалися із застосуванням як стандартних, так і спеціально розроблених методик. В теоретичних дослідженнях використовувався засіб Рунге-Кутта для цифрового рішення диференційних рівнянь і засоби аналітичної механіки, теорії автомобіля і трактора. Експериментальні дослідження проводилися як на лабо-

раторіїих установках для визначення параметрів шин, так і в польових умовах з використанням сучасної вимірювальної і обчислювальної техніки. При теоретичних дослідженнях і при обробці експериментальних даних широко застосовувалася електронно-обчислювальна техніка.

Наукова новизна. Розроблена математична модель, що враховує перемінність мас мінітрактора і водія, для обгрунтовування оптимальних параметрів мінітракторів. Удосконалена класифікація мобільних засобів малої механізації. Одержані залежності для визначення деформації шин і витрат енергії на каміння колісних рухівників при перемінних режимах навантаження. Розроблена методика визначення оптимальних параметрів мінітракторів при перемінності режимів навантаження.

Практична цінність і реалізація результатів роботи. Проведені дослідження є складником Української національної програми по організації виробництва технологічних комплексів машин та обладнання для сільського господарства і переробки сільськогосподарських продуктів. Розроблена динамічна математична модель дозволяє проведенням на ній обчислювальних дослідів не тільки значно скоротити витрати часу і коштів при визначенні оптимальних параметрів малогабаритних тракторів, але й оцінити різноманітні ком-поновочні схеми побудови агрегатів на базі мінітракторів.

Проведені теоретичні та експериментальні дослідження з питань моделювання процесів, протікаючих у шині і плямі контакту, дозволили не; тільки уточнити деякі положення теорії качіння, але і намітити шляхи розробки нових конструкцій шин.

. Результати дослідження реалізовані на малогабаритному самохідному шасі МСШ-10, яке захищено свідоцтвом на промисловий зразок №37548, патентом України №49 і авторським свідоцтвом А. С. №1716700, дослідні зразки якого випущені на Харківському заводі самохідних шасі та в/ч А0910 м. Харків. За результатами дослідження розроблена конструкція шин ведучих коліс для малогабаритних тракторів 6,50-16 моделі С-1, дослідні зразки якої випущені Білоцерківським шинним заводом №2 і з кінця 1996 р почато серійне виробництво.

Апробація роботи Основні положення роботи і окремі її розділи доповідалися і обговорювалися на наукових конференціях в КубНДТІМ (1989 р.), УНДІМЕСГ (1989-1990 рр.), на міжнародному семінарі в м. Ліма (Перу, 1991 р.), на щорічних наукових конференциях в ХДТУСГ (1988-1997 рр.), у відділі Головного конструктора Харківського заводу самохідних шасі (1993 та 1996 РР)

Публікації Основні положення дисертації опубліковані в 13 друкованих працях, у числі яких 1 свідоцтво на промисловий зразок, 1 авторське свідоцтво, одержано 1 позитивне рішення на винахід.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається із введення, чотирьох розділів, висновків, бібліографічного списку і додатків. Робота викладена на сторінках машинописного тексту і містить 60 малюнків і 7 таблиць. В бібліографічному списку приведено /?4наіменувань.

З

У вступі дана стисла характеристика питання і зв'язок з науковими програмами, обгрунтована актуальність теми дослідження, сформульована мета, наукова новизна і практичне значення одержаних результатів.

У першому розділі “Суттєвість питання малої механізації сільськогосподарського виробництва” розглянуто призначення і класифікацію засобів малої механізації. На підставі аналізу існуючих класифікацій запропоновано називати мінітрактопами - всі мобільні засоби малої механізації; моточнаряддимн -спеціальні мобільні засоби малої механізації, призначені для виконання однієї технологічної операції; мото блоками - одновісні мінітрактори, призначені для виконання деяких технологічних операцій; малогабаритним» тракторами (МГТ) - двовісні мінітрактори. Розглянута історія розвитку мобільних засобів малої механізації у світі та на Україні. Зроблено аналіз парку сільськогосподарських тракторів на Україні і визначено місце малогабаритних тракторів в ньому.

Багато з дослідників при моделюванні роботи МТА використовують в якості вхідних величин, тобто що задаються, вихідні, що с результатом роботи МТА, і отримати їх можливо тільки вже змоделювавши роботу МТА, що зумовило необхідність дати чіткий розподіл поміж ними. До вхідних, величин були віднесені параметри, наприклад, маса трактора, момент інерції коліс і т. і., тобто величини, що визначають роботу системи; а до вихідних - показники, наприклад, буксування, тяглова потужність трактора і т. і., тобто величині!, за якими можна судити про хід течії процесу при роботі системи. В цьому розрізі було розглянуто вплив перемінності мас мінітракторів і оператора, а також конструктивних параметрів рухівників мінітракторів на тяглово-зчеплювальні властивості і вихідні показники роботи, зокрема на такий показник, як ккд ходової системи. Розглянуті шляхи підвищення тяглово-зчеплювальпих властивостей мінітракторів.

В цей час, коли налагоджується серійне виробництво малогабаритної техніки, важливо створити не тільки науково обгрунтовану базу мінітракторів, але й передбачити високу універсальність їх конструкцій для більш широкого застосування, уніфікації вузлів та деталей. Підвищити універсальність мінітракторів дозволяє блоково-модульне катіонування. В роботі запропонована схема побудови агрегату за блоково-модульним принципом (мал. 1). В основі агрегату полягає енергетичний модуль, то складається із енергосилової установи, трансмісії, рухівників і стикуючих пристроїв. При допомозі стикуючих пр »строїв до енергетичного модуля приєднуються технологічні модулі і сільськогосподарські знаряддя та машини.

Мал. 1, Агрегатування МГТ за блоково-ыодулышм принципом побудови.

На підставі наведеного вище аналізу для досягнення поставленої мети були сформульовані слідуючі завдання дослідження:

. - розробити математичну модель оцінки впливу перемінності мас

мінітракторів і оператора на тяглові властивості;

- обгрунтувати закономірності взаємодії рухівників мінітрактора з опорною підставою при перемінності мас;

- розробити методику експериментальних досліджень впливу перемінності мас на тяглово-зчеплювальні властивості малогабаритного трактора;

- оцінити вплив перемінності мас блоково-модульного енергетичного засобу на тяглові властивості;

- запропонувати рекомендації по підвищенню тяглово-зчеплювалышх властивостей і експлуатаційних можливостей мінітракторів в рослинництві.

В другому розділі “Математична модель руху мінітракторів блоковомодульного побудування” визначена динамічна математична модель, що дозволяє розрахунковим шляхом визначити тяглово-зчеплювальні можливості малогабаритного трактора в залежності від компоновочно! схеми, перемінності мас трактора і водія та експлуатаційних факторів. Рух трактора описувався в повздовжньо-вертикальній площині, тобто уздовж повздовжньої осі Ох, вертикальної осі Оі і навкруг осі Оу (мал. 2).

Мал. 2. Схема динамічної підсистеми остів-ишни малогабаритного трактора. ' -

Для визначення впливу перемінності мас на тяглово-зчеплювальні властивості трактора, в окремі маси були виділені: піт - маса остова трактора; то - маса сільськогосподарського знаряддя; іш - маса баластних вантажів; шв - маса водія. Причому, повна експлуатаційна маса трактора дорівнює сумі оцих мас. Рух маси водія пів по осі Ох описується окремим рівнянням, а по осі Ог її значення сумується з інерцією остова трактора. Зміна опору сільськогосподарських машин (крюковий опір) описано двома синусоїдами щодо середнього значення Ркр, причому, сумарна сила визначалася пропорційно квадрат)' швидкості руху знаряддя:

Ркр= Г£р-|і + а • їіп(к- х) + А • 8Іп(К- х)| |і + К¥ -Х^ (1)

де а, к - відповідно амплітуда і період структурних змін опору грунту обробці;

А, К - відповідно амплітуда і період макрозмін опору грунту обробці;

ІС\- - коефіцієнт пропорційності;

Хо - швидкість руху знаряддя.

Профіль опорної поверхні описано у вигляді синусоїди з амплітудою Ах і періодом Кг в функції від проходження шляху:

7.=Л7-$ш(К/-х), (2)

а кут нахилу апроксимуючого майданчика контакту колеса з опорною поверхнею визначався як зворотна величина тангенса першої похідної від функції зміни профіля опорної поверхні:

(х;=агс^[Лг\чіп(К/-х)]'=агс^[А2,К7-сох(К2,х)] (3)

Рух мас прийнятої динамічної системи описується наступною системою диференційних рівнянь:

ЛД 'фд = ЛІД - МУДІ - Мм,;

•ф, - Муд] + МддІ

ЕМ .+£М .

. укі . ДКІ

и

Л,+

/ Ч1'' тр

Л2І • <р 2І = Му2і + ^ Мд21 _ + ^Г2і) ■ Ік2і ~ 2-ї ’ Гк1і >

і і І і 1

іп0 • х0 = Ркр -[і + а - 8Іп(к - х) + А - 8Іп(К- х)]■ ^1 + Ку • х*);

(піт + шб + тв)-іс =^2ичі -ЦЕсі.д +ЕК2і аср2і;

і і

• тв • * в' = р8 ;

. (Іг + Л6 + Лв)-ф=-

х, -

-(ЇХ» -Ескн -Егпі '(7-і +гкнЬ

"" 2[(^2і _ ГГ2І - 11,2, 'ас|>2і)'(г2 + Гг2і)]+ ^іф • 7.кр -І

І=1;2;

і=і;2, ,

де Муді, МддІ - моменти відповідно пружних і дисипативних елементів дільниці маховик - ось ведучих коліс;

.її, .І2, Ікі - приведені моменти інерції відповідно маховика, елементів трансмісії і ведучих коліс;

Мухі, Мдкі - моменти відповідно пружних і дисипативних елементів ведучих коліс;

ІІтр- передатне число трансмісії;

їїкі, Кп - сили відповідно повздовжньої реакції грунту і опору качіння;

(4)

гкі - радіус качіння вільного ведучого колеса (за умови, що дотична реакція опорної підстави Рк=0),

Іігі- нормальна реакція опорної підстави; і=1, 2 - відповідно для правих і лівих коліс;

І=1, 2 - відповідно для передніх і задніх коліс; інші позначення показані на мал. 2.

Тяглово-зчеплювальні властивості трактора залежать від тяглово-зчеплювальннх властивостей його окремих рухівників, які, в свою чергу, залежать від режимів навантаження зовнішніми силами в різних площинах. Виходячи із завдань дослідження, в роботі розглянуті тільки радіальні і тангенціальні деформації.

Найбільш складним в теоретичному плані виявилося створення математичної моделі процесів, протікаючих в плямі контакту шини із опорною підставою. Навіть визначення радіальної жорсткості шини виявилося досить складним завданням, бо відомі способи її визначення призводять до фіктивних результатів. Наприклад, багато дослідників зазначають на те, що динамічна жорсткість шини значно відрізняється від статичної. Згідно з проведеними теоретичними і експериментальними досліджеиями з цього питання, динамічна жорсткість шин для мінітракторів практично не відрізняється від їх статичних.

Розроблена статична математична модель процесу радіальної деформації шини з елементами тертя шини в плямі контакту (5), графічна інтерпретація якої представлена на мал. З, дозволила аналітично відтворити петлі гістерезиса (мал. 4), одержані на установці для радіальної деформації шини 6,50-16, а також одержати цифрові значення параметрів, які входять до неї. .-

С, = С„ • її, + Рсо + 1'с ■ Іі( - О0 ■ С("” ,1і)Кг при Ь|+,>Ь,;

Є, = Сн • Ь, - І*£0 - Рс • її, + Є0 • е(І,|'І,“)К‘ при ь,+,<]іі; С = 2-І\„ +2 Р -її,-С„•е(,,‘-|і")Кг;

(5)

С =2 +2 Р -її, -С,„

де Сн - жорсткість шини в радіальному напрямку;

Ьі - поточна деформація шини;

Ьо - мінімальна деформація шини при зміні знаку швидкості деформації із на “+”;

Іім - максимальна деформація шини при зміні знаку швидкості деформації із “+” на

Кг- коефіцієнт пропорційності; інші позначення представлені на мал. 3.

Мал. 3. Схема до розрахунку радіального навантаження в функції деформації шини.

Для підтвердження адекватності математичної моделі було вироблено навантаження шини радіальним навантаженням по циклу а, Ь, с, сі, е, і, g (мал. 5). Математична модель задовільно відтворила цей цикл. Дані цього експерименту дозволяють також пояснити фіктивне збільшення радіальної жорсткості шини, що не котиться, описаній при її динамічному навантаженні. З малюнка видно, що із зменшенням амплітуди коливань деформації кут нахилу лінії, що з'єднує дві крайні крапки при її переміщуванні, збільшується, що при динамічній моделі, описаній лінійними диференційними рівняннями, рівносильно збільшенню жорсткості, бо період коливань шини при цьому зменшується. Досліди з скиду-вання шини, що не котиться, і відтворення цього процесу на динамічній моделі підтвердили дані припущення. Аналогічні експериментальні та теоретичні дослідження були проведені для визначення пружно-дисипативних властивостей шини в тангенціальній площині.

При розгляді питань кінематичних і силових втрат при качінні колеса визначені джерела втрат енергії виходячи із суттєвостів процесів, що відбуваються. Одним із таких джерел є розсіювання енергії матеріалом шини внаслідок її деформації з певною швидкістю. В межах куту схеї (мал. 6) шина деформується в радіальному і тангенціальному напрямках, а в межах куту ае2 відновлює свою форму. Враховуючи, що величина деформації і її швидкість на кромках шини незначні, апроксимуем епюри деформації шини двома прямими в межах кутів 2-ао, при цьому середня швидкість зміни деформації буде відрізнятися від швидкості на ділянці а» не більш ніж на 9 %. Виходячи з витрат енергії при

радіальній деформації шили, зосереджений момент Мгп, при проледенні сил Рі до осі колеса, та за умови, що сили прикладені в серединах дільниць ао, вира-читься залежністю:

Мал. 4. Петлі гістерезису шили 6,50-16 та її жорсткість при радіальній деформації: 1 - експериментальна петля; 2 - математична модель з нелінійною жорсткістю; 3 - радіальна деформація розрахована за формулою В.Л. Бідермана;

4 - лінійна жорсткість; 5 - нелінійна жорсткість.

^ 1 (п I]' >10'1 - (6)

де - сила рідинного опору шини при і( деформації з вертикальною сумарною швидкістю.

Тангенціальна деформація буде змінюватися в межах кутів аеі і ае2 більш рівномірно, ніж радіальна. При деяких припущеннях можна вважати, що при рівномірному качінні колеса під навантаженням шина з постійною швидкістю закручується на дільниці від аеі до аз та розкручується на дільниці від аз до ае2.

Ь, с, сі, с, 1 - експеримент; 2 - математична модель.

Кут закрутки шини аз визначається як:

аз—Мшр’Ет, (7)

де Мслр - сумарний момент опору;

Ет - коефіцієнт тангенціальної податливості шини.

Враховуючи ту обставину, що робота є скалярною величиною, допустимо умовно вважати, що весь обсяг шини в межах куту аеі+ае2 закручується в одну сторону. Тоді момент опору від тангенціальної деформації шини буде дорівнювати:

' 2- Б., • х •ф

М г, = Р ,і • а з = д —Т (8)

е» + аЕг)

де 1)^ - коефіцієнт рідинного опору шини при її деформації в тангенціальному напрямку;

аз - швидкість закручування шини в тангенціальному напрямку;

хем - відстань зміщення плями контакту від впливу реакції опорної основи при дії крутячого моменту на осі колеса, рівного Мспр;

ф - наріжна швидкість обертання колеса;

Коб - радіус ободу колеса.

Мал. 6. Схема радіальної та тангенціальної деформацій шини при качінні.

Дотична сила тяги при качінні колеса із пневматичною шиною по иеде-формоваиій основі в ведучому режимі визначалася за формулою (9), а складові моменту опору качіння, крім вище перелічених, за формулами (16-19):

Р* = т• 0,75• Ь- Ла• ^ 0Г( ■ ^ • її/; (9)

А£-8СКІ+ 8СМ;

8смі

(10)

(П)

''с.і-фЧіі&і-М;

Уск|-ф'(г 0-^ Ем)~Я~^СМ э

(12)

(13)

(14)

(15)

при АЧ<Я0 т^Гп'бі; при Л8>50 Ти Іск’^ь

0

МГгр=2> -0,75- Ь-У.

(16)

Мґк ;

М кр=Мгк'+М т+М Йр+М гп+Мгх!

(17)

(18)

(19)

де Ь - ширина плями контакту;

Да - крок інтегрування;

аі - нормальне тиснення в області елементарного майданчика;

Д8 - зміщення елементів протектора щодо опорної основи;

5о - максимальне значення відносного зміщення, при якому всі елементи протектора починають прослизати щодо плями контакту;

, $смі, $скі - відповідно зміщення елементів протектора щодо ділянки з максимальним тисненням і прослизання всієї плями контакту щодо опорної основи;

Усмі, Vскі - швидкості відповідно зміщення елементів протектора і прослизання плями контакту щодо опорної основи;

Нем, ііїі - деформації шини відповідно сумарна максимальна та в крапці рахунку;

х, хем - швидкості переміщування відповідно трактора та крапки, що характеризує кут закрутки шини;

го - вільний радіус колеса;

тм - максимальна напруга зрушення;

(п, іск - коефіцієнти тертя відповідно спокою та прослизання;

її - час проходження кроку інтегрування;

¡\Ifrp - момент опору, обумовлений втратами енергії на тертя в плямі контакту;

Ліїи - момент опору, обумовлений зміщенням центру плями контакту і нормальної реакції ІЬ при дії сили Г'к,

МР'к - момент опору для визначення зовнішніх горизонтальних сил опору;

Мкр - крутячий момент, підведений до осі ведучого колеса.

При руху колеса по основі, яка деформується, додається момент опору від зміщення грунту передньою кромкою Мгк та горизонтальна складова реакції грунту на передній кромці плями контакт)' Лік, що при відповідному режимі може виявляти не опір пересуванню, а навпаки, штовхати колесо вперед. Дещо ускладнились формули з визначення дотичних напружень, наприклад, тем вира-

ховувалася за формулою (24), і додалися формули для визначення глибини зміщення грунту,'наприклад, під грунтозачепами (25). Ускладнилась формула для визначення нормальних напружень в плямі контакту сгі, бо дещо ускладнилась епюра напружень із-за додання дільниці зміщення грунту передньою кромкою шини.

ЛІ.к-Н.-.умгНи,^ (X ук) (20)

де Кк, Иїк, ІІ2К - відповідно результуюча реакція грунту при її зміщенні передньою кромкою і її горизонтальна та вертикальна складова;

Оку, аук - кути, що визначаються із геометричних побудов;

. ґпр- приведений коефіцієнт тертя; . •

Кт - коефіцієнт деформації;

Яск-і - сумарне зміщення та прослизанім елементів протектора щодо опорної основи; . -

Ііз, 1)3 - відповідно висота та ширина грунгозачепів; сгі- нормальні напруги під грунтозачепами; к- коефіцієнт об'ємного зміщення грунту;

І - порядковий номер крапки плями контакту.

Для рішення рівнянь, що описують динамічну модель, розроблені алгоритм та програма для розрахунку на ЕОМ.

1? третьому розділі “Обладнання та методика експериментальних досліджень” приведені програма, методики лабораторних та польових іспитів, дано опис вимірювальної апаратури та обладнання, які використовувалися.

Метою експериментальних досліджень передбачалося визначення характеристик деформації пневматичних шин в радіальному і тангенціальному напрямках, оптимальних параметрів малогабаритного трактора в залежності від перемінності мас трактора і оператора та підтвердження теоретичних передумов до визначення оптимальних параметрів і режимів роботи мінітракторів. Програмою експериментальних досліджень передбачалося:

- одержання експериментальних залежностей радіальної та тангенціальної деформацій і площі плями контакту шин 6,50-16 від нормального навантаження, крутячого моменту і внутрішнього тиску повітря;

(21) (22)

(23)

Нхк=1{,к'1йаук

ІІІК=0,8-сГ„-ак-Ь/2

1ьи'К

/

(24)

(25)

- експериментальне визначення фізико-механічних властивостей грунту і коефіцієнтів зчеплення спокою та прослизання;

- дослідження впливу перемінності мас трактора і оператора на тяглові властивості малогабаритного трактора.

В дослідженнях використовувалися слідуючі прилади та датчики: світло-променевий осцилограф Н071.6, реєструюча апаратура ЭМА-ПМ, блок живлення датчиків “Агат”, датчики прискорень МП-95 і наріжних переміщувань МУ-615 А, тензометрична ланка з номінальним зусиллям 1 т, розходомір палива ИП-170 ПС, зразковий динамометр ДУ-1, датчики куту повороту ведучого та шляхозмірювального коліс власної конструкції, тахогенератор ТЭ-204.

Обробка експериментальних даних здійснювалася з використанням ймовірно-статистичних засобів і ЕОМ.

В четвертому позділі “Результати експериментальних досліджень ] рекомендації по поліпшенню тяглово-зчеплювальних властивостей малогабаритних тракторів” представлені дані, одержані внаслідок обчислювальних експериментів на математичній моделі і дані лабораторних та польових експериментів. Математична модель, що описує пружно-дисипативні властивості шин, задовільно відображає процеси, що відбуваються при навантаженні шини радіальним та тангенціальним навантаженням. Характер петель деформації (мал. 4) говорить про нелінейну жорсткість шин, що збільшується із збільшенням вну трішнього тиску повітря та числом шарів корду. Площа плями контакту змінюється прямо пропорційно зміні радіального навантаження в межах допустимого рівня деформації і походить в основному за рахунок зміни довжини плями контакту.

Результати обчислювального експерименту за динамічною математичною моделлю з достатньою точністю узгодяться із експериментальними даними (мал. 7). При математичному моделюванні виявлена слідуюча закономірність, що при експлуатаційній вазі трактора Се=8 кіі діється стрибкове збільшення тяглового ккд. При детальному розгляді причин збільшення тяглового ккд з'ясовано, що із збільшенням ваги, а отже, радіального навантаження на рухів-ники, збільшується довжина плями контакту. При цьому у взаємодію з грунтом вступає додаткова кількість грунтозачепів, що знижує навантаження на грунто-зачепи, які знаходяться в контакті з грунтом. При цьому відбувається зниження буксування при одночасному збільшенні дотичної сили тяги.

Для перевірки вірності висунутої гіпотези проведені експерименти із тягловим навантаженням Ркр=1,6 к([ та зміною ваги трактора від 3 до 9 кіі. Результати експерименту показали слідуюче, що при експлуатаційній вазі 7 кіі тягловий ккд трактора стабілізується, а при 8 кі! відбулося деяке збільшення тяглового ккд (близно 1 %), але різкого стрибка, як при обчислювальному експерименті, не відбулося. Очевидно, це пов'язане з тим, що діялося налипання грунту на грунтозачепи, а це знизило ефективність взаємодії грунтозачепів з грунтом. Але в цілому дана гіпотеза підтвердилася.

Мал. 7. Зміна тяглового ккд малогабаритного трактора б залежності від маси трактора та тяглового зусилля на крюці.

3 метою підтвердження даного припущення проведені експерименти при внутрішньому тиску повітря Р№=90 кПа і Р\у=70 кПа.(мал. 7), при цьому “стрибок” змістився в бік меншої ваги трактора і тягловий ккд досягнув максимального значення при вазі трактора 5,7 кН.

На підставі одержаних результатів побудовані графічні залежності визначення мінімально допустимого внутрішнього тиснення повітря в шині від радіального навантаження і визначення оптимальної експлуатаційної ваги малогабаритного трактора від тяглового зусилля на крюці І’кр.

Внаслідок експериментальних досліджень визначення впливу повздовжньої координати центру тяжіння малогабаритного трактора на його тяг-лово-зчеплювальні властивості, збудована номограма для визначення оптимальної ваги та положення баластних вантажів відносно повздовжньої осі трактора.

За результатами дослідження впливу перемінності мас і повздовжньої координати центру тяжіння оператора на' тяглові властивості малогабарітного трактора, побудована номограма для визначення розміщення баластних вантажів залежно від маси і повздовжньої координати центру тяжіння водія.

Висновки

1. На Україні площа мілкоконтурних дільниць, розмірами від 0,05 до 2 га, складає понад 2,5 млн. га, де переважає в основному ручна праця. Для механізації робіт на даних дільницях необхідно близько 140 тис. малогабаритних тракторів та мотоблоків, що складе близько 20-25% від загального парку сільськогосподарських тракторів. На сьогоднішній день частка мінітракторів складає менш 0,2 % загального парку сільськогосподарських тракторів. В цей час необхідно не тільки нарощувати випуск мінітракторів, але й підвищувати їх тяглово-зчеплювальні властивості.

2. Розроблена динамічна математична модель дозволила обгрунтувати оптимальні параметри мінітракторів в залежності від перемінності мас мінітракто-, ра та водія. Внаслідок обчислювального експерименту в залежності від тяглового зусилля на крюці трактора визначена оптимальна вага трактора з урахуванням ваги водія, що в кінцевому підсумку дозволило збільшити тягловий ккд трактора на 12 % і знизиш буксування на 8 %.

3. Внаслідок теоретичних досліджень одержані:

- залежності деформації шин при динамічному навантаженні радіальним

та тангенціальним навантаженням, що дозволяють визначити кінематичний радіус качіння еластичного колеса при перемінних радіальних та тангенціальних навантаженнях; '

- вирази, що дозволяють визначити витрати енергії при качінні еластичного, колеса в веденому і в ведучому режимах иа твердих і деформованих основах при перемінності радіального та тангенціального навантаження;

- уточнена залежність визначення дотичних напружень у плямі контакту шини з опорною підставою з урахуванням пружної і не пружної пробуксовки шини.

4. Внаслідок експериментальних досліджень встановлено, що із збільшенням радіальної деформації ведучих шин збільшується кількість контактуючих з грунтом грунтозачепів. При цьому діється зниження контактних напружень на грунтозачепах, що призводить до зниження буксування до 5 % і збільшенню дотичної сили тяги.

5. Встановлено, що для мінітракторів необхідно застосовувати шини з мінімальною кількістю шарів корда (наприклад 2) і регулюючим внутрішнім тиском повітря в шині, це дозволяє збільшити площу плями контакту до 15 % в порівнянні з існуючими шинами. Оптимальна відстань кроку грунтозачепів знаходиться в межах 0,12-0,10 м. При роботі на деформованій основі внутрішній тиск повітря в шинах необхідно підтримувати в межах максимальної допустимої деформації шини.

6. Внаслідок експериментальних досліджень одержана залежність для визначення оптимальної ваги мінітракторів від тяглового зусилля иа крюці, що дозволило визначити мінімальну вагу малогабаритного трактора, яка не повинна перевищувати 3,0-3,3 кН.

7. Принцип блоково-модульної побудови малогабаритних тракторів дозволяє застосовувати раціональну схему побудови агрегату в залежності від розмірів дільниц, іцо обробляються, і операцій, що виконуються, а застосування універсальних стикуючих пристроїв дозволяє збільшити коефіцієнт використання робочого часу зміни з 0,72 до 0,81.

8. Розроблена методика визначення оптимальних параметрів мінітракторіп залежно під перемінності мас дозволяє підвищити продуктивність агрегату на базі мінітракторів на 18-22 %, що дас річну економію прямих витрат до 832 гр. на один трактор.

Список опубліковашшх праць за темою дисертації.

1. Пути повышения эксплуатационных возможностей малогабаритных тракторов. Соавторы Лебедев Л.Т., Ткаченко Д.И. // Вопросы механизации сельского хозяйства: Сб. науч. тр. ХГТУСХ, Харьков, 1996.

2. Показатели работы машино-тракторных агрегатов и их классификация. Соавторы Лебедев А.Т., Ткаченко Д.И. // Удосконалення технологій, технічних засобів та підготовка спеціалістів для сільськогосподарського виробництва. / Матеріали науково-методичної конференції факультету механізації сільського господарства ХДТУСГ. Харків, 1996.

3. Определение диссипативных характеристик шин. // Удосконалення технологій, Технічних засобів та підготовка спеціалістів для сільськогосподарського виробництва. / Матеріали науково-методичної конференції факультету, механізації сільського господарства ХДТУСГ. Харків, 1996.

4. Повышение эксплуатационных свойств малогабаритных тракторов на основе модульной их компоновки. Соавторы Макаренко-Н.Г., Ткаченко Д.И., Лысенко А.II. // Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции “Пути повышения уровня эксплуатации и эксплуатационной технологичности машин в новых условиях экономического развития агропромышленного комплекса”. Харьков, 1990.

5. Особенности методики тягового расчета малогабаритных тракторов. Соавторы Ткаченко Д.И., Макаренко Н.Г. //Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции “Пути повышения уровня эксплуатации и эксплуатационной технологичночти машин в новых условиях экономического развития агропромышленного комплекса”. Харьков, 1990.

6. Определение оптимальной массы малогабаритного трактора при работе с пассивными сельскохозяйственными орудиями. // Сб. науч. трудов, ХГГУ. Харьков, 1997.

7. Техническая эксплуатация минитракторов блочно-модульного построения. // Повышение надежности восстановления деталей машин. Сб. науч. трудов, ХГТУСХ. Харьков, 1997.

8. Средства малой механизации для фермерских хозяйств. // Фермер-97. Харьков, (в печати).

9 Малогабаритное самоходное шасси МСШ-10. Соавтор Ткаченко Д.И. // Збірник науково-дослідних робіт факультету механізації ХДТУСГ, результати яких рекомендовані до впровадження в виробництво. / Удосконалення технологій та технічних засобів у сільському господарстві. Харків, 1997.

10. Шина пневматическая для малогабаритных тракторов 6,50-16 модели С-1. Соавтор Ткаченко Д.И. // Збірник науково-дослідних робіт факультету механізації ХДТУСГ, результати яких рекомендовані до впровадження в виробництво. / Удосконалення технологій та технічних засобів у сільському господарстві. Харків, 1997.

11. Свидетельство на промышленный образец “Трактор малогабаритный” № 37548. //Ткаченко Д.И., Савенков В.В., Овсянников С.И. Заявка Ха 59225 ог

11.01. 1991, Опублик. 30. 12. 1991.

12. А.С. 1716700 СССР, ви А1 В 62 О 53/02. Сочлененное транспортное средство. //Н.Г. Макаренко, Д.И. Ткаченко, Т.В. Макаренко, С И. Овсянников. № 4846585/11; Заявлено 26. 07. 90; Опубл. 01. 11.91,

13. Положительное решение ВНИИГПЭ по заявке на изобретение “Стыковочное устройство”. // Харьковский институт механизации и электрификации сельского хозяйства. Авторы Д.И. Ткаченко, С.И. Овсянников, Е.А. Май-данник.

■ Анотацин. .

Овсянников С.И. Повышение тягово-сцспных свойств малогабаритных тракторов в растениеводстве.

, Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05. 20. 01. - механизация сельскохозяйственного производства.

Харьковский государственный технический университет сельского хозяйства, г. Харьков, 1997 г.

Защищается работа, которая содержит результаты исследования тяговосцепных свойств малогабаритных тракторов в растениеводстве в зависимости от переменности масс трактора и водителя.

Решение данной проблемы актуально для повышения производительности и эксплуатационных возможностей малогабаритных тракторов.

В работе получены следующие научные результаты:

- разработана математическая модель, учитывающая переменность масс минитрактора и водителя для обоснования оптимальных параметров минитракторов;

- получены зависимости для определения деформации шин и затрат энергии на качение колесных движителей при переменных режимах нагружения;

- разработана методика определения оптимальных- параметров минитракторов при переменности режимов нагружения.

Результаты исследования позволили обосновать оптимальные параметры малогабаритного трактора и разработать систему построения минитракторов по принципу блочно-модульной компоновки.

Ключевые .слова: переменность масс, блочно-модульная компоновка, деформация шин, упруго-днссипативные свойства, малогабаритный трактор.

Ovsjannikov S. I. Increasing the tractive coupling characteristics of small-size tractors in plant-growing.

Abstract

Dissertation for scientific degree of Candidate of technical sciences (speciality

05.20,01, Farm Mechanization).

The Kharkiv State Technical University of Agriculture, Kharkiv, 1997.

The work presents the results of a research into the tractive and coupling characteristics of small-size tractors in plant-growing depending on variability of the tractor’s and the operator’s w'eight.

Solving these problems is important for increasing the efficiency and operation potentialities of small-size tractors.

The scientific results of the work are as follows:

- a mathematic pattern has been worked out which takes into account the variability of the tractor’s and the operator’s weight for deducing optimal parameters for small-size tractors.

- correlations have been obtained to determine the deformation of tires and energy consumption for rolling the wheeled vehicles under variable loading conditions.

- methods have been developed to determine the optimal parameters of small-

size tractors under variable loading conditions. .

' The results obtained gave the possibility to determine the optional parameters of the small-size tractors out of units.

. Key words: mass variability, tire deformation, elastic and dissipative character-’ istics, small-size tractor, assembling out of units. .

Відповідальний за випуск: С.І.Пасштьев, Формат паперу 60x84 1/16 Обл. - вид.ар. Тираж 100 .

Рішграф TR. 1510 N 8065-1645

Навчально - методичний центр по заочній формі навчання у закладах освіти 3-4 рівнів акредитації аграрного профілю

Адреса: 310002, м.Харків, вул. Артема 44, кім.101.

Ґ