автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение эффективности колесного фронтального погрузчика с шарнирно-сочлененной рамой путем улучшения его поворотливости

На правах рукописи

ВЕРШИНСКИЙ Леонид Валерьевич

. с-

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОЛЕСНОГО ФРОНТАЛЬНОГО ПОГРУЗЧИКА С ШАРНИРНО-СОЧЛЕНЁННОЙ РАМОЙ ПУТЁМ УЛУЧШЕНИЯ ЕГО ПОВОРОТЛИВОСТИ

Специальность 05.20.01 - «Технологии и средства механизации сельского хозяйства» Специальность 05.05.03 - «Колесные и гусеничные машины»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

003453Б11

Челябинск - 2008

003453611

Работа выполнена на кафедре «Теоретическая механика и ТММ» Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Челябинский государственный агроинженерный университет» и в ООО «ГСКБ ЧТЗ».

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Позин Борис Михайлович

Научный консультант:

кандидат технических наук Трояновская Ирина Павловна

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Горшков Юрий Германович

кандидат технических наук, доцент Галимзянов Равиль Каюмович

Ведущее предприятие

ЗАО «Челябинские строительно-дорожные машины»

Защита диссертации состоится «18» декабря 2008 г., в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 220.069.01 Челябинского государственного агроинженерного университета по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 75.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Челябинского государственного агроинженерного университета.

Автореферат разослан «14» ноября 2008 г. и размещен на официальном сайте ФГОУ ВПО ЧГАУ http//www.csau.ru

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор <р - Басарыгина Е. М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Общий объём перевозок в сельском хозяйстве России превышает 4 млрд т самых разнообразных грузов. В общих затратах труда на производство сельскохозяйственной продукции погрузочно-разгрузочные и транспортные работы составляют 40-45%. На внутрихозяйственных перевозках доля тракторного транспорта составляет 44% (в Норвегии - 94%, Германии - 70%, Венгрии - 77%).

В гражданском строительстве доля погрузочных и транспортных работ составляет 30...35 % его стоимости и до 50% трудовых затрат.

В технологическом цикле погрузчика транспортная составляющая занимает 60...80% времени. Большая часть движения погрузчика осуществляется по криволинейной траектории с постоянными радиусами и скоростями, что соответствует определению стационарного движения. Время движения погрузчика в рабочем цикле при рационально организованных схемах работы пропорционально радиусу поворота.

Большой объём погрузочно-разгрузочных работ в сельском хозяйстве и промышленности выполняется с помощью фронтальных колесных погрузчиков, стогометателей и других машин на тракторной или специализированной базе с «ломающейся» рамой.

Отличительной особенностью таких машин является существенное перераспределение вертикальных нагрузок на опорные колеса при складывании. Вертикальные нагрузки на колеса во многом определяют формирование тяговых усилий, которые, в свою очередь, влияют на минимальный радиус поворота, буксование колёс, мощность трения в контакте колёс с грунтом, следовательно, и на эффективность работы машины.

Таким образом, задача повышения эффективности колёсного фронтального погрузчика путём улучшения его поворотливости представляет несомненный научный и практический интерес.

Исследование этой проблемы велось в порядке выполнения НИР ЧГАУ и НИОКР ГСКБ ЧТЗ.

Цель работы - повышение эффективности колёсного фронтального погрузчика с шарнирно-сочленённой рамой путём улучшения поворотливости за счёт изменения его схемы и параметров.

Задачи исследования:

- изучить влияние вертикальной консольно приложенной нагрузки на кинематические связи, наложенные на фронтальный погрузчик с

шарнирно-сочленённой рамой в криволинейном движении, при различных его конструктивных схемах и параметрах;

- разработать математическую модель стационарного поворота шарнирно-сочленённой машины с консольно приложенной вертикальной нагрузкой и экспериментально проверить её адекватность происходящим при повороте процессам;

- изучить изменение характеристик криволинейного движения погрузчика в зависимости от его схемы, параметров, величины груза в ковше и грунта;

- оценить влияние конструктивной схемы и параметров погрузчика на его эффективность.

Объект исследования - процесс стационарного поворота фронтального погрузчика с шарнирно-сочленённой рамой и гидростатической трансмиссией.

Предмет исследования - характеристики процесса стационарного поворота фронтального колесного погрузчика с шарнирно-сочлененной рамой и гидростатической трансмиссией, нагруженного консольной вертикальной силой.

Методы исследования. Исследования проведены с использованием методов теоретической механики, теории тракторов и автомобилей, вычислительной математики и математической статистики.

Научная новизна

- установлены кинематические связи, наложенные на колесный фронтальный погрузчик с шарнирно-сочлененной рамой в криволинейном движении, нагруженный консольной вертикальной силой и записаны их уравнения;

- разработана математическая модель стационарного поворота колесного фронтального погрузчика с шарнирно-сочлененной рамой с учетом особенностей силового и кинематического взаимодействия колес с грунтом при консольной вертикальной нагрузке; разработана программа ее численной реализации в пакете МаШСАО;

- установлены закономерности изменения характеристик криволинейного движения колесного фронтального погрузчика с шарнирно-сочлененной рамой в зависимости от его схемы, параметров, массы груза в ковше и грунта (радиусы поворота, силовые факторы в контакте колес с грунтом, буксование, скольжение, мощность трения).

Практическая ценность работы

- разработанная модель движения фронтального колёсного погрузчика с шарнирно-сочлененной рамой в режиме стационарного поворота и программа ее численной реализации позволяют на ранней стадии проектирования обоснованно выбирать его конструктивную схему и основные параметры, исходя из заданных требований и условий эксплуатации;

- разработанные практические рекомендации позволяют усовершенствовать колесный погрузчик ПК-5, а также семейство сельскохозяйственных и дорожно-строительных машин на единой модульной базе и другие колесные машины, разрабатываемые ООО «ЧТЗ-Уралтрак».

Реализация работы. Разработанная методика расчёта характеристик поворота использовалась ГСКБ ЧТЗ при проектировании колёсных машин:

- погрузчика ПК-5 (опытный образец);

- виброкатка ВК-24 (товарная продукция);

- компактора БКК-1 (товарная продукция).

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и обсуждены:

- в ЧГАУ на научно-технических конференциях (2004, 2006, 2007, 2008 гг.);

- на научно-технической конференции «Актуальные проблемы автомобильного, железнодорожного, трубопроводного транспорта в Уральском регионе», г. Пермь (2005 г.);

- в ЮУрГУ на научно-технических конференциях (2007, 2008

гг.);

В полном объёме диссертационная работа заслушана и обсуждена на расширенном заседании кафедр «Тракторы и автомобили», «Эксплуатация машинно-тракторного парка», «ТМ и ТММ» ЧГАУ (2008 г.) и НТС ООО «ГСКБ ЧТЗ» (2008 г.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в шести научных работах.

Структура и объём работы. Диссертационная работа изложена на 128 страницах основного текста, включая 66 рисунков, 46 таблиц; состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы (152 наименования) и 12 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность темы, цель работы, сформулированы научная новизна и практическая полезность. Даётся общая характеристика и краткое содержание диссертации.

В первой главе «Состояние вопроса. Цель и задачи исследования» рассматриваются транспортные и погрузочно-разгрузочные работы в основном сельскохозяйственном производстве, сельском и гражданском строительстве, роль и место фронтальных погрузчиков при выполнении этих работ. Анализируются технологические циклы фронтальных погрузчиков. Показывается, что улучшение поворотливости, главной характеристикой которой является минимальный радиус, - один из основных путей совершенствования фронтальных погрузчиков и повышения их эффективности. Проанализированы состояние и развитие теории стационарного поворота колёсных машин, исследования взаимодействия площадки контакта колеса с грунтом на повороте с учетом их скольжения и упругих свойств шины. На ранних этапах развития теории в основе моделей взаимодействия колеса с грунтом на повороте лежало представление о жёстком колесе (Н.Е. Жуковский, Е.Д. Львов, Я.М. Певзнер, Д.А. Чудаков). В дальнейшем получила развитие теория упругого колеса, учитывающая боковой и угловой увод без скольжения (Г. Брулье, Я.М. Певзнер, В.В. Редчиц, И. Рокар) и со скольжением колеса по грунту (В.В. Ларин, К.Ю. Машков, Ю.Л. Рождественский), применяемая в основном в моделях движения быстроходных машин. В последние годы получает распространение теория, основанная на представлении взаимодействия колеса с грунтом как фрикционной пары (A.C. Антонов, Ю.А. Брянский, Г.В. Казаченко, Ф.А. Опейко, И.П. Трояновская).

Сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе «Теоретические исследования поворотливости фронтальных погрузчиков» показано, что специфика нагруже-ния опорных колёс фронтальных погрузчиков консольно приложенной силой не позволяет использовать напрямую известные методы описания криволинейного движения. Сформулирована концепция модели стационарного поворота колесного фронтального погрузчика с шарнирно-сочлененной рамой и консольно приложенной вертикальной силой. Составление модели поворота фронтального погрузчика в диссертации основано на подходе И.П. Трояновской, развившей идеи Ф.А. Опейко. В основе этого подхода лежит представление о машине,

взаимодействие колёс которой с грунтом происходит посредством плоских площадок, составляющих с ним пары с переменными коэффициентами трения. Мгновенные центры скольжения (МЦС) площадок удовлетворяют условиям ортогональности, а их координаты и коэффициенты трения зависят, вообще говоря, от некоторых характеристик движения. Этот подход позволяет рассматривать каждое колесо отдельно, с действующими на него нагрузками, размерами следа и динамического радиуса, скольжения и буксования.

Силы, действующие на колесо со стороны грунта (рисунок 1), приведенные к центру скольжения площадки, определяются по формулам

где ТХ, ТУ, М - поперечная, продольная составляющие силы сопротивления (сцепления) и момент этих сил, приведенный к МЦС; г/ - текущие координаты точки контакта;

Я - давление на грунт в точке с координатами (£, т]);

ф - коэффициент сцепления колеса с грунтом в точке с координатами (£, У)), равный отношению элементарной силы трения (сцепления) с!Т к элементарной нормальной силе - яёБ;

Р - внешняя сдвигающая сила;

V - скорость скольжения в точке с координатами (£, т?);

С - мгновенный центр скоростей.

Коэффициент трения в точке площадки с координатами (£, ??) записывается в виде

где фд- коэффициент сцепления при полном скольжении;

& X - характеристики взаимодействия колеса с грунтом, учитывающие их деформативные свойства; кз - скольжение в точке.

тх=-

ту =

0)

(2)

Скольжение к5 определяется как отношение скорости скольжения в точке к теоретической скорости колеса и записывается с помощью координат МЦС площадки и центра поворота машины:

к5 =

+ Уа

(3)

где хС1, уС1 - координаты центров скольжения площадок в системе ХУ (рисунок 1).

т (П

Рисунок 1

Схема изотропного взаимодействия площадки контакта колеса с грунтом

Симметричный рисунок протектора колеса и практически одинаковые в обоих направлениях размеры площадок контакта шин с грунтом позволяют принять допущение об изотропии их взаимодействия и принять ф = фх=фу.

Система уравнений криволинейного движения четырёхколёсной машины содержит 10 неизвестных величин (х„ у„ i=0,..4), определяющих действующие на неё силы (рисунок 2).

Для описания плоского движения твёрдого тела существуют три уравнения механики. В случае стационарного движения обычно пользуются уравнениями Даламбера, которые при малых скоростях фактически превращаются в уравнения равновесия. Недостающие для однозначного определения неизвестных семь независимых уравнений даются вытекающими из условий ортогональности уравнениями связей:

- геометрических

хС] siny - уС1 cosy = 0, i = 1 ...4 (4)

- кинематических

V,

4

+ Ус,

О, i = 1...4

(5)

где уТ| - теоретическая скорость ¡-го колеса; ш - угловая скорость машины.

В, 1р, \г - геометрические параметры машины;

А - шарнир складывания; 7- угол складывания

Рисунок 2 - Силовая схема поворота машины с шарнирно-сочлененной рамой

Для исследуемой машины, в силу особенностей её трансмиссии и конструктивной схемы, связи, наложенные на неё, приобретают ряд новых свойств, проявляющихся в их уравнениях.

Гидростатическая трансмиссия допускает управляемое и неуправляемое продольное кинематическое несоответствие (к):

к_. УЗ+У4 ^сЗ+Кс4 (6)

у, + У2 яс1 + яс2'

где ЯС| = 7хс, +Ус,- - расстояние от центра поворота до МЦС ¡-го колеса в общей системе координат;

V, - скорость ¡-го колеса.

Консольно приложенная вертикальная сила приводит к нагрузкам на колёса машины, различающимся до 5 - 7 раз, различным их статическим радиусам и, как следствие, поперечному и дополнительному продольному кинематическим несоответствиям. С учётом этого равенство (6) записывается в виде

К-,1 К-

Г, г.

(?)

где г; - статический радиус ¡-го колеса.

Кроме того, изменяются силовые свойства дифференциальных связей. Тяговые усилия колёс подчиняются соотношениям

г,ТУ,=т2ТУ2; (8)

г3ТУ3=г4ТУ4 .

(9)

Два уравнения геометрических связей упрощаются и, на основании теоремы ортогональности, имеют вид у, = у2; Уз = У4 •

Таким образом, модель стационарного поворота машины с шар-нирно-сочленённой рамой записывается в виде системы уравнений:

: ТХ, +ТХ2 + (ТХ3 + ТХ4)со87 -

- (ТУ3 - Ю3 +ТУ4 - Ю^эт у = О

£У: ТУ, - Ю, + ТУ2 - ГО2 + (ТХ3 + ТХ4)бшу +

+(ТУ3 - га3 + ТУ4 - ю4)соз Г = О

£Ма : ТХ,(1Ж-уО+ТУ.Сх,-0,5В)-М, +0,5ШО, + + ТХ2(1г -Уг)+ТУ2(х2 + 0,5В)-М2-0,5ШС2 + -ТХ3(1р + у3)+ ТУ3(х3-0,5В)-М3 +0,5ШС3 +

- ТХ4(1р + у4)+ ТУ4(х4 + 0,5В)- М, -0,5ШС4 = О

У,+Уо=0

у2-у.=о

У3-Уч = 0

Хс35Шу-ус3СО5у = 0 г,ТУ,=г2ТУ2

Л

>

(10)

г3ТУ3=г4ТУ4

л/хс.+Ус1 , Ыг+У^

А

ХсЗ + У2сЗ_+^

Кл+УСА

где Г- коэффициент сопротивления самопередвижению;

У

Решение системы уравнений (10) позволяет найти координаты МЦС колёс и центра поворота машины и затем все кинематические, силовые и мощностные характеристики движения: радиусы поворота, усилия в контакте колес с грунтом, буксование и скольжение колес, мощность на повороте и др.

В третьей главе «Экспериментальные исследования» изложены цель, задачи, методы проведения экспериментов, оценка их погрешностей и результаты. Эксперименты проводились на опытном образце фронтального погрузчика ПК-5 на площадках с различной несущей поверхностью (бетон, суглинок) испытательной базы ООО «ЧТЗ-Уралтрак». При лабораторно-полевых исследованиях применялся измерительный комплекс подвижной тяговой лаборатории СДЛ-30, а также некоторые дополнительные приборы и приспособления. До и после экспериментов проводилась контрольная тарировка всех приборов и приспособлений. Внутреннее давление в шинах погрузчика поддерживалось на уровне 0,26 МПа.

Нагружение погрузчика имитировалось мерными грузами, располагаемыми в ковше. Радиусы поворота замерялись по следам струйных маркеров, закрепленных на корпусе погрузчика у переднего внутреннего колеса (Rb) и заднего наружного колеса (Rh)- Движение осуществлялось при скорости, соответствующей 1м/с на прямом ходу.

Тяговые усилия колёс погрузчика в движении находились путём измерения давления рабочей жидкости в гидромоторах, максимальное усилие по сцеплению - протаскиванием его при заторможенных колёсах.

Прямым экспериментом определялись геометрические размеры и весовые характеристики машины, угол складывания, динамические радиусы колес, кинематическое несоответствие, заданное трансмиссией, размер и форма площадки контакта при различных видах нагружения, коэффициенты сопротивления движению и сцепления. Коэффициент X, входящий в формулу (2), определён косвенным экспериментом. Для этого находилась зависимость среднего квадратического отклонения (а) экспериментальных тяговых усилий заднего наружного колеса от теоретически найденных при решении системы (10) в функции А. Значение X, соответствующее минимальному а, принималось для дальнейших расчётов.

Характер изменения тягового усилия при определении коэффициента сцепления свидетельствует о том, что в формуле (2) коэффициент X может быть принят равным нулю.

Обработка экспериментов проводилась на ЭВМ с использованием пакетов Excel, AutoCAD, MathCAD. Оценка погрешностей измерений выполнялась с помощью критерия Стьюдента, коэффициента корреляции, критерия согласия Пирсона и относительного отклонения.

Для проверки адекватности модели происходящим при криволинейном движении процессам теоретические зависимости радиусов поворота и тяговых усилий колёс от угла складывания(16 вариантов), найденные из решения системы уравнений (10), сравнивались с экспериментальными, которые аппроксимировались подходящими функциями. Близость аппроксимирующих функций опытным данным оценивалась критерием согласия Пирсона (радиус поворота) и относительной ошибкой (тяговые усилия колёс) (рисунки 3, 4).

О 5 10 15 20 25

угол складывания У AAA экспериментальные значения

" теоретическая кривая

——— экспериментальная аппроксимирующая кривая

Рисунок 3 - Зависимость радиуса поворота Я наружного заднего колеса от угла складывания у (суглинок, груз в ковше 2 т)

• • • экспериментальные значения —— теоретическая кривая

___экспериментальная аппроксимирующая кривая

Рисунок 4 - Зависимость тяговых усилий Ту ведущих колес от угла складывания у (суглинок, груз в ковше 2 т)

Критерий Пирсона нигде не был меньше 0,97, а наибольшее отклонение теоретических значений радиусов и тяговых усилий от экспериментальных не превышало 10%.

В четвёртой главе «Оценки и практические рекомендации» с использованием разработанной модели изучено влияние грунта, схемы и параметров погрузчика, а также режима его нагружения на характеристики поворота. Для оценки влияния грунта дальнейшие расчёты выполнены для бетона (фд=0,706; £=0,055; \=0,5) и рыхлого суглинка (фд=0,5; £=0,15; Х=0,55).

Поворотливость погрузчика оценивалась величиной радиуса поворота заднего внутреннего колеса 11тт, измеряемого от центра поворота машины до центра его опорной площадки и отклонением его (ДЯ) от кинематического радиуса измеренного от точки пересечения линий передней и задней осей до центра той же площадки. Поворотливость погрузчика существенно зависит от его конструктивной схемы, величины груза в ковше и грунта (рисунки 5, 6).

Особенностью криволинейного движения погрузчика с передним балансиром является переход машины на трёхопорную схему опира-ния, когда при некотором грузе в ковше заднее наружное колесо разгружается полностью.

Ориентация балансира при малых нагрузках в ковше практически не влияет на отклонение действительного радиуса от кинематического. При отсутствии груза в ковше ДИ. не превышает 2% И*. При номинальном грузе в ковше ш = 5 т и угле складывания рамы 40° это отклонение на бетоне составляет 5%, на рыхлом суглинке - 10%. При грузе в ковше близком к опрокидыванию погрузчика ш = 11 т и заднем балансире они отличаются на бетоне на 15%, на рыхлом суглинке - на 54% , при переднем балансире - на 17 и 53% соответственно. На разных грунтах наблюдается разное соотношение 11т1П и И*: на грунте с высокой несущей способностью (бетон) 11т1П > Як (недостаточная поворотливость), а на грунте с низкой несущей способностью (рыхлый суглинок) Итга < (избыточная поворотливость). Продольное кинематическое несоответствие, задаваемое трансмиссией, при любой ориентации балансира мало влияет на величину минимального радиуса поворота. Так, при 0,85 <к <1,15 минимальный радиус поворота на бетоне и рыхлом суглинке при грузе в ковше 5 т не превышает 5-6%. При отсутствии груза в ковше это значение не превышает 2%.

б втон

1 1—

—7-

/ /

ры лый суг пинок

О 2 4 в в 10 12

• груз в ковш* ш. ш

— • — кинематический радиус поворота

— — — Ятт при трёхопорном опирании машины — 11тт при четырехопорном опирании машины

Рисунок 5 - Зависимость минимального радиуса Лть, м, от груза в ковше т (передний балансир, к=1, 7=40°)

/

Сетон /

7- ---

рыхлый еуглмно к

о г * в а ю 12

гру» ■ ями п. т

— кинематический радиус поворота

■ Лтт при четырехопорном опирании машины

Рисунок 6 - Зависимость минимального радиуса Ктш, м, от груза в ковше т (задний балансир, к=1,7=40°)

При отсутствии груза в ковше и любой ориентации балансира тяговые усилия на колесах одной оси близки по своим значениям. Наличие груза в ковше приводит к перераспределению весовой нагрузки и тяговых усилий между колесами.

Независимо от ориентации балансира существует некоторое соотношение кинематического несоответствия и массы груза в ковше, при котором суммарные тяговые усилия передней и задней осей выравниваются и, более того, режим движения колёс оси с меньшей суммарной теоретической скоростью может меняться с ведущего на тормозной (рисунок 7).

Буксование ¡-го колеса определяется формулой

гмр«д и* кот ЯЛ 4) **

— —*

____. —

ИДИ* кшмса 1.2)

- 1, К 1 1 1. 15 .1

оимштичесхо* н(соотватстви1 к

а - передний балансир

л«сл(3,4) — _, ^

эадн П.

35 1, 1

15

кинематическое несоответствие к

б - задний балансир

Рисунок 7 - Зависимость тяговых усилий Ту колес

от кинематического несоответствия к (бетон, груз в ковше 5 т, угол складывания у=40°)

Наличие груза в ковше (ш = 5 т) приводит к различной вертикальной нагрузке на колеса, при этом буксование разных колёс отличается в десятки раз. При к = 0,85 на бетоне и переднем балансире наибольшее буксование заднего внутреннего колеса достигает 0,308; при заднем балансире - 0,214, на рыхлом суглинке - 0,431 и 0,320 соответственно (рисунок 8).

Мощность трения определяется формулой

* = (1-4), (12)

где М1 - момент трения ¡-го колеса, приведенный к его мгновенному центру скольжения;

v У ут.

а - угловая скорость движения машины, а> = —ь- = ф; Т|;

Суммарная мощность трения, как функция кинематического несоответствия, независимо от ориентации балансира имеет локальный минимум. Для ПК-5 при грузе в ковше ш = 5 т минимальная суммарная мощность трения достигается при кинематическом несоответствии к = 1,1. Отклонение кинематического несоответствия от оптимального значения на 15% приводит к росту мощности трения в 2,5-3,3 раза. При этом наблюдается ее неравномерное распределение между колёсами. Например, при переднем балансире и к = 0,85 мощность трения внутреннего и наружного колёс задней оси различается в 6,4 раза, а между наружными колесами передней и задней осей - более чем в 10 раз.

0,5 0,4 0,3 0,2 0,1

колесо 2

колесо 3 и

коле! :о 1

0,85 0,95 1,05 1.15

кинематическое несоответствие к

а - передний балансир

1,25

0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0.1 0,05 0

_ колесо 1 и2„ колесо 3

X_

колесо 4

0,85 0,95 1,05 1,15

кинематическое несоответствие к

6 - задний балансир

Рисунок 8 - Зависимость буксования 5 от кинематического несоответствия к (рыхлый суглинок, груз в ковше 5 т, угол складывания 7= 40°) Смещение вертикального шарнира в продольном направлении от середины базы (ДЬ) существенно определяет величину оптимального

по мощности трения кинематического несоответствия. Для дальнейшего смещение вперёд будем считаем положительным (+AL),смещение назад - отрицательным (-AL).

При грузе в ковше m = 0 и AL = 0 минимум мощности трения достигается при продольном кинематическом несоответствии: к = 1. При смещении положения вертикального шарнира вперед (AL = + 0,5 м) минимум мощности трения соответствует к - 1,05, при смещении назад (AL = - 0,5 м) к = 0,95. Изменение кинематического несоответствия от оптимального значения в указанных выше пределах приводит к увеличению мощности трения в два и более раз.

Наличие груза в ковше вызывает увеличение оптимального значения продольного кинематического несоответствия. Так, при грузе в ковше 5 т и AL = 0 минимум мощности трения соответствует продольному кинематическому несоответствию - к = 1,05. При AL = +0,5 м минимум мощности трения достигается при к = 1,1, при AL = - 0,5 м к = I соответственно (рисунок 9).

1

0,65 0,95 1,05 1,15

кмтма-шчвскм мсоотмтстви* к

б-ш = 5т

— - смещение вертикального шарнира ДЬ = + 0,5 м

— — — - смещение вертикального шарнира ДЬ = 0

— •• — смещение вертикального шарнира ДЬ = - 0,3 м —• • — - смещение вертикального шарнира ДЬ = - 0,5 м

Рисунок 9 - Зависимость суммарной мощности трения 1М, от кинематического несоответствия к (передний балансир, рыхлый суглинок,

Для погрузчика ПК-5 минимальное значение мощности трения достигается при АЬ = - 0,3 м, к = 0,95 (ш = 0) и к = 1 (ш = 5 т).

Погрузчик при схеме с двумя ведущими осями затрачивает на повороте мощности меньше, чем при любой другой схеме управления. В движении с грузом 5 т и ведущей передней осью мощность трения на бетоне примерно равна мощности с двумя ведущими осями, а с задней ведущей осью - в четыре раза больше. На рыхлом суглинке мощность трения с передней ведущей осью в два раза больше, чем с двумя ведущими осями, а с задней ведущей осью машина теряет подвижность (рисунки 10, 11).

две ведущие передняя задняя оси ведущая ось ведущая ось

И груз отсутствует ■ груз 5 т спереди

две вед\тдие оси передняя задняя ведущая ведущая ось ось

^ гр\з отсутствует ■ гр\з > т спереди

Рисунок 10 - Зависимость суммарной мощности трения от схемы управления машиной (передний балансир, к= 1, бетон, угол складывания -р40°)

Рисунок 11 - Зависимость суммарной

мощности трения от схемы управления машиной (передний балансир, к = 1, рыхлый суглинок, угол складывания 7=40°)

Таким образом, во всех случаях лучшей является машина с двумя ведущими осями. При схеме управления с одной ведущей осью лучшей в этом смысле оказывается машина, у которой ведущая ось расположена ближе к ковшу.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Криволинейное движение колесного фронтального погрузчика с шарнирно-сочленённой рамой, нагруженного консольно приложенной вертикальной силой, сопровождается перераспределением нагрузок на колёса (у исследуемого погрузчика пяти-семикратное различие), порождающим изменение наложенных на него кинематических связей. Уравнения связей, учитывающие нагружение каждого колеса отдельно, позволяют установить закономерности изменения задаваемых трансмиссией продольного и поперечного кинематического несоответствия и силовых дифференциальных связей.

2. Разработанная математическая модель стационарного поворота шарнирно-сочленённой машины с новыми уравнениями связей, адекватность которой проверена натурным экспериментом (отклонение экспериментальных значений радиусов поворота и тяговых усилий колес от теоретических не превышает 10%), позволяет совместно решить кинематическую и силовую задачи и найти все характеристики криволинейного движения, которые существенно зависят от грунта, конструктивной схемы машины, величины груза в ковше (ш) и кинематического несоответствия, задаваемого трансмиссией (к).

3. При любой ориентации балансира без нагрузки в ковше (ш = 0) действительный радиус К практически не отличается от кинематического радиуса Як: ДЫ = Я - Як <2% Як. При номинальном грузе (т = 5 т) на бетоне АЛ = 5% Як, на рыхлом суглинке АЛ = 10% Як. При грузе в ковше близком к опрокидыванию погрузчика (ш = 11 т) на бетоне ДИ. = 15-17%Кк, на рыхлом суглинке ДЯ = 50%Як (угол у = 40°). Продольное кинематическое несоответствие, задаваемое трансмиссией (к = 0,85... 1,15), при любой ориентации балансира мало влияет на величину радиуса поворота. Независимо от величины груза в ковше на бетоне наблюдается недостаточная поворотливость (11тт > Як), а на рыхлом суглинке - избыточная (Ятт < Як).

4. При отсутствии груза в ковше тяговые усилия колёс при любом балансире близки. При ш = 5 т на рыхлом суглинке различие тяговых усилий колёс достигает: при заднем балансире - 2,3, при переднем -4,3 раза. На бетоне это различие достигает 40%. При некоторых сочетаниях углов складывания и кинематического несоответствия режим движения колёс оси с меньшей суммарной теоретической скоростью меняется с ведущего на тормозной.

5. Буксование колёс 5 может отличаться в десятки раз (при ш = 5 т, к = 0,85 и переднем балансире на бетоне 5 = 0,017...0,308, на рыхлом суглинке -5 = 0,091...0,431).

6. Мощность трения в контакте колес с грунтом существенно определяется продольным кинематическим несоответствием, задаваемым трансмиссией (к), положением вертикального шарнира складывания на продольной оси машины, числом и положением ведущих осей, грузом в ковше и грунтом.

Суммарная мощность трения, как функция кинематического несоответствия, имеет локальный минимум Nmi„ при любой ориентации балансира. Смещение вертикального шарнира в продольном направлении от середины базы AL существенно определяет величину оптимального кинематического несоответствия (kopt). При отсутствии груза в ковше (ш = 0) и ДЬ = 0 кор1= 1, при AL - +0,5 м kopt = 1,05, при AL = -0,5 м кор, = 0,95. Отклонение кинематического несоответствия от оптимального значения на 15% приводит к росту мощности трения в 2,53,3 раза. Наличие груза в ковше вызывает смещение оптимального значения продольного кинематического несоответствия в сторону его увеличения.

Для погрузчика ПК-5 минимальное значение мощности трения достигается при ДЬ = - 0,3 м, к = 0,95 (т = 0) и к = 1 (ш = 5 т).

Потери на трение с ведущей задней осью при ш = 5 т на бетоне в четыре раза больше, чем с передней или двумя ведущими осями; на рыхлом суглинке ведущая задняя ось не обеспечивает подвижность, а у машины с передней ведущей осью потери на трение в два раза больше, чем у полноприводной. Таким образом, машина с двумя ведущими осями по затратам мощности при криволинейном движении предпочтительнее.

Распределение мощности трения между колёсами существенно различается. Для погрузчика ПК-5 с грузом в ковше т = 5тик = 0,85 различие достигает 6,4 раза для колёс задней оси и более 10 раз для колес разных осей.

7. Фронтальный колёсный погрузчик с задним балансиром допускает больший угол складывания. Замена ориентации балансира у погрузчика ПК-5 с переднего на задний позволяет при m = 5 т увеличить угол складывания с 30 до 40°, что приводит к уменьшению Rmm с 4,1 до 2,6 м с увеличением его производительности в среднем на 20%.

Экономический эффект от внедрения разработанных в диссертации рекомендаций по улучшению поворотливости погрузчика ПК-5 за

счёт изменения его конструктивной схемы превысит 1 900 тысяч рублей на одну машину за срок службы (девять лет) в ценах 2007 года.

Основные публикации по теме диссертации

Статьи в журналах, рекомендуемых ВАК РФ:

1. Позин Б.М., Трояновская И.П., Вершинский JI.B. Особенности поворота фронтального погрузчика на базе колесной шарнирно-сочлененной машины // Вестник ИжГТУ. — Ижевск: изд-во ИжГТУ. Вып. 4(36), 2007, с. 17-21.

2. Позин Б.М., Трояновская И.П., Вершинский JI.B. и др. Влияние конструктивной схемы колесного фронтального погрузчика с шарнир-но-сочлененной рамой на эффективность его работы // Строительные и дорожные машины, 2008, №5, с. 31-33.

Статьи в материалах конференций и других изданиях:

1. Вершинский JI.B., Переплетчик O.A., Позин Б.М. и др. Ограничения тяговых свойств колесного трактора при различных схемах трансмиссии // Материалы XLIII науч.-техн. конф. ЧГАУ. 4.2. - Челябинск: ЧГАУ, 2004, с. 212-217.

2. Вершинский Л.В., Переплетчик O.A., Позин Б.М. и др. Поворотливость сочлененной колесной машины // Материалы международной науч.-техн. конф. «Актуальные проблемы автомобильного, железнодорожного, трубопроводного транспорта в Уральском регионе». —Пермь: ПГТУ, 2005, с. 249-255.

3. Вершинский JI.B., Позин Б.М., Трояновская И.П. Модель стационарного поворота колесной машины с шарнирно-сочлененной рамой // Вестник ЧГАУ. Т.47. — Челябинск, 2006, с. 17-21.

4. Вершинский JI.B., Костюченко В.И., Позин Б.М. и др. Экспериментальные исследования стационарного поворота колесного погрузчика с шарнирно-сочлененной рамой // Вестник ЧГАУ. Т.47. — Челябинск, 2006, с. 22-29.

Подписано в печать №. М ■ £00<8г. Формат 60x84/16. Объём 1,0 уч.-изд. л. Тираж 100 экз. Заказ № 323. УОП ЧГАУ

Введение.

Глава 1 Состояние вопроса. Цель и задачи исследования.

1.1 Погрузочные работы в сельскохозяйственном производстве, сельском и гражданском строительстве.

1.2 Производство колесных погрузчиков в России и за рубежом.

1.3 Колесные тракторы с шарнирно-сочлененной рамой и агрегаты на их базе.

1.4 Технологические циклы фронтального погрузчика и его эффективность

1.5 Исследования стационарного поворота машины.

1.6 Цель и задачи исследования.

Глава 2 Теоретические исследования поворотливости фронтальных погрузчиков.

2.1. Общая концепция модели стационарного поворота.

2.2. Особенности нагружения колёс агрегатов с шарнирно-сочленённой рамой при вертикальной консольно приложенной силе.

2.3. Силы на площадке контакта колёс с грунтом при повороте колёсной шарнирно-сочленённой машины.

2.4. Модель движения.

2.4.1 Уравнения равновесия.

2.4.2 Уравнения геометрических связей.

2.4.3 Уравнения кинематических связей.

2.4.4 Уравнения дифференциальной связи (силовые).

2.5 Математическая модель стационарного поворота колесного погрузчика ПК-5 с шарнирно-сочлененной рамой.

2.6 Численное решение системы уравнений модели поворота.

2.6.1 Исходные данные для расчёта.

2.6.2 Выходные характеристики. Результаты расчета.

2.7 Выводы по главе.

Глава 3 Экспериментальные исследования.

3.1 Цель и задачи эксперимента.

3.2 Экспериментальный объект.

3.3 Методика проведения экспериментов.

3.3.1. План эксперимента.

3.3.2. Оценка погрешностей эксперимента.

3.3.3. Лабораторные исследования.

3.3.4. Лабораторно-полевые исследования.

3.4 Выводы по главе.

Глава 4 Оценки и практические рекомендации.

4.1. Поворотливость.

4.2. Тяговые усилия колес.

4.3. Буксование колес.

4.4. Мощность взаимодействия колес с грунтом.

4.5. Выводы по главе.

Общий годовой объём перевозок в сельском хозяйстве России превышает 4 млрд т самых разнообразных грузов (до 250 видов). В общих затратах труда на производство сельскохозяйственной продукции погрузочно-разгрузочные и транспортные работы составляют 40-45%, затраты энергии -50%. Третья часть денежных средств расходуется хозяйствами на приобретение транспортных и погрузочных машин. На внутрихозяйственных перевозках доля тракторного транспорта составляет 44%; для сравнения: в Норвегии - 94%, Германии - 70%, Венгрии - 77% [48, 60].

Большая доля погрузочно-разгрузочных работ в сельском хозяйстве и промышленности выполняется фронтальными колесными погрузчиками, стогометателями и другими машинами на тракторной или специализированной базе с шарнирно-сочленённой рамой.

В технологическом процессе погрузчика транспортная составляющая занимает 60.80% времени рабочего цикла [125, 143, 152]. Большая часть движения погрузчика осуществляется по криволинейной траектории с постоянным радиусом поворота. Экспериментально доказано, что такой поворот соответствует определению стационарного движения из-за малых скоростей, постоянного радиуса и практически полного отсутствия этапов разгона — торможения [125].

Время движения погрузчика в рабочем цикле при рационально организованных схемах работы пропорционально радиусу поворота. Таким образом, улучшение поворотливости, главной характеристикой которой является минимальный радиус, есть один из основных путей совершенствования фронтальных погрузчиков и повышения их эффективности.

Отличительной особенностью машин, нагруженных консольными вертикально приложенными силами, является существенное перераспределение нагрузок на опорные колеса у сложенной машины в криволинейном движении и на стоянке.

Перераспределение нагрузки на колёса определяется, прежде всего, конструктивной схемой машины и её параметрами (взаимным расположением шарнира складывания и балансира, положением шарнира складывания вдоль оси машины, расположением координат центров масс полурам, положением и величиной перемещаемого груза и т.д.) [100, 102].

Вертикальные нагрузки на колеса во многом определяют формирование тяговых усилий, которые, в свою очередь, существенно влияют на другие характеристики криволинейного движения: минимальный радиус поворота, буксование колёс, мощность трения в контакте колёс с грунтом.

Исходя из сказанного, повышение эффективности колёсного фронтального погрузчика путем улучшения поворотливости за счёт совершенствования его схемы и параметров представляет несомненный научный и практический интерес.

Исследование велось в порядке выполнения НИР ЧГАУ и НИОКР ГСКБ ЧТЗ.

Цель работы — повышение эффективности колёсного фронтального погрузчика с шарнирно-сочленённой рамой путём улучшения поворотливости за счёт изменения его схемы и параметров.

Объект исследования - процесс стационарного поворота фронтального погрузчика с шарнирно-сочленённой рамой и гидростатической трансмиссией.

Предмет исследования - характеристики процесса стационарного поворота фронтального колесного погрузчика с шарнирно-сочлененной рамой и гидростатической трансмиссией, нагруженного консольной вертикальной силой.

Научная новизна

- установлены кинематические связи, наложенные на колёсный фронтальный погрузчик с шарнирно-сочлененной рамой в криволинейном движении, нагруженный консольной вертикальной силой и записаны их уравнения;

- разработана математическая модель стационарного поворота колесного фронтального погрузчика с шарнирно-сочлененной рамой с учетом особенностей силового и кинематического взаимодействия колес с грунтом при консольной вертикальной нагрузке; разработана программа ее численной реализации в пакете MathCAD;

- установлены закономерности изменения характеристик криволинейного движения колесного фронтального погрузчика с шарнирно-сочлененной рамой в зависимости от его схемы, параметров, массы груза в ковше и грунта (радиусы поворота, силовые факторы в контакте колес с грунтом, буксование, скольжение, мощность трения).

Практическая полезность ,

- разработанная модель движения колёсного фронтального погрузчика с шарнирно-сочлененной рамой в режиме стационарного поворота и программа ее численной реализации позволяют на ранней стадии проектирования обоснованно выбирать его конструктивную схему и основные параметры, исходя из заданных требований и условий эксплуатации;

- предложенные практические рекомендации позволяют усовершенствовать колесный погрузчик ПК-5, а также семейство сельскохозяйственных и дорожно-строительных машин на единой модульной базе и другие колесные машины, разрабатываемые ООО «ЧТЗ-Уралтрак».

Реализация работы

Разработанная методика расчёта характеристик поворота использовалась ГСКБ ЧТЗ при проектировании колёсных машин:

- погрузчика ПК-5 (опытный образец) - определены основные параметры машины и характеристики её движения;

- виброкатка ВК-24 (товарная продукция) - определены основные характеристики движения;

- компактора БКК-1 (товарная продукция) - определены основные параметры тяговой характеристики и трансмиссии.

Апробация работы

Основные результаты исследований доложены и обсуждены:

- в ЧГАУ на научно-технических конференциях (2004, 2006, 2007, 2008 гг.);

- на научно-технической конференции «Актуальные проблемы автомобильного, железнодорожного, трубопроводного транспорта в Уральском регионе», г. Пермь (2005 г.);

- в ЮУрГУ на научно-технических конференциях (2007, 2008 гг.);

В полном объёме диссертационная работа заслушана и обсуждена на расширенном заседании кафедр «Тракторы и автомобили», «Эксплуатация машинно-тракторного парка», «ТМ и ТММ» ЧГАУ (2008 г.) и НТС ООО «ГСКБ ЧТЗ» (2008 г.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в шести научных работах.

Структура и объём работы. Диссертационная работа изложена на 128 страницах основного текста, включая 66 рисунков, 46 таблиц; состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы (152 наименования) и 12 приложений.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Криволинейное движение колесного фронтального погрузчика с шарнирно-сочленённой рамой, нагруженного консольно приложенной вертикальной силой, сопровождается перераспределением нагрузок на колёса (у исследуемого погрузчика пяти-семйкратное различие), порождающим изменение наложенных на него кинематических связей. Уравнения связей, учитывающие нагружение каждого колеса отдельно, позволяют установить закономерности изменения задаваемых трансмиссией продольного и поперечного кинематического несоответствия и силовых дифференциальных связей.

2. Разработанная математическая модель стационарного поворота шарнирно-сочленённой машины с новыми уравнениями связей адекватность которой проверена натурным экспериментом (отклонение экспериментальных значений радиусов поворота и тяговых усилий колес от теоретических не превышает 10%) позволяет совместно решить кинематическую и силовую задачи и найти все характеристики криволинейного движения, которые существенно зависят от грунта, её конструктивной схемы, величины груза в ковше (т) и кинематического несоответствия, задаваемого трансмиссией (к).

3. При любой ориентации балансира без нагрузки в ковше (т = 0) действительный радиус R практически не отличается от кинематического радиуса Rk: AR = R-Rk < 2% Rk. При номинальном грузе (т = 5т) на бетоне AR = 5% Rk, на рыхлом суглинке AR = 10% Rk. При грузе в ковше близком к опрокидыванию погрузчика (m = 11 т) на бетоне AR = 15-17%Rk, на рыхлом суглинке

AR = 50%R|< (угол у = 40°). Продольное кинематическое несоответствие, задаf ваемое трансмиссией (к = 0,85. 1,15), при любой ориентации балансира мало влияет на величину радиуса поворота. Независимо от величины груза в ковше на бетоне наблюдается недостаточная поворотливость (Rmin^Rk)? & на рыхлом суглинке - избыточная (Rm;n < R^).

4. При отсутствии груза в ковше тяговые усилия колёс при любом балансире близки. При m = 5 т на рыхлом суглинке различие тяговых усилий колёс достигает: при заднем балансире - 2,3, при переднем - 4,3 раза. На бетоне это различие достигает 40%. При некоторых сочетаниях углов складывания и кинематического несоответствия режим движения колёс оси с меньшей суммарной теоретической скоростью меняется с ведущего на тормозной.

5. Буксование колёс 8 может отличаться в десятки раз (при m = 5 т, к=0,85 и переднем балансире на бетоне 5 = 0,017. .0,308, на рыхлом суглинке -8 = 0,091.0,431).

6. Мощность трения в контакте колес с грунтом существенно определяется продольным кинематическим несоответствием, задаваемым трансмиссией (к), положением вертикального шарнира складывания на продольной оси машины, числом и положением ведущих осей, грузом в ковше и грунтом.

Суммарная мощность трения, как функция кинематического несоответствия, имеет локальный минимум Nm;n при любой ориентации балансира. Смещение вертикального шарнира в продольном направлении от середины базы AL существенно определяет величину оптимального кинематического несоответствия (kopt). При отсутствии груза в ковше (т = 0) и AL = 0 kopt = 1, при AL = +0,5 м kopt = 1,05, при AL = - 0,5 м kopt= 0,95. Отклонение кинематического несоответствия от оптимального значения на 15% приводит к росту мощности трения в 2,5-3,3 раза. Наличие груза в ковше вызывает смещение оптимального значения продольного кинематического несоответствия в сторону его увеличения.

Для погрузчика ПК-5 минимальное значение мощности трения достигается при AL= - 0,3 м, к = 0,95 (ш = 0) и к = 1 (т = 5 т).

Потери на трение с ведущей задней осью при ш = 5 т на бетоне в четыре раза больше, чем с передней или двумя ведущими осями; на рыхлом суглинке ведущая задняя ось не обеспечивает подвижность, а у машины с передней ведущей осью потери на трение в два раза больше, чем у полноприводной. Таким образом, машина с двумя ведущими осями по затратам мощности при криволинейном движении предпочтительнее.

Распределение мощности трения между колёсами существенно различается. Для погрузчика ПК-5 с грузом в ковше m = 5 т и к = 0,85 различие достигает 6,4 раза для колёс задней оси и более 10 раз для колес разных осей.

7. Фронтальный колёсный погрузчик с задним балансиром допускает больший угол складывания. Замена ориентации балансира у погрузчика ПК-5 с переднего на задний позволяет при m = 5 т увеличить угол складывания с 30 до 40°, что приводит к уменьшению Rmin с 4,1 до 2,6 м с увеличением его производительности в среднем на 20%.

Экономический эффект от внедрения разработанных в диссертации рекомендаций по улучшению поворотливости погрузчика ПК-5 за счёт изменения его конструктивной схемы превысит 1900 тысяч рублей на одну машину за срок службы (девять лет) в ценах 2007 года.

4.6 Практические рекомендации

Выполненные исследования позволяют определить пути совершенствования фронтального погрузчика, как и любой другой машины с шарнирно-сочленённой рамой, нагруженной консольно приложенной силой, путём совершенствования схемы и параметров и сформулировать следующие практические рекомендации:

- в конструктивной схеме фронтального погрузчика целесообразно применять задний балансир. Для погрузчика ПК-5 это позволяет увеличить угол складывания полурам с 30 до 40° и уменьшить минимальный радиус поворота по середине задней оси на 28,3%;

- вертикальный шарнир целесообразно располагать сзади середины базы примерно на 0,1 её величины. Для погрузчика ПК-5 это позволит уменьшить мощность трения до 25%;

- рабочий цикл погрузчика целесообразно выполнять при двух ведущих осях. При схеме с одной ведущей осью целесообразно располагать её ближе к грузу;

- для погрузчика с гидростатической трансмиссией целесообразно устанавливать автоматические системы регулирования продольного кинематического несоответствия (к) в зависимости от величины груза в ковше. Для погрузчика ПК-5 оптимальное по мощности трения в контакте колеса с грунтом к=1,105.

1. Абрамов С.В. Фронтальные погрузчики: Уч. пособие. Караганда: Изд-во Караганд. политехи, института, 1990.

2. Азимова Е.Н. Изучение физико-механических свойств почвы // Вопросы земледельческой механики. Т.1. Минск: Госиздат БССР, 1959.

3. Аксенов П.В. Многоосные автомобили. М.: Машиностроение, 1980.

4. Андреев А.Ф., Ванцевич В.В., Лефаров А.Х. Дифференциалы колесных машин М.: Машиностроение, 1987.

5. Анилович В .Я., Водолажченко Ю.Т. Конструирование и расчет сельскохозяйственных тракторов / Справочное пособие. М.: Машиностроение, 1976.

6. Анисимов Б.М., Дунаев С.И., Бауэр С.Т. Новый мини-трактор МТ-1 // Тракторы и сельскохозяйственные машины, 1991, №7.

7. Антипов JT.A. Влияние расположения шарнира на маневренность автогрейдера// Строительные и дорожные машины, 1984, №3.

8. Антонов А.С. Силовые передачи колесных и гусеничных машин. Л.: Машиностроение, 1967.

9. Антонов А.С. Теория гусеничного движителя. М.: Машгиз, 1949.

10. Апанасик В.Г., Позин Б.М., Трояновская И.П. Пассивный поворот гусеничной машины (задача страгивания) // Материалы XLIII науч.-техн. конф. ЧГАУ, ч.2. —Челябинск: ЧГАУ, 2004, с.204-208.

11. Базанов А.Ф., Забегалов Г.В. Самоходные погрузчики. М.: Машиностроение, 1979.

12. Баловнев В.И., Мирзоян Г.С., Талалыкина О.Ю. Базовые шасси машин для механизации малообъемных работ в строительстве // Строительные и дорожные машины, 1994, №2.

13. Балыбердин Г.Я., Мальгин А.Д. Механизация производственных процессов в животноводстве. М., 1963.

14. Бойков В.П. Шины для тракторов и сельскохозяйственных машин / Бойков В.П., Белковский В.Н. -М.: Агропромиздат, 1988.

15. Боклан В.М. Поворот тягача с шарнирной рамой // Тракторы и сельхозмашины, 1963, №1.

16. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике М.: ОГИЗ, 1948.

17. Брянский Ю.А. Основные параметры и тяговый расчет базовых тягачей н землеройно-транспортных машин. — М.: Высшая школа, 1966.

18. Брянский Ю.А. Поворот колесных тягачей с неповоротными колесамиI

19. Строительные и дорожные машины, 1962, №7.

20. Буряков А.Т. Комплексная механизация погрузочно-разгрузочных работ. М.: Россельхозиздат, 1976.

21. Вавилов А.В., Котлобай А.Я. О создании специализированных базовых шасси для мобильных строительных и дорожных машин // Строительные и дорожные машины, 2000, №6, с.26-27.

22. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969.

23. Вершинский Л.В., Переплетчик О.А., Позин Б.М. и др. Ограничения тяговых свойств колесного трактора при различных схемах трансмиссии // Материалы XLIII науч.-техн. конф. ЧГАУ. 4.2. Челябинск: ЧГАУ,2004, с.212-217.

24. Вершинский Л.В., Позин Б.М., Трояновская И.П. Модель стационарного поворота колесной машины с шарнирно-сочлененной рамой // Вестник ЧГАУ. Т. 47. Челябинск, 2006, с. 17-21.

25. Вершинский Л.В., Костюченко В.И., Позин Б.М. и др. Экспериментальные исследования стационарного поворота колесного погрузчика сшарнирно-сочлененной рамой // Вестник ЧГАУ. Т. 47. Челябинск, 2006, с.22-29.

26. Волков Д.П. Совместная работа колесных движителей самоходной машины с гидромотор-колесами при блокированном межколесном дифференциале // Строительные и дорожные машины, 1983, №6.

27. Вонг Д.Ж. Теория наземных транспортных средств. М.: Машиностроение, 1982.

28. Гоберман JI.A. Основы теории, расчета и проектирования строительных и дорожных машин. — М.: Машиностроение, 1988.

29. Горбунов Ю.Г. Исследование статического поворота колесного хода на торфяном грунте. Автореф. дис. .канд. техн. наук. —Минск, 1975.

30. Горшков Ю.Г. Повышение эффективности функционирования системы «дифференциал пневматический колесный движитель - несущая поверхность» мобильных машин сельскохозяйственного назначения. Дис. . докт. техн. наук. - Челябинск, 1999.

31. ГОСТ 19.701-90 (ИСО 5807-85) Схемы алгоритмов, программ, данных и систем.

32. ГОСТ 27021-86 (СТ СЭВ 628-85) Тракторы сельскохозяйственные и ле-сохозяйственные. Тяговые классы.

33. ГОСТ 27155-86 (СТ СЭВ 612-85) Тракторы сельскохозяйственные и ле-сохозяйственные. Термины и определения видов.

34. ГОСТ 27254-87 (ИСО-5010-84) Машины землеройные. Система рулевого управления колесных машин.

35. ГОСТ 27257-87 (ИСО 7457-83) Машины землеройные. Методы определения параметров поворота колесных машин.

36. ГОСТ 28523-90 (СТ СЭВ 6713-89) Мобильные средства малой механизации сельскохозяйственных работ. Тракторы малогабаритные. Типы и основные параметры.

37. ГОСТ 28635-90 (ИСО 5998-86) Машины землеройные. Номинальная грузоподъёмность гусеничных и колесных погрузчиков.

38. ГОСТ 28770-90 (ИС08313-89) Машины землеройные. Погрузчики. Методы измерения усилий на рабочих органах и опрокидывающих нагрузок.

39. Гринюк М.Т. Анизотропный сдвиг поверхностного слоя торфяного грунта. Автореф. дис. .канд. техн. наук. Минск, 1954. - 9 с.

40. Гуськов В.В, Оптимальные параметры сельскохозяйственных тракторов. — М.: Машиностроение, 1966.

41. Гуськов В.В., Опейко А.Ф. Теория поворота гусеничных машин М.: Машиностроение, 1984.

42. Тракторы: теория / Гуськов В.В. и др.: Учебник для студентов вузов по спец. «Автомобили и тракторы». — М.: Машиностроение, 1988.

43. Дав'ыдик И.И. Исследование статического поворота гусеничного хода. Дис. .канд. техн. наук. Минск, 1970.

44. Демкин Н.Б. Контакт твердых тел // Трение, изнашивание и смазка: Справочник, т.1. —М.: Машиностроение, 1978.

45. Держанский В.Б. Оценка и повышение управляемости транспортной гусеничной машины с бесступенчатой трансмиссией на основе синтеза оптимального управления. Дис. .канд. техн. наук. Курган, 1992.

46. Долматовский Ю.А. Автомобиль в движении — М: Транспорт, 1987.

47. Дьяконов В.И. MathCAD 7.0 в математике, физике и в Internet/nep. с англ. Руководства пользовате'ля/Дьяконов В.И., Абраменкова И.В. — М.: Нолидж, 1998.

48. Евтюшенков Н.Е. Создание современных транспортных средств для села // Тракторы и сельхозмашины, 1999, №11, с.29-30.

49. Егоров Л.И. Исследование некоторых вопросов управляемости гусеничных машин. Автореф. дис. .канд. техн. наук. М., 1972.

50. Жуковский Н.Е. Условие равновесия твердого тела, опирающегося на неподвижную плоскость некоторой площадкой и могущего перемещаться вдоль этой плоскости с трением // Труды Отделения физических наук Общества любителей естествознания, т.1Х, вып.1, 1897.

51. Забавников Н.А., Назаренко Б.П., Наумов В.Н. Особенности кинематики колеса при бортовом повороте колесного самохода // Вопросы расчета и конструирования гусеничных машин: Тр. / МВТУ. Вып. 1, № 231,- М., 1976.

52. Запольский В.П. Исследование сцепных качеств и обоснование параметров траков гусеничных движителей. Дис. .канд. техн. наук. -Минск, 1971.

53. Зеленин.А.Н. Основы разрушения грунтов механическими способами. -М.: Машиностроение, 1968.

54. Злотник М.И. Фронтальные одноковшовые погрузчики (основы теории и расчета). Челябинск: ЧГТУ, 1997.

55. Золотарев В.В. Управляемость и устойчивость движения трехосногосамоходного агрегата для возделывания и уборки овощей на базе вы*свобождаемого энергетического средства. Автореф. дис. .канд. техн. наук. -М., 1983.

56. Золотаревская Д.И. Расчет показателей взаимодействия движителей с почвой // Тракторы и сельхозмашины, 2001, №3.

57. Иванов А.Н. Анализ криволинейного движения многоцелевого шар-нирко-сочлененногб шасси со сменным оборудованием // Строительные и дорожные машины, 1990, №9.

58. Исследования бортового поворота колесной транспортной машины методом испытания одиночного колеса / Забавников Н.А. и др. // Трактоiры и сельхозмашины, 1972, №1.

59. Иофинов С.А. Кинематика тракторных агрегатов при переменном радиусе поворота: Сб. науч. тр. по земледельческой механике. Т. 6. М., 1961.

60. Иофинов С.А., Лышко Г.П. Эксплуатация машинно-тракторного парка. М.: Колос, 1982.

61. Исаев Е.Г. Вопросы общей теории поворота гусеничного трактора. Автореф. дис. .канд. техн. наук. М., 1970.

62. Исследование нагруженности колес движителя с бортовой схемой поворота при движении на повороте: Техническая информация (три этапа) / Белорусский государственный политехнический институт. -Минск, 1975.

63. Казаченко Г.В. Исследование нагруженности колес движителя с бортовой схемой поворота при движении на повороте. Автореф. дис. . канд. техн. наук. Минск, 1977.

64. Калинов А.Я. Расчетная оценка и оптимизация управляемости машинно-тракторных агрегатов на базе колесных универсально-пропашныхтракторов. Автореф. дис. .канд. техн. наук. М., 1989.0

65. Каран Е.Д., Исследование криволинейного движения пневмоколес по деформируемым опорным поверхностям. Автореф. дис. .канд. техн. наук. М., 1970.

66. Кацыгин В.В.'О закономерности сопротивления почв сжатию // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства, 1962, №4, с.28-31.

67. Кацыгин В.В. Основы теории выбора оптимальных параметров сельскохозяйственных машин и орудий // Вопросы сельскохозяйственной техники, т. 13. Минск, 1964, с.5-147.

68. Келдыш М.В. Шимми переднего колеса трехколесного шасси: Сб. науч. тр. / ЦАГИ. М.: Бюро новой техники ИКАЛ, 1945.

69. Кнороз В.И. Работа автомобильной шины. М.: Транспорт, 1976.

70. Коняев А.Б. Исследование тяговых качеств гусеничных машин при повороте на деформируемом грунте. Автореф. дис. .канд. техн. наук. -М., 1978.

71. Коцарь Ю.А., Дурманов А.С. Выбор типа привода колесного трактора // Тракторы и сельхозмашины, 1999, №6.

72. Кузьменко В.А. Исследование тягово-сцепных качеств и обоснование выбора параметров ведомых и ведущих колес тракторов и сельскохозяйственных машин. Автореф. дис. .канд. техн. наук. Минск, 1964.

73. Кулешов А.А., Кулешов А.А., Марголин И.И. Пневмоколесные машины с бортовыми приводами и мотор-колесами. М.: Машиностроение, 1995.

74. Курбанов А.Ф., Филоненко М.М. Повышение тягово-сцепных и поч-венно-экологических качеств гусеничного сельскохозяйственного трактора за счет заднего положения зацепа на звене // Сб. науч. тр. / ЧГАУ. -Челябинск, 1991.

75. Курцев Д.Л. Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения в России // Тракторы и сельскохозяйственные машины, 1993, №4.

76. Лысов A.M. Вопросы кинематики и динамики поворота тягача с прицепом. М.: ОНТИ-НАТИ, 1959.

77. Львов Е.Д. Теория трактора. Л., 1952.

78. Малиновский Е.Ю. Устойчивость движения колесной машины с шарнирно-сочлененной машиной // Строительные и дорожные машины, 1971, №1.

79. Мельников С.В. Механизация и автоматизация животноводческих ферм. Л.: Колос, 1978.

80. Михин Н.М., Комбалов B.C. Трение и износ ведомых и ведущих колес экипажей // Трение, изнашивание и смазка: Справочник. Т.2. М.: Машиностроение, 1978.

81. Мицын Г.П. Кинематические соотношения при повороте колеснойгусеничной) транспортной машины / Мицын Г.П., Позин Б.М., Троя1новская И.П. // Техника и технология строительства и эксплуатации автомобильных дорог: Сб. науч. тр. / МАДИ (ТУ). М., 2000.

82. Мицын Г.П., Позин Б.М., Трояновская И.П. Модель стационарного поворота транспортной (тяговой) машины // Техника и технология строительства и эксплуатации автомобильных дорог: Сб. науч. тр. / МАДИ (ТУ). М., 2000.

83. Мицын Г.П., Позин Б.М., Трояновская И.П. Уравнения связей для некоторых случаев стационарного поворота транспортной (тяговой) машины // Вестник Уральского отделения Академии транспорта РФ, 2001, №3.

84. Моделирование процесса взаимодействия движителя колесной машины с опорной поверхностью / Умняшкин В.А. и др. // Техника и технологии строительства и эксплуатации автомобильных дорог: Сб. науч. тр. / МАДИ (ТУ). М„ 2000.

85. Мысовских И.П. Лекции по методам вычислений. М: Изд-во физ. мат. лит-ры, 1962.

86. Мясищев Д.Г. Оптимизация управления поворотом шарнирно-сочле-ненного трактора // Тракторы и сельхозмашины, 2002, №1.

87. Некоторые специальные режимы стационарного поворота минитракто-ра / Мицын Г.П. и др. // Вестн. Уральск, межрегион, отд. Академии транспорта РФ. Вып. 3. — Изд-во КГУ, 2001.

88. Опейко Ф.А. Колесный и гусеничный ход. Минск, 1960.

89. Опейко Ф.А. Исследование динамики поворота гусеничного хода. Автореф. дис. .канд. техн. наук, Минск, 1976.

90. Опейко Ф.А. Математическая теория трения. Минск, 1971.

91. Опейко Ф.А. Сборник научно-исследовательских работ. Минск: Белорусский ГПИ, 1936.

92. Отчет о научно-исследовательской работе проведения стендовых испытаний шин и расчет тягово-сцепных и мощностно-экономических показателей малогабаритного трактора на колесном ходу. ПФ НАТИ. 1989.

93. Отчет о научно-исследовательской работе «Сравнительный качественный анализ технического уровня современных отечественных и зарубежных -гусеничных и пневкюколесных фронтальных погрузчиков». ГосНИИПТ, 1999.

94. Певзнер Я.М. Теория устойчивости автомобиля. М.: Машгиз, 1947.

95. Переплетчик О.А., Позин Б.М., Трояновская И.П. Влияние схемы и параметров сочлененных тракторов и тракторных агрегатов на устойчивость по опрокидыванию // Вестник УрО PAT. Вып. 5. Изд-во ТНГУ, 2005.

96. Петров Т.Д., Славкин В.И. Концепция создания и производства самоходных блочно-модульных машин // Тракторы и сельхозмашины, 2001, №5, с.19-25.

97. Плаксин A.M. Обеспечение работоспособности машинно-тракторных агрегатов в растениеводстве. Челябинск: ЧГАУ, 1996.

98. Плаксин A.M. Энергетика мобильных агрегатов в растениеводстве. -Челябинск: ЧГАУ, 2005.

99. Погрузчик ПК-5. Руководство по эксплуатации. Челябинск: ОАО «ЧТЗ-УРAJ1TPАК», 2002.

100. Позин Б.М., Трояновская И.П., Вершинский JI.B. Особенности поворота фронтального погрузчика на базе колесной шарнирно-сочлененной машины // Вестник ИжГТУ. Ижевск: ИжГТУ. Вып. 4(36), 2007, с. 1721.

101. Позин Б.М., Трояновская И.П. Кинематические соотношения при взаимодействии движителя с грунтом при повороте // Вестник ЮУрГУ, сегрия «Машиностроение». Челябинск, 2005.

102. Позин Б.М., Трояновская И.П., Вершинский JI.B. и др. Влияние конструктивной схемы колесного фронтального погрузчика с шарнирно-сочлененной рамой на эффективность его работы // Строительные и дорожные машины, 2008, №5, с.31-33.

103. Полетаев А.Ф., Свистула Е.А. Влияние крюковой нагрузки на некоторые параметры криволинейного движения колесного трактора 4x4 с бортовой схемой поворота // Тракторы и сельхозмашины, 1970, №10.

104. Раймпель И. Шасси автомобиля. Рулевое управление. М.: Машиностроение, 1987.

105. РД 50-233-81 Надежность в технике. Оценка параметров безопасности колесных и гусеничных машин по опрокидыванию. Характеристики динамической и статической устойчивости. М.: Стандарты, 1981.I

106. Редчиц В.В. О явлении относительного поворота контактного отпечатка движущегося колеса // Автомобильная промышленность, 1974, №3.

107. Редчиц В.В. Определение максимального момента сопротивления повороту управляемых колес на месте // Автомобильная промышленность, 1973, №9.

108. Редчиц В.В., Солтус А.П. О моменте сопротивлении повороту управляемых колес в движении // Автомобильная промышленность, 1975, №6.

109. Ренетов А.Н. О проблемах развития сельскохозяйственного машиностроения в России // Тракторы и сельскохозяйственные машины, 1994, №7.

110. Рождественский Ю.Л., Машков К.Ю. О формировании реакций при качении упругого колеса по недеформируемому основанию в режимах бортового поворота // Вопросы расчета и конструирования гусеничных машин: Тр. / МВТУ, №390. М., 1982.

111. Рокар И. Неустойчивость в механике. Автомобили, самолеты, висячие мосты. М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1959.

112. Саакян Д.Н. Система показателей комплексной оценки мобильных машин. М.: ВО «Агропромиздат», 1988.

113. Смирнов Н.В., Дунин-Барковский И.В. Курс теории вероятностей и математической статистики. М.: Наука, 1969.

114. Смирнов В.И. Взаимодействие единичных движителей и ведущих мостов // Тракторы и сельхозмашины, 1999, №6.

115. Смирнов Г.А. Теория движения колесных машин. М., 1981.

116. Солтус А.П., Редчиц В.В. О стабилизирующем моменте шины // Автомобильная промышленность, 1976, №7.

117. Старцев А.В. Повышение эффективности использования полноприводных тракторных транспортных агрегатов путем улучшения устойчивости движения. Автореф. дис. .докт. техн. наук. Челябинск, 1999.

118. Степанов Ю.А. Математическое моделирование поворота многоосных автомобилей : Учебно-методипеское пособие. СПб.: Тип ВАТТ, 1993. -256 с.

119. Тарг С.М. Краткий курс теоретической механики. М.: Высшая школа, 1986.

120. Типовые нормы выработки и расхода топлива на тракторно-транспортные и погрузочные работы / Министерство сельского хозяйства СССР. М.: Колос, 1971.

121. Тракторы и двигатели. Конструктивные особенности и производство мотоблоков и малогабаритных тракторов, вып. №1. М.: Министерство автомобильного и сельскохозяйственного машиностроения СССР, 1991.

122. Тракторы: теория / Гуськов В.В. и др. Учебник для студентов вузов по спец. «Автомобили и тракторы». М., 1988.

123. Трепененков И.И. Справочник по тракторам. М., 1952.

124. Трояновская И.П. О влиянии упругости шин на поворотливость трактора // Проблемы проектирования, строительства и эксплуатации автомобильных дорог: Сб. науч. тр. / МАДИ (ТУ). М., 2001.

125. Трояновская И.П. Повышение эффективности малогабаритного погрузчика путем улучшения его поворотливости. Автореф. дис. .канд. техн. наук. Челябинск, 2002.

126. Тураев Х.Т., Фуфаев Н.А., Шишкин В.И. Экспериментальное определение коэффициентов упругости шин // Автомобильная промышленiность, 1973, №9.

127. Моделирование процесса взаимодействия движителя колесной машины с опорной поверхностью / Умняшкин В.А. и др. // Техника и технологии строительства и эксплуатации автомобильных дорог: Сб. науч. тр. / МАДИ (ТУ). М., 2000.

128. Фалькевич Б.С. Теория автомобиля. М.: Машгиз, 1963.

129. Фаробин Я.Е. К вопросу о методике определения оптимальных углов поворота управляемых колес четырехосных автомобилей // Автомобильная промышленность, 1969, №2.

130. Фаробин Я.Е. Теория поворота транспортных машин. М., 1970.

131. Фаробин Я.Е. Трехзвенные автопоезда. М.: Машиностроение, 1993.

132. Фатеев М.Н., Гохтель А.Х. Тенденции развития конструкций сельскохозяйственных универсальных погрузчиков // Обзорная информация. -М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1979. -56 с.

133. Фохт Л.Г. Одноковшовый погрузчик. М.: Стройиздат, 1986.

134. Холодов A.M. Основы динамики землеройно-транспортных машин. -М.: Машиностроение, 1968. 450 с.

135. Худорожков С.И. Пути повышения эффективности колесных тракторов малой мощности. Автореф. дис. .докт. техн. наук. Курган. 1998.

136. Чалаганидзе Ш.И., Габуния IT.A. Семейство мобильных малогабаритных средств энергетики для малоземельных хозяйств // Тракторы и сельскохозяйственные машины, 1995, №12.

137. Чебанов Л.Г. Эффективность применения погрузчиков в строительстве. Киев: Будивельник, 1967.

138. Черепанов С.С., Халфин М.А. Проблемы механизации фермерских хозяйств // Техника в сельском хозяйстве, 1993, №1.

139. Чудаков Д.А. Основы теории и расчета трактора и автомобиля. М., 1972.

140. Чудаков Е.А. Влияние боковой эластичности колес на движение автомобиля. Издательство Академии Наук. Вып. 10. Москва-Ленинград, 1947.

141. Чудаков Е.А. Влияние боковой эластичности колес на устойчивость автомобиля против заноса. Издательство Академии наук. Вып. 13. — Москва-Ленинград, 1948.

142. Чудаков Ё.А. Теория автомобиля. М.: Машгиз, 1950.

143. Швед А.И. Исследование работы колесного трактора с ковшовым погрузчиком. Автореф. дис. .канд. техн. наук. М., 1974.

144. Шевцов В.Г. Основные аспекты повышения конкурентоспособности отечественных сельскохозяйственных тракторов // Тракторы и сельхозмашины, 1992, №7.

145. Шиллер Н.Н. Заметки о равновесии твердого тела при действии трения на некоторую плоскую часть его поверхности // Труды Отделения физических наук Общества любителей естествознания, т.У, вып. 1, 1892.

146. Шмаков А.Ю. Прогнозирование характеристик криволинейного движения сочлененных гусеничных машин. Автореф. дис. .канд. техн. наук. М., 2000.

147. Шумилин А.В., Володин А.Н. Метод определения характеристик поворота колесного транспортного средства на недеформируемом основании // Тракторы и сельхозмашины, 1993, №8.

148. Шумилин А.В., Володин А.Н. Уточненные характеристики поворотагусеничной машины // Тракторы и сельхозмашины, 1993, №7. *

149. Экспериментальные исследования пассивного поворота гусеничной машины при страгивании / Апанасик и др. // Материалы XLIII науч.-техн. конференции ЧГАУ. 4.2. — Челябинск: ЧГАУ, 2004, с.201-204.

150. Яковлев Н.А. Теория и расчет автомобиля. М.: Машгиз, 1949.

151. Яровой В.Г. Исследование бокового увода тракторных шин и его влияния на некоторые показатели криволинейного движения агрегата. Автореф. дис. . .канд. техн. наук. Харьков, 1970.

152. Caterpillar performance handbook. Edition 16, 1985. 664 с.k1. ПРОГРАММА

153. РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ СТАЦИОНАРНОГО ПОВОРОТА КОЛЕСНОГО ПОГРУЗЧИКА ПК-5

154. Система уравнений при ломающейся раме в тяговом режиме

155. Распределение веса между колесами TOL

156. Gg := 5253 вес груза в ковше

157. У := 40 -^- угол складывания 180

158. Gl + G2 + СЗ + G4 Gz - Gp - Gg - Gs = 01. В в1. G4---G3— + Gg Bk = 02 2

159. Gglg + Gp-ДЬ Gz-Qp + (lz - Aa) cos(yJ. + Gl - + Iz cos(y) - -^ sin(y)^ + G2-^p + lz cos(y) + -^ sin(y)^ - Gs-lp = 11. BB / в \ / в \

160. Определение радиусов колесr2:= 692я2гЗ:= /69 аЗ"г4:= 692 а 4"

161. Г1 = 64-731 Г2 = 66612 * = 62.348 г4,б2.348

162. Определение характеристик поворота

163. Ф 0.706 f:= 0.055 Д:= 0.5 -грунтгЬ cL г-,

164. TXz(.\, У, G, хО,уО, Bi, а) := -ф.1. G -2а Ь-7Гtanh

165. TYz(x,у ,G,x0,y0, Bi,a) := ф1. G-2 ab-л1. A- /(x0+ Bi + x)2 .- V+(>0 + y )21. У ndTl d С1. Г*tanh2I>1. V+ (yO + y)2z(x,y, G, xO,yO, Bi, a) ф.2 Gab-7t•h rtanh-b