автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение эффективности технологических процессов на основе улучшения тягово-сцепных свойств колесных тракторов при колебательной тяговой нагрузке

Московский ордена Трудового Красного знамени государственный агроинжсисрный университет им. В.II. Горячкина

на правах рукописи

1 П НОЯ 12^

Тургнев Алан Каурбекович

Повышение эффективности технологических процессов на основе улучшения тягово-сцетшых свойств колесных тракторов при колебательной тяговой нагрузке

Специальность 05.20.01 - "Механизация сельскохозяйственного

производства"

Диссертация

в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора технических наук

Рязань - 1999

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор, академик, заслуженный деятель науки и техники РФ ШкрабакВ.С,

Доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники РФ У литовский Б. А.

Доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники Петров Г.Д.

Ведущая организация - Центральная машиноиспытательная станция (ЦМИС) г. Солнечногорск.

Защита состоится 6 июля 1999 г. в 12.00 на заседани диссертационного совета Д 120.09.01 при Рязанской государственно сельскохозяйственной академии им. проф. П.А. Костычева по адрес) 390044 г. Рязань, ул. Костычева, д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Рязанско государственной сельскохозяйственной академии им. профессор П.А. Костычева.

Диссертация в виде научного доклада разослана 05.06.1999 г.

Ученый секретарь Совета, д.т.н., профессор С/" М.Б. Углано;

7

1. Сбадя характеристика работа

Актуальность проблема. Важнейшим резервом повышения эффективности сельскохозяйственной техники является дальнейшее совершенствование энергетических средств, в том числе наиболее массовых тракторов класса 1,4, которые- в агрегате с прицепными и навесными рабочими машинами и орудиями должны способствовать высококачественному выполнению технологических процессов и технологий при минимально - возможных энергетических и трудовых затратах.

Необходимо отметить, что имеющиеся в производстве колесные тракторы класса 1,4, широко применяются на выполнении не только операций по возделыванию пропашных культур, но и операций основной и предпосевной обработки почвы, посева, транспортных и погрузочно-разгрузочных работах.

Особенно возросла роль этого трактора в фермерских хозяйствах, где он применяется буквально на всех работах хозяйства.

Однако анализ имеющихся в производстве тракторов класса 1,4 показал, что качественные показатели работ это^о трактора отстают от уровня аналогичных зарубежных моделей. Характерными отрицательными моментами этих тракторов являются нарушение требований по ограничению воздействия движителей на почву, повышенными затратами на буксование и перекатывание, увеличенным расходом топлива и в связи с этим более низкой эффективностью работы МТА в целом, особенно на выполнении энергоемких операций обработки почвы, ухода за пропашными культурами. Многочисленные исследования показали, что в связи с переуплотнением почвы движителями тракторов наблюдается недобор урожая по зерновым 13 -15 млн. т., по сахарной свекле - 2 млн. т., по кукурузе - 1 млн. т., по подсолнечнику -0,5 млн. т.

Из-за повышенного буксования, потерь на самоперекатывание увеличивается расход топлива, снижается тяговый КПД трактора и наблюдается разрушение структуры почвы в месте контакта колес с верхним плодородным почвенным горизонтом.

В связи со сказанным проблема повышения эффективности работы энергосредств класса 1,4 при работе с неустановившейся колебательной нагрузкой на выполнение с.-х. операций, с минимально возможными энергетическими затратами, способствующих сохранению плодородия почвы, росту урожая с.-х. культур является актуальной и своевременной.

Цель работа. Целью работы является решение проблемы повыие-ния эффективности колесных тракторов класса 1,4 при неустановившихся (колебательных) нагрузках и изучение влияния колебательной тяговой нагрузки на его к.п.д. и разработка рекомендаций по снижению отрицательных воздействий, влияюцих на буксование и само-перекатьзвание трактора, представляоцих собой основные составляю-

щие тягового коэффициента полезного действия. Расширение сферы применения колесных тракторов на выполнение принципиально новых технологий возделывания с.х. культур с ограниченным применением средств химизации.

Объекты исследований. Тракторные агрегаты для выполнения с.-х. работ, черноземные почвы тяжелого механического состава, характерные для зоны Северного Кавказа, и тяжелые суглинки Нечерноземной зоны России.

Метода исследований. В работе использованы аналитические и экспериментальныэ метода, в основу которых положен системный подход, в том числе:

а) теоретические исследования:

- взаимодействия ведущего колеса трактора с почвой при разном характере нагрузки на крюке;

- моделирования тяговой нагрузки трактора;

- влияния скорости и колебательного характера воздействия силы на сопротивление почвы деформации;

- влияния скорости движения на колебательный характер тяговой нагрузки трактора;

- влияния неустановившейся (колебательной) нагрузки на буксование ведущих колес и силу сопротивления качению трактора;

б) экспериментальныэ исследования пропашных тракторных агрегатов с целью:

- выявления влияния неустановившейся тяговой нагрузки на составляющие тягового к.п.д.;

- определения влияния работы колесного трактора класса 1,4 с моделирующим устройством с заданными частотами и амплитудами колебаний на величину и характер изменения коэффициента буксования и качения трактора.

Научная новизна. Научная новизна состоит:

- механико-математическое обоснование процесса сдвига почвы при воздействии на нее переменной колебательной нагрузки, что позволило разработать принципы снижения потерь на буксование и перекатывание трактора;

- метод моделирования тягового сопротивления на крюке трактора;

- математическое описание составлякщих тягового КПД трактора при неустановившихся (колебательных) нагрузках;

- новизна конструктивного решения по созданию гасителя колебаний тяговой нагрузки;

- новизна конструктивного решения по созданию гасителя колебаний тяговой нагрузки подтверждена патентом на изобретение.

Практическая ценность к реализация результантов исследования. Практическую ценность имеют

- описание физической сущности явлений, происходящих в месте контакта ведущего колеса с почвой, позволившее вскрыть причину снижения величины тягового КПД трактора и разработать.прицепное демпфирующее устройство для снижения передачи колебаний на-

грузки от орудия на трактор и уменьшить потери на буксование и перекатывание ;

- теоретические зависимости для определения значения тягового КПД трактора и предложения для повышения эффективности работы агрегата;

- разработанные и изготовленные моделирупцие устройства тягового сопротивления на крюке трактора;

- обоснование постановки в производство энергонасыщенного трактора МТЗ-80;

- основанные на использовании энергонасыценных тракторов класса 1,4 машинной технологии производства картофеля и зерна с ограниченным применением средств химизации с использованием трактора класса 1,4.

Апробация работы. Основное содержание доложено, обсуздено и одобрено на:

научных конференциях МИИСП г. Москва 1966, 1967 и 1968, 1969, 1970 гг.; научно-технических конференциях по новьм методам испытаний сельскохозяйственной техники г. Новокубанск 1970, 1971, 1973 гг.; научных конференциях Горского СХИ, 1970-1975 гг.; конференции молодых ученых Кабардино-Балкарского госуниверситета, Нальчик, КБГУ, 1974 г.; научных конференциях Кубанского СХИ г. Краснодар, 1974, 1975 гг.; научных конференциях Краснодарского политехнического института г. Краснодар, КПИ, 19771982 гг.; научной конференции Ярославского филиала ТСХА г. Ярославль, 1984 г.; научно-практической конференции МИИСП 1990 г.; международной научно-практической конференции «научно-технический прогресс в инженерно-технической сфере АПК России» октябрь 1992 г. Москва ВИМ; II Международной конференции «Горы 95» «Безопасность и экология горных территорий» Владикавказ сентябрь 1995 г.; научной конференции МГЛУ, Москва 1996 г.; научно-практической конференции «Подготовка инженеров-механиков в условиях развития рыночной экономики» КГСА г. Казань, март 1997 г.; научной конференции профессорско-преподавательского состава аспирантов, посвященная 75-летию академии «Актуальные проблемы развития аграрного сектора в условиях развития рыночных отношений» Казань 1997 г.; Всероссийском семинаре по охране труда Москва апрель 1997 г.; Международной научно-практической конференции, посвященной памяти академика В.П. Го-рячкина, Москва, МШУ 1998 г.; научной конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов по итогам 1997 г., Казань, КГСХ, 1998 г.; III Международной конференции «Устойчивое развитие горных территорий» «Горы 98», Владикавказ, 1998 г.; Всероссийской с международным участием научно-практической конференции «Основные направления научного обеспечения охраны труда работников АПК России в связи с 25-летием ВНИИОТ г.Орел 1998 г.; Международной научно-технической конференции «Энергосбережение в сельском хозяйстве ВИМ, РАСХН, МСХ, Минтопливо РФ, ВНШЭСХ, Росс. НТО энергетиков и электротехников М. 1998 г.; научно-практической конференции МГАУ 1999 г.

Публикации. Основное содержание работы изложено в 51 научных публикациях. На долю диссертанта приходится 41,9 п.л. Наиболее полное изложение материала диссертации содержится в двух брошюрах, одной книге (в соавторстве) объемом 10,75 п.л. и одной монографии объемом 12,8 п.л. {без соавтора). Кроме этого три учебных пособия для студентов, 1989 г., объем 27,5 п.л., 1992 г., объем 9,75 п.л. (оба с соавторами) и 1991 г. объемом 4,5 п.л. (без соавтора)..

Всего автором опубликовано 112 наименований научных работ, брошюр, учебных пособий и монографий.

На защиту выносятся:

1. Результаты теоретических и экспериментальных исследований влияния:

- характера приложения силы на сопротивление почвы деформации;

- неустановившейся (колебательной) тяговой нагрузки на.-составляющие тягового КПД трактора;

- скорости движения тракторного агрегата на частоту и амплитуду колебаний нагрузки на крюке трактора для разных с.-х. работ.

2. Аналитическое описание касательной силы тяги при неустановившейся нагрузке на крюке трактора.

3. Конструкция имитатора тяговой нагрузки и гасителя колебаний тягового сопротивления.

4. Теоретическое обоснование моделирования тяговой нагрузки трактора, конструкция моделятора и экспериментальные исследования.

5. Результаты экспериментальных исследований тракторных агрегатов на основных с.-х. работах, с имитатором тяговой нагрузки без гасителя колебаний и с ним.

6. Разработка машинной технологии производства картофеля без применения гербицидов, и зерна с ограниченным применением химизации.

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю, дважды лауреату государственной премии СССР, Герою социалистического труда, экс вице-президенту ВАСХНИЛ, академику, доктору технических наук, профессору ряда зарубежных университетов раптинскшу- Василию Николаевичу) и лауреату государственной премии СССР, заслуженному деятелю науки РФ, зав. отделом ВИМ, . доктору технических наук, академику МАЭП, профессору Бурченко Павлу Николаевичу.

2. Содержание работы

2.1. Состояние решения проблемы изучения влияния неустановившейся (колебательной) нагрузки на тягспый КПД трактора и задачи исследований

Повышение эффективности работы колесного трактора класса 1,4 при работе на основных с.-х. операциях, где тяговая нагрузка носит неустановившийся (колебательный) характер возможно через изучение влияния этой нагрузки на изменение тягово-сцепных свойств и в т.ч. потерь на буксование ведущих колес, самоперекатывание, потерь в трансмиссии, и в целом, через тяговый КПД трактора.

Некоторые экспериментальные работы показали, что рост скорости движения агрегата в одних случаях приводит к уменьшению буксования ведущих колес и коэффициента качения, в других - наоборот, рост скорости движения агрегата приводит к их увеличению. Такое положение нацелило нас на гипотезу о том, что на основных с.-х. работах рост скорости движения агрегата, исходя из положений механики грунтов, может усугублять неустановившийся (колебательный) характер тяговой нагрузки на крюке трактора, при котором, почва, защемленная между почвозацепами колеса, испытывает колебательную деформирующую силу, что может способствовать снижению сопротивления почвы сдвигу.

Исследованиями, проведенными В.Н. Волтинским, А.П. Доброхлебовьм, работами И. П. Летошнева, A.A. Болотина, Ю.К. Киртбая, Г.М. Кутькова, В.А. Землянского, В.П. Гребнева и многих других ученых установлено, что естественным режимом работы с.-х. трактора, как и подавляющего большинства других тяговых самоходных установок, является неустановившийся нагрузочный режим.

Академик И.И. Артоболевский отмечает: «Большое значение в исследовании динамики машинных агрегатов приобретает изучение неустановившихся• режимов их движения». Для многих машин неустановившийся режим движения является обычным. Поэтому определение оптимального режима неустановившегося движения агрегатов является актуальным и своевременным.

Значительный вклад в постановку задач по изучению особенностей работы тракторных агрегатов в условиях неустановившейся нагрузки внесли: акад. В.Н. Болтинский, B.C. Свирищезский, проф. Ю.К. Киртбая, М.Ф. Балжи, М.П.Сергеев, С.А. Иофинов, Г.В. Веденяпин, Г.Д. Есин, Ю.Н. Ломоносов, А.И. Елизаров, А.Ф. Шкарлет, А.К. Тургиев и другие ученые нашей страны.

Так как тягово-сцепные свойства трактора, при работе на сминаемых почвах, определяются в основном способностью почвы сопротивляться горизонтальной деформации (сдвигу), совершаемой почвозацепами колеса, то повышение эффективности колесного энергонасыщенного трактора класса 1,4

возможно при изучении влияния характера тяговой нагрузки и- скорости движения агрегата на.состояние,контакта ведущего колеса с,почвой.

Важным фактором для оценки сцепных качеств трактора является коэффициенты буксования ведущих колес и качения. Степень буксования ведущих колес в основном определяется размером горизонтальной деформации (сдвигу) почвы, совершаемой почвозацепами. Эта горизонтальная деформация почвы зависит от удельного давления на почву, создаваемого почвозацепами и от способности почвы сопротивляться деформации, приближенно оцениваемой коэффициентом удельного смятия .

Сопротивление почвы деформации может'изменяться в зависимости от- скорости и характера приложения деформатора. Характер приложения силы может быть установившимся или же с определенными колебаниями (неустановившимся). При каждом из этих двух случаев величина деформации почвы, при одинаковом среднем значении усилия, будет разной. Иными словами, усилие на деформацию почвы, в каждом из этих двух случаев, будет разным.

Изучением теории разрушения почвы занимались и внесли большой вклад академик Горячкин В.П., профессора Аржани-нов Н.С., Виноградов В.И., Кленин Н.И., Панов И.М., Бур-ченко П.Н., Новиков Ю.Ф., Подскрепко М.Д., Ксендзов В.А. Проблема повышения эффективности МТА является далеко еще незавершенной, поскольку не решены многие вопросы взаимодействия движителей с почвой: изменение неустановившейся нагрузки в зависимости он зоны, типа почвы, и т.д. Все это требует дальнейшего развития теории основ повышения эффективности МТА в зависимости от действительного характера неустановившихся нагрузок.

Важнейшими задачами исследования по определению эффективности машинно-тракторных агрегатов с колесными тракторами являются:

1. Изучение взаимодействия ведущих колес с почвой при изменении режимов работы, физико-механических свойств почвы, изучение физических явлений, происходящих в почве при воздействии на нее переменной колебательной нагрузки.

2. Изыскание методов и средств по определению тяго-во-сцепных свойств ходовой системы трактора при работе на сминаемых почвах и способности ее сопротивляться горизонтальной деформации, совершаемой почвозацепами колес и разработка рекомендаций повышения эффективности высокоэнергонасыщенных тракторов класса 1,4 с учетом снижения потерь на буксование и перекатывание трактора и определение влияния характера тяговой нагрузки и скорости движения на состояние контакта ведущих колес с почвой и явлений происходящих при этом.

3. Изучение факторов оценки сцепных качеств, степени буксования ведущих колес и тягово-сцепных свойств трактора с учетом характера сопротивления почвы сдвигу, удельного давления создаваемого почвозацепами, способности почвы сопротивляться деформации, оцениваемой коэффициентом удельного смятия.

4. Теоретический и аналитический анализ влияния скорости движения на тягово-сцепные свойства трактора и составляющие его тягового к.п.д.

5. Исследование и анализ потерь от влияния скорости и характера касательной силы тяги на самоперекатывание трактора в зависимости от скорости движения и характера изменения тяговой нагрузки.

6. Изменение эффективности работы машинно-тракторного агрегата при выполнении основных с.-х. работ, в том числе пахоты, культивации, посева, а также междурядной обработки пропашных культур.

7. Расширение сферы применение колесных тракторов класса 1,4 при выполнении перспективных технологий возделывания пропашных и зерновых культур с ограниченным применением ядохимикатов и определение эффективности выполнения этих технологий.

8.

2.2. Влияние скорости воздействия деформатора на сопротивление почвы смятию

Почва также, как и другие тела, обладает упругими, пластическими и вязкими свойствами. Тела, обладающие вязкими свойствами, имеют некоторые особенности, так, например, сопротивление деформации у них зависит от скорости деформатора.

Для проведения исследований были использованы известные закономерности деформирования упруго-вязких тел, и в том числе напряжения почвы

„ , с/Л/а £7 = гг?А1+Я—~

ж ' (1)

где: сг - напряжение сжатия, кг/см2;

т" - коэффициент пропорциональности;

Д1 - относительная деформация, см;

К - коэффициент вязкости, "'"/„^г».;

д 1 - абсолютная деформация, см;

- время деформации, сек.

Установлено, что с увеличением скорости деформирования материала сопротивление растет, асимптотически приближаясь к некоторому пределу, величина которого определяется физико-механическими свойствами материалов.

Это подтверждается другими учеными. Так вопросу влияния скорости на величину деформации посвящены другие работы (и в том числе Кострицын А.К., Подскрепко М.Д., Ви-

ноградов В.И.). Из этих исследований следует, что по мере роста скорости изменения напряженного состояния величина полной деформации убывает. Особенно сильно изменения скорости .нагрузки влияют при сравнительно небольших абсолютных их значениях. Также найдено, что, чем выше вязкость почвы, тем больше оказывает влияние на величину деформации скорость изменения напряженного состояния.

Инженер Тулаев отмечает, что при быстром нагружении, деформация, равна 2 мм соответствует нагрузке 3,2 кг/см2, а при медленном нагружении, деформации соответствует 2,3 кг/см2, т.е. на 28% меньше, чем при быстром нагружении.

Установлено, что при одинаковом удельном давлении деформация почвы с увеличением скорости деформатора уменьшается за счет растущего удельного сопротивления почвы сдвигу. При этом следует отметить, что сопротивление почвы примерно линейно возрастает с увеличением скорости деформации.

Если при статическом приложении нагрузки сопротивление почвы смятию (сдвигу) оценивается выражением:

Рь=сЬ , (2)

где: Рь - удельное сопротивление почвы деформации (сдвигу); с - коэффициент удельного сопротивления почвы смятию; ц - показатель степени, зависящий от вида почвы, в дальнейшем принимается равным 1, что соответствует условиям проведения опыта.

то при скоростном приложении нагрузки сопротивление почвы возрастает на величину инерционной (динамической) составляющей Рд, т.е.

Р^С^+Рд , (3)

При этом величина инерционной (динамической) составляющей Рд довольно точно определяется по уравнению:

Р _ Ур"

8

2§

<4)

где: V - скорость распространения пластической деформации в почве, см/сек; р - объемная масса почвы до деформирования; V - скорость деформирующей нагрузки, см/сек; £ - ускорения силы тяжести, см/сек2.

Уравнение(4) можно использовать для анализа влияния скорости деформатора на величину деформации почвы й. Используя Рд и имея ц=1, величина Ъ определяется по формуле :

Уру 28

Из уравнения (5) видно, что при увеличении скорости приложения деформирующей силы величина деформации уменьшается. Или имеем:

И ~с " + ->„ ' <6)

Из уравнения (б) видим, что удельное сопротивление почвы сдвигу возрастает с увеличением скорости приложения деформирующей силы.

Таким образом, исходя из уравнений (5) и (6), можно сделать вывод, что с увеличением скорости деформатора уменьшается величина горизонтальной деформации почвы.

Следует отметить, что повышение сопротивляемости почвы деформации при увеличении скорости деформатора в известной степени связано и с трехфазной структурой самой почвы. При сжатии порозность уменьшается, защемленный воздух стремится выйти на поверхность, создавая внутренние напряжения в деформируемом слое почвы. При медленном воздействии деформатора процесс выделения воздуха из пор почвы происходит более спокойно.

Совершенно иначе должен протекать этот процесс при быстром воздействии деформатора на почву, когда быстро сжимаемый воздух накапливается в порах и не успевает выйти через капилляры, создавая упругую среду, на деформацию которой требуется затрата дополнительной энергии.

2.3. Влияние колебательного характера приложения усилия на сопротивление деформации почвы

Влияние вибраций на сопротивление грунта сдвигу впервые было замечено в строительном деле. Так, например, значительные осадки фундаментов, испытывающих вибрации и сотрясения, свидетельствовали о том, что под действием указанных факторов прочность грунтов, особенно несвязных, значительно уменьшается. Причины такого явления были до некоторого времени неизвестными. Тогда исследователи считали, что усадки грунта, вызываемые вибрациями или сотрясениями, являются причиной уплотнения грунта под подошвой фундамента.

Проведенные, впоследствии, Зелениным А.Н. исследования поведения грунта при вибрировании показали, что главной причиной, вызывающей значительные осадки, является уменьшение сил трения, действующих между частицами грунта при его колебаании. Он установил, что вначале процесса наблюдается медленное, линейное увеличение деформации. При дальнейшем увеличении динамического воздействия на грунт осадка его быстро возрастает.

Нашими исследованиями установлено, что при действии колебательной нагрузки сопротивление почвы сдвигу уменьшается по сравнению с сопротивлением при действии посто-

янной нагрузки. В этом случае почва по своим механическим свойствам становится похожей на вязкую среду, характеризующуюся коэффициентом вибровязкости, который с увеличением ускорения колебаний уменьшается.

Зависимость между коэффициентом вибровязкости и ускорением колебаний выражается следующей формулой:

УГ|*=П, (7)

где: V - коэффициент вибровязкости;

П - отношение ускорения колебаний к ускорению силы

тяжести;

п - эмпирические коэффициенты.

Для установившихся режимов коэффициент вибровязкости обратно пропорционален первой степени ускорения колебаний , т.е.

П g

V =

, (6,

где: к - можно принять равным единице.

Учитывая сложность определения характеристик колебаний при случайном характере изменения сопротивления, ускорение колебаний возмущающей силы можно принять изменяющимся по гармоническому закону:

)=йш2соз (пЛ-ф) , (9)

где: А - амплитуда колебаний: го - частота колебаний;

ф - сдвиг фаз между упругим перемещением и возмущающей силой.

В свою очередь:

/

" = 7"'

Из уравнений ¡8,9 и 10) имеем:

щ

Лгу? соё(Ш - (р)' <«>

Таким образом, коэффициент вибровязкости с ростом частоты и амплитуды колебаний будет уменьшаться, что приведет, в свою очередь, к значительному снижению сопротивления почвы деформации. Отсюда следует, что колебательный характер приложения усилия значительно уменьшает сопротивление почвы деформации.

2.4. Аналитическое определение касательной силы тяги из диаграммы сдвига почвы

Явления,. протекающие при деформации почвы под воздействием почвозацепов колеса, имеют сложный характер. Почва подвергается сжатию (уплотнению) и сдвигу в разных на-

правлениях. В результате этого в ней возникают поля нормальных и касательных напряжений, распространяющихся в глубину и в разные стороны от места приложения нагрузки. Величина напряжений и распределение их в деформируемых слоях почвы зависит как от действующих нагрузок и условий их приложения, так и в значительной степени от физико-механических свойств почвы. От способности почвы выдерживать указанные напряжения зависит сопротивление почвы сдвигу. Поэтому сопротивление сжатию и сдвигу является основным механическим свойством почвы, влияющим на тяговые качества трактора.

Удельное давление, при котором уплотнение почвы начинает расти без дальнейшего увеличения действующей на нее нормальной нагрузки, принято называть несущей способностью почвы, которая соответствует пределу механической прочности почвы при данном ее состоянии и принятых размерах и конфигурации штампа.

Сопротивление почвы сдвигу обусловлено двумя факторами:

а) сцеплением между частицами почвы, вызываемым действующими в почве внутренними силами связности;

б) трением между частицами почвы.

для связных почв:

т=с+аЬд<|>, (12)

для несвязных почв:

т=с^дч> , (13)

где: с - сопротивление почвы сдвигу, создаваемое силами

сцепления, действующими между ее частицами;

0 - нормальное напряжение почвы;

(. „ - коэффициент внутреннего трения, представляющий собой отношение приращения сопротивления сдвигу к соответствующему увеличению нормального давления.

Для несвязных песчаных почв с=0, поэтому у них сопротивление сдвигу создается в основном за счет внутреннего трения между частицами и возникает при действии на почву нормальных давлений. Чем больше нормальное давление, тем соответственно выше сопротивление сдвигу, хотя коэффициент внутреннего трения с увеличением нормального давления несколько снижается.

Для почв, обладающих большой связностью, можно принимать коэффициент внутреннего трения равной нулю; в этом случае сопротивление сдвигу создается главным образом силами сцепления между частицами. Почвы с промежуточной структурой сопротивляются сдвигу в результате действия обоих указанных факторов.

Необходимо отметить, что максимальное значение касательной силы тяги Рг, развиваемое ведущими колесами трактора, зависит от величины сопротивления почвы сдвигу. По-

этому максимально возможную величину касательной силы тяги Рк можно развить исходя из величины касательных напряжений, т разрушающих почву.

Основой для аналитического определения касательной силы тяги может служить диаграмма сдвига (рис.1а).

/ 2 3 ^ 5 £ Рис.16.

Для этого необходимо предварительно получить уравнение, описывающее кривую диаграммы сдвига почвы, которое по Беккеру получается на основе решения дифференциального уравнения затухающего гармонического колебательного движения :

У

(14)

где: К1 и к2 - коэффициенты, характеризующие протекание

кривой диаграммы сдвига; 8х ~ величина сдвига, см; ~ - буксование;

- горизонтальная координата, см;

- величина выражения, находящегося в квадрату пых скобках.

Полагая, что касательные напряжения почвы х, определяют величину касательной силы тяги Рк, развиваемой ведущими колесами трактора, находим:

/

Рк = 2ь\т ■ йх

о

(15)

где: Ь - ширина пятна контакта колеса с почвой;

1 - длина пятна контакта колеса с почвой. Для определения аналитического выражения касательной

силы тяги испльзуем значения Ги7я т.е.

т - т„(1-е~* ) (16)

- величина максимальных касательных напряжений, разрушающих почву;

- коэффициент, характеризующий протекание кривой диаграммы сдвига почвы, см;

- величина сдвига, см;

- коэффициент буксования;

- горизонтальная координата, см.

где:

к

ДБ=8х

8

X

тт=с+а^

(17)

Подставляя значение т и тп в уравнение (15), получим:

/ дя

Рк = 2Ь|(с+а-tg<p)-0-е к)ск

о

где: Дэ=5х

После интегрирования получим:

г &К

(18)

РК = Щс+а^(р) 1-

1-е

/

(19)

Параметры Е и а для колесного трактора являются переменными и зависят от сцепной массы 0, которая в свою очередь связана с тяговым сопротивлением.

Связь между параметрами Б, а и О можно выразить следующим выражением:

а

сг

Величина сдвига ДБ=8х определяется весьма сложным путем, так как при вращении колеса отдельные его точки описывают петлевую циклоиду. Поэтому для определения величины сдвига ДБ необходимо решить уравнение циклоиды, в которую входит циклометрическая функция.

Допускаем прилегающую поверхность колеса к почве плоской. Тогда процесс сцепления колеса с почвой частично будет аналогичным процессу сцепления гусеницы с почвой. При этом сдвиг почвы будет происходить в горизонтальной плоскости вдоль длины прилегающей поверхности.

Исходя из этого допущения, можно применить формулу (19) для определения касательной силы тяги колесного трактора, предварительно выразив нормальные напряжения почвы через сцепную массу и подставив значения а из уравнения (20) в уравнение (19), тогда будем иметь окончательно:

По этой формуле, зная параметры колеса и почвы, а также характер протекания кривой диаграммы сдвига, можно с достаточной точностью определить касательную силу тяги, развиваемую трактором.

2.5. Факторы, влияющие на величину буксования ведущих колес трактора

а) влияние неустановившегося характера тяговой нагрузки на буксование ведущих колес трактора

Тягово-сцепные свойства трактора в большой степени зависят от сцепных качеств ведущих колес. Сцепление ведущих колес с почвой можно рассматривать как проявление двух видов сил: сил трения, действующих между опорной поверхностью шины и почвы, и сил зацепления, возникающих при упоре элементов (почвозацепов) шины в почве. На дорогах с твердым покрытием большое значение имеют силы трения. На мягких почвах - обычных фонах для тракторных работ - основное значение имеют силы зацепления. На почвах, с промежуточной плотностью в сцеплении колеса, силы трения и зацепления имеют почти одинаковое значение.

При работе трактора на мягких почвах, характерных почти для всех сельскохозяйственных операций, происходит глубокое погружение зацепов колеса в почвенный слой. Погружаясь в почву, зацепы прессуют ее в горизонтальном направлении противоположном движению трактора. В результате

(21)

чего происходит снижение поступательной скорости движения трактора, определяемый коэффициентом буксования. Эта горизонтальная деформация почвы зависит от удельного давления на элементы почвы, создаваемого почвозацепами и от способности ее сопротивляться деформации, приближенно оцениваемой коэффициентом удельного смятия. В одинаковых условиях величина горизонтального удельного давления определяется величиной и характером изменения касательной силы тяги Рк.

Изменение касательной силы тяги Рк определяется в основном характером тяговой нагрузки. Колебания силы Рк изменяются пропорционально изменению тягового сопротивления орудия, т.е. при неустановившейся нагрузке с ростом частоты и амплитуды колебаний тягового сопротивления, пропорционально увеличиваются частота и амплитуда колебаний касательной силы тяги.

Для анализа влияния колебательной тяговой нагрузки на величину буксования рассмотрим формулу, определяющую величину касательной силы тяги.

1-

к

г

8-1

1-е

5/Л

К

V

у

(22)

После некоторого преобразования эта формула примет

вид:

К

= 1

к к

<и " к

3-1 3-1

(23)

31

После разложения б

3 =

в ряд Тейлора имеем:

2 РкК

(24)

/•(Яс + д -¡вер)7

Коэффициент К в последнем уравнении характеризует протекание кривой диаграммы сдвига почвы - "крутое" или "пологое".

Значение коэффициента К определяется из кривой диаграммы сдвига почвы. Точка пересечения касательной и ас-симптоты сносится на абсциссу и по масштабу определяется, значение коэффициента К с размерностью соответствующей размерности параметра откладываемого на этой же оси. При крутом характере протекания диаграммы сдвига численное значение коэффициента К меньше, чем при пологом. Более круто протекает кривая диаграммы сдвига для почв, обладающих высокой сопротивляемостью деформации. С увеличени-

ем сопротивления почвы сдвигу уменьшается величина горизонтальной деформации, кривая диаграммы сдвига почвы протекает более круто, при этом значение коэффициента К снижается. В этом случае, исходя из формулы (24), величина буксования ведущих колес трактора будет уменьшаться.

При уменьшении сопротивления почвы сдвигу величина горизонтальной деформации почвы колесами трактора возрастает, кривая диаграммы сдвига почвы протекает более полого, что приводит к росту численного значения коэффициента К. А это, в свою очередь, приводит к увеличению буксования ведущих колес трактора.

Ранее отмечено, что сопротивление почвы сдвигу при действии на нее колебательной нагрузки, уменьшается по сравнению с сопротивлением почвы деформации, когда на нее действует «спокойная» нагрузка, за счет уменьшения сил трения, действующих между частицами почвы.

Механические свойства, приобретаемые почвой, при действии на нее колебательной нагрузки, становятся похожими на вязкую среду и характеризуются коэффициентом вибровязкости. С уменьшением коэффициента вибровязкости прочность почвы разрушению снижается. С увеличением же частоты и амплитуды колебаний нагрузки величина коэффициента вибровязкости уменьшается, как это видно из следующего уравнения :

_Щ_

V = -2-5

Ат Со8(гШ - (р)

Отсюда следует, что увеличение частоты и амплитуды колебаний, которое имеет место при неустановившемся характере тяговой нагрузки, приводит к "уменьшению сопротивления почвы сдвигу. Уменьшение сопротивления почвы деформации приводит к пологому протеканию кривой диаграммы сдвига почвы. А это, как было отмечено выше, приводит к росту численного значения коэффициента К и увеличению буксования ведущих колес трактора.

Таким образом, при работе трактора с неустановившейся (колебательной) тяговой нагрузкой буксование ведущих колес будет больше, чем при его работе с установившейся тяговой нагрузкой.

6) Изменение величины буксования ведущих колес с ростом скорости движения при работе трактора с установившейся тяговой нагрузкой

Раньше было доказано, что при работе трактора на характерных почвенных формах степень буксования ведущих колес в основном определяется размером горизонтальной деформации почвы, совершаемой почвозацепами. Горизонтальная деформация почвы зависит от способности ее оказывать со-

противление смятию, и от удельного давления на почву, создаваемого почвозацепами.

Установлено, что с увеличением скорости воздействия деформирующей силы, сопротивление деформации возрастает, как это выше отмечалось, за счет растущего сопротивления почвы сдвигу.

Повышение скорости движения трактора (при установившемся характере тяговой нагрузки), осуществляемое путем увеличения его энергонасыщенности, приводит к увеличению скорости Уо горизонтальной деформации (рис.1в).

Из уравнения (5, б) :

Рис. 1в.

АрУ

р

к =

Р = ск" +

с

АрУ

'

видно, что с увеличением скорости V деформатора уменьшается величина горизонтальной деформации и увеличивается усилие на деформацию почвы ходовыми колесами.

Увеличение усилия на деформацию почвы, с ростом скорости деформатора, вызывает повышение сопротивления почвы сдвигу. Рост сопротивления почвы сдвигу оказывает прямое влияние на характер протекания кривой диаграммы сдвига, т.е. она протекает более круто. Это приведет к уменьшению численного значения коэффициента К, что вызовет уменьшение буксования ведущих колес с увеличением скорости движения трактора.

в) Влияние повышения скорости движения на величину буксования ведущих колес при работе трактора с неустановившейся тяговой нагрузкой

Как отмечалось выше, повышение скорости движения агрегата приводит к линейному росту частоты и амплитуды колебаний тягового сопротивления. Следовательно, повышение скорости движения агрегата определяет рост ускорения колебаний тягового сопротивления. Это обстоятельство, в свою очередь, обуславливает уменьшение коэффициента вибровязкости почвы, т.е. понижение ее прочности. В то же время повышение скорости движения трактора означает повышение скорости деформации почвы, что, как известно, определяет увеличение сопротивления почвы. Таким образом, при колебательном (неустановившемся) характере тяговой нагрузки между скоростью движения и буксованием существует взаимосвязь значительно более сложная, чем при установившейся нагрузке.

На почву непосредственное давление оказывает касательная сила тяги развиваемая трактором, через почво-зацепы ведущего колеса. При неустановившемся характере тяговой нагрузки касательная сила тяги с известным приближением может быть принята изменяющейся по синусоиде, период и амплитуда которой обусловлены характером и режимом выполняемой работы (пахота, культивация, сев и т.д. с различной скоростью, глубиной обработки, шириной захвата) . По нашим данным период колебания силы тяги на крюке при работе с плугом и другими сельхозмашинами может иметь значения 0,08-2 сек.

Время мгновенного контакта ведущего колеса с шинами 11x38 при работе на мягком почвенном фоне со скоростью 10 км/ч составляет около 0,3 сек. Если период изменения касательной силы тяги равен 0,08 сек., то за время контакта 0,3 сек касательная сила тяги совершит 4 колебания, т.е. создаст колебательную горизонтальную нагрузку на элементы почвы. Исследованиями установлено, что при действии колебательной нагрузки сопротивление почвы сдвигу уменьшается, по сравнению с сопротивлением действию постоянной нагрузки, за счет уменьшения сил трения, действующих между частицами.

Как было сказано выше, почва при действии на нее пульсирующей нагрузки приобретает характер вязкой среды, механические свойства которой оцениваются коэффициентом вибровязкости.

С уменьшением коэффициента вибровязкости понижается прочность, падает сопротивляемость почвы деформации. Коэффициент вибровязкости V уменьшается с увеличением частоты и амплитуды колебаний касательной силы тяги как это видно из формулы (11).

Уменьшение сопротивления почвы деформации приводит к изменению характера протекания кривой диаграммы сдвига почвы. Протекание диаграммы сдвига, при действии пульсирующей силы, происходит более полого, чем при спокойном приложении силы. При этом численное значение коэффициента К, характеризующего протекание кривой диаграммы сдвига, будет возрастать. Это приведет к увеличению буксования ведущих колес трактора, так как коэффициент возрастает.

Таким образом, увеличение скорости движения при работе трактора с неустановившейся (колебательной) нагрузкой приводит к росту буксования ведущих колес.

Сопротивление перекатыванию колеского трактора.

2.б.Обоснование расчетной модели колесного трактора

При работе машинно-тракторного агрегата под действием различных сил и моментов, микро - и макронеровностей поверхности, физико-механических свойств почвы и других факторов происходит изменение величин, характеризующих тяговые показатели трактора.

Тяговая нагрузка изменяется при повышении скорости движения агрегата вследствие неровностей поля. И это приводит к изменению характера взаимодействия движителей с почвой. Резкая смена уровней нагрузок вызывает появление динамических составляющих моментов в элементах ходовой системы трактора.

Динамические составляющие ведущего момента могут, в определенных случаях нагружения, значительно превышать усилия, реализуемые ходовым аппаратом трактора по сцеплению. Наличие указанных условий вызывает пробуксовывание ведущего колеса относительно опорной поверхности и повышение сопротивления движению.

Колесный трактор с крюковой нагрузкой представляет собой сложную механическую систему, состоящую из большого числа масс, соединенных различного рода связями. В процессе движения агрегата происходит перемещение его отдельных элементов относительно друг друга, влияющих в той или иной степени на общие параметры движения.

Исследование динамики машинно-тракторного агрегата с учетом всех связей между его отдельными элементами представляет собой задачу большой сложности. Поэтому при исследовании любых эксплуатационных свойств трактора и агрегата, в том числе тягово-сцепных, последний заменяется расчетной моделью, отражающей реальный тракторный агрегат.

Наиболее распространенной является расчетная модель, которую можно назвать плоской одно-массовой. В ряде работ при исследовании динамики МТА используют двух и трехмас-совые расчетные модели. При этом расчетную модель прини-

мают либо плоской, либо пространственной или же крутильной системой.

В наших исследованиях колесный трактор с приложенной крюковой нагрузкой принят как четырех массовая система (вращающиеся массы двигателя и трансмиссии, массы поступательно движущихся частей трактора, вращающиеся массы ведущих и ведомых колес). Такая расчетная модель трактора представлена на рис 2.

©

0» I I ЦгП *"

®

А»

Рис.2. Представление масс колесного трактора

1.Масса двигателя с трансмиссией 3.Масса ведущего колеса

2.Масса остова трактора 4.Масса ведомого колеса

2.7. Дифференциальное уравнение движения колесного трактора с переменной нагрузкой на крюке

Машинно-тракторному агрегату с трактором класса 1,4 при выполнении различных сельскохозяйственных работ приходится перемещаться по разным опорным поверхностям. От типа опорной поверхности во многом зависят тяговые показатели трактора и агрегата в делом. Следовательно, и параметры, определяющие движение колесного трактора по различным почвенным фонам, разные.

Для анализа динамики МТА с колесным трактором использовалось дифференциальное уравнение, выведенное с учетом переменной кривой нагрузки, изменение которой происходит по гармоническому закону:

3.

~ хр. . ср.

(1+-

*Сог тЬ).

Для вывода системы дифференциальных уравнений, описывающих движение колесного трактора по деформируемой опорной поверхности, использовали расчетную схему трактора, представляющую собой группу связанных различным образом масс, в которой перемещение каждой массы происходит по различным законам, и описываются разными дифференциальными уравнениями.

Дифференциальное уравнение вращения коленчатого вала двигателя с вращающимися деталями трансмиссии имеет вид:

2 М,

Мд--— = 1~—

3 / Ж . (25)

тр

где: Мл - крутящий момент двигателя, Нм;

Мвод. - момент, приложенный к ведущему колесу трактора

с учетом КПД трансмиссии, Нм; / - передаточное отношение трансмиссии;

I - приведенный момент инерции маховика и трансмис-

сии трактора к оси коленчатого вала Вез учета момента инерции колес (момент инерции колес не учитывается приведенным моментом инерции трансмиссии трактора в связи с тем, что при экспериментах ис-^ пользовали запись крутящего момента полуоси;

- - угловое ускорение коленчатого вала двигателя,

Л

Дифференциальное уравнение с учетом поступательно движущихся масс трактора получено для всех сил, действую-цих на остов трактора по направлению движения:

эр -ор -¡ж

^ К ^ П 1КР

' * Л ¿V

V 2 )

с/-?' <2б>

где: Рк,?,, - толкающее усилие со стороны одного колеса

(соответственно заднего и переднего) на остов трактора, кН;

Р„р - тяговая нагрузка трактора, кН;

Ж - линейное ускорение поступательно движущейся

массы трактора, м/с2; - масса трактора, кг.

Согласно принятому определению приведенного момента ■терции трансмиссии трактора (рис.2а) каждое колесо рассматривалось как отдельная масса. Движущим моментом, при-поженным со стороны двигателя к ведущему колесу является (рис. 26) .

Рис. 2а,6 Схема сил и моментов, действующих на пневматическое колесо

а) ведущего колеса б) ведомого колеса

Дифференциальное уравнение движения ведущего колеса представлено следующим выражением:

¿Г 1

м

ах)

ск

(27)

здесь:

5Гк-гл

гд

Ргк

- тяговый момент колеса;

- динамический радиус качения колеса;

- сила сопротивления перекатыванию ведущего колеса;

Хк - момент инерции ведущего колеса, Нмс .

Дифференциальное уравнение движения ведомого колеса:

(IV 1

■гп=1п

<м

гп

(28)

где:

Р£

сила сопротивления перекатыванию ведомого коле-

гп - радиус качения ведомого колеса;

1„ - момент инерции ведомого колеса.

На почву, находящуюся между зацепами шин, действует толкающая сила колеса и в качестве силы сопротивления почвы горизонтальной деформации принято учитывающая

сопротивление почвы горизонтальному смятию, частично срезу и трению почвозацепов о почву.

Дифференциальное уравнение горизонтальной составляющей сопротивления почвы деформации шинами:

(IVт

ч/

(29)

где: . приведенная масса почвы, участвующая в деформа-

ции ;

- скорость деформации почвы, м/с. В целом уравнение движения описывается системой дифференциальных уравнений:

Мл —-= 1

тр

Л '

л

= т.

у

1 ¿V

Мее6 ~ К 'Г, - Т, = /--—;

'й

1 (IV

р .г _ р ,г - I---■

" " > " " г, Л ' с1Ут

С учетом того, что Уп=8*Ут, (где Ут =ик.гд скорость движения трактора), получено:

¿Уп с1УТ ¿8 (к <М (к

«р

л ;

(30)

теоретическая

(31)

Для оценки значения ускорения почвы, сдвигаемой колесами трактора, принято, что тяговая нагрузка Р^р, изменяется по гармоническому закону с периодом Т=0,12 с. Амплитуда колебаний крюковой нагрузки при этом достигает такой величины, которая вызывает колебания оборотов двигателя

¿V

от номинальных, до максимальных. Среднее значение

подсчитано через отношение падения оборотов к полупериоду изменения тяговой нагрузки и равно 15 м/с2. Величина

о ,

-^-■Кот при коэффициенте буксования трактора в 0,1 при

том же периоде Т=0,12с равна 5,5 м/с2. Суммарное ускорение почвы получено равным 20,5 м/с".

С учетом того, что в горизонтальной деформации участвует определенный слой почвы, находящийся под пятном контакта шины с почвой, то при глубине пахоты 20 см и при

линейном законе распределения горизонтальной деформации по глубине слоя, масса почвы, участвующая в деформации, получается « 160 кг.

Таким образом, для рассмотренного случая разность между толкающим усилием 1ГК и сопротивлением почвы горизонтальной деформации Ик составила ±315 Н, что даже при минимальном крюковом усилии, на которое рассчитан трактор класса 1,4 , составляет ±5% от Ркр.

Практически используемая система уравнений имеет вид:

мл

тр

-I

Л'

2 К -2К

. пер *р

. 2

<35

М„, -Е -к

1 ¿¿V

г6

(32)

•яр

г _р _/ И ^

п щ>

Для решения задачи определения параметров движения колесного трактора с переменной нагрузкой на крюке задавались законом изменения крутящего момента по времени, величиной толкающего усилия Рк на ведущих колесах, моменты сопротивления движению колес сминаемой почвы, значением коэффициента буксования движителей, деформацией шин и почвы, а также массовыми характеристиками трактора (масса трактора, приведенный момент инерции трансмиссии, моменты инерции ведущих и ведомых колес).

При решении системы (32) относительно сопротивления перекатыванию трактора Ре получается зависимость Р1 =£ (11) при переменной нагрузке на крюке (Ркр.). Так как левые части уравнений представляют собой сложные зависимости искомых функций, то и каждая частная задача решалась методом последовательных приближений.

Зависимость сопротивления перекатыванию трактора Рг от пульсации нагрузки получена на основании исследований потерь ведущих колес трактора и получении промежуточных параметров при экспериментальном исследовании.

Для этого при проведении экспериментальных исследований трактор оборудовался датчиками для регистрации крутящих моментов на ведущих колесах, усилия на крюке и непрерывных значений деформации шин. При этом потери на перекатывание трактора определялись по формуле:

г г0-Л крХ 2 '<33>

где: г = г„~Х ~ динамический радиус ведущего колеса;

И, - суммарный крутящий момент на ведущих коле-

сах трактора; Ркр - усилие на крюке трактора;

т - частота колебаний Ркр;

Р " '

«р. - среднее значение тягового усилия на крюке;

- степень неравномерности тягового усилия.

2.8. Влияние неустановившейся нагрузки на мощность тракторного двигателя

Изменение показателей работы тракторного двигателя при неустановившейся нагрузке широко освещены в исследованиях академика Болтинского В.Н.

При исследовании работа двигателя внутреннего сгорания с установившейся нагрузкой развиваемая мощность определялась по уравнению:

-^-т

где: Ые - эффективная мощность;

Мв - крутящий момент;

угловая скорость; рабочий объем цилиндра; - число цилиндров;

коэффициент тактности двигателя; теплотворная способность топлива; ¿о - теоретически необходимое количество воздуха,

кг, необходимого для сгорания 1кг топлива; ук - удельный вес окружающего воздуха;

коэффициенты наполнения, индикаторный, механический и избытка воздуха.

V*

г

Я„

На основании исследований найдено, что значение мощности двигателя при неустановившейся колебательной нагрузке можно найти по уравнению:

НМ=Н.-АЫ.Я, (35)

Здесь потери мощности Ыен, возникающие из-за неустановившегося характера нагрузки, зависит от амплитуды колебаний числа оборотов Лп, : Лга = (36)

где: и ппи-„ - максимальное и минимальное значения числа

оборотов двигателя.

Амплитуда колебаний числа оЬвро тов

Рис.За

Согласно формуле (35) и графика (рис.За) можно представить уравнение, определяющее мощность Nejl, в виде:

NeH'= Ne - аШ1'е = Ne( 1 - аАп), <37,

где: a - коэффициент представляющий собой отношение s/L

(рис. За) ;

aún ~ безразмерная величина, характеризующая потерю мощности, выраженную в долях от N0 при данном значении амплитуды Дп колебаний числа оборотов.

При работе двигателя с закрепленной рейкой, когда

£ И

колебания оборотов не превышают:Д н 1 = —; (38)

где среднее число оборотов п =---, коэффициент

я = —^ = 0,00333,, имеем: 30

К =#в(1-а00333Дя);

С учетом сказанного при работе двигателя на регулято-

е.п

ре, когда амплитуда колебании оборотов Дя>Дл,=-^-, мощность его можно дать в виде:

1+^-(Ь~а)-ЬАп

где: ь коэффициент представляющий собой

отношение

(рис.За) и равняется 0,0150.

Б связи с этим:

л;, =лЦ1+0,0058^«-0,015^)

----V (41)

Из работ акад. В.Н. Болтянского можно написать уравнения определяющие число оборотов коленчатого вала от птах до птхп, под действием момента сопротивления изменяющегося по гармоническому закону со степенью неравномерности Ак и 2л-

частотой ж = —/ т.е.

9,55 МссрАк-т

ш

955Ме(К -1)

9,55Мсср\ -т

+ т

(42)

955М, (К

(43)

где:

а! - коэффициент, представляющий отношение числа оборотов, при котором достигается максимум крутящего момента, к числу оборотов п; к - коэффициент приспособляемости. С учетом птах и пт1л находим:

_.

(44)

Дп = •

г 2 ]

955МДК-1) / \

+ т \

[ %(!-«,)« ]

С учетом вышеизложенного, для неустановившейся нагрузки, имеем:

1+0,00584ея--

0,0716 МсЛк-т

955М,(АГ-1)

+ т

(45)

Из формулы видим, что колебательный характер нагрузки снижает мощность, развиваемую двигателем. Последнее объясняется тем, что при работе двигателя с неустановившейся

нагрузкой колебания числа оборотов вызывают серьезные нарушения в работе регулирующей системы.

С другой стороны неустановившийся характер тягового сопротивления значительное влияние оказывает на величину мощности подводимой к ведущим колесам трактора, так как потери мощности на буксование возрастают при колебательном характере нагрузки.

Зная мощность, подводимую к ведущим колесам:

Р V

7 5'

Явел - мощность на ведущих колесах; Ут - теоретическая скорость трактора.

находим потери мощности на буксование:

<46)

N = N ■ г)

1У вед и (47)

Или окончательно:

2 Р\КУТ

Последняя формула имеет большое практическое значение, она позволяет найти, что при работе трактора с неустановившемся характером тягового сопротивления потери мощности на буксование ведущих колес возрастают, так как численное значение коэффициента К, характеризующего протекание кривой диаграммы сдвига почвы увеличивается; в результате чего кривая мощности снижается, что приведит к падению тягового к.п.д. - т]^яг.

2.9. Влияние неустановившегося характера нагрузки на тяговый коэффициент полезного действия

Определение влияния неустановившегося характера тяговой нагрузки на величину КПД представляет собой сложную теоретическую и экспериментальную задачи. Тяговый КПД трактора определяется в виде произведения коэффициентов характеризующих различные виды потерь, возникающих во время работы. Для колесных тракторов Цют определяется:

ТЬ«Г=Т1»Р115Т|£, (49)

где: г)тр,щи щ ~ коэффициенты, учитывающие потери в трансмиссии, при буксовании ведущих колес и самоперекатывании трактора.

а) Механические потери в трансмиссии

В трансмиссии трактора потери состоят из трения в зацеплении, подшипниках и в уплотнениях, из потерь на взбалтывание масла в картере. Опыты показали, что на величину потерь в зацеплении, возникающих из-за трения

где

скольжсния и качения, основное влияние оказывают факторы, определяющие значение коэффициента трения, связанного с чистотой поверхности зубьев, качеством масла и величиной передаваемой нагрузки, которая, как показывают исследования, практически всегда имеет неустановившийся характер.

Момент трения возникает в результате взбалтывания масла в картере и определяется его гидравлическими свойствами. Величина этого момента зависит от изменения окружной скорости шестерен, увеличение этой скорости приводит к понижению общего КПД трансмиссии.

Из экспериментальных данных (рис.36) видно, что на величину КПД трансмиссии большое влияние оказывает значение передаваемой нагрузки. При этом снижение т]^ наблюдается, когда степень загрузки двигателя ниже 50%, что объясняется потерями на холостом ходу и потерями передачи при нагрузке.

где: - КПД, учитывающий потери холостого хода;

- КПД, учитывающий потери, возникающие при передаче нагрузки.

Величина т]кол практически не изменяется от передаваемой нагрузки. Уменьшение степени загрузки двигателя приводит к снижению доли потерь, возникающих при передаче нагрузки Из графика рис.Зб видно, что при одинаковой

степени нагрузки двигателя с падением скорости снижается КПД трансмиссии 7}^,.

В целом же потери в трансмиссии, учитывающие холостой ход, определяются выражением:

^хол м <50>

где: £ - множитель, определяющий, какую часть номиналь-

ного крутящего момента двигателя М„ составляет момент Мх, возникающий при холостом прокручивании трансмиссии равный 0,03-0,05; - крутящий момент на валу двигателя.

Проведенные экспериментальные исследования работы трансмиссий в НАТИ показали, что в балансе потерь, учитываемых коэффициентом т\Л, основное место занимают потери в зацеплении шестерен. Поэтому получим следующее уравнение, определяющее цк\

!ц '¡КОН » (51)

где: и цкон - КПД цилиндрической и конической пар шесте-

рен;

п11 п' - число пар цилиндрических и конических шесте--

" к° рен, работающих в трансмиссии при данной пе-

редаче .

С учетом вышеизложенного имеем:

Г » \

1—--------

77 = 77 4 . 77 кон

Чн Чц Чк>

ЧпР = ч, ■ ч

кон 1КОН

К

(52)

V /

б) Потери на буксование ведущих колес

КПД, учитывающий потери на буксование ведущих колес трактора, зависит от величины буксования т]5=1-8, и в развернутом виде определяется по уравнению:

2 РкК

Экспериментальные исследования влияния неустановившегося характера тяговой нагрузки на величину буксования ведущих колес трактора показали, что КПД, учитывающий потери на буксование ведущих колес в этом случае снижается.

Это видно и из формулы (53), которая показывает, что при неустановившемся характере тяговой нагрузки коэффициент К возрастает.

в) Потери на самоперекатывание трактора

КПД, учитывающий потери на самоперекатывание трактора, при колебательной тяговой нагрузке определяется из выражения:

При оценке потерь на самоперекатывание и на буксование ведущих колес трактора не следует их разделять, так как между ними имеется взаимосвязь. Она выражается в том, что при увеличении величины буксования коэффициент само-перекатывакия трактора растет, начиная с некоторой величины буксования. По экспериментальным данным величина коэффициента качения остается постоянной до того пока буксование находится в пределах 15%. С дальнейшим ростом буксования коэффициент качения резко начинает увеличиваться, рис.Зв.

Рис.Зв. График изменения коэффициента качения колесного трактора класса 1,4 в зависимости от буксования ведущих колес

Более интенсивный рост коэффициента качения с увеличением буксования наблюдается при работе трактора на более сминаемых почвенных фонах. Это можно объяснить тем, что при работе трактора с неустановившейся тяговой нагрузкой происходит, как это было отмечено выше, колебательное воздействие почвозацепами колеса на элементы почвы и этим самым происходит более интенсивное разрушение почвенного слоя, находящегося между почвозацепами, на поле, подготовленным под посев, и происходит большее зарывание колеса в почву, чем на стерне или же на грунтовой дороге.

В целом тяговый КПД трактора при неустановившейся тяговой нагрузке определяется:

(

2РД

л

1-

М.

(55)

/

Это уравнение позволяет определить значение тягового КПД при работе трактора в реальных условиях с колебательной нагрузкой. В этом уравнении коэффициент К, характеризующий протекание кривой диаграммы сдвига почвы, отражает влияние неустановившейся нагрузки на изменение Птяг- При работе трактора в условиях неустановившейся нагрузки наибольшее влияние в сторону уменьшения тягового КПД окажет

средний член формулы, в круглых скобках, так как он отображает потери на буксование ведущих колес за счет величины К.

2.10. Обоснование метода моделирования тягового сопротивления на крюке трактора

а) Краткая характеристика воздействий, приложенных к трактору при его движении

При работе агрегата на трактор действуют непрерывно изменяющиеся нагрузки, обусловленные многочисленными и разнообразными факторами. Поэтому трактор рассматривают как динамическую систему с многими входными и выходными переменными, число которых зависит от типа агрегата и степени учета различных условий работы. При этом каждое входное воздействие может влиять одновременно на несколько выходных переменных. В этом случае движение трактора, как динамической системы, под действием возмущений описывается дифференциальными нелинейными уравнениями. Однако можно принять некоторые допущения, позволяющие нелинейную систему заменить приближенно линейной. Для линейной динамической системы справедлив принцип суперпозиции, что позволяет эффект нескольких приложенных к трактору воздействий заменить суммой эффектов каждого из них в отдельности, что является теоретической предпосылкой для создания метода имитационных испытаний путем моделирования каждого воздействия независимо друг от друга. В сельском хозяйстве колесный трактор работает в агрегате с различными навесными и прицепными машинами, конструктивные особенности которых накладывают отпечаток на динамику его движения. Для анализа основных воздействий, определяющих динамику движения трактора, можно ограничиться рассмотрением наиболее распространенного агрегата, состоящего из трактора и культиватора, расчетная схема которого показана на рис.4а.

В этих исследованиях была использована следующая система дифференциальных уравнений:

М,аЛ, •• • М.аа-, -

——±ъ+2к1г1+2с1г1 =2^+2^;

(56)

Мхахаг - /, - Л/]«,2 + /, -

+ +2КгХ2 — /с^Л, = /?2+2с2/г, ; (57)

—- ^ ^--

+ Рг2г + А^з + Р^ь = 0;

(59)

(60)

где: Мг ,Мг Г 1,12

Кг, Кг , Кз

2],

Р1,Р2, Рз,Р4

массы трактора и культиватора; моменты инерции трактора и культиватора, учитываемые в колебательной системе трактора;

жесткость деформации упругих элементов опор трактора и культиватора;

коэффициент затухания колебаний трактора и

культиватора;

обобщенные координаты;

- коэффициенты при обобщенных координатах управления связи, зависящие от схемы четы-рехзвенного механизма навески трактора, продольной базы трактора и расположения опорного колеса культиватора; Ь1,Ь2,Ь3 ~ воздействия от неровностей поверхности;

рх р.~ горизонтальная и вертикальная составляющие тягового сопротивления культиватора.

Анализ дифференциальных уравнений (56-60) показывает, что основными входными воздействиями, определяющими поведение трактора при движении, являются неравномерность тягового сопротивления, создаваемого с.-х. машиной (Рх,Рг) и неравномерности рельефа поля . Как известно су-

щественной особенностью этих воздействий является то, что они по своей природе являются случайными в вероятностно-статическом смысле и представляют собой случайные функции времени (пути). Причем, исследования показали, что тяговое сопротивление с.-х. машин и неровности полей в большинстве случаев могут рассматриваться как стационарные случайные функции, обладающие свойством эргодичности. Их основные характеристики при достаточно большом интервале времени наблюдения могут быть записаны в виде:

т.

(61)

2

2

2

J т

I 7

Л, (г) = -Д*ю - - г) - (63)

' о

Б(у>) = — {Нх(Т)СОЗ№Т-1М, (64)

ЛЧ

где (т) ,-математическое ожидание, дисперсия, корреляционная

: в(к) функция и функция спектральной плотности;

т -интервал времени наблюдения процесса;

- разность моментов времени наблюдения;

т -текущая частота процесса.

Определение реализаций функций тягового сопротивления и профиля поля, а также вычисление их характеристик с применением электронных вычислительных машин широко известны и изложены в литературе. Материалы по численным оценкам характеристик тягового сопротивления с.-х. машин и профилей полей для различных зон страны довольно ограничены, хотя в первом приближении можно установить интервалы их изменения.

Значения характеристик профилей полей для различных зон страны приведены в работах А.Б. Лурье, М.Г. Мацнева, П. Н. Бурченко. Следует заметить, методам моделирования воздействий на трактор от неровности поля и разработке технических средств для этой цели посвящены многие исследования, результаты которых успешно применяются при испытаниях.

Математическое ожидание тягового сопротивления с.-х. машин зависит от вида и агротехнических требований выполняемой с.-х. операции и может изменяться в широких пределах: от значения, соответствующего сопротивлению перекатывания с.-х. машин (2...3 кН), до величины, близкой к номинальному тяговому усилию трактора. Дисперсия тягового сопротивления с.-х. машин, применяемых с колесным трактором кл.1,4 , по данным многих работ находится в пределах от 104 до 4*105 Н2/с, а их основному спектру могут соответствовать частоты, в большинстве случаев, расположенные в диапазоне от 0 до 30 1/Сек-

Анализ литературных данных показывает, что для различных зон страны значения характеристик тягового сопротивления одних и тех же с.-х. машин могут существенно отличаться. Учитывая также, что для каждой зоны имеется свой перечень с.-х. операций, выполняемых трактором, режимы моделирования тягового сопротивления должны подбираться исходя из конкретных условий предполагаемой зоны использования трактора.

б) Теоретическое обоснование способа моделирования неравномерной тяговой нагрузки трактора

Тяговое сопротивление с.-х. машин, представляющее собой случайную стационарную функцию, может быть выражено в виде:

Р(/) = А*И0]+Ро(0 (65)

где: М[Р(Ь)1 - математическое ожидание величины тягового

сопротивления;

pD(t) - составляющая тягового сопротивления являю-

щаяся центрированной случайной функцией; Спектральное разложение центрированной случайной функции:

P0(t) J[(J(w)Caw¿ + 2{w)Simvt\dw,

(66)

о

где: U (а>) - случайные функции;

2 (со) - угловая частота.

Как уже отмечалось, основной спектр дисперсий тягового сопротивления с.-х. машин соответствует диапазону частот от 0 до 30 1/Сек- Амплитуда колебаний тягового сопротивления при более высоких частотах мала. Пренебрегая колебаниями тягового сопротивления с малыми амплитудам'! нашли :

W,

P0(t) - J\J (w)Cowt ■ dw + \z{w)Simvt ■ dw +

"2 w2 + J(J(w)Co5tv¿ • dw + jz(w)Sinwt • dw+....+

(67)

w

+

JU (w)Coswt • dw + jz(\v)Sinwt • dw,

0 < < а>2 <■. ■ <(оп-1<30 /сек

В интервале от 0 до ю„ функции 2 (а) и и (&) не меняют знака, а СовозЬ и являются непрерывными функциями.

Применяя теорему о среднем, сумму двух первых интегралов выразим в виде:

п >»1

+ 81пс1 • | (68)

о о

где: е - значение угловой скорости в интервале 0-о>1.

Для условия, когда в равна средней частоте для интервала 0-ю, имеем:

о

2

"I 1

Ял-1-/. 2

<69)

Последняя формула представляет собой сумму двух гармонических функций, амплитуды которых случайны.

Эти функции необходимо преобразовать, заменив их случайные амплитуды неслучайными величинами при том условии, чтобы средние квадратические значения функций после преобразований остались без изменения.

Известно, что для гармонического колебания вида:

х(г) = а • зЦт^ 4- (р)

корреляционная функция:

а

Кх(т) - —Coswt,

<70)

Для случая т=0 имеем:

ох = дЛо)

а

'X "Л^-/ 2

Используя соотношения (66) и (67) получим

IV;

Р0Ь) = л2й

щ

/им«5^

о

о

где под корнем имеем удвоенные дисперсии интегралов случайных функций.

Учитывая, что:

В

"I гг1"\

¡\jMdw

о J о о

1

| Z (ге )<¿И', = | | К г (■и',м> ■ (IV/

о J о о

¡Ки {у/ууь»' = \кг О, = ^(и'Х

о о

где: К„(ь?1Ъ/') и - корреляционные функции случайных функций КгЫгЪГ) им и г (и), а 5РЫ) - спектральная плот-

ность в диапазоне частот 0- ш; выражение можно привести к виду:

/»'(Г) = 2 • Со/^Ч - у).

<72)

<73)

<74)

(75)

В общем виде тяговое сопротивление с.-х. машин выражается суммой из постоянной составляющей и некоторого числа косинусоидальных колебаний, что и доказывает колебательный характер возмущающей крюковой нагрузки, что и видно из уравнения:

+2

+2.

М* 1 +и>

"п-1 п

щ

1 4 у

+

л

7С

4/

(76)

О < а)! < &2 < . . .< <оп-г < ш„ < 30^ек

Выбор значений .. . ,юп и определение интегралов

в подкоренных выражениях неравномерных волнообразных тяговых сопротивлений могут быть произведены графически на каждой с.-х. операции, для чего необходимо построение

2

Рис.46.

графика функции спектральной плотности тягового сопротивления с.-х. машин. Пример расчета параметров косинусоидальных колебаний тягового сопротивления культиватора КПС-4,0 при работе с трактором МТЗ на IV передаче приве-

ден на рис.46. Следует отметить, что площадь фигуры, заключенной между осью абсцисс и линией графика спектральной плотности, для данного диапазона частот с учетом масштаба, выбранного при построении, является значением интегралов подкоренных выражений формулы (7 6) и равна дисперсии колебаний тягового сопротивления, частоты которых соответствуют этому диапазону. ,

На основании данных, нанесенных на рис.46, моделирование переменной составляющей тягового сопротивления культиватора может быть осуществлено пятью косинусоидаль-ными колебаниями, параметры которых приведены в таблице.

__ТАБЛИЦА

№ варианта Амплитуда, кг Частота,1/«»«

1 126 2

2 150 6

3 112 10

й 116 15

5 80 22

В результате теоретических исследований сделаны следующие промежуточные выводы:

- Установлено, что сопротивление почвы деформации увеличивается при повышении скорости воздействия деформатора на почву. Предложена аналитическая зависимость, определяющая влияние скорости деформатора на величину деформации и усилие, необходимое для смятия почвы, из которой видно, что с увеличением скорости деформатора растет сопротивление деформации почвы.

- Аналитическая зависимость, полученная в теоретических исследованиях, показывает, что при колебательном характере приложения деформатора значительно уменьшается сопротивление почвы деформации.

- Найдено, что с ростом скорости движения агрегата увеличивается частота и амплитуда колебаний тягового сопротивления, что и характеризует неравномерность нагрузки на крюке.

- При работе трактора с неустановившейся тяговой нагрузкой рост скорости движения обуславливает увеличение величины буксования ведущих колес. Предлагается зависимость, по которой можно определить величину буксования ведущих колес при работе трактора на высоких скоростях, как с установившейся1, так и с неустановившейся тяговой нагрузкой. "

- Показано влияние неустановившейся нагрузки на характер работы двигателя и тяговый КПД. Дается зависимость, определяющая значение тягового КПД с учетом неустановившегося характера тяговой нагрузки.

- Проведенные теоретические исследования позволили представить физическую картину взаимодействия движителей трактора с почвой. Установлено, что основное влияние на КПД ходовой части трактора оказывают скоростные и силовые потери ведущих колес трактора.

- Силовые потери ведущих колес трактора складываются в основном из гистерезисных потерь на вертикальную деформацию шины, деформацию почвы, потерь на местное проскальзывание элементов шины в зоне пятна контакта за счет действия крутящего момента, потерь на дополнительную деформацию шины и почвы за счет колебаний нагрузки и потерь на удар шины о препятствие. При этом установлено, что увеличение колебаний нагрузки на крюке трактора способствует повышению потерь на качение ведущих колес.

- Анализ полученной системы дифференциальных уравнений позволил сформулировать требования к методике экспериментального исследования.

3. Экспериментальные исследования влияния неустановившегося характера тягового сопротивления на составляющие тягового КПД колесного трактора 3.1 Задачи экспериментального исследования

Исходя из выводов, вытекающих на основе теоретических исследований по изучению тягово-сцепных свойств колесных тракторов при работе с неустановившейся (колебательной) нагрузкой поставлены следующие задачи экспериментальных исследований:

1.Установить влияние неустановившейся (колебательной) тяговой нагрузки трактора на изменение тягово-сцепных свойств трактора на разных скоростях поступательного движения агрегата; 2.Определить количественное изменение тягово-сцепных свойств трактора с неустановившейся тяговой нагрузкой с гасителем колебаний и без него; 3.Установить влияние режимов работы (скорости) агрегата на колебания тяговой нагрузки (на амплитуду и частоту); 4.Определить количественное изменение амплитуды и частоты колебаний тягового сопротивления в зависимости от вида сельскохозяйственной операции;

5.Установить влияние механических свойств почвы на изменение амплитуды и частоты колебаний тягового сопротивления;

6.Выявить фактическую картину явлений буксования ведущих колес трактора, для этого:

а) определить сопротивление почвы деформации (сдвигу) в зависимости от механических свойств ее;

б) определить величину сопротивления почвы сдвигу при разных скоростях деформатора;

в) определить величину сопротивления почвы сдвигу при колебательном характере воздействия деформатора и на разных скоростях;

г) определить влияние нормального давления на сопротивление почвы сдвигу.

С целью более точного раскрытия картины явлений буксования и перекатывания трактора, изучить явления при сдвиге почвы почвозацепами ведущего колеса.

Согласно задачам, поставленным перед экспериментальными исследованиями, была разработана схема выполнения экспериментальных исследований в полевых условиях.

3.2. Гаситель колебаний тягового сопротивления трактора

Выше было отмечено, что колебания тягового сопротивления на крюке трактора передаются на ведущие колёса. В результате касательная сила тяги развиваемая тракто-

ром, имеет колебательный характер, по этому элементы поч-

вы, защимленные между зацепами ведущих колёс, испытывают пульсирующее воздействие.

Из теоретических исследований известно, что почва значительно теряет способность сопротивляться деформации (сдвигу) при действии на неё пульсирующей (колебательной) нагрузки. Поэтому перед нами была поставлена задача, заключающаяся в том, чтобы колебания тяговой нагрузки передавались на ведущие колёса с некоторым гашением частоты и амплитуды.

С этой целью было предложено применить упругое звено между рабочей машиной и прицепом трактора, схема которого представлена на рис.5. В качестве упругого звена было использовано буксирное устройство от грузового автомобиля с соответствующими изменениями и приспособлениями, позволяющие удобную установку его между прицепом трактора и прицепной машиной. Общий вид гасителя в рабочем состоянии показан на рис.5. Гаситель колебаний состоит из корпуса 1, штока-2, крюка-3 и соединительных рычагов-4, (рис.5) в корпусе размещается упругий резиновый элемент-1, посредством которого осуществляется гашение колебаний тягового сопротивления.

3.3. Влияние час-готы и амплитуды колебаний тягового сопротивления на величину буксования ведущих колес трактора

Результаты экспериментального исследования позволяют проследить влияние частоты и амплитуды колебаний тягового сопротивления на величину буксования ведущих колёс трактора. На рис.6а,66, представлены графики, позволившие судить о характере протекании буксования при различных частоте и амплитуде колебаний тягового сопротивления при его постоянном среднем значении.

в,-3£<* пуЦяи пук»*«

¡8 16 24 22 20 18

А-лшшцдшюш Р„ Т-«ИОД ШСЫККЙ т-чдпотАМЛЕшт!

Рис.6а. Влияние частоты колебаний тяговой нагрузки на буксование при постоянной крюковой силе тяги.

в% т

а

А-1мпыщ> $дщш>» Ра т-период шсыям!

(ГМИСТОТЛ КОДОДКХЙ-ЭУСЕК

100 200 300 400 А

Рис.66. Влияние амплитуда колебаний тяговой нагрузки на буксование при постоянной крюковой силе тяги.

Как видно из рис. ба, буксование ведущих колёс изменяется в широких пределах при изменении частоты колебаний тяговой нагрузки. Притом в более широких пределах изменяется буксование на меньшей скорости движения трактора. При скорости движения трактора 7,4км/час с изменением частоты колебаний тягового сопротивления буксование ведущих колёс возрасло в 2,5 раза. А при скорости движения 16,2км/час наблюдается несколько меньшее увеличение буксования с ростом частоты колебания тягового сопротивления. Рост буксования составил 5%с изменением частоты сопротивления - от 3 до 12,7 1/с. Такое явление можно объяснить тем, что при увеличении поступательной скорости трактора время мгновенного контакта элементов колеса с почвой сокращается. Тем самым время воздействия зацепов колеса на элементы почвы уменьшается, за счёт чего величина горизонтальной деформации почвы уменьшается, что в свою очередь определяет буксование ведущих колёс трактора.

Увеличение буксования с ростом частоты колебаний тягового сопротивления можно объяснить тем, что при действии

колебаний, на элементы почвы значительно снижается её прочность, в результате падает сопротивление почвы сдвигу.

Отрицательное влияние на сцепление колеса с почвой также оказывает амплитуда колебаний тягового сопротивления. С ростом амплитуды колебаний тягового сопротивления буксование ведущих колёс трактора увеличивается, как это видно из рис.66. Амплитуда изменялась при постоянной'частоте, равной 9 1/сек. Изменение амплитуды колебаний тягового сопротивления от 0,96 кН до 4 кН увеличило буксование ведущих колес в 1,5 раза при скорости движения 7,4 км/час ив 1,2 раза при скорости движения 16 км/час.

Увеличение буксования ведущих колес трактора с ростом амплитуды колебаний тягового сопротивления можно объяснить тем, что при сцеплении колеса с почвой зацепы оказывают на элементы почвы ударную нагрузку. При этом происходит скалывание слоя почвы, защемленного между зацепами, в результате чего уменьшается сопротивление почвы сдвигу, а горизонтальная деформация почвы возрастает.

3.4. Влияние повышения скорости движения агрегата на частоту и амплитуду колебаний тягового сопротивления

Опыты проводились на пахоте, культивации и посеве на разных скоростях движения агрегата.

Изучение работы пахотного, посевного и культивирующего агрегатов показало, что с ростом скорости движения увеличивается частота и амплитуда колебаний тягового сопротивления (рис. 7). Как видно из рисунка, частота и амплитуда АяГ

Рис.7. Влияние скорости движения агрегата на частоту, амплитуду и буксование. 1-посев;2-культивация;3-пахота стерни;4-пахота целины

колебаний тягового сопротивления на пахоте значительно увеличиваются с ростом скорости движения агрегата от 7,4 км/час до 16,2 км/час и находятся соответственно в пределах 6..ДЗ,8 1/с и 2...4,5 кН. На посеве и культивации изменение частоты и амплитуды колебаний тягового сопротивления варьируют в значительно меньших пределах. Амплитуда колебаний тягового сопротивления почти не меняется, а частота - в пределах 2...4 1/с на посеве и 4,5.„7 1/сек на культивации.

Увеличение частоты и амплитуды колебаний тягового сопротивления объясняется тем, что при резании слоя почвы и отбрасывании его в сторону, возникают, вследствие неоднородности среды, периодические колебания. Эти колебания имеют тенденцию к росту при увеличении скорости резания и отбрасывании почвенного слоя, так как с увеличением скорости воздействия на почву возрастает сопротивляемость ее сдвигу и резанию.

Несколько меньше рост частоты и амплитуды колебаний тягового сопротивления на культивации и посеве, чем на пахоте, это объясняется тем, что почва имеет меньшую плотность и с ростом скорости соответственно увеличивается частота и амплитуда колебаний на меньшую величину, чем на пахоте.

3.5. Влияние характера изменения роста среднего значения касательной силы тяги на величину буксования ведущих колес трактора.

Значение касательной силы тяги Рк непрерывно изменяется в зависимости от характера тягового сопротивления.

Полученные кривые изменения буксования ведущих колес в зависимости от величины касательной силы тяги {рис. 8а), показывают линейный характер протекания буксования.

фон-стерня озимой пшеницы . 12,3.4,-таг» тттоц и» па»те

ол . . 5,8.7,8 - РАБОТА ТРАКТОР» В ЗАГРУЗОЧНОЙ ЛАБОРАТОРИЕЙ

зо

25

20

15

10

5

О

Рис.8а. Буксование ведущих колес трактора в зависимости от роста величины касательной силы тяги.

На этом рисунке нанесены кривые полученные экспериментально (1,2,3,4,5,6,7,8) и теоретически (9,10). Кривые 1,2,3,4 полученные при работе трактора на пахоте (неустановившаяся тяговая нагрузка). Теоретические кривые также были рассчитаны с учетом колебаний касательной силы тяги ¡неустановившаяся тяговая нагрузка кривая 10) и без учета колебаний (установившаяся тяговая нагрузка кривая 9).

Анализируя протекание кривых изменения буксования ведущих колес трактора, (рис.8а), можно сделать следующие выводы:

1) С увеличением среднего значения касательной силы тяги, развиваемой трактором, линейно растёт величина буксования ведущих колёс до номинального значения силы Рк. При дальнейшем увеличении силы Рк буксование быстро возрастёт .

2) При работе трактора на пахоте, когда тяговое сопротивление носит неустановившийся характер, ' с ростом среднего значения касательной силы тяги буксование ведущих колес увеличивается на большую величину, чём когда трактор работает с загрузочной тележкой (установившаяся тяговая нагрузка).

Загрузка трактора тормозной тележкой обеспечивало установившийся характер тяговой нагрузки на заданном режиме. В этих условиях колебания касательной силы тяги Рк были незначительны. Отсутствие колебательной нагрузки на элементы почвы, взаимодействующие с колесами, трактора, обусловило, уменьшение величины буксования ведущих колес, по сравнению, когда трактор загружался плугом.

3) Кривые 1,2,3,4 (рис. 8а) позволяют сказать, что, при работе трактора на пахоте (неустановившаяся тяговая нагрузка), с ростом скорости движения увеличивается величина буксования ведущих колес. При работе трактора с загрузочной лабораторией (обеспечивающей установившуюся тяго-

вую нагрузку) величина буксования ведущих колес уменьшается с ростом скорости движения, кривые 5,6,8,9 (рис.8а).

4) Теоретические кривые показывают, что с ростом среднего значения касательной силы тяги Рк буксование ведущих колес трактора возрастает на большую величину при неустановившемся характере тяговой нагрузки, чем при установившейся нагрузке.

5) Сходимость теоретических кривых с экспериментальными находится в допустимых пределах (до 5%).

Отсюда можно сделать вывод, что Результаты теоретических исследований по влиянию характера и роста среднего значения касательной силы тяги Рк на буксование ведущих колес достоверны и подтверждаются данными экспериментальных исследований.

3.6. Влияние повышения скорости движения агрегата на величину буксования ведущих колес трактора

Буксование ведущих колес трактора зависит от почвенного фона и растительного покрова, от конструкции движителей и сцепного веса трактора, величины и характера тягового сопротивления. Теоретические исследования и данные экспериментов показывают, что на величину буксования ведущих колес влияют характер тяговой нагрузки и скорость движения трактора. Экспериментальное определение влияния скорости движения на величину буксования ведущих колес трактора проводилось путем сравнения величин буксования на различных скоростях движения при сохранении постоянными все остальные параметры, влияющие на буксование. Условия постоянства этих параметров обеспечивалось при работе трактора с неизменной сцепной массой на однородном почвенном фоне при постоянном тяговом сопротивлении. Сравнение обработанных осциллограмм, сгруппированных по величине тягового сопротивления и вида работы, позволило провести анализ экспериментальных данных. При этом выяснилось, что при работе трактора на разных видах сельскохозяйственных операций характер изменения величины буксования трактора с ростом скорости движения не одинаков. Поэтому результаты экспериментов были разделены на две группы. К первой были отнесены результаты, подтверждающие рост величины буксования трактора с увеличением скорости движения, ко второй- снижение буксования с ростом скорости движения.

а) Изучение влияния скорости на буксование ведущих колес при работе трактора с неустановившейся тяговой нагрузкой показали, что касательная сила тяги Рк с известным приближением может быть принята изменяющейся по синусоиде, частота и амплитуда которой обусловлены характером и режимом выполняемой работы (пахота, культивация, посев и т.д. с различной скоростью, глубиной обработки, шириной захвата и др.). Найдено что период колебания силы сопро-

тивления на сопротивление перекатыванию тракторы Р£ находится в пределах от 0,1 секунды до 0,3 секунд. Период изменения тягового сопротивления Ркр, при работе с плугом, может достигать значение от 0,2 секунды до 2. У ведущего колеса 11x38 при работе на мягком почвенном фоне во взаимодействии с почвой находятся одновременно 4-5 пар почво-зацепов, т.е., примерно 1/6 часть длинны окружности колеса. При скорости движения трактора, 3 м/с, время взаимодействия этой группы почвозацепов с почвой составляет около 0,3 сек. Если частота изменения касательной силы тяги Рк равна 12 1/с, то за промежуток времени 0,3 с. касательная сила тяги Рк совершает около 4х колебаний, т.е. создаёт колебательную горизонтальную нагрузку на почву. Это, как показано в теоретических положениях, значительно уменьшает прочность (сопротивление сдвигу) слоя почвы защемлённого зацепами ведущих колёс -трактора. Такое явление будет способствовать увеличению■горизонтальной деформации почвенного слоя защемлённого между зацепами при одних и тех же средних значениях касательной силы тяги Рк, а это определяет рост величины буксования ведущих колёс.

Как указано выше, колебательный характер касательной силы тяги Рк возникает при работе трактора с неустановившейся тяговой нагрузкой (пахота, культивация и др.). Результаты опытов проведённых на пахоте показывают увеличение буксования ведущих колёс с ростом скорости движения трактора, (рис.86). Это объясняется тем, что на пахоте частота и амплитуда колебания тягового сопротивления имеют высокие значения и, как это было выше отмечено, с ростом скорости движения они имеют тенденцию к значительному увеличению.

Рис.86. Буксование ведущих колес при работе трактора на разных операциях в зависимости от скорости движения при постоянной крюковой силе

; 1-работа с загрузочной лабораторией; 2-пахота поля, из под пропашных культур;3-пахота целины; 4-пахота целины с гасителем колебаний; 5-пахота стерни без гасителя колебаний; б- пахота стерни с гасителем колебаний;

При этом абсолютное значение величины буксования ведущих колёс больше на той работе, где частота и амплитуда колебаний имеют большие значения, (рис.86 кривые 3,4,5). Так при пахоте целины частота и амплитуда колебаний имеют соответственно значение в пределах 8...15 1/с и 3-4,5 кН и буксование изменяется от 25% , при скорости движения 7,4 км/час до 31%- при скорости движения 16,2 км/час; а на пахоте поля из-под пропашных культур (более рыхлая почва) частота и амплитуда колебаний тягового сопротивления изменяется в меньших пределах и равны, соответственно, от 6 до 10 1/с 2,5—4 кН соответственно и буксование ведущих колёс ниже, составляет 19,4% при скорости 7,4 км/час и 25% при 16,2 км/час. Тяговое сопротивление во всех случаях имело постоянное среднее значение, соответствующее классу тяги трактора. Исходя из сказанного выше, можно сделать следующий вывод: при работе трактора в условиях неустановившегося характера тягового сопротивления, величина буксования ведущих колес будет увеличиваться с ростом скорости движения агрегата, и тем интенсивней оно будет увеличиваться, чем больше частота и амплитуда колебаний нагрузки на крюке трактора.

б) Влияние скорости движения на буксование ведущих колес при работе трактора с установившейся тяговой нагрузкой на крюке.

Установившаяся тяговая нагрузка достигалась загрузкой трактора тензозагрузочной лабораторией, которая обеспечивала плавное протекание кривой тягового сопротивления на крюке. Относительно плавная тяговая нагрузка также достигалась загрузкой трактора сеялкой и культиватором, правда, ,.,в этом случае наблюдались колебания, но с незначительными частотой и амплитудой. Влияние этих незначительных колебаний " на буксование ведущих колес было, как это видно из рис.86, такое, что в общем балансе они оказались незаметными при повышении скорости. Влияние скорости движения на величину буксования ведущих колес оказалось превалирующим. Поэтому с ростом скорости движения буксование падало, что вполне подтверждает теоретические положения о влиянии повышения скорости движения на величину буксования ведущих колес при работе трактора с установившимся характером тягового сопротивления. Уменьшение величины буксования ведущих колес с ростом скорости движения, при работе трактора на сминаемых почвах с установившейся нагрузкой объясняется тем, что сопротивление сдвигу защемленного слоя почвы возрастает, а это ведет к уменьшению величины горизонтальной деформации ее. Горизонтальная деформация, в свою очередь, определяет величину буксования.

Отсюда следует, что при работе трактора с установившейся тяговой нагрузкой, увеличение скорости движения агрегата приводит к уменьшению величины буксования ведущих солес.

Таким образом, основываясь на результатах теоретических 1 экспериментальных исследований, можно сделать следующий зызод: на величину буксования ведущих колес, при работе трактора с неустановившейся тяговой нагрузкой, оказывает значительное влияние частота и амплитуда колебаний, то ;сть, буксование растет с увеличением частоты и амплитуды солебаний тягового сопротивления;, при работе трактора с /■становившейся тяговой нагрузкой, значения частоты и ам-глитуды колебаний незначительны и равны нулю, величина Зуксования ведущих колес уменьшается с ростом скорости движения агрегата.

3.7.Влияние гасителя на величины частоты и амплитуды колебаний тягового сопротивления и буксования ведущих ко-сгес трактора

Учитывая отрицательное влияние колебательного характера тягового сопротивления на буксование ведущих колес трак-гора, был проведен ряд дополнительных опытов с применени-эм гасителя колебаний, который был изготовлен для этих целей. Гаситель колебаний устанавливался между прицепом трактора и сельскохозяйственной машиной - орудием. Гаситель колебаний значительно снижает частоту и амплитуду колебаний тягового сопротивления. На рис.8в: показаны кривые изменения буксования ведущих колес, частоты и амплитуды колебаний тягового сопротивления в зависимости от скорости движения. Как видно из этих рисунков, величина Зуксования ведущих колес трактора при применении гасителя уменьшается с ростом скорости движения. Такое явление наблюдается на всех видах сельскохозяйственных операций.

и буксование ведущих колес трактора при применении гасителя колебаний. 1-сев; 2-культивция; 3-пахота стерни; 4-пахота целины;

Амплитуда колебаний тягового сопротивления при применении гасителя почти не изменяется с ростом скорости, тогда как без гасителя наблюдается ее значительное увеличение. Частота колебаний тягового сопротивления тоже уменьшается при применении гасителя с ростом скорости, но в несколько меньших пределах.

Таким образом, из сказанного следует, что гаситель колебаний значительно снижает величину буксования ведущих колес трактора, частоты и амплитуды тягового сопротивления. Гаситель колебаний дает возможность остановить передачу колебаний тягового сопротивления на ведущие колеса, и этим самым улучшает сцепление колес с почвой. И, наконец, применение гасителя и его эффект в том, что уменьшается буксование ведущих колес с ростом скорости движения, дает право утверждать о том, что основным фактором, влияющим на буксование в сторону его увеличения, является колебательный характер тягового сопротивления.

3.8. Влияние характера приложения деформатора на сопротивление почвы сдвигу

Установлено что величина"" буксования ведущих колес трактора на сминаемых почвах определяется величиной горизонтальной деформации (сдвига) -почвенного слоя, защемленного между зацепами. Поэтому от способности почвы оказывать сопротивление деформации (сдвигу) зависит величина буксования ведущих колес. В теоретических исследованиях данной работы отмечено, что сопротивление почвы деформации (сдвигу) в значительной степени зависит от характера воздействия деформатора. В частности, при колебательном воздействия деформатора прочность почвенного слоя снижается уменьшается сопротивление почвы и увеличивается горизонтальная деформация (сдвиг). Если же увеличивать скорость деформатора, то предполагается возрастание сопротивления почвы сдвигу.

С целью проверки этих положений были проведены экспериментальные исследования в полевых условиях по изучению влияния частоты и амплитуды колебаний деформатора на сопротивление почвы деформации. Опыты проводились на разных почвенных фонах, при разных вертикальных нагрузках на ведущее колесо и при разных скоростях деформатора. При проведении опыта записывались усилия на сдвиг почвы и величина сдвига. Оба параметра записывались в виде непрерывной кривой на осциллограмме (описание экспериментальной установки и техники проведения опытов изложено ранее в данной работе).

Для построения зависимостей рассчитывался параметр т - касательные напряжения, разрушающие почву, по формуле:

Р

где: Р' - усилие, кг

Г - площадь контакта колеса с почвой, см2.

[сгамсгтишталиштйпостеикям) " ^^.^Г*"4 .

Рис.9а. Диаграммы сдвига почвы почвозацепами колеса на стерне при различных частотах колебаний приложенной силы.

Рис.96. Диаграммы сдвига почвы почвоэацепами колеса на стерне при разных скоростях приложения силы.

(СКОРОСТЬ И ЧАСТОТА ЯОСТОШЫ] к-и^в«» шшш»! «ш.г.»..

Рис.9в. Диаграммы сдвига почвы почвоэацепами колеса на стерне при разных амплитудах колебаний сдвигающей силы.

Далее строились зависимости, характеризующие протекание диаграммы сдвига почвы и кривых усилия на сдвиг в функции частоты и амплитуды колебаний деформатора.

Результаты экспериментальных данных представлены на рис.9а,б,в.

Рис.10. Изменение коэффициента К в функции V,A,

m на стерне

Кем 3

a-l SABKCHUOCTH ОТ СКОРОСТИ дефорымора

2.5 2

■1

4=

!Û 20 30 40 S-> ммсимосгк cr члеготы «отлип*

50V

!5m

S 45 4

55 3

25| 2

Л

55

3

»

2

15 ÏOO : №0 ~ ~ J00 400 „

Рис.lia. Изменение коэффициента формы диаграммы сдвига почвы на пахоте и песке;!-на песке; 2-на пахоте Кем ч* ciitnt

3

ш

ВЮСЬг

Ш 1200 ÛOOQur

Рис.116. Изменение коэффициента характеризующего протекание диаграммы сдвига почвы почвозацапами в зависимости от нагрузки на колесо. Скорость деформатора: 1-7,5; 2-25; 3-50 см/с

г

3.9. Влияние скорости деформатора на величину сопротивления почвы сдвигу

Теоретические исследования показывают, что увеличение скорости деформатора приводит к росту сопротивления почвы деформации (сдвигу) за счет растущего удельного сопротивления почвы смятию (явление релаксации).

Результаты проведенных в соответствии с методикой экспериментов, представлены на рис.9а,б,в. На этих рисунках также даны зависимости, позволяющие проследить как изменяется коэффициент К, характеризующий протекание кривой диаграммы сдвига почвы, в зависимости от скорости и частоты колебаний деформатора.

Результаты опытов позволяют сделать следующие выводы:

1) Увеличение скорости деформатора приводит к росту со, противления почвы деформации (сдвигу).

2)Чем плотнее почва, тем значительнее влияние повышения

скорости деформатора на величину сопротивления почвы

деформации (сдвигу).

На рис.9а,б,в показано изменение коэффициента К в зависимости от частоты и амплитуды колебаний, скорости деформатора и нагрузки на колесо при сдвиге почвы на стерне, вспаханном поле и песке. Эти результаты показывают, что увеличение величин частоты и амплитуды колебаний деформатора приводят к росту коэффициента К. Рост коэффициента К характеризует уменьшение сопротивления почвы сдвигу. Увеличение скорости деформатора и вертикальной нагрузки на деформатор (колесо) приводят к уменьшению коэффициента К. Это означает, что сопротивление почвы сдвигу увеличивается с ростом скорости деформатора и вертикальной нагрузки на деформатор (колесо).

Таким образом, из сказанного следует, что оказываемое сопротивление горизонтальной деформации (сдвигу) почвы при одинаковом среднем значении усилия, создаваемого на почву, значительно уменьшается, если деформатор имеет колебания, и увеличивается - когда возрастает скорость деформатора .

3.10. Сравнение результатов эксперимента с данными теоретического анализа

а) Влияние величины и характера касательной силы тяги на буксование ведущих колес трактора.

Результатами теоретического анализа, который показан ранее, отмечено, что величина буксования ведущих колес, при одном и том же среднем значении касательной силы тяги увеличивается, если колебания касательной силы тяги.возрастают.

6% 20

—-«-ЭхсяЕмытмккыс «»мы* ФОН-СТЕРНЯ -ItDRWUUt XflIME ————

1.4- ЕМ усимммкяся нште

3 2

1 4

250 500 750 «НТО 1250 Р,7*Г

Рис.Ив. Изменение буксования в зависимости от касательной силы тяги

На рис.Ив приводятся кривые буксования 1 и 2, рассчитанные по формуле:

l(cF+tg<pQ)

Кривая 1 рассчитана при спокойном характере изменения касательной силы тяги, а 2 -при колебательном характере

разница в буксовании ведущих колес, при работе трактора с установившейся и неустановившейся нагрузкой, составляет около 10 %. При значении касательной силы тяги меньше номинального, эта разница меньше. Это можно объяснить тем, что при недогрузках колебания тягового сопротивления меньше, чем при номинальной тяговой нагрузке (на рис.Ив нанесены кривые буксования 3, 4, полученные экспериментами) . Кривая 3 получена при работе трактора с неустановившейся тяговой нагрузкой, когда касательная сила тяги имеет достаточно высокие колебания, а кривая 4 получена при установившейся тяговой нагрузке. Как видно из рис. 11в, сходимость расчетных и экспериментальных кривых буксования достаточно близка и соответствует 1 %.

Таким образом, результаты эксперимента подтверждают правильность данных теоретического анализа влияния характера и величины касательной силы тяги Рк на величину буксования трактора.

б) Влияние повышения скорости движения на буксование ведущих колес трактора.

Теоретический анализ буксования ведущих колес в зависимости от скорости движения показал, что, при работе трактора с установившимся характером тягового сопротивления, буксование с ростом скорости уменьшается. Если же тяговая нагрузка носит неустановившийся характер, то буксование ведущих колес трактора с ростом скорости движения увеличивается.

Результаты эксперимента показывают, что при работе трактора с установившейся тяговой нагрузкой, буксование с ростом скорости движения падает. При работе трактора с неустановившейся тяговой нагрузкой, буксование ведущих колес с ростом скорости движения возрастает.

Таким образом, результаты эксперимента подтверждают положения теоретического анализа по влиянию скорости движения трактора на величину буксования ведущих колес.

в) Влияние скорости деформатора на сопротивление почвы сдвигу.

Ранее было показано, что с увеличением скорости воздействия нагрузки на почвенный слой, удельное сопротивление ее возрастает пропорционально скорости. Это видно из формулы (б).

где: Рь-удельное сопротивление,

V -скорость приложения нагрузки

По этой формуле нетрудно установить, что удельное сопротивление почвы рй будет расти пропорционально скорости .

Результаты опытов показали, что сопротивление почвы сдвигу возрастает с ростом скорости движения деформатора, то есть результаты эксперимента подтвердили положение теоретического анализа по определению влияния скорости деформатора на сопротивление почвы сдвигу.

г) Влияние частоты и амплитуды колебаний деформатора на сопротивление почвы сдвигу.

Теоретический анализ влияния колебательного характера воздействия деформатора на сопротивление почвы сдвигу показал, что с ростом частоты и амплитуды колебаний деформатора прочность почвы значительно снижается. В качестве оценочного показателя прочности почвы был принят коэффициент V , характеризующий механические свойства почвы при действии на нее колебательной нагрузки. Физический смысл этого коэффициента заключается в том, что при уменьшении

его значения, прочность почвы снижается. Этот коэффициент

щ

определяется из выражения: у =-,

Ат2 -гр)

где А-амшгитуда колебаний,

т - частота колебаний

Из этой формулы видно, что с увеличением значений амплитуды и частоты колебаний коэффициент V уменьшается, что, в свою очередь, приводит к уменьшению прочности почвы.

Результаты экспериментов показали, что, при колебательном характере воздействия деформатора, сопротивление почвы сдвигу снижается с ростом частоты и амплитуды колебаний. Таким образом, результаты эксперимента подтверждают положения теоретического анализа влияния колебательной нагрузки на сопротивление почвы сдвигу.

Анализируя физическую сущность буксования, можно сказать, что величина буксования при работе трактора на сминаемых почвах, определяется в основном, величиной горизонтальной деформации почвенного слоя, защемленного между почвозацепами ведущих колес. Величина горизонтальной деформации почвы зависит, при одинаковом среднем значении касательной силы тяги, от колебательного характера протекания касательной силы тяги. Характер колебания касательной силы тяги находится в пропорциональной зависимости от изменения тягового сопротивления. Колебательный характер тягового сопротивления зависит, кроме физико-механических свойств почвы и др., от скорости движения агрегата, по-•этому повышение скорости движения нельзя рассматривать, как единственную причину увеличения буксования ведущих колес. Это доказывается показателями работы агрегата на различных операциях (культивация, посев, транспортные работы и др.).

3.11. Влияние частоты колебаний тяговой.нагрузки на сопротивление перекатыванию колесного трактора.

Получение такой зависимости достигалось изменением частоты колебаний Ркр (3 1/с; 9; 15; 22,5; 30 и 45 1/с) при постоянной амплитуде колебаний (А=солзй=2кН) с помощью моделирующего устройства загрузочного агрегата.

На рис. 12 представлены экспериментально полученные зависимости силы сопротивления перекатыванию колесного трактора МТЗ от изменения частоты колебания нагрузки на крюке (Ркр) при испытаниях на поле, подготовленном под посев (рис. 12), на стерне озимой пшеницы и на асфальте с разными давлениями в шинах ведущих колес (0,08; 0,10; и 0,12 МПа).

Анализ экспериментальных данных показывает значительное возрастание сопротивления перекатыванию колесного трактора с увеличением частоты, колебаний тяговой нагрузки от 3 1/с до 22,5 1/с. Дальнейшее увеличение частоты колебаний Ркр приводит к уменьшению силы сопротивления перекатыванию колесного трактора (Рг), что на первый взгляд противоречит теоретическим предпосылкам. В тоже время это явление объяснимо, если рассмотреть механизм преобразования колебаний тягового сопротивления в колебании момента сопротивления на ведущих полуосях трактора.

•м <М

е.«

о ю га ло ¿о ¡а т.с1

Рис.12. Зависимость силы сопротивления качении колесного трактора МТЗ от частоты колебания тягового сопротивления

На рис. 13 приведены спектральные плотности момента на левой полуоси (кривая 2)и тягового сопротивления загрузчика (кривая 1) при частотах колебаний последнего -3 1/с и 30 1/с.

1 | 1 1

г А 1 1

1 | 'К-цЮМПа 1 1

Мс ч И'ЫгкПа

*

\ --? >1 цашш час*ота деОакм рак« 13 Чс

1

I,

г

16 24 33 «в 48 Я &

п

1 Зцшш Ч. кеяейошк* ¡'^ раяяя 30 V,; —

\ ?

X) **

« в 16 34 32 40 4« 01

1 - спвя111ааьам шкяооП! «гомго (яифптшпп 7 - пш^иыиа шопгашъ ннпвв'п ив шищся

Рис.13. Спектральные плотности тягового сопротивления и момента на полуоси при различию: заданных частотах колебаний Ркр

Из рис.13 следует, что уже при частоте колебаний тягового сопротивления равной 15 1/с колебания момента на полуоси существенно сглаживаются шинами, а при более высокой частоте - 30 1/с гасятся почти полностью, в связи с чем не оказывают существенного влияния на величину сопротивления перекатыванию трактора.

Как видно из графиков, представленных на рис.12, кривые зависимости Р{ в функции частоты колебаний Ркр имеют различное положение точки максимума, полученные при различ-^ ных давлениях воздуха в шинах ведущих колес и на разных почвенных фонах. На твердой опорной поверхности точка максимума с увеличением давления воздуха в шине смещается в область более низких частот.

На указанное обстоятельство оказывают влияние упругие свойства пневматической шины, а также свойства опорной поверхности качения. С увеличением давления воздуха в ши-

не ее жёсткость повышается и способность к гашению частот колебания понижается. А шины с низким давлением воздуха, способны к поглощению более высоких колебаний.

На мягких грунтах наличие деформируемого слоя почвы под катящимся колесом способствует смещению точки максимума в область более высоких частот, так как в этом случае определённая часть частот колебания дополнительно гасится в деформируемых слоях почвы под катящимся колесом способствует смещению точки максимума в область более высоких частот, так как в этом случае определенная часть частот колебаний дополнительно гасится в деформируемых слоях почвы.

Изменение частоты колебаний Ркр оказывает существенное влияние на сопротивление перекатыванию трактора (Рг) на поле, подготовленном под посев. Так, например, увеличение частоты колебаний Ркр от 3 1/с до 15 1/с (при давлении в шинах 0,12 Мпа) вызвало повышение сопротивления перекатыванию от 4,15 до б кН, тогда как увеличение частоты колебаний в тех же приделах и при том же давлении воздуха в шине на стерне озимой пшеницы вызвало повышение Р£ всего на 0,58 кН (от 3 кН до 3,58кН).

' Для выяснения причин такого резкого изменения силы сопротивления перекатыванию в функции от частоты колебаний Ркр на мягкой почве дополнительно было проведено теоретическое исследования влияния колебательного характера воздействия усилия на сопротивление почвы деформации.

Как отмечается, колебательный характер изменения тяговых сопротивлений с.-х. машин и орудий вызывает колебания касательной силы тяги на ведущих колесах трактора. Причем, установлено, что с ростом частоты и амплитуды колебаний тягового сопротивления пропорционально увеличивается частота и амплитуда колебаний касательной силы тяги.

Колебательный характер воздействия усилий в месте контакта колеса с почвой существенно изменяет величину деформации и может оказать влияние на сопротивление почвы сдвигу. В частности, при периодически действующих динамических нагрузках вначале наблюдается медленное, почти линейное увеличение деформации, а с увеличением частоты и амплитуды колебаний нагрузки деформация почвы резко возрастает. При этом установлено, что при действии колебательной нагрузки на почву ее несущая способность (сопротивление сжатию и сдвигу), уменьшается по сравнению с действием постоянной нагрузки за счет уменьшения сил трения, действующих между частицами почвы.

При действии колебательной нагрузки на почву она обретает свойство вязкой среды, механические свойства которой характеризуются коэффициентом вибровязкости. Величина этого коэффициента зависит от ускорений колебаний, т.е. с

увеличением ускорения колебаний нагрузки коэффициент вибровязкости уменьшается.

3.12. Влияние амплитуды колебаний тяговой нагрузки на сопротивление перекатыванию колесного трактора

Определенно экспериментальной зависимости сопротивления перекатыванию колесного трактора от амплитуды колебаний тяговой нагрузки (Ркр) достигалось изменением амплитуды колебаний при неизменной частоте (m = const ~ 18 1/с) с помощью моделирующего устройства загрузочного агрегата. Для проведения опытов принимались 4 - различных значений амплитуды (1,2,3,4кН). Повторность опытов для каждого из принятых значений амплитуды колебаний четырехкратная.

На рис.14 представлены экспериментально полученные зависимости силы сопротивления перекатыванию колесного трактора типа МТЗ от амплитуды колебаний тяговой нагрузки при испытаниях на поле, подготовленном под посев, на стерне. Данные опытов подтверждают теоретический вывод о существенном влиянии амплитуды колебаний тяговой нагрузки на величину силы сопротивления перекатыванию колесного трактора.

Сила сопротивления перекатыванию с увеличением амплитуды колебаний Ркр на всех почвенных фонах увеличивается линейно.

На поле, подготовленном под посев, повышение силы сопротивления перекатыванию трактора разное для шин с разным давлением: при росте амплитуды колебаний Ркр от 1 кН до 4 кН сила сопротивления Pt трактора увеличилось на 1,85 кН, для шин с давление 0,12 МПа, на 1:9 кН для шин с давление 0,10 и на 1,95 кН - для шин с давлением 0,08 МПа.

На стерне при увеличении амплитуды колебаний в тех же пределах сила сопротивления перекатыванию возросла для шин с давлением 0,08 МПа на 0,62 кН, для шин с давлением 0,10 МПа - на 0,65 кН и для шин с давлением 0,12 МПа -на 0,7 5 кН.

На асфальте увеличение амплитуды колебаний выше указанных пределов вызвало повышение силы сопротивления соответственно для шин с давлением 0,08; 0,10 и 0,12 МПа на 0,45 кН; 0,33 кН и на 0,30 кН.

Анализ экспериментальных данных показывает, что с увеличением аплитуды колебаний тяговой нагрузки силовые потери при любом давлении в шинах увеличиваются примерно одинаково.

Если сравнить экспериментальные зависимости Pf=f(А) для стерни и асфальта, то можно отметить, что рост силовых

Рис.14. Зависимость силы сопротивления качению трактора класса 1,4 от амплитуды колебаний тягового сопротивления.

потерь при увеличении амплитуды колебаний на стерне происходит интенсивнее, чем на асфальте, последнее объясняется уменьшением радиальной жесткости шины Кг (за счет наличия препятствий на стерне), что приводит к уменьшению частоты собственных колебаний и к сдвигу резонансного режима работы к более низким частотам (ш) колебаний Р*р чем на асфальте, где отсутствуют соударения шин с препятствиями .

3.13. Влияние скорости движения агрегата на частоту, амплитуду колебаний тяговой нагрузки и сопротивление качению колесного трактора

При работе трактора на пахоте, культивации и посеве с ростом скорости движения увеличиваются амплитуда и частота колебаний тягового сопротивления (рис. 15).

Как видно из рисунка, амплитуда и частота колебаний тягового сопротивления на пахоте значительно увеличиваются с ростом скорости движения агрегата от 3,8 км/час до 14 км/час и находятся соответственно в пределах 2,3...3,1 кН и

4,8...10,2 1/с. На посеве и культивации амплитуда колебаний тягового сопротивления изменяется незначительно (1,8 -2,4 кН на культивации и 1,5 - 1,75 кН на посеве), а частота колебаний изменяется в пределах 3,2 - 7,1 1/с на культивации и 1,85 - 4,6 1/с на посеве.

Сопротивление качению трактора с увеличением скорости движения также возрастает: на пахоте стерни рост скорости движения отмеченных выше пределах вызвало повышение от 2,3 до 2,7 кН, культивации и посеве соответственно от

Рис.15.Влияние скорости движения на частоту, амплитуду колебаний тяговой нагрузки и на сопротивление качению трактора МТЗ; 1-посев озимых; 2-культивация; 3-пахота стерни.

Повышение скорости движения машинно-тракторного агрегата вызывает рост дисперсии тягового сопротивления и одновременно смещения спектра основных частот колебаний в сторону больших ее значениях (рис.16).Эти колебания увеличиваются, поскольку абсолютное значение спектра S(m) равно произведению нормированной спектральной плотности на дисперсию.Д, т.е.

S(m) = s(m) * Д.

Рис.16. Нормированные спектральные плотности тягового сопротивления

При этом наблюдается тенденция к увеличению интенсивности изменений нагрузки на 1м пройденного пути. Следовательно, запас прочности деталей машинно-тракторного агрегата должен быть увеличен, а это снижает экономический эффект повышений рабочих скоростей МТА.

Уменьшение неравномерности нагрузки в деталях агрегата для улучшения режима работы двигателя могут быть достигнуты уменьшением неравномерности тягового сопротивления, а так же введением в механизм соединения трактора с почвообрабатывающими с.-х. машинами упругих элементов (гасителя колебаний). Это одновременно улучшит и условия труда тракториста.

3.14. Основные технико-экономические показатели трактора МТЗ-80

Трактор МТЗ-80 является базовой моделью для дальнейшего повышения экономичности двигателя, улучшения условий труда и выполнения требования по применению коробки передач с переключением на ходу и гидравлического отбора мощности. Эти замечания реализуются при разработке трактора кл.1,4 т. мощностью 100 л.с. на основе технического задания. Несмотря на то, что МТЗ-80 по сей день является основной моделью семейства «Беларусь» на производстве, он одновременно является базовой моделью для дальнейшего повышения его технико-экономических показателей.

Основные технико-экономические показатели трактора МТЗ-80 на выполнение различных операций приведены в нижеследующей таблице:

__Таблица

Наименование операции Агрега-тируется Производительность за 1 час сменного времени га, т-км Расход топлива кг/га, кг/т-км

Предпосевная культивация сахарной свеклы КПГ -4 4БЗС -1,0 2,57 3,5

Посев сахарной СБеклы 2СТСН -6А 2, 99 9,4

Предпосевная культивация , кукурузы КПГ-4, 4ВЗС-1,0 2, 57 3,5

Посев кукурузы скнк -а 3, 04 9, 5

Уборка сахарной свеклы СКД -3 0,58 13, 12

Междурядная культивация пропашных культур КРН -5, б 5,46 2,05

Уборка кукурузы на силос КС -2,6А 0, 91 6,88

Посев озимых колосовых СП—15+2Х СЗ -3,6 5,4 1, 42

Дисковое лущение ДЦГ -5 3,1 2,7

Уборка кукурузы на зерно «Херсонец-7» 0,79 13,6

Корпусное лущение ПД5 -25 1, 06 7,2

Междурядная культивация сахарной свеклы 2КРН —2,8М 1,4 2,5

Транспортные работы 2ПТС -6 (2прицепа) 62,1 0,114

Из результатов экспериментальных исследований следует: I. При увеличение частоты и амплитуды колебаний деформатора коэффициент сопротивления почвы сдвига уменьшается зт О,3...0,35 до 0,22...0,25 МПа на стерне от 0,2...0,25 до ), 12...0,17 МПа и от 0,15.-0,2 до 0,075...0,15 МПа на песке, 1ри соответствующем увеличении частоты от 0 до 13 1/сек и шплитуды от 0,96 до 4,5 кН.

>. Рост скорости деформатора снижает пределы изменения зеличины сопротивления почвы сдвигу, т.е. при одних и тех ге частоте и амплитуде колебаний деформатора с ростом жорости деформатора наблюдается увеличение сопротивления ючвы сдвигу.

На рис.11а приводятся графики изменения коэффициента К, :арактеризующего протекание диаграммы сдвига почвы в ¡ункции скорости V, амплитуды и частоты колебаний дефор-гатора. Коэффициент К измеряется в см. При возрастании »противления почвы деформации (сдвигу) значение коэффи-[.иента К уменьшается, как это видно из диаграмм сдвига ючвы (рис.9а,б,з). По графикам (рис.11а), можно просле-[ить одновременное влияние скорости, частоты и амплитуды :олебаний деформатора на изменение коэффициента К. Вели-ина коэффициента К уменьшается с ростом скорости дефор-гатора при всех частотах колебаний, но абсолютное значе-ие его растет с увеличением частоты. Так при частоте авной 0, величина коэффициента К равна 1,4см, а при час-оте колебания деформатора равной 13 1/с К = 2см. Ско-ость деформатора в обоих случаях равна 50см/с. При ско-ости деформатора равной 7,5 см/с коэффициента К имеет начение 2,1 и 2,75см. .

Примерно такая же картина наблюдается при изменении мплитуды колебаний деформатора, за исключением, когда мплитуда имеет свое максимальное значение, равной ,5 кН, при этом коэффициента К имеет наибольшее значе-ие, чем когда амплитуда имеет значение 0,96 и 3 кН.

Изменение величины коэффициента К в зависимости от астоты и амплитуды колебаний деформатора при различных коростях показывает, что на более высоких скоростях лияние частоты и амплитуды на коэффициент К выражается в эньшей мере. При максимальных значениях частоты и ампли-уды колебаний деформатора коэффициент К имеет соответст-гнно следующие величины: Зсм при скорости 50см/с, 3,бсм эи скорости 7,5см/с, 3,2см - при скорости 7,25см/с. Из того следует, что влияние частоты и амплитуды колебаний эформатора на коэффициент К является превалирующим. , Сопротивление сдвигу почвы возрастает с увеличением агрузки на колесо, это наблюдается на всех частотах и лплитудах колебания деформатора. Количественное измене-зе сопротивления сдвига почвы с рост-ом нагрузки на коле-з приводится на рис.9а,б,в.

4. Сопротивление сдвигу почвы имеет неодинаковое значение на разных почвенных фонах, чем .почва плотнее, тем оно больше. Так при сдвиге почвенного слоя на стерне значение коэффициента сопротивления составило 0,3,0-0,35 МПа, на пахоте - 0,18...0,25 МПа, а на песке - 0,15...0,21 МПа. Чем больше плотность почвы, тем больше сопротивление его сдвигу.

5. Исходя из данных показанных на рис.9а,б,в, можно сказать, что колебательный характер воздействия деформатора значительно уменьшает сопротивление почвы сдвигу за счет снижения прочности почвенного слоя, испытывающего колебательное воздействие со стороны деформатора. При этом с ростом частоты и амплитуды колебаний деформатора наблюдается значительное увеличение горизонтальной составляющей сопротивления почвы сдвигу.

6. Усилие на сдвиг почвы снижается при увеличении частоты и амплитуды колебаний деформатора.

Сопротивление почвы сдвигу зависит от механических свойств сдвигаемого почвенного слоя. С уменьшением плотности почвы усилие на сдвиг снижается. Данные экспериментальных исследований показаны на рис.11 б,в. На этих рисунках представлены графики, показывающие протекание усилия на сдвиг почвы на разных фонах, при разных скоростях, частоте и амплитуде колебаний деформатора и при разных нагрузках на колеса. Таким образом, при одинаковом среднем значении усилия, с увеличением частоты и амплитуды колебания деформатора величина горизонтальной деформации почвы значительно возрастает.

4. Расширение сферы применения колесных тракторов класса 1,4

Кроме определения эффективности применения трактора класса 1,4 на вспашке, культивации, посеве, бороновании и других операциям проведены исследования применения их в комплексе выполнения технологий, в частности на возделывании картофеля. В этой технологии тракторы класса 1,4 используются на 80% операций при внедренной безгербицидной технологии возделывания картофеля, и зерновых, в разработке технологий принимал участие автор (издано 2 брошюры и книга по указанньм технологиям).

Грядо-ленточная' технология направлена на получение устойчивы> урожаев картофеля (не ниже 200 ц/га) в условиях повышенного V пониженного увлажнения без применения гербицидов.

Она в основном базируется на применении колесных тракторог класса 1,4, и весь комплекс машин к этим тракторам может изготавливаться на заводах регионального машиностроения.

4.1. Основкма принципы безгебицидаой грядово-ленточнсй техно-лотки.

Предлагаемая технология имеет ряд преимуществ перед возделыванием картофеля на гребнях.

1. Массивные гряды менее подвержены влиянию окружающей среды. Зри высокой температуре воздуха почва в них меньше нагревается и ггучше сохраняет влаху- Несмотря на большую высоту гряд (35 см) эбщая площадь поверхности поля, покрытого ими, на 10___13% меньше площади поверхности поля, покрытого гребнями. При повышенной злажности большая высота гряды позволяет отдренировать влагу из слубнеобитаемого слоя почвы. Гряды меньше, чем гребни, рззруша-этся при ливневых дождях.

2. Расположение картофеля в две строки на высокой гряде устраняет всякую возможность повреждения клубней или ботвы колесами трактора класса 1,4 при уходе, в то время как гребневой рехнологией повреждается до 12% клубней.

3. При высокой влажности характерной для условий уборки верши-га высокой гряды хорошо дренируется и имеет рыхлое сложение.

4. При грядо-ленточной технологии выращивание картофеля возможно без применения гербицидов, так как уход за картофелем и 5орьба с сорняками улучшается, что кроме особенностей технологии 1 техники, обосновывается применением высокопроизводительных энергонасыщенных колесных тракторов класса 1,4, обеспечивающих выполнение работ строго в агротехнические сроки.

4.2. Основные элемаюты технологам.

При этой технологии очистка полей от сорняков под картофель 1роводится в течение всего севооборота, который в зависимости от зриродно-кпиматических или экономических условий может содержать тножество культур. Поэтому обращается внимание на предыдущие два т>да перед возделыванием картофеля. Специализированные хозяйства : мальм количеством земли могут применять трехпольный севообо-хэт.

Исходя из природных условий или наличия в хозяйствах необходимого количества органических удобрений рекоменпукл'ся два вариан-*а севооборота. По первому варианту под предшественник картофеля озимые культуры) вносится навоз. Второй вариант применяется в гонах достаточного увлажнения с достаточно теплым летом. Вместо [авоза возделываюгся и запахиваются в почву на зеленые удобрения промежуточные культуры. Предшественником картофеля в этом случае югут быть только яровые культуры. При этом возделывание карто->еля осуществляется в такой последовательностиг

~ Перечень работ | Агрегаты {трактор + орудие) |

Первая операция выбирается с четом слоямвшихся погодных усш-¡ий:

при благоприятных условиях КГЗ-80/82 + навесная сцепка для

легкие почвы, оптимальная вяаж- борон + ЕЗТС-1.0 или ВЗСС-1,0 ДТ-

гость и т.д.) - боронование в два 75М + СП+11А + те ж борокы этеяа •' ■ ■ "

- культивация при менее благопри-ггных условиях

МГЗ-80/82 + КПС-4 Т-150К+КШУ-8

- культивация чизелем на тякелых, сильно уплотнившихся после весеннего снеготаяния почвах

2. Предпосевное измельчение комьев почвы. Проводится в том случае, если фракции крупнее 5 см покрывает более 15% поверхности.

Т-150+КШУ-12 Т-150К(Т-150) +КНП-5,4 с приспособлением для дополнительной обработки

МТЗ-80 + ротационный бесприводной ръослитель РБР-4

3. Предпосевная культивация с нарезкой гребней и одновремэнннм локальным внесением минеральных удобрений (рис.17)

МТЗ-80/82+КРН-4,2 с гриспособ-лениями для локального внесения удобрений.

4. Локальное внесение навоза (компоста) в основание грдц (рис.17а)

5. Предпосадочное рыхление - ще-левание основания гряд на глубину 35...40 см (рис.17а) .Проводится на тяжелых почвах, при ярко выраженной подсиве, на полях, страдакпих от переувлажнения, на склонах крутизной более 3°

МТЭ-вО/вг+РОУ-б с приспособлением для локального внесения навоза

ДТ-7а1 (Т—150) + рыхлитель. При необходимости применяется приспособление для внесения аммиачной воды

6. Посадка картофеля (рис.176)

7. Удаление ботвы

8. Уборка картофеля

МГЗ-82+КСМ-6 (переоборудованная на посадки 110x30 см) МТЗ-82 +СКМ-ЗА. КГЗ-82+КИР 1,5 МТЗ-82+ботвоудалитель МТЗ-82+комбайн ККУ-2а МТЗ-82+ комбайн КПК-2

схему

Из таблицы видно, что трактор класса 1,4 практически применяется на всех операциях, за исключением глубокого чизелевания междурядий, которое применяется только в случае переуплотнения почв. Успешно ахрегатируется МГЗ с машинами для междурядий 1,4 м.

1400

1400

»1

Рис.17. Схема локального внесения минеральных удобрений (2) при предаооав-нсй культивации с нзрезксй гребнет! (1) и органических удобрений (3) в основании гряд

1 ,

1— -------I УЧ.-

/ы ■ - \ V ' Р моо ? Г ЙОО ш/

Шс.17а. Предпосадочное рыхление - щеяевание гряд на тяжелых, влажных почве: 1-гребни; 2-иинерапьныа удобрения; 3-жидкие азотныв удобрения в аммиач-м форма; 4-рькпиталь.

Рис.176. Схема посадки картофеля: 1-гряды; 2-минеральныа удобрения; 3-эганическиэ удобрегает; 4-жидкие азотные удобрения в аммиачной фсумэ; 5-1убни картофеля.

>чвах: 1-грядз; 2- клубни картофеля; З-рабочиа органы рыхлителя.

Рис. 17г. Мэждурздная обработка картофеля диско - лаповьм культиватором (а) дмекорьм культиватсрсм - скучниксм <б): 1-гряда; 2- клубни картофеля; 3-¡учивкщий диск; 4-ютоскорежушэя лапа; 5-подкапывакщий лемвх; 6-шнек.

щ| Шз ¡¿¡и

I ч !

№

Рис.17д. Удаление ботвы (а) и убсрка картофеля (б).

4.3. Зкстхяуатационна-экономические аспекты бези^>биццднсй грядо-ленточной технологии возделывания картофеля с х^рименением трактсров класса 1,4.

Цель безгербицидной грядо-ленточной технологии - получение экологически чистого картофеля при одновременном повышении урожая.

Выполняется грядово - ленточная технология специальным комплекс»! перспективных машин, которые агрегатируюгся в основном с колесными тракторами класса 1,4. Борьба с сорняками выполняется без применения гербицидов в течение всего севооборота, достигается применением интенсивных методов механического их уничтожения. Возделывание картофеля по схеме 110x30 имеет следушие агротехнические и технологические преимущества перед возделыванием картофеля на гребнях.

Широкая (140 см) гряда менее подвержена влиянию окружающей среда: при высокой температуре меньше нагревается и лучше сохраняет влагу, при повышенной влажности интенсивнее проводит влагу в нижние слои почвы, не разрушается при ливневых дсждях.

Расположение картофеля в две строки на грядке целесообразнее для послехсвдих механизированных операций, картофель меньше повреждается шинами трактора МТЗ и-рабочими органами машин при междурядной обработке и уборке.

При уборке картофеля комбайном с трактором МТЗ уплотненная и комковатая почва междурядной обработкой не попадает в бункер. При оптимальной влажности на переборный стол поступает на 10...20% меньше почвы, а при высокой влажности .в 3...4 раза меньше, чем при гребневой технологии.

Облегчено локальное внесение органических и 1»зинеральных удобрений под ленту картофеля. Локализация удобрений резко уменьшает их расход, снижает количество сорняков в междурядьях.

По данным ВШа (совхоз "Заворово"), ОКБ НПО по картофелеводству, ВНИИМЗ (совхоз "Редкинский"), урожайность картофеля при возделывании по грядовой технологии возрастает на 10..25%, затрать: труда и себестоимость ниже, чем при возделывании на гребнях, на

5...10%, экономический эффект составляет 400...500 руО./га. (в ценах 1990 г.)

Экономическая и эксплуатационная оценка технологии проводилась по материалам эксплуатационных испытаний технологии и комплекса машин с тракторами класса 1,4 (типа МТЗ). Расчет показателей проводится с применением методик МИС.

Критерием экономической эффективности применяемых машин является экономический эффект, суммарно определяемый разностью по сравниваемым вариантам машин приведенных затрат на выполнение годового-• объема работ, количества и качества продукции, трудовых ресурсов от улучшения технических параметров.

За . базу для сравнения принимается производственная технология . .

Экономические и эксплуатационные затраты труда (в ценах 1990 г.) приведены в следумдей таблице.__

Наименование операции Г£>ядо -ленточная технология Производственная технология

Затрать труда чел/час Эксплуатационные затрать руб. Приведённые затраты руб. Затраты труда чея/час Эксплуатационные затрать руб. Приведённые затраты РУб.

1 2 3 4 5 6 7

1. Хранение, подготовка, алзозка и внесение орга-етческих и • минеральны» одобрений 45,5 260,1 328,3 45,5 260,1 328,3

!. Хранение, подготовке юсадочного материала 32,73 135,2 169,8 32,73 135,2 169,8

4. Предпосевная обра-5отка 0,2 1,5 1,96 0,2 1,5 1,90

1. Рыхление почвы 0,4 5,8 8,55 0,4 5,8 8,55

>. Нарезка гребней 0,39 1,6 2,24 0,39 1,6 2,24

>. Посадка 1,02 13,2 21,63 0,99 13,2 21,63

' Окучивание 1,5 4,2 6,12 2,88 3,8 5,5

!. Гербидадная обработка — - - 0,12 1,9 2,05

Уборка 35,29 153,6 104,22 39,97 182,1 118,72

0. Транспортировка, ортировка, закладка на ранение 63,4 204,7 280,3 63,4 204,7 280,3

того: 183,43 779,9 923,12 186,58 809,8 938,99

1. Стоимость посадочно-о материала 1480,8 1480,8

2. Стоимость удобрение ядохимикатов 260,8 260,8

3. Стоимость гербицидог 1,05

4. Прочие затраты 373,78 373,78

5.Организация производ-гва и управление 350,5 350,5

сего затраты Г3389,0 3405,92

Урожайность ц/га | 260 200

Се&естоиьюсть 1ц | 13,03 17,03

Исследования и испытания указанных технологий и комплекса машин с колесными тракторами производились в хозяйственных условиях Московской и Тверской областях. Производились агротехнические эксплуатационно-технологические исследования по определению их эффективности в реальных условиях производства.

Согласно методике экономической оценки технологии возделывания картофеля проведены расчеты показателей выполнения механизированных работ при безгербицидной грядо - ленточной технологии и производственной технологии возделывания и уборки картофеля.

Экономические показатели применения безгербицидной грядо -ленточной технологии возделывания картофеля на грядах значительно превосходят показатели при производственной технологии. Так, урожайность картофеля по новой технологии составила 260 ц/га, а по производственной - 200 ц/га. Затраты труда по этой технологии - 0,70 чел.-ч, по производственной - 0,93 чел.-ч. Эксплуатационные затраты по новой технологии - 3,00 руО./ц, по производственной - 4,05 руб./ц. Себестоимость картофеля по технологии грядо - ленточной составила 13,03 руб./ц, по производственной -17,03 руб./ц.

Следует отметить, что в получении высокого экономического эффекта грядо - ленточной технологии огромную роль сыграло применение трактора класса 1,4, с высокой энергонасыценностью, что позволило перейти на междурядье 140 см., сократить агросроки выполнения операций.

В результате исследований безгербицидной технологии возделывания картофеля на грядах можно сделать вывод: что при этом почва не сильно уплотняется, интенсивно уничтожаются сорняки, создаются более благоприятные условия для развития клубней картофеля. Количество междурядных обработок с трактором МГЗ зависит от конкретных погодных условий.

На основе проведённых исследований мсжно заключить, что применение грядо-ленточной технологии позволяет повысить урожайность и снизить себестоимость производства картофеля при положительных экологических показателях.

Общие выводы

1. - Проведенные аналитические исследования позволяют ут-ерждать, что важнейшей проблемой развития с. х. техники, меющей большое научное и практическое значение является лучшекие тягово-сдепнкх свойств тракторов и повышение ффективности машинно-тракторных агрегатов с колесными ракторами.класса 1,4 при работе.с неустановившейся (ко-ебательной), тяговой нагрузкой при выполнении операций Зработки почвы, посева, ухода за посевами, уборки и др., оеспечиваюших увеличение урожайности с. х. культур, со-эанение плодородия почвы и получение экологически чистой родукции растениеводства с минимально возможными энерге-^ческими и трудовыми затратами.

2. Базовыми факторами эффективности работы агрегатов тракторами класса 1,4 при воздействии неустановившихся колебательных) возмущающих тяговых нагрузок от рабочих 1шин, выполняющих производственные операции, а также от зменяющихся неровностей поверхности поля являются тяго-5-сцепные свойства тракторов в т.ч. буксование, сопро-1вление перекатыванию, деформация почвы. Эти возмущения леют неустановившийся характер и существенным образом звисят от режимов выполнения операций (скорости, глуби-д, ширины захвата, физико-механических и прочностных ха-штеристик почвы), что в конечном итоге и определяет тя-шый КПД трактора, представляющий собой обобщенный пока-1тель эффективности его работы.

3. Установлено, что колебания сопротивления почвы де-;рмации при увеличении скорости движения почвообрабаты-1ющих машин возрастают. Аналитическая зависимость сопро-[вления почвы деформации от скорости, полученная по ре--льтатам исследований показывает, что колебательный ха-ктер воздействия деформатора на почву способствует скинию ее сопротивления деформации. Увеличение интенсивно-и колебаний сопротивления почвообрабатывающих рабочих •ганов приводит к возрастанию частоты и амплитуды коле-ний шин тракторов при контакте их с почвой, что и вызы-ет ускорение разрушения почвы, повышает буксование и противление перекатыванию трактора, чем и снижается эф-ктивность работы агрегата в целом.

4. Найдено, что при установившемся характере тяговой груэки сопротивление почвы деформации возрастает с уве-чением скорости деформатора. При действии неустановив-йся (колебательной) нагрузки со стороны колеса трактора

почву с увеличением частоты и амплитуды ее колебаний противление почвы деформации уменьшается. В качестве рактеристики прочности почвы нами использован коэффици-г К, определяющий характер протекания кривой диаграммы вига почвы. Изменение величины его позволяет объяснить

спокойное или интенсивное протекание процесса деформации почвы при воздействии на нее деформатора. Для почв уплотненных, величина К больше, чем для рыхлых.

5. Установлено, что при частоте колебаний тягового сопротивления, равной или меньше 3 1/с рост скорости движения приводит к уменьшению буксования ведущих колес. Если частота изменения тяговой нагрузки находится в пределах 4...6 1/с буксование изменяется незначительно при увеличении скорости. Если частота колебаний сопротивления значительно выше 6 1/с, то буксование с повышением скорости возрастает более интенсивно.

6. Величина буксования ведущих колес трактора в зависимости от частоты и амплитуды колебаний тягового сопротивления может определяться по формуле (24). С увеличением частоты и амплитуды колебаний нагрузки сопротивление почвы сдвигу под колесами трактора уменьшается, что приводит к ускорению ее разрушения и росту величины буксования и сопротивления перекатыванию трактора. Проверка достоверности формулы (24) проводилась практически на всех операциях обработки почвы и посева. Установлено, что с ростом скорости, амплитуды и частота колебаний тягового сопротивления наиболее рельефно изменяются при выполнении пахоты, культивации. На посеве, величина их минимальна.

7. Повышение скорости движения на пахоте приводит к значительному росту буксования ведущих колес и сопротивления перекатыванию' трактора. На культивации и посеве рост скорости приводит к незначительному повышению буксования, что объясняется малозаметным изменениям амплитуды и частоты колебаний тяговой нагрузки на рыхлых почвенных фонах. Количественно при изменении скорости с 3,6 км/ч до 15 км/ч амплитуда и частота колебаний тяговой нагрузки возрастало с 2,3 до 3,1 кН и с 4,8 до 10,2 1/с - на пахоте; от 1,8 до 2,4 кН и от 1,85 до 4,6 1/с - на культивации; от 1,69 до 2,3 кН и от 1,85 до 4,6 1/с - на посеве.

Сопротивление качению в этом же диапазоне скоростей получено в пределах 2,2...2,7 кН - на пахоте, 1,69...2,3 кН -на культивации и 1,7...1,85 кН - на посеве.

8. Анализ экспериментальных исследований в реальны? условиях показал, что тяговое сопротивление всегда имеет колебательный характер, что отрицательно сказывается нг тягово-сцепных показателях трактора. Так например, пр^ скорости ЛГ=7,4 км/ч, постоянной частоте колебаний Ркр равной 8,6 1/с с увеличением амплитуды А с 0 до 4,5 к! буксование возросло с 14 до 22 %. При У=7,4 км/ч и амплитуде А=3 кН с увеличением частоты колебаний 3 до 12,7 1/< буксование возросло с 11 до 28%. При постоянной частот« и=8,6 1/с и амплитуде А=3 кН с увеличением скорост* движения с 7,4 до 16,2 км/ч буксование уменьшилось с 2\ до 13,2 %. Эти результаты опытов подтверждают, что увели-

ние амплитуды и частоты колебаний приводят к росту бук-вания. И в тоже время отсутствие колебаний Ркр или со-анение их на одном уровне, увеличение скорости способ-вует уменьшению буксования. Поэтому требуется изыскание едств и методов снижения частоты и амплитуды колебаний гового сопротивления путем введения между трактором и уди ем специального демпфирующего устройства (гасителя лебаний), позволяющего резко улучшить тягово-сцепные ойства трактора и повысить его КПД минимум на 10%.

9. Установлено снижение производительности МТА при йствии тягового сопротивления, имеющего колебательный рактер. При использовании гасителя колебаний тяговой грузки производительность возрастает, при пахоте стерни лмой пшеницы - на 10...16%, культивации - на 9,3...12,1%, севе - на 7,1...8,7%.

10. Тяговый КПД трактора, являющийся обобщенным пока-гелем эффективности его работы с увеличением частоты и "шитуды колебаний тягового сопротивления практически на =х операциях уменьшается. При выполнении вспашки с га-гелем колебаний тягового сопротивления величина КПД актора возрастает на 9%, культивации на 6% и посеве на

11. Широкая проверка эффективности колесных тракторов асса 1,4 проведена автором не только при выполнении от-тьных операций в растениеводстве, но и целых технологий эизводства продукции растениеводства и в частности тех-югии возделывания картофеля на грядах. Эти: исследова-г показали, что указанная технология, в которой более 5 операций выполняется с помощью трактора данного клас-- получено повышение урожайности картофеля до 20% сни-тое затрат труда на 5-10%. При возделывании зерновых тьтур затраты живого труда снижаются на 665 МДж/га, в 1. жидкого топлива на 3,9 кг/га.

12. Для обеспечения физического моделирования тягово-сопротивления с.к. машин, представляющих случайный

щионарный процесс может быть представлено в виде суммы ;тоянных составляющих и определенного количества со-шляющих, имеющих косинусоидальные колебания. Параметры шело косинусоидальных колебаний определяется с исполь-¡анием функции спектральной плотности случайного пропса .

13. Анализом вероятностно-статистических характери-1К тягового сопротивления с.х. машин на различных опе-даях, типичных для.колесных тракторов класса 1,4 уставлено, что моделирование тяговой эксплуатационной на-гзки трактора может быть осуществлено устройством, спо->ным регистрировать тяговое сопротивление, средняя ве-[ина которого варьирует в пределах 2,6...9,2 кН.

14. Эффективность работы колесных тракторов класса 1,4 подтверждено анализом и статистической обработкой материалов многолетнего обследования работы колесных тракторов класс а 1,4, в условиях России и за рубежом, в исследованиях которых на стадии создания макетных образцов, их испытаний в экспериментальных и хозяйственных условиях, принимал непосредственное участие автор. Внедрение этих тракторов сыграло положительную роль в подъеме с.х. России и в странах СНГ. Однако в настоящее время возникла потребность дальнейшего их совершенствования. Поэтому программой приоритетных исследований до 2010 года предусмотрено дальнейшее совершенствование тракторов этого класса в направлении повышения их эффективности, снижения энергозатрат на выполнение операций, снижение воздействия их на почву и окружающую среду.

15. Проведенные исследования позволили установить изменение частоты и амплитуды колебаний тяговой нагрузки, а также величину буксования при выполнении агрегатом различных операций на разных почвенных фонах и скоростях движения. Установлено, что на пахоте стерни при изменении скорости от '7,4 до 16 км/ч частота и амплитуда колебаний тяговой нагрузки соответственно изменяются на 2,1 1/с и 0,25 кН на один километр скорости, буксование - на 0,75%; на культивации и посеве соответственно на 0,3 и 0,2 1/с, 0,7 и 0,4 кН, буксование соответственно на 0,3 и 0,45%.

16. Результаты исследований нашли следующую реализацию :

Материалы исследований первых макетных образцов, прототипов современных тракторов класса 1,4, выполненных с участием автора использованы при разработке технических и агротехнических требований на их создание и внедрение их в с.х. производство.

- Предложенное и разработанное автором устройство, устанавливаемое между орудием и трактором для гашения колебаний тягового сопротивления используется в КубНИИТИМе у применяется при испытании новых и модернизированных тракторов .

- Разработанная с участием автора безгербицидная грядо-ленточная технология производства картофеля, выполняемая в основном с колесными тракторами класса 1,4 (МТЗ-80 р МТЗ-82) издана тиражом 2,5 тысячи штук, внедрена в колхозах и совхозах Московской и Тверской областях.

- Материалы исследований использованы при разработке методических рекомендаций по проблеме охраны труда и окружающей среды в учебных заведениях.

Опубликованные работы по теме диссертации Монографии, книги, брошюры

1. Тургиев А. К. Повышение эффективности и безопасности рахиты пропашного агрегата с трактором класса • 1,4:Монография. -Москва: Изд. МГАУ. 1998. 205 с.

2. Белянчиков H.H., Белехов И.П., Кожевников Г.Н., Тургиев \.К. Механизация технологических процессов: учеб. пособие для лудентов факультетов электрификации и автоматизации с.х. Мо-жва: Агропромиздат. 1989. '27,5 п.л.

■3. Тургиев А.К. Расчеты в области охраны труда: учеб. пособие для дипломников сельскохозяйственных вузов - Москва: Рота-1ринт МГАУ. 1991. 4,4 п.л.

4. Тургиев А. К., Алдошин A.B., Горбунов В. И. Поточно-цткловой метод выполнения механизированной работы: учеб. пособие уш ПТУ -Москва "Нива России". 1992. 9,8 п.л.

5. Кармановский Л.Н., Краснощеков Н.В., Шпилько A.B., Кряж-;ов В.М., Бурченко II.Н., Тургиев А.К., Жалнин Э.В., Анискин В.И. i др. Машинная низкозатратная и энергосберегающая технология гроизводства зерна с ограниченньм применением средств химизации i центральных районах нечерноземной зоны - Москва. ВИМ. 1998. .12 с.

6. Кряжкоз В.М., Никифоров А.Н., Бурченко П.М., Тургиев l.K. и др. Машинная технология возделывания картофеля на грядах >ез гербицидов в условиях повышенного увлажнения "Заворовская": ¡рошкра - Москва. ВИМ. 1990. 17 с.

7. ' Кряжков В.М., Никифоров А.Н., Бурченко П.Н., Тургиев l.K. и др. Машинная технология производства картофеля на грядах >ез применения гербицидов: Брошюра - Москва, ВИМ. 1993. 40 с.

8. Кленин Я.Vi., Белянчиков H.H., Ананьин А.Д., Тургиев А.К.

: др. Квалификационные требования к специалистам с высшим образованием по специальное™ "Механизация с.-х." - Москва: По лану главка с.-х. вузов МСХ. МИИСП. 1990. 67 с.

9. Тургиев А. К. Методические указания к лабораторным рабо-ам по курсу "Тракторные и автомобильные двигатели": Брошюра -

Владикавказ: Изд. Ир. 1975. 1,5 п.л.

10. Тургиев А.К. Методические указания к лабораторным рабо-ам по курсу "Теория трайтора и автомобиля": Брошюра - Влади-авказ: Изд. Ир. 1976. 1,5 п.л.

11. Луковников А. В., Тургиев А.К. Охрана труда: учебное по-обие для техникумов и профтехобразований - Москва: издательство Колос». 1999. 10,0 п.л.

Статьи, тезисы докладов

12. Богомолов Л.К., Тургиев А.К. Влияние повышения скорости и движения трактора на буксование ведущих колес - Москва: Ж. "Механизация и электрификация с.х." N 6. 1968.

13. Тургиев А.К., Родина Л.А., Ломако З.Ф., Савин А.И. Продлим срок службы тракторных двигателей - Ростов н/д (Ж. "Сельскохозяйственное производство Сев. Кав. и Ц40" N 17. 1963.

14. Тургиев А.К. Определение состояния двигателя без разборки - Москва: Ж. "Техника в с.-х." N 5. 1965.

15. Тургиев А.К., Богомолов Л.К. Влияние характера тяговой нагрузки на буксование ведущих колес трактора - Москва: Ж. "Механизация и электрификация соц. с.-х." N 6. 1969.

16. Тургиев А.К., Титов Ю.А. Имитатор тяговой нагрузки -Москва: Ж. "Вестник с.-х. науки" N б. 1969.

17. Тургиев А.К. Влияние скорости на частоту и амплитуду колебаний тягового сопротивления и на буксование ведущих колес трактора - Москва: Ж. "Вестник с.-х. науки" N 4. 1969.

18. Тургиев А.К., Бох'омолов Л.К. Влияние характера тяговой нагрузки на буксование ведущих колес трактора - Москва: Научно-технический бюллетень ВИМ, вып. 5. 1969. с. 8-11.

19. Тургиев А.К., Титов Ю.А. Передвижная тензо-загрузочная лаборатория - Москва: Доклады МИИСП т. V. вып.2. 1970. с. 73-82.

20. Тургиев А.К., Поляков O.A. К вопросу построения многофакторной модели изучаемого признака при исследовании трактора -Новокубанск: Труды Ордена Ленина КНШТиМ. вып. 7. 1971. с. 159168.

21. Насоновский М.Л., Тургиев А.К. Методика проведения экспериментального исследования давления наддува и скоростных режимов на рабочий процесс при работе дизеля с обогащением воздуха при впуске - Москва: Доклады МИИСП т. VII. вып. 2. 1971. с. 94101.

22. Тургиев А.К., Апарин В.В. Динамика качения колеса с пневматической шиной при переменной вертикальной нагрузке - Орджоникидзе: ГСХИ. 1974. с. 24.

23. Тургиев А.К., Апарин В.В. Исследование буксования колесных тракторов в зависимости от тангенциальной эластичности шин - г. Краснодар: Труда Кубанского Ордена Трудов. Кр. Знам. СХИ. вып. 108/136. 1975. с. 131-138.

24. Поляков O.A., Тургиев А.К., Апарин В.В. Влияние эластичности шин на тяговые показатели колёсных тракторов. Новокубанск: Труды Ордена Ленина КНШТиМ. вып. 12. 1974. с. 78-84.

25. Тургиев А.К., Огурлиев A.M. Зависимость сопротивления качения колесного трактора от крюкового усилия - Москва: Ж. "Механизация и электрификация с.-х." N 4. 1982. с. 30-32.

26. Бурченко П.Н., Тургиев А.К., Кузнецов Ю.И., Акатьев В.И. Зксплуатаиионно-экономические аспекты безгербицидной грядо-ленточной технологии возделывания картофеля - Москва: Сборник научных трудов МИИСП. 1991. с. 13-19.

27. Тургиев А.К., Поляков O.A., Кудашев Г.И., Герасимов А., Стешин Л.П. О схеме имитатора тяговой нагрузки трактора - г.

1овокубанск: Трупы Ордена Ленина КНШТи М. вып. 9. 1972. с. 122.33.

28. Тургиев А.К., Богданов В.Г., Апарин В.В., Огурлиев ^.И. К вопросу о тяговом КПД колесного трактора при неустановив-юмся характере тяговой нагрузки - г. Новокубанск: Труды ордена 1енина КНИИТиМ, вып. 9. 1972. с. 134-142.

29. Поляков O.A., Тургиев А.К., Кудашев Г.Н., Богданов Г., Шабалин А.П. Исследование влияния скорости движения трак-

?ора ДТ-75 на динамические показатели двигателя -,. г. Новоку-5анск: Труды ордена Ленина КНИИТиМ. вып. 9. 1972. с. 115-121.

30. Тургиев А.К., Огурлиев А.И., Апарин В.В. Влияние колебательного характера приложения усилия на сопротивление деформации почвы - г. Нальчик: Ученые записки, вып. 38. 1972. с. 120.21, .. .

31. Тургиев А.К., Огурлиев А., Апарин В.В. Исследование шияния неустановившейся нагрузки на составлявшие тягового С.П.Д. колесного трактора - г. Владикавказ: Труда Горского схи. 1973. ,

32. Тургиев А.К. О некоторых ошибках анализа результатов гравнительных тяговых испытаний колесных тракторов - г. Орджоникидзе: Научный отчет ГСХИ. 1974. 3,0 п.л.

33. Поляков O.A., Тургиев А.К., Апарин В.В. Параметры режима тяговой эксплуатационной загрузки колесного трактора кл. 1,4. - г. Новокубанск: Труды ордена Ленина КНИИТиМ. вып. 12. L974. с. 85-90.

34. Тургиев А.К., Огурлиев A.M. Динамика качения колеса с шевматической шиной при переменной вертикальной нагрузке- г. Краснодар: Труды Кубанск. ордена Труд. Кр. Зн. СХИ. вып. 108/136. 1975. с. 160-169.

35. Бурченко П. Н. Тургиев А. К. Трансадаптивный агроинже-даринг в механизации обработки почвы. - Москва сб. научных трудов МГЛУ 1995 с. 3-10

36. Тургиев А.К., Бурченко П.Н. Безгербицидное, возделывание сэртофеля - способ получения экологически чистой продукции и охраны окрукагацей среды - г. Владикавказ: Тезисы II-й Межцународ-■юй конференции "Безопасность и экология горньк территорий. L992. ~ *

37. Тургиев А.К. Безопасные метода работы при проведении операций по обработке почвы г. Москва: тезисы доклада на конференции МСХ РФ и ВИМ. 1993.

38. Бурченко П.Н., Тургиев А.К. Трансадаптивный агроинжене-зинг в обработке почвы - г. Москва: Сб. научных трудов МГАУ. L995. с. 3-10.

39. Бурченко П.Н., Тургиев А.К. Принципы разработки адаптивных унифицированных: почвообрабатывающих технических средств -р. Москва: Ж. "Механизация и электрификация с.-х." Изд. "Колос" i б. 1996. с. 6-8.

40. Тургиев А.К., Огурлиев А.И., Апарин В.В. Влияние неустановившегося характера тяговой нагрузки на составляющие тягово-

го К.П.Д. колесного трактора кл. 1,4 г. Краснодар: Труды КСХИ. вып. 82/110. 1974. с. 96-100.

41. Тургиев А.К., Судник Ю.А., Тебиев В.В. Технические средства повышения эффективности работы мобильных агрегатов - г. Казань: Труда KFCXÄ. 1997.

42. Тургиев А.К., Судник Ю.А., Тебиев В.В. Исследование топливно-энергетических показателей СХА, эксплуатируемых в условиях московской области - г. Ккзань: труды КГСХА. 1998.

43. Тургиев А.К., Бурченко П.Н., Ворулько В.Г. Энергосберегающие технологии обработки почвы и безопасность работы - г. Москва: Тезисы междунар. научно-практич. юбилейной конференции МПАУ. 1998.

44. Тургиев А.К., Пономарев A.B., Тебиев В.В. Предпосылга^ автоматизации сельскохозяйственных агрегатов - г. Владикавказ: Тезисы III междунар. конференции "Устойчивое развитие горных территорий" 1998. с. 292.

45. Тургиев А.К., Судник Ю.А., Тебиев В.В. Снижение токсичности выхлопные газов ДВС - Владикавказ: Тезисы III Международной конференции "Устойчивое развитие горных территорий". 1998. с. 293.

46. Тургиев А.К., Судник Ю.А., Тебиев В.В. Экологические характеристики мобильных сельскохозяйственных агрегатов - г. Орел: Сборник научных трудов "Состояние и научные проблемы риска травматизма и проф. заболеваемости работников АПК Росиии". 1998. с. 149-152.

47. Тургиев А.К., Судник Ю.А., Тебиев В.В. Функционально-экологическое проектирование энергосберегающих- систем - Москва: Тезисы Докладов международной научно-технической конференции "Энергосбережение в с.-х." 4.1. 1998. с. 51.

48. Тургиев А.К., Судник Ю.А., Тебиев В.В. Предпосылки автоматизации мобильных агрегатов - Москва: Тезисы докл. международ. научно-технич. конфер. "Энергосбережение в с.-х." 4.02.199£ с. 28.

49. Тургиев А.К., Бурченко Д.П. Устойчивость и энергосбережение почвообрабатывающих машин - Москва: Тез. Докл. междунар. научно-технич. конференции "Энергосбережение в с.-х." 4 I] 1998 стр. 44.

50. Тургиев А.К., Ворулько В.Г., Плиев В.К. Особенности безопасной работы при выполнении энергосберегающих технологий обработки почвы - Москва: Тез. докл. мевдунар. научно-техн. конфер. "Энергосбережение в с.-х. 4. II 1998. с. 45.

51. Судник Ю. А., Тургиев А. К., Тебиев В. В. Система измерения скорости поступательного движения мобильного объекта. -Москва сборник научных трудов МГАУ 1999 (находится в печати).

стр.

Содержание

1. Общая характеристика работы 3

2. Содержание работы

1. Состояние решения проблемы изучения влияния неустано-¡вшейся (колебательной) нагрузки на тяговый КПД и задачи :следования 7

2. Влияние скорости воздействия деформатора на сопротив-:ние почвы сдвигу 9

3. Влияние колебательного характера приложения усилия на шротивление деформации почвы 11

4. Аналитическое определение касательной силы тяги из [аграммы сдвига почвы 12

5. Факторы, влияющие на величину буксования ведущих колес >актора. 16

Сопротивление перекатыванию колесного трактора

6. Обоснование расчетной модели колесного трактора 21

7. Дифференциальное уравнение движения колесного трактора переменной нагрузкой на крюке 22

8. Влияние неустановившейся нагрузки на мощность двигате- 27

I

9. . Влияние неустановившегося характера нагрузки на тя->вый коэффициент полезного действия

10. Обоснование метода моделирования тягового сопротивле-1я на крюке трактора

30 34

42 42

3. Экспериментальные исследования влияния неустановившегося характера тяговой нагрузки на составляющие тягового КПД колесного трактора

1. Задачи экспериментального исследования

2. Гаситель колебаний тягового сопротивления трактора

3. Влияние частоты и амплитуды колебаний тягового сопро-тления на величину буксования ведущих колес трактора 43

4. Влияние повышения скорости движения агрегата на часто' и амплитуду колебаний тягового сопротивления 45

5. Влияние характера изменения роста среднего значения нательной силы тяги на величину буксования ведущих колес >актора

6. Влияние повышения скорости движения агрегата на вели-гну буксования ведущих колес трактора

7. Влияние гасителя на величину частоты и амплитуды коле-¡ний тягового сопротивления и буксование ведущих колес >актора

8. Влияние характера приложения деформатора на сопротив-

:ние почвы сдвигу 52

9. Влияние скорости деформатора на величину сопротивления >чвы сдвигу 56

10. Сравнение результатов экспериментов с данными теоре-гческого анализа 56

11. Влияние частоты колебаний тяговой нагрузки на сопро-¡вление перекатыванию колесного трактора 59

12. Влияние амплитуды колебаний тяговой нагрузки на со-ютивление перекатыванию колесного трактора 63

13. Влияние скорости движения агрегата на частоту, ампли-'ду колебаний тяговой нагрузки и сопротивление качению кошеного трактора

46 48

51

3.14. Основные технико-экономические показатели трактора

МТЗ 30 66

4. Расширение сферы применения колесных тракторов класса 1,4

4.1. Основные принципы безгербицидной грядово - ленточной технологии 69

4.2. Основные элементы технологии . 70

4.3. Эксплуатационно-экономические аспекты безгербицидной грядово - ленточной технологии возделывания картофеля с применением тракторов класса 1,4 74

Общие выводы 76

Опубликованные работы по теме диссертации 81

Содержание 85

- 7 ■ ЧЧ~ ,

I ч/ и ч/ /

Московский ордена Трудового Красного знамени государственный ягромвжснерный университет им. В.П. Горячкина

О С С „л.....'...

/ / А/Ц. на правах рукописи

.Л-" ^ 19-^ г., № ^^

•тую

//Л. // .

:т9пень ДОКТОРА

Тхргнек Алая/ каурбекоиич

Повышение эффективности технологических процессов на основе улучшения тягово-сцеиных свойств колесных тракторов при колебательной тяговой нагрузке

Специальность 05.20.01 - "Механизация сельскохезвйственного

производства"

Диссертация

в виде научного доклада на соискание ученой степени док-юра технических наук

Рязань -1999

РОССИЙСКАЯ

ГОСУДАРСТВЕННАЯ , • БИБЛИОТЕКА.

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор, академик, заслуженный деятель

науки и техники РФ Шкрабак В,С,

Доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и

техники РФ Улитовский В.А

Доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и

техники Петров Г.Д.

Ведущая организация - Центральная машиноиспытательная станция (ЦМИС) г. Солнечногорск.

Защита состоится 6 июля 1999 г. в 12.00 на заседании диссертационного совета Д 120.09.01 при Рязанской государственной сельскохозяйственной академии им. проф. П.А. Костычева по адресу: 390044 г. Рязань, ул. Костычева, д. 1.

С диссертацией можно ознаком; лотеке Рязанской

государственной сельскохозяйственной и и* профессора

П.А. Костычева.

Диссертация в виде научного до -

Ученый секретарь Совета, д.т.н., профессор

МБ. Угланов.

1. Общая :израктериатика работы Актуальность проблемы. Важнейшим резервом повышения эффективности сельскохозяйственной техники является дальнейшее совершенствование энергетических средств, в том числе наиболее массовых тракторов класса 1,4, которые- в агрегате с прицепными и навесными рабочими машинами и орудиями должны способствовать высококачественному выполнению ' технологических процессов и технологий при минимально - возможных энергетических и трудовых затратах.

■ Необходимо отметить, что имеющиеся в производстве колесные тракторы класса 1,4, широко применяются на выполнении не только операций по возделыванию пропашных культур, но и операций основной и предпосевной обработки почвы, посева, транспортных и погрузочно-разгрузочных работах .

Особенно возросла роль этого трактора в фермерских хозяйствах, где он применяется буквально на всех работах хозяйства.

Однако анализ имеющихся в производстве тракторов класса 1,4 показал, что качественные показатели работ этого трактора отстают от уровня аналогичных зарубежных моделей. Характерными отрицательными моментами этих тракторов являются нарушение требований по ограничению воздействия движителей на почву, повышенными затратами на буксование и перекатывание, увеличенным расходом топлива и в связи с этим более низкой эффективностью работы МТА в целом, особенно на выполнении энергоемких операций обработки почвы, ухода за пропашными культурами. Многочисленные исследования показали, что в связи с переуплотнением почвы движителями тракторов наблюдается недобор урожая по зерновым 13 -15 млн. т., по сахарной свекле - 2 млн. т., по кукурузе - 1 млн. т., по подсолнечнику -0,5 млн. т. '

Из-за повышенного буксования, потерь на самоперекатывание увеличивается расход топлива, снижается тяговый КПД трактора и наблюдается разрушение структуры почвы в месте контакта колес с верхним плодородным почвенным горизонтом.

...-■«I» в связи со сказанным проблема повышения эффективности -.фоты энергосредств класса 1,4 при работе с неустановившейся колебательной нагрузкой на выполнение с.-х. операций, с минимально возможными энергетическими затратами, "Юсобствующих сохранению плодородия почвы, росту урожая ~ .-IX. культур является актуальной -и своевременной. ъ. | Цель работа. Целью работы является решение проблемы повьше-эффективности колесных тракторов класса 1,4 при неустановив--■■ хся (колебательных) нагрузках и изучение влияния колебательной зговой нагрузки на его к.п.д. и разработка рекомендаций по снижению отрицательных воздействий, влияющих на ■ буксование и самоперекатывание трактора, представляющих собой основные составляю-

щие тягового коэффициента полезного действия. Расширение сферы применения колесных тракторов на выполнение принципиально новых технологий возделывания с.х. -культур с ограниченным применением средств химизации,

Объекты исследований. Тракторные агрегаты для выполнения с.-х. работ, черноземные почвы тяжелого механического состава, характерные для зоны Северного Кавказа, и тяжелые суглинки Нечерноземной зоны России.

Методы исследований. В работе использованы аналитические и экспериментальные метода, в основу которых положен системный подход, в тем числе:

а) теоретические исследования: ■

- взаимодействия ведущего колеса трактора с почвой при разном характере'нагрузки, "на крюке;

- моделирования тяговой нагрузки трактора;

- влияния скорости и колебательного характера воздействия силы на сопротивление почвы деформации;

- влияния скорости движения на колебательный характер тяговой нагрузки трактора;

- влияния неустановившейся (колебательной) нагрузки на буксование ведущих колес и силу сопротивления качению трактора;

б) экспериментальные исследования пропашных тракторных агрегатов с целью:

- выявления влияния неустановившейся тяговой нагрузки на составляющие тягового к.п.д.;

- определения влияния работы колесного трактора класса 1,4 с моделирующим устройством с заданными частотами и амплитудами колебаний на величину и характер изменения коэффициента буксования и качения трактора.

Научная новизна. Научная новизна состоит:

- механико-математическое обоснование процесса сдвига почвы при воздействии на нее переменной колебательной нагрузки, что позволило разработать принципы снижения потерь на1' буксование и перекатывание трактора;

- метод моделирования тягового сопротивления на крюке трактора;

- математическое описание составляющих тягового КПД трактора при неустановившихся (колебательных) нагрузках;

- новизна конструктивного решения по созданию гасителя колебаний тяговой нагрузки;

- новизна конструктивного решения по созданию гасителя колебаний тяговой нагрузки подтверждена патентом на изобретение.

Практическая ценность и реализация результатов исследования. Практическую ценность имеют:

- описание физической сущности явлений, происходящих в месте контакта ведущего колеса с почвой, позволившее вскрыть причину снижения величины тягового КПД трактора и разработать прицепное демпфирующее устройство для снижения передачи колебаний на-

грузки от орудия на трактор и уменьшить потери на буксование и перекатывание;

- теоретические ■ зависимости для определения значения тягового КПД трактора и предложения для повышения эффективности работы агрегата;

- разработанные и изготовленные моделируицие устройства тягового сопротивления на'крюке трактора;

- обоснование постановки в производство энергонасыщенного трактора МТЗ-80;

- основанные на использовании энергонасыценных тракторов класса 1,4 машинной технологии производства картофеля и зерна с ограниченный применением средств химизации с использованием трактора класса 1,4.

Апробация работ. Основное содержание долсжено, обсуждено и одобрено на:

научных конференциях МИИСП г. Москва 1966, 1967 и 1968, 1969, 1970 гг.; научно-технических конференциях по новым методам испытаний сельскохозяйственной техники г. Новокубанск 1970, 1971, 1973 гг.; научных" конференциях Горского СХИ, 1970-1975 гг.; конференции молодых ученых Кабардино-Балкарского госуниверситета, Нальчик, КБГУ, 1974 г.; научных конференциях кубанского СХИ г. Краснодар, 1974, 1975 гг.; научных конференциях Краснодарского политехнического института г. Краснодар, КПИ, 19771982 гг.; научной конференции Ярославского филиала ТСХА г. Ярославль, 1984 г.; научно-практической конференции МИИСП 1990 г.; международной научно-практической конференции ' «научно-технический прогресс в инженерно-технической сфере АПК России» октябрь 1992 г. Москва НИМ; II Международной конференции «Горы 95» «Безопасность и экология горных территорий» Владикавказ сентябрь 1995 г.; научной конференции МШУ, Москва 1996 г.; научно-практической конференции «Подготовка инженеров-механиков в условиях развития рыночной экономики» КГСА г. Казань, март 1997 г.; научной конференции профессорско-преподавательского состава аспирантов, посвященная 75-летию академии «Актуальные проблеь/ы развития аграрного сектора в условиях развития рыночных отношений» Казань 1997 г.; Всероссийском семинаре по охране труда Москва апрель 1997 г.; Международной научно-практической конференции, посвященной памяти академика В.П. Го-рячкина, Москва, МГАУ 1998 г:; научной конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов по итогам 1997 г., Казань, КГСХ, 1998 г.; III Международной конференции ■ «Устойчивое развитие горных территорий» «Горы 98», Владикавказ, 1998 г.; Всероссийской с- международньм участием научно-практической конференции «Основные направления научного обеспечения охраны труда работников АПК России в связи с 25-летием ВНИИОТ г.Орел 1998 г.; Международной научно-технической конференции «Энергосбережение в сельском хозяйстве ВИМ, РАСХН, МСХ, Минтопливо РФ, ВНММЭСХ, Росс. НТО энергетиков и электротехников М. 1998 г.; научно-практической конференции МГАУ 1999 г.

Публикация. Основное содержание работы изложено в 51 научных публикациях. На долю диссертанта приходится 41,9 п.л. Наиболее полное изложение материала диссертации содержится в двух брошюрах, одной книге (в соавторстве) объемсм 10,75 п.л. и одной монографии объемом 12,8 п.л. (без соавтора). Кроме этого три учебных пособия для студентов, 1989 г., объем 27,5 п.л., 1992 г., объем 9,75 п.л. (оба с соавторами) и 1991 г. объемом 4,5 п.л. (без соавтора).

Всего автором опубликовано 112 наименований научных работ, брошюр, учебных пособий и монографий.

На защиту выносятся:

1. Результаты теоретических и экспериментальных: исследований влияния:

- характера приложения силы на сопротивление почвы деформации;

- неустановившейся (колебательной) тяговой нагрузки на составляющие тягового КПД трактора;

- скорости движения тракторного агрегата на частоту и амплитуду колебаний нагрузки на крюке трактора для разных с.-х. работ.

2. Аналитическое описание касательной силы тяги при неустановившейся нагрузке на крюке трактора.

3. Конструкция имитатора тяговой нагрузки и гасителя колебаний тягового сопротивления.

4. Теоретическое обоснование моделирования тяговой нагрузки трактора, конструкция моделятора и экспериментальные исследования.

5. Результаты экспериментальных исследований тракторных агрегатов на основных с.-х. работах, с имитатором тяговой нагрузки без гасителя колебаний и с ним.

6. Разработка машинной технологии производства картофеля без применения гербицидов, и зерна с ограниченным применением химизации.

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю, дважды лауреату государственной премии СССР, Герою социалистического труда, экс вице-президенту ВйСХНИП, академику, доктору технических наук, профессору ряда зарубежных университетов {ШТНИНСКСМУ Василию Николаевичу) и лауреату государственной премии СССР, заслуженному деятелю науки РФ, зав. отделом ВИМ, доктору технических наук, академику МЖЭП, профессору Бурченко Павлу Николаевичу.

2. Содержание работы

2.1. Состояние решения проблемы изучения влияния неустановившейся (колебательной) нагрузки на тяговый КПД трактора и задачи исследований

Повышение эффективности работы колесного трактора класса 1,4 при работе на основных с.-х. операциях, где тяговая нагрузка носит неустановившийся (колебательный) характер .возможно через изучение влияния этой нагрузки на изменение тягово-сцепных свойств и в т.ч. потерь на буксование ведущих колес, самоперекатывание, потерь в трансмиссии, и в целом, через тяговый КПД трактора.

Некоторые экспериментальные работы показали, что рост скорости движения агрегата в одних случаях приводит,к уменьшению буксования ведущих колес и коэффициента качения, в других - наоборот, рост скорости движения агрегата приводит к их увеличению. Такое положение нацелило нас на гипотезу о том, что на основных с.-х. работах рост скорости движения агрегата, исходя из положений механики грунтов, может усугублять неустановившийся (колебательный) характер тяговой нагрузки на крюке трактора, при котором почва, защемленная между почвозацепами колеса, испытывает колебательную деформирующую силу, что может способствовать снижению сопротивления почвы сдвигу.

Исследованиями, проведенными В.Н. Болтинским, А. П. Доброхлебовым, работами М.П. Летошнева, A.A. Болотина, Ю.К. Киртбая, Г.М. Кутькова, Б.А. Землянского, В.П. Гребнева и многих других ученых установлено, что естественным режимом работы с.-х. трактора, как и подавляющего большинства других тяговых самоходных установок, является неустановившийся нагрузочный режим.

Академик И.И. Артоболевский отмечает: «Большое значение в исследовании динамики машинных агрегатов приобретает изучение неустановившихся режимов их движения». Для многих машин неустановившийся режим движения является обычным. Поэтому определение оптимального режима неустановившегося движения агрегатов является актуальным и своевременным.

Значительный вклад в постановку задач по изучению особенностей работы тракторных агрегатов в условиях неустановившейся нагрузки внесли: акад. В.Н. Болтинский, B.C. Свирищевский, проф. Ю.К. Киртбая, М.Ф. Балжи, М.П.Сергеев, С.А. Иофинов, ' Г.В. Веденяпин, Г.Д. Есин, Ю.Н. Ломоносов, А.И. Елизаров, А.Ф. Шкарлет, А.К. Тургиев и другие ученые нашей страны.

Так как тягово-сцепные свойства трактора, при работе, на сминаемых почвах, определяются в основном способностью почвы сопротивляться горизонтальной деформации (сдвигу), совершаемой почвозацепами колеса, то повышение эффективности колесного энергонасыщенного трактора класса 1,4

возможно при изучении влияния характера тяговой нагрузки и скорости движения агрегата на состояние контакта ведущего колеса с почвой.

Важным .фактором для оценки сцепных качеств трактора является коэффициенты буксования ведущих колес и качения. Степень буксования ведущих колес в основном определяется размером горизонтальной деформации (сдвигу) почвы,•совершаемой почвозацепами. Эта горизонтальная деформация почвы зависит от удельного давления на.почву, создаваемого почвозацепами и от способности почвы сопротивляться деформации, приближенно оцениваемой коэффициентом удельного смятия .

Сопротивление почвы деформации может изменяться в зависимости от скорости и характера приложения деформатора. Характер приложения силы может быть установившимся или же с определенными колебаниями (неустановившимся). При каждом из этих двух случаев величина деформации почвы, при одинаковом среднем значении усилия, будет разной. Иными словами, усилие на деформацию почвы, в каждом из этих двух случаев, будет разным.

Изучением теории, разрушения почвы занимались и внесли большой вклад академик Горячкин В.П., профессора Лржани-нов Н.С., Виноградов В.И., Кленин Н.И., Панов И.М., Бур-ченко П.Н., Новиков Ю.Ф., Подскрепко М.Д., Ксендзов В.А. Проблема повышения эффективности МТА является далеко еще незавершенной, поскольку не решены многие вопросы взаимодействия движителей с почвой: изменение неустановившейся нагрузки в зависимости он зоны, типа почвы, и т.д. Все это требует дальнейшего развития теории основ повышения эффективности МТА в зависимости от действительного характера неустановившихся нагрузок.

Важнейшими задачами исследования по определению эффективности машинно-тракторных агрегатов с колесными тракторами являются:

1. Изучение взаимодействия ведущих колес с почвой при изменении режимов работы, физико-механических свойств почвы, изучение физических явлений, происходящих в почве при воздействии на нее переменной колебательной нагрузки.

2. Изыскание методов и средств по определению тяго-во-сцепных свойств ходовой системы'трактора при работе на сминаемых почвах и способности ее сопротивляться горизонтальной деформации, совершаемой почвозацепами колес и разработка рекомендаций повышения эффективности высокоэнергонасыщенных тракторов класса 1,4 с учетом снижения потерь на буксование и перекатывание трактора и определение влияния характера тяговой нагрузки и скорости движения на состояние контакта ведущих колес с почвой и явлений происходящих при этом.

- ГП V** Г» г-ч / ?

9 ГОСУДАРСТВЕННАЯ

.БИБЛИОТЕКА

3. Изучение факторов оценки сцепных качеств, степени буксования ведущих колес и тягово-сцепных свойств трактора с учетом характера сопротивления почвы сдвигу, удельного давления создаваемого почвозацепами, способности почвы сопротивляться деформации, оцениваемой коэффицие�