автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение эффективности уборочно-транспортных звеньев применением автопоездов с демпфирующим тягово-сцепным устройством

На правах рукописи

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ УБОРОЧНО-ТРАНСПОРТНЫХ ЗВЕНЬЕВ ПРИМЕНЕНИЕМ АВТОПОЕЗДОВ С ДЕМПФИРУЮЩИМ ТЯГОВО-СЦЕПНЫМ УСТРОЙСТВОМ (В УСЛОВИЯХ РЕСПУБЛИКИ ДАГЕСТАН)

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации

сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 2 ИДЯ 2014

005548487

Саратов 2014

005548487

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Дагестанский государственный аграрный университет им. М.М. Джамбулатова» (ФГБОУ ВПО «ДагГАУ им. М.М. Джамбулатова»)

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент

Хабибов Сулейман Рашадовнч

Официальные оппоненты: Гамаюнов Павел Петрович,

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Процессы и сельскохозяйственные машины в АПК» ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова»

Стружкин Николай Иванович,

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Механизация технологических процессов в АПК» ФГБОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия»

Ведущая организация - ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный

технический университет имени Гагарина Ю.А.»

Защита состоится 18 июня 2014 года в 12.00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.061.03 на базе Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова» по адресу: 410056, г. Саратов, ул. Советская, 60, ауд. 325.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ» и на сайте www.sgau.ru

Отзывы направлять ученому секретарю диссертационного совета по адресу: 410012, г. Саратов, Театральная пл., 1.

Автореферат разослан «_»_2014 г.

Ученый секретарь , --------'

диссертационного совета -Чекмарев Василий Васильевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В современных условиях развития агропромышленного производства продовольственная безопасность во многом определяется техническим потенциалом сельского хозяйства и степенью эффективности его использования. Основу технического потенциала состав/мет машинно-тракторный парх. За последнее пятнадцатилетие произошло резкое сокращение парка сельскохозяйственной техники, особенно это касается грузовых автомобилей, количество которых снизилось в три раза.

В Республике Дагестан насчитывается 12 машинно-технологических станций (МТС), в состав которых входят уборочно-транспортные звенья, позволяющие собирать урожай зерновых культур в агротехнические сроки. Однако природно-климатические условия Дагестана, конфигурация и расположение полей, сильно пересеченная и гористая местность, состояние дорог с крутыми поворотами и уклонами снижают эффективность применения транспортных средств. Использование автомобильных поездов большой грузоподъемности невозможно без специальных устройств, обеспечивающих безопасность движения на высоких скоростях. Таким образом, разработка тягово-сцепного устройства с характеристиками, отличающимися от известных и позволяющими увеличить производительность транспортных средств, является важной хозяйственной задачей.

Актуальность работы также подтверждается тем, что она выполнена в рамках целевой программы развития АПК Дагестана «Повышение технической оснащенности сельскохозяйственного производства в Республике Дагестан на 2012-2020 годы» от 2 марта 2012 г. № 11.

Степень разработанности. В Республике Дагестан создано большое количество МТС, в которых функционируют уборочно-транспортные звенья. С целью сокращения сроков выполнения уборочно-транспортных работ имеется острая необходимость повысить производительность транспортирующих машин. В настоящий момент транспортировка собранного урожая осуществляется как грузовыми автомобилями, так и автопоездами, имеющими небольшие скорости передвижения в дорожных условиях республики вследствие сильного динамического воздействия прицепа на автомобиль. Резервом повышения производительности автопоездов является применение тягово-сцепных устройств (ТСУ), обеспечивающих снижение динамического воздействия прицепа.

В настоящее время существует значительное количество ТСУ, отличающихся по конструкции и принципам действия. При рассмотрении трудов ученых по данной тематике было установлено: во-первых, развитие направлений исследований по совершенствованию существующих ТСУ лежит в плоскости дополнения их демпфирующими устройствам!!; во-вторых, не исследовано влияние эксплуатационных режимов движения автопоезда на работу ТСУ, отсутствуют практические рекомендации по влиянию нагруженности автопоезда и дорожных условий на скоростной режим движения автопоезда.

Предлагаемая работа направлена на исследование возможности повышения скорости движения автопоездов, работающих в составе уборочно-транспортного звена.

Цель исследований - повышение производительности автопоездов, оборудованных демпфирующим тягово-сцепным устройством, путем снижения динамического воздействия прицепа на автомобиль.

Задачи исследований:

1. Провести анализ эффективности использования уборочно-транспортных звеньев в условиях Республики Дагестан.

2. Теоретически обосновать рациональный состав уборочно-транспортного звена, определить производительность автопоезда, оборудованного демпфирующим тягово-сцепным устройством, и установить влияние его конструктивно-технологических параметров на скоростной режим автопоезда.

3. Провести экспериментальные исследования влияния тягово-сцепного устройства с дополнительным пружинным элементом на динамическое воздействие прицепа, скоростные характеристики и производительность автопоезда.

4. Определить технико-экономическую эффективность применения автопоездов, оборудованных тягово-сцепным устройством, в составе уборочно-транспортных звеньев.

Объект исследования - технологический процесс транспортировки зерна автопоездом, оборудованным демпфирующим тягово-сцепным устройством.

Предмет исследования - закономерности изменения производительности автопоездов при транспортировке зерна в условиях пересеченной и гористой местности.

Научная новизна. Усовершенствован технологический процесс транспортировки зерна с применением автопоездов, оборудованных демпфирующим тягово-сцепным устройством, и обоснован рациональный состав уборочно-транспортного звена; разработано тягово-сцепное устройство с дополнительным пружинным элементом, обоснованы конструктивно-технологические параметры демпфирующего тягово-сцепного устройства, влияющие на скоростные характеристики и производительность автопоезда.

Практическая значимость. Разработано демпфирующее тягово-сцепное устройство с дополнительным пружинным элементом и обоснованы его конструктивно-технологические параметры (патент 137237). Тягово-сцепное устройство позволяет повысить производительность автопоезда на 15 % и снизить динамическое воздействие прицепа на 14,2 %. Разработанная номограмма определения рационального состава уборочно-транспортного звена МТС позволяет подобрать требуемое количество грузовых автомобилей и автопоездов для непрерывной работы зерноуборочных комбайнов с учетом урожайности сельскохозяйственных культур и расстояния перевозки зерна.

Методология и методы исследований предусматривали разработку теоретических положений, научное обоснование закономерностей функционирования составляющих уборочно-транспортных звеньев МТС с применением автопоездов, имеющих усовершенствованную конструкцию тягово-сцепного устройства.

Теоретические исследования выполнялись с использованием основных положений, законов и методов классической механики и математики. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и производственных условиях в соответствии с ГОСТ Р 52778-2007, ГОСТ Р 52777-2007, ГОСТ 17460-72, ГОСТ Р 52302-2004 и частными методиками, а также с использова-

4

нием теории планирования многофакторного эксперимента. Обработка результатов экспериментальных исследований осуществлялась на ПЭВМ с использованием стандартных программ Statistica, Microsoft Excel.

Положения, выносимые на защит)':

- аналитические зависимости производительности автопоезда, оснащенного демпфирующим тягово-сцепным устройством, от скорости движения;

- конструктивно-технологические характеристики ТСУ, снижающие динамическое воздействие на прицеп и повышающие производительность автопоезда (патент 137237);

- номограмма определения рационального состава уборочно-транспорт-ного звена в системе машинно-технологических станций в зависимости от расстояния перевозки зерна.

Реализация результатов исследований. Разработанная конструкция демпфирующего ТСУ, применяемая на автопоездах, внедрена в СПК «Дружба» Казбековского района Республики Дагестан, где автопоезда, состоящие из грузового автомобиля KAMA3-5320 с прицепом марки КАМАЗ модель 8560-82-02, эксплуатируются на протяжении 2 лет.

Степень достоверности и апробация. Достоверность научных результатов подтверждается данными экспериментальных исследований, полученными с применением современных государственных стандартов при организации и проведении полевых экспериментов, подтвержденными актами внедрения. Степень достоверности обеспечена статистическими методами оценки эксперимента, с использованием ЭВМ, подтверждается высокой сходимостью теоретических и экспериментальных исследований.

Основные результаты диссертационной работы обсуждены и одобрены на международных и научно-практических конференциях в ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ» (2009-2013 гг.); Международной научно-практической конференции «Основы рационального природопользования» (Саратов, 2009 г.); Международной научно-практической конференции «Инновации, наука и образование» (Саратов, 2010 г.); Международной научно-практической конференции «Социально-экономические и экологические проблемы сельского и водного хозяйства» ФГОУ ВПО МГУП (Москва, 2010 г.); Международной научно-практической конференции, посвященной 65-летию Победы в Великой Отечественной войне «Современные проблемы и перспективы развития аграрной науки» (Махачкала, 2010 г.); Международной научно-практической конференции, посвященной 75-летию со дня рождения профессора А.Г. Рыбалко (Саратов, 2011 г.); Международной научно-практической конференции, посвященной 80-летию образования Дагестанского государственного аграрного университета имени М.М. Джамбулатова «Аграрная наука: современные проблемы и перспективы развития» (Махачкала, 2012 г); Miedzynarodowej naukovvi-practycznej konferencji «Wyksztalcenie i nauka bez granic - 2012» (Przemysl, 2012 г.); X mezinàrodni vëdeckc-prakticka konference «Vëda a vznik - 2013/2014» (Praha, 2013 г.).

Основные положения диссертации опубликованы в 13 печатных работах, в т. ч. 3 статьи в рецензируемых научных изданиях. Получены 2 патента РФ на полезную модель. Пять статей опубликовано без соавторов. Общий объем публикаций составляет 3,4 печ. л., из них автору принадлежит 1,55 печ. л.

5

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и приложений. Диссертация изложена на 199 е., содержит 7 таблиц, 59 иллюстраций и 14 приложений. Список литературы включает 159 наименований, из которых 7 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, дана общая характеристика работы, ее практическая значимость, изложены основные научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса. Цель и задачи исследований» представлен анализ агропромышленного комплекса Республики Дагестан с описанием работы уборочно-транспортных звеньев машинно-технологических станций.

Анализ показал, что в сложных природно-климатических условиях республики необходимо проводить уборочно-транспортные работы в короткие сроки. Это возможно при использовании высокопроизводительных уборочно-транспортных звеньев в составе МТС, обеспечивающих бесперебойную работу с применением автопоездов для транспортировки собранного урожая. В свою очередь повысить производительность автопоездов возможно за счет увеличения скорости движения путем применения демпфирующих ТСУ.

Огромный вклад в создание и развитие МТС в разные годы внесли теоретические и экспериментальные исследования Л.Ф. Кормакова, В.М. Михлина, H.H. Нисредова, A.A. Пенкина, М.А. Путинцева и других ученых. Эксплуатационным показателям автопоездов и тягово-сцепным устройствам свои исследования посвятили П.П. Гамаюнов, Я.Х. Закин, A.A. Зангиев, С.А. Иофинов, Ю.К. Киртбая, В.М. Кряжков, Е.С. Кузнецов, В.М. Фортуна и другие ученые.

Во второй главе «Теоретическое обоснование применения автопоездов при выполнении уборочно-транспортных работ» обоснован количественный и качественный состав уборочно-транспортного звена с применением автопоездов, разработана конструкция демпфирующего ТСУ автопоезда, повышающая его производительность.

В процессе выполнения уборочно-транспортных работ задействовано два типа машин - комбайн и грузовой автомобиль (автопоезд), которые имеют определенную производительность. Повысить производительность уборочно-транспортного звена можно за счет снижения времени ездки автопоезда путем увеличения скорости движения. Для этого рекомендуется проводить транспортные работы по двум вариантам (рисунок 1).

Согласно представленной схеме технологический процесс транспортировки зерна будет осуществляться при следующих условиях:

Вариант 1 - ЯЛ. <ЯгЛ„ <\Пмтпмт\< П^ <|ЛЛ|, (1)

Вариант 2 - П,п„ < Пап„ < |Я,и,|, (2)

где Я„ Пга Пмт, Па, Пэ - соответственно часовые производительности зерноуборочного комбайна, грузового автомобиля, механического тока (сортировочного пункта), автопоезда, элеватора, т/ч; пк, п,а, па, пэ - соответственно ко-

личество зерноуборочных комбайнов, грузовых автомобилей, механических токов (сортировочных пунктов), автопоездов, элеваторов, шт.

Существующий: уборка, выгрузка из комбайна, транспортировка на ток (склад)

грузовым автомобилем, транспортировка на элеватор автопоездом 1 2 „/¡¡Г^.З 4 _5.

- -^fU

... JI....

yfr i

~Г7Г- >!> "Jtl /77 "-777— —777-777-777~ -ЯТ

Предлагаемый: - уборка, выгрузка из комбайна, транспортировка на ток (склад) автопоездом, транспортировка на элеватор автопоездом - уборка, выгрузка из комбайна, транспортировка на элеватор автопоездом

1

///' ( /7/ -~77?-77Г- 777"-7/7 >77

1 - зерноуборочный комбайн; 2 - грузовой автомобиль; 3 - ток, склад; 4 - автопоезд с модернизированным ТСУ; 5 - элеватор

Рисунок 1 - Схема технологического процесса транспортировки зерна

Для эффективной работы необходимо, чтобы производительность транспортирующих машин была больше или равна производительности комбайна, тогда требуемое количество грузовых автомобилей па определяем как

= (3)

Па

где п„ - количество зерноуборочных комбайнов, шт; Пк Па - соответственно производительность зерноуборочного комбайна и автопоезда, т/ч.

Задавшись производительностью зерноуборочного комбайна, вычисляем потребное количество грузовых автомобилей, которое будет зависеть от дальности возки собранного урожая, тогда время ездки ?ыд складывается из времени движения грузового автомобиля с грузом, без груза и времени простоя на погрузке и выгрузке.

(4)

где ¿игр - время, затрачиваемое на загрузку грузового автомобиля, ч; /гр - время движения грузового автомобиля с грузом, ч; /5гр - время движения автомобиля без груза, ч; /;мк - время, затрачиваемое на вьнрузку автомобиля, ч.

Время, затрачиваемое на загрузку автомобиля комбайном, его выгрузку на элеваторе, можно считать постоянными, ¿,агр=соп51, ?разп,=соп5Г, и зависящим от производительности загрузочных устройств комбайна и элеватора. Тогда суммарное время движения грузового автомобиля можно выразить отношением, с учетом того, что суммарная длина пробега грузового автомобиля за одну ездку 4 будет складываться из пробега с грузом и пробега без него ¿6гр, тогда

где -¿Vp, Дгр — соответственно расстояние ездки автомобиля с грузом и без него, км;

и3 - теоретическая скорость движения автомобиля, км/ч; К„ - коэффициент снижения скорости, зависящий от дорожных условий, для грузового автомобиля К0 = 0,9...0,95, для автопоездов К„ = 0,8...0,85.

Коэффициент снижения скорости движения автомобиля будем определять как

Ки =ояса/и0, (6)

где идса — действительная (рабочая) скорость движения автомобиля, км/ч.

При движении автомобиль затрачивает мощность двигателя, пропорциональную сумме сопротивлений движению автомобиля и скорости его движения. Определив суммарное сопротивление передвижению автомобиля, можно получить уравнение скорости движения автомобиля, решение которого имеет вид

-Р. + д/Р?

-4а„5„

где аа = Ko6S„oe: Д, = А'едв?/М; 4

2аа

Gt(fm+sina+ 0,277^^);

S '„

(7)

коэффициент

сопротивления качению движителя: Са - максимальный вес автомобиля, Н; а — угол уклона местности, град; Квр - коэффициент инерции вращающихся масс; ир - скорость разгона или торможения автомобиля, км/ч; /Р - время разгона автомобиля, ч; К0б - коэффициент обтекаемости; 5,,0.5 - площадь лобового сопротивления машины, м2; иа - скорость движения автомобиля, км/ч.

Определив скорость движения грузового автомобиля, можно определить время одной ездки при максимальной грузоподъемности с учетом зависимости (4), тогда

-Ne„r\„

{Ne^J -^„SJ /„,+мла + 0,277-(eÀ^S.J)

К,

(8)

,+««« +0.277^-^- { S J

где Ксл — коэффициент, учитывающий время затрачиваемое на сложность заезда на склад или элеватор; /сэ - время, затрачиваемое на выгрузку грузового автомобиля (равно времени опрокидывания кузова автомобиля), ч; ¥6к — объем бункера комбайна, м3; Пшк - производительность выгрузного устройства комбайна, м3/ч; /орг - время, затрачиваемое на простои по организационным причинам, ч.

При транспортировании собранного урожая на большое расстояние рекомендуется применять автопоезда. В процессе движения по неровной поверхности дороги с максимальной загрузкой в тягово-сцепном устройстве (ТСУ) возникают большие динамические усилия, приводящие к его поломке и снижению

скорости движения автопоезда. С целью снижения динамического воздействия прицепа на автомобиль нами предлагается устанавливать на грузовом автомобиле стандартное серийно выпускаемое сцепное устройство по ГОСТ 2349-75. а на прицепе использовать стандартную сцепную петлю, с тыльной стороны которой устанавливается пружинный элемент, выполненный из кольцевой пружины (рисунок 2).

Рисунок 2 •

Схема предлагаемой конструкции сцепного устройства прицепа: 1 - петля тяговая; 2 — стержень; 3 - рама прицепа: 4 - пружина кольцевая; .5 - шайба опорная; б - гайка; 7- шплинт

В процессе движения автопоезда по дорожному покрытию (рисунок 3). возникают его продольные колебания, изменение которых можно определить из дифференциальных уравнений

М„ = + /перСа)-{/тр - /„ера)Ркрв - с5;

М,

ей

+ /,*/■?„)+ {/тр - ЛерпУкре +

(9)

где - вес автомобиля, кН; С„ - вес прицепа, кН; FK5 - суммарная касательная сила тяги, развиваемая ведущими колесами автомобиля, кН; FfП - суммарная сила сопротивления передвижению переднего и заднего колес прицепа, кН;_£р -коэффициент -фения при относительном перемещении крюковой петли в крюке сцепного устройства; /пер — коэффициент сопротивления передвижению колес автомобиля и прицепа; РЦ]П - вертикальная реакция в сцепном устройстве от крюкоЕого усилия, кН; с - приведенный коэффициент жесткости упругого элемента сцепного устройства, Н/м; 5 - величина сжатия упругого элемента сцепного устройства в процессе передвижения автомобиля с прицепом.

В предлагаемой конструкции ТСУ предусмотрена установка дополнительного пружинного элемента на тяговой петле прицепа, тогда согласно схеме сил, действующих на ТСУ в горизонтальной плоскости (рисунок 4), уравнения движения точки М приложения силы Ркрг можно записать в виде

С3(ха~:(10)

^0L-C„(x„-xo)+Caxa=O, dt

где хаихп- координаты точки М и силы приложения крюкового усилия в горизонтальной плоскости; Са и Сл — соответственно жесткости пружин установленных на крюке автомобиля и сцепной петле прицепа, Н/м.

Рисунок 3 - Схема сил, действующих на автопоезд в процессе движения

Ш—Wv

Ркрг

Ха

Хп

Рисунок 4 - Расчетная схема действия прицепа на автопоезд с предлагаемой конструкцией ТСУ

Во время трогания или торможения автопоезда крюковое усилие, возникающее в горизонтальной плоскости ТСУ, будет характеризоваться массой прицепа, тогда путь, пройденный точкой М, будет зависеть от ускорения, придаваемого системе массой прицепа М„ при разгоне или торможении, которое можно записать в виде

*а=ОавА (12)

где Уди- - скорость движения автопоезда, км/ч; Г — время пути точки М, ч.

Подставим зависимость (12) в уравнение (11) и решим его с учетом условий, что С„<Са, I = 0, тогда х„=0; х„ = иавт и уравнение примет вид

и" С- мю(+ _ С" _ идв„/ ■ (13)

" ш (Ca+Cn)

С„+С„

¡C + С

где ш = i—-- - частота колебаний системы, Гц.

V МП

Переходя к силовым характеристикам, получим

СсоМ .

Л™ = Fm- + <Л —-- sin ох.

" С +С.

где Г'крг - горизонтальное крюковое усилие, действующее в ТСУ, Н.

В предлагаемом сцепном устройстве установлено два пружинных элемента. Величина приведенной жесткости пружинного элемента сцепного устройства будет определяться с учетом жесткости двух пружин

С С

=, ";. - (15)

Ч, + Сп

Во время разгона или переключения передач автомобиля происходит сжатие пружинного элемента в ТСУ на величину 5 после того, как устранится зазор ¿с в соединении крюк - сцепная петля. После выбора зазора в сцепном устройстве происходит сжатие пружинного элемента, установленного на автомобиле, на величину ¿а, а пружины в сцепке прицепа - на величину /,„. Так как пружинные элементы установлены по разным сторонам тягово-сцепного устройства, то сжатие пружин приводит к увеличению расстояния между центрами тяжести автомобиля и прицепа на величину

Х0 = ¿о, - Ь0 =1-о! - (1а+/_,с+1Д (16)

где Ьы и ¿0 - соответственно расстояние между центрами тяжести грузового автомобиля и прицепа после процесса движения (разгона.) и до движения (остановка, равномерное движение), м; ¿а - величина сжатия пружинного элемента, установленного на автомобиле, м; Ьп — величина сжатия пружинного элемента, установленного на прицепе, м; Ьс - величина зазора между крюком и сцепной петлей тягово-сцепного устройства, м;

Производя двойное дифференцирование уравнения (9) с учетом зависимостей (16) и (15), а также проведя математические преобразования получим максимальную величину сжатия пружинных элементов с учетом их жесткости

5 = -

1 / \ 2

КР(са + с„) 1 + ^1 + СаС„ и0Ьс ¿7Цр? + е)

уСа+Сп

С С ' (17)

а п

где -Ркр - усилие, возникающее в тягово-сцепном устройстве при движении грузового автомобиля с прицепом, кН; и„ - относительная скорость элементов тя-гово-сцепного устройства, м/с; (3 - угловая частота собственных колебаний элементов тягово-сцепного устройства, с (- время разгона или движения автомобиля, с: е - коэффициент, характеризующий нагрузку в тягово-сцепном устройстве в процессе движения автомобиля.

В процессе движения в тягово-сцепном устройстве создаются нелинейные колебания, которые позволяют исключить резонансные явления. С учетом предварительного поджатия пружинных элементов графическая зависимость перемещения крюка и сцепной петли от крюкового усилия показана на рисунке 5.

Для определения жесткости пружинного элемента с учетом нелинейности упругости запишем величины относительного перемещения в тягово-сцепном устройстве:

при 5 - О №=Ркра\ при 0 < 5 < ¿а /5) = ^кра + Са1а; при Ьа < 8< Ь„ ,Д5) = /чра + Са1а + Сп(А~и 1- ^крп,

где А - амплитуда вынужденных колебаний в тягово-сцепном устройстве; она будет соответствовать сумме величин деформаций в крюке автомобиля и сцепной петле прицепа, тогда А = ¿а + £„, м.

Рисунок 5 - График зависимости влияния крюкового усилия на перемещения крюка и сцепной петли

В предлагаемой конструкции тягово-сцепного устройства установлено два пружинных элемента. При условии, что жесткости пружин установленных на автомобиле и прицепе, не равны, Са*С„, зазор в сцепке крюк - петля отсутствует Ьс=0, приведенная жесткость с* пружинных элементов тягово-сцепного устройства может быть найдена из выражения:

с* = С„ - (С„ - Са Я^] + у- [/V + КРЛ(1 - а)]. (18)

4 А

где а = ^; Р = — - коэффициенты; ^кра, /\рп - соответственно усилие предва-А А

рительного поджатия пружинных элементов тягово-сцепного устройства, Н.

Упругая характеристика пружинных элементов ТСУ является нелинейной величиной, тогда, зная жесткость пружинных элементов, определим амплитуду вынужденных колебаний

,4 = ^кёКсп__ > (19)

Мпр 4 АМпр

где К - высота нервностей дороги, м; g - ускорение свободного падения, м/с2; 'V/ + Ь/1

К ——- - коэффициент нагрузки для автопоездов, Кап = 1,5-1,8; Г. -

Ма

длина дорожных неровностей, м; со - частота вынужденных колебаний, рад/с.

Производительность грузового автомобиля при транспортировке собранного урожая определим как

я,,,., =

г

кпРз'

-К™ -Аи/Сза„(Оает — <3„)],

(20)

-■езд

где Г - номинальная грузоподъемность автопоезда, т; г,ЗД — время, затрачиваемое на ездку автопоездом, ч;'/кп - объем кузова автомобиля и прицепа., м3; р3 -плотность зерна, т/м3; Кзк - коэффициент заполнения кузова автомобиля и прицепа; ¿езд - длина транспортирована собранного урожая, км; До - снижение скорости движения на единицу приращения полного веса автопоезда, км/чН; К,лд = 1/Кт - коэффициент, характеризующий задержку по времени динамического воздействия прицепа; Кзп - коэффициент динамического воздействия прицепа; Сает - вес автопоезда, Н; Сп - вес прицепа, Н.

При постоянной грузоподъемности автопоезда на величину изменения его производительности оказывает влияние скорость движения, которая снижается вследствие динамического воздействия прицепа, вызванного неравномерностью движения. Оценить воздействие прицепа на автомобиль с предлагаемым ТСУ можно коэффициентом динамического воздействия

2 ис.

(21)

- у р-

V "р

где /%,р - суммарная сила сопротивления движению прицепа, Н.

В конструкции предлагаемого ТСУ установлен дополнительный пружинный элемент на тяговой петле прицепа, соответственно нарастание силы Fní, будет задерживаться во времени прямо пропорционально величине деформации пружинного элемента с жесткостью Сп. Данное обстоятельство позволяет снизить крюковое усилие в ТСУ, тем самым создавая возможность увеличения скорости движения автопоезда и повышения его производительности, что демонстрирует графическая зависимость, представленная на рисунке 6.

Рисунок 6 - Влияние дальности возки и скорости движения автопоезда КАМАЗ 5320+прицеп 8560-82-02 с предлагаемой конструкцией ТСУ на его производительность при движении по дороге с твердым покрытием

В итоге можно сделать заключение, что с целью повышения производительности уборочно-транспортного звена в процессе выполнения уборки зерновых культур процесс транспортировки зерна рекомендуется выполнять двумя способами:

первый - уборка и отгрузка из комбайна в автопоезд, транспортировка на гок и транспортировка на элеватор автопоездами с демпфирующими ТСУ.

второй - уборка, отгрузка из комбайна, транспортировка на элеватор автопоездами с демпфирующими ТСУ.

В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследований» изложены программа и методика исследований автопоездов с демпг фирующим и серийным ТСУ.

Полевые исследования автопоезда, состоящего из грузового автомобиля КАМАЭ-5320 с прицепом 8560-82-02, проводились согласно рекомендациям ГОСТ Р 52302-2004 «Автотранспортные средства. Управляемость и устойчивость. Технические требования. Методы испытаний» и ГОСТ 17460-72 «Транспортно-производственные процессы в механизированном сельскохозяйственном производстве. Классификация, оценка и методы расчета». В ходе исследований определялись расстояние и время переездов между зерноуборочным комбайном и местом складирования собранного урожая, время погрузки и разгрузки грузового автомобиля, масса погружаемого зерна; производились замеры крюкового усилия в тягово-сцепном устройстве, величин частоты и амплитуды колебаний при движении автопоезда по разным типам дорог. Измерения при проведении испытаний проводились тензометрическим способом с синхронной записью измеряемых величин: тягового усилия, скорости движения, частоты и амплитуды колебаний.

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований и их анализ» приведены экспериментальные данные, полученные в ходе полевых исследований выполнения уборочно-транспортных работ с применением автопоездов, состоящих из грузового автомобиля КАМАЭ-5320 с прицепом марки КАМАЗ модель 8560-82-02, оборудованным серийным ТСУ (серийный), или прицепом, имеющим в конструкции ТСУ дополнительный пружинный элемент

(экспериментальный).

С целью определения потребного количества техники в уборочно-транспортном звене были проведены исследования, в ходе которых установлено: производительность комбайна СК-5 при урожайности озимой пшеницы 20,9 ц/га составила 5,4 т/ч, время загрузки бункера - в среднем 41 мин; для комбайна ДОН-1500 соответственно 10,3 т/ч и 28 мин.

Время одной ездки грузового автомобиля по грунтовой дороге на расстояние от 2 до 8 км составило для автомобилей: ГАЭ-53 - 24-47 мин; Камаз-5320 - 28-53 мин; КАМАЭ-5320 + прицеп - 42-72 мин. На основании полученных данных была построена номограмма для определения количественного состава уборочно-транспортного звена (рисунок 7).

При проведении сравнительных испытаний автопоездов было установлено, что с увеличением скорости движения автопоезда происходит возрастание крюкового усилия во всех ТСУ (рисунок 8). При движении по дороге с асфальтовым покрытием автопоезда с экспериментальным ТСУ его крюковое усилие в

среднем на 15,1 % меньше по сравнению с крюковым усилием серийного ТСУ. Аналогичная тенденция прослеживается при движении автопоезда по грунтовой дороге, тогда процент снижения крюкового усилия возрастает до 14,5 % .

Рисунок 7 - Номограмма количественного состава уборочно-транспортного звена

Было установлено, что тип дороги оказывает сильное влияние на крюковое усилие в ТСУ. Так, при движении автопоездов по дороге с качественным асфальтобетонным покрытием (тип 1) крюковое усилие минимальное как у серийного, так и экспериментального ТСУ. Тогда как при движении по грунтовой дороге крюковое усилие возрастает по сравнению с дорогой 1-го типа у серийного ТСУ в 1,5 раза, а у экспериментального в 1,22 раза; при движении по асфальтобетонной дороге с выбоинами соответственно в 4 и 3,2 раза.

С целью определения влияния массы загрузки прицепа и скорости его движения на усилие, возникающее в ТСУ, были проведены экспериментальные исследования, в ходе которых было установлено, что совокупное влияние скорости движения автопоезда и загруженности прицепа несколько выше, чем влияние отдельно взятых факторов. При этом тенденция влияния сохраняется, но величина их несколько возрастает, перемещая оптимальную область усилий в сторону снижения скорости на 4,1 % и загрузки на 2,3 %.

Амплитуда и частота колебаний, возникающих в ТСУ, являются основными характеристиками, оказывающими негативное воздействие на автомобиль и водителя. В ходе исследований было установлено, что величина ампли-

туды колебаний у экспериментального ТСУ составила 25,6 мм, у серийного ТСУ снизилась до 23,4 мм. При этом в зоне загрузки величина крюкового усилия в серийном ТСУ на 28,0 % больше, чем у экспериментального ТСУ. Область безопасных для водителя частот колебаний находится в диапазоне от 3,5 до 4,5 Гц, который в экспериментальном ТСУ достигается при крюковом усилии от 10 до 14 кН.

А» сер = &44371л(0) - 7,7106 V' - 0,5752

Ркр эксп - 4.53«2|_П(Ш • 6.235 К3 = 0.9731

В Сйрийный ТСУ а Эюперимеч: агькый ТСУ

и, км/ч

Рисунок 8 - Влияние скорости движения автопоезда по дороге с асфальтовым покрытием на величину крюкового усилия в ТСУ:

__- экспериментальная;

_ - теоретическая.

Проведенный анализ производительности автопоезда (рисунок 9), показал, что с увеличением средней скорости движения автопоезда происходит повышение его производительности.

Сравнением производительности автопоездов при равной скорости движения было установлено, что при средней скорости движения 31 км/ч производительность автопоезда с экспериментальным ТСУ на 19,4 % выше, чем у автопоезда, оснащенного серийным ТСУ. Как видно, применение дополнительного пружинного элемента в конструкции экспериментального ТСУ позволяет повысить производительность автопоезда в среднем на 14,9 % по сравнению с автопоездом, оснащенным серийным ТСУ.

Таким образом, предлагаемое тягово-сцепное устройство для автомобиля КАМАЗ с прицепом позволяет обеспечить тягово-сцепные качества транспортного средства, снижение динамических нагрузок на его ходовую часть и трансмиссию при неустановившихся режимах движения путем гашения продольных резонансных колебаний прицепа и разделения моментов трогания грузового автомобиля и прицепа.

5,5

Павт экс = 0,1085и + 0,4925 Н2 = 0,993

5 --

— — Теоретическая серийный ТСУ

— — Теоретическая экспер. ТСУ ,1 СерийяыйТСУ

—~Экспериментальный ТСУ

Павт сер = 0,08Э4и + 0,5307 Я2 = 0,8808

2,5 ■ -

» ✓

2

20

25

30

35

40

45

и, км/ч

Рисунок 9 - Влияние скорости движения автопоезда на его производительность при транспортировке собранного урожая на расстояние 81 км

В пятой главе «Экономическая эффективность использования усовершенствованного тягово-сцепного устройства автопоездов в МТС Республики Дагестан» разработана трехсторонняя математическая модель взаимоотношений между сельхозтоваропроизводителем, уборочно-транспортным звеном машинно-технологической станции и элеватором.

Экономический расчет применения демпфирующего ТСУ на одном автопоезде показал, что себестоимость перевозки груза снизилась иа 10,9 %, при этом годовой экономический эффект составил 316883 руб. для одного автопоезда.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. По результатам анализа деятельности АПК Республики Дагестан разработана структура уборочно-транспортных звеньев, обоснован их рациональный состав с применением для транспортировки зерна на дальние расстояния автопоездов с демпфирующими тягово-сцепными устройствами, оборудованными дополнительными пружинными элементами, оказывающими значительное влияние на динамику движения автопоезда, его скоростные характеристики и производительность.

2. Теоретически обоснован рациональный состав уборочно-транспортного звена для усовершенствованного технологического процесса транспортировки зерна, учитывающий производительность комбайна и автопоезда, оборудованного демпфирующим тягово-сцепным устройством (ТСУ). способствующим повышению скорости движения. Получены аналитические зависимости времени ездки (8) и производительности грузового автомобиля и автопоезда (20) от скорости движения. Обосновано снижение крюкового усилия в ТСУ (14) и повышение скорости движения автопоезда с учетом коэффициента задержки воздействия прицепа на грузовой автомобиль (21) и коэффициента снижения скорости движения (6).

3. Выведены аналитические зависимости движения автопоезда, состоящего из грузового автомобиля KAMA3-5320 и прицепа 8560-82-02 с тягово-сцепным устройством с дополнительным пружинным элементом, установленным на прицепе (патент 137237), определены геометрические параметры пружинного элемента в зависимости от типа дороги и общей массы прицепа:

- внутреннее кольцо: внутренний диаметр doe = 63 мм, наружный диаметр d0„ = 78 мм, толщина стенки 6 = 5 мм, ширина кольца S = 25 мм, угол наклона конуса кольца а = 19 град;

- внешнее кольцо: внутренний диаметр dt,„ -- 63 мм, наружный диаметр dm = 80 мм, толщина стенки ô = 5 мм, ширина кольца S = 25 мм, угол наклона конуса кольца а = 19 град.

4. Проведены экспериментальные исследования автопоезда с предлагаемой конструкцией ТСУ, в ходе которых было установлено, что наличие дополнительного пружинного элемента на прицепе автопоезда позволяет снизить усилие, возникающее в ТСУ, по сравнению с серийным ТСУ до 14,2 % при движении по дороге с асфальтобетонным покрытием, что позволяет повысить скорость передвижения автопоезда с 22 до 36 км/ч. Это позволило повысить производительность автопоезда с экспериментальным ТСУ в среднем fia 14,9 % по сравнению с серийным ТСУ. Для достижения амплитуды и частоты колебаний соответственно 30 мм и 4,5 Гц необходимо осуществлять предварительное поджатие пружины, установленной на прицепе, в пределах 6-8 кН.

5. Исследования эффективности применения демпфирующего ТСУ при транспортировке зерна в условиях Республики Дагестан показали, что себестоимость перевозки груза снизилась на 10,9 %, при этом годовой экономический эффект от внедрения ТСУ составил 316883 руб. для одного автопоезда.

Рекомендации производству

1. В сельскохозяйственных предприятиях Республики Дагестан рекомендуется внедрять разработанную технологию выполнения уборочно-транспортных работ с транспортированием собранного урожая автопоездами;

2. При использовании автопоезда необходимо его оснащать тягово-сцепным устройством с дополнительным пружинным элементом, которое позволяет повысить производительность автопоезда за счет снижения динамического воздействия прицепа на автомобиль и увеличения скорости движения.

Перспектива дальнейшей разработки темы

- разработать и теоретически обосновать автоматизированную систему управления выполнения уборочно-транспортных работ с применением автопоездов;

- разработать и теоретически обосновать унифицированное ТСУ для автопоездов с целью повышения их производительности и снижения энергоемкости.

Основные результаты исследований опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Игитов, Ш. М. Модель взаимоотношений менту МТС и сельхозтова-ропроизвод1ггелем [Текст] / Ш. М. Игитов, С. Р. Хабибов // Научное обозрение. - 2013. 3. - С. 225-228.

2. Игитов, Ш.М. Теоретические основы применения пружинного тягово-сцепного устройства прицепа для автопоездов [Текст] / Ш. М. Игитов, С. Р. Хабибов // Проблемы развития АПК региона. - 2013. - № 2. - С. 117-119.

3. Игитов, Ш. М. Теоретические основы комплектования уборочно-транспортиого звена машинно-технологических станций [Текст] / Ш. М. Игитов // Научное обозрение. - 2013. - № 9. - С. 54—57.

4. Патент на полезную модель 135589 Российская Федерация, МПК В 60 Б 1/00 ; Тягово-сцепное устройство автотракторного поезда / Игитов Ш. М., Хабибов С. Р., Безруков А. С., Русинова И. Н. ; патентообладатель ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова». - № 2013134658/11, заявл. 23.07.2013; опубл. 20.12.2013.

5. Патент на полезную модель 137237 Российская Федерация, МПК В 60 Б 1/00 ; Сцепное устройство прицепа / Игитов Ш. М., Хабибов С. Р., Безруков А. С., Русинова И. Н.; патентообладатель ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова». — № 201319171/11,заявп. 22.08.2013; опубл. 10.02.2014.

Публикации в сборниках научных трудов и материалах конференций

6. Игитов, Ш. М. Логистика в сельскохозяйственном производстве [Текст] / Ш. М. Игитов // Основы рационального природопользования : материалы II Международной научно-практической конференции. - Саратов : Изд. центр «Наука», 2009. - С. 306-308.

7. Игитов, LL1. М. Факторы, влияющие на работу машинно-тракторного парка в производстве [Текст] / III. М. Игитов Н Инновации, наука и образование : материалы Международной научно-практической конференции : сб. науч. работ. - Саратов: Изд-во «КУБиК», 2010. - С. 117-119.

8. Игитов, Ш. М. Моделирование состава машинно-тракторного парка машино-технологической станции [Текст] / 111. М. Игитов., С. Р. Хабибов //«Социально-экономические и экологические проблемы сельского и водного хозяйства»: материалы Международной научно-практической конференции. -Часть IV. Технология и средства механизации в природообустройстЕе. - М. : ФГОУ ВПО МГУП, 2010. - С. 182-190.

9. Игитов, Ш. М. Моделирование грузопотока и состава машинно-тракторного потока при проведении уборочной операции [Тексг] / III. М. Игитов., С. Р. Хабибов // Международная научно-практическая конференция, посвященная 65-летию Победы в Великой Отечественной войне «Современные проблемы и перспективы развития аграрной науки». - Махачкала : ДГСХА, 2010. - Часть 1. - С. 307-309.

10. Игитов, Ш. М. Условия востребованности продукции АПК в Республике Дагестан [Текст] ! Ш. М. Игитов., С. Р. Хабибов // Материалы III Международной научно-практической конференции «Основы рационального природопользования». - Саратов : Саратовский источник, 2011. - С. 501-504.

11. Игитов, Ш. М. Определение времени ездки грузового транспорта при выполнении уборочных операций в условиях машинно-технологических станций [Текст] / Ш. М. Игитов // Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 75-летию со дня рождения профессора Рыбалко А. Г.: сб. науч. работ. - Саратов : Изд-во «КУБиК», 2011. - С. 154-157.

12. Игитов, Ш. М. Определение параметров функционирования комплекта машин машинно-технологических станций [Текст] / Ш. М. Игитов // Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 80-летию образования Дагестанского государственного аграрного университета имени М. М. Джамбулатова «Аграрная наука : современные проблемы и перспективы развития». - Махачкала : ДГСХА, 2012. - Часть 2. - С. 218-221.

13. Игитов, Ш. М. Повышение эффективности эксплуатации машинно-тракторного парка машинно-технологических станций [Текст] / Ш. М. Игитов, С. Р. Хабибов// Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 80-летию образования Дагестанского государственного аграрного университета имени М. М. Джамбулатова «Аграрная наука : современные проблемы и перспективы развития». - Махачкала : ДГСХА, 2012. - Часть 2. - С. 221-224.

14. Игитов, Ш. М. Обоснование количественного состава машин при выполнении транспортно-уборочных работ [Текст] / Ш. М. Игитов., С. Р. Хабибов // Materiäly VIII Miedzynarodowej naukowi-practycznej konferencji «Wyksztalcenie i nauka bez granic - 2012» Przemysl. - Nauka i studia. - C. 70-72.

15. Игитов, Ш. M. Теоретические основы процесса демпфирования тяго-во-сцепного устройства автопоездов [Текст] / Ш. М. Игитов // Materiäly X mezinärodni vedecko-prakticka konference «Veda a vznik - 2013/2014». - Dil 32. ZemedSlstvi.: Praha : Publishing House «Education and Science», 2013. - C. 14-17.

Подписано в печать 10.04.2014 Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Гарнитура Times. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ 116/2014

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова» 410012, Саратов, Театральная пл., 1

Отпечатано в типографии ОООп «Орион» 410031, г. Саратов, ул. Московская, 62 тел.: (8452) 23-60-18

ФГБОУ ВПО «ДАГЕСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ М.М. ДЖАМБУЛАТОВА»

04501458627 На правах рукописи

Игитов Шамиль Магомедович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ УБОРОЧНО-ТРАНСПОРТНЫХ ЗВЕНЬЕВ ПРИМЕНЕНИЕМ АВТОПОЕЗДОВ С ДЕМПФИРУЮЩИМ ТЯГОВО-СЦЕПНЫМ УСТРОЙСТВОМ (В УСЛОВИЯХ РЕСПУБЛИКИ ДАГЕСТАН)

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации

сельского хозяйства

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Хабибов Сулейман Рашадович

Махачкала 2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ............................................................................. 4

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.. 9

1.1 Состояние сельского хозяйства Республики Дагестан..................... 9

1.2 Факторы, влияющие на скорость движения автомобилей в

Республике Дагестан............................................................ 15

1.3 Организация и функционирование МТС в Республике Дагестан....... 21

1.4 Расчет количественного состава парка машин для выполнения сельскохозяйственных операций............................................... 28

1.5 Анализ тягово-сцепных устройств автопоездов (ТСУ).................... 36

1.6 Цель и задачи исследования..................................................... 39

2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ АВТОПОЕЗДОВ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ УБОРОЧНО-ТРАНСПОРТНЫХ РАБОТ...................................................... 41

2.1 Технология проведения уборочно-транспортных работ

в Республике Дагестан............................................................ 41

2.2 Влияние скорости движения автопоезда и дальности транспортировки зерна на величину времени ездки....................... 45

2.3 Влияние времени ездки на производительность грузового автомобиля и автопоезда при транспортировке зерна..................... 54

2.4 Расчет потребного количества транспортирующей техники для выполнения уборочно-транспортных работ................................. 58

2.5 Расчет сцепного устройства автопоезда...................................... 61

3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ................................................................. 89

3.1 Программа исследований........................................................ 89

3.2 Методика проведения замеров и обработки данных при определении количественного состава уборочно-транспортного звена................ 89

3.3 Методика проведения полевых исследований.............................. 94

3.4 Методика анализа и обработки экспериментальных данных............ 99

3.4.1 Методика статистической обработки экспериментальных данных... 99

3.4.2 Методика многофакторного планирования исследований............. 101

3.4.3 Определение погрешности средств измерения........................... 102

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

И ИХ АН АЛ ИЗ..................................................................... 103

4.1 Определение количественного состава уборочно-транспортного

звена................................................................................... 103

4.2 Влияние скорости движения автопоезда на усилие, возникающее

в тягово-сцепном устройстве.................................................... 109

4.3 Влияние массы загрузки прицепа автопоезда на усилие, возникающее в тягово-сцепном устройстве................................. 115

4.4 Влияние усилия, возникающего в тягово-сцепном устройстве,

на амплитуду колебаний.......................................................... 1 17

4.5 Влияние частоты вынужденных колебаний на величину максимальных нагрузок в сцепном устройстве.............................. 119

4.6 Исследования нагрузок в сцепном устройстве.............................. 120

4.7 Влияние дальности транспортировки груза на производительность автопоезда........................................................................... 124

5 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОГО ТЯГОВО-СЦЕПНОГО УСТРОЙСТВА АВТОПОЕЗДОВ В МТС РЕСПУБЛИКИ ДАГЕСТАН........................................................................... 128

5.1 Математическая модель взаимоотношений между

сельхозтоваропроизводителем, уборочно-транспортным звеном

машинно-технологической станции и элеватором.......................... 128

ЗАКЛЮЧЕНИЕ....................................................................... 141

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ......................................................... 143

ПРИЛОЖЕНИЯ...................................................................... 159

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. В современных условиях развития агропромышленного производства продовольственная безопасность во многом определяется техническим потенциалом сельского хозяйства и степенью эффективности его использования. Основу технического потенциала составляет МТП. За последнее пятнадцатилетие произошло резкое сокращение парка сельскохозяйственной техники, особенно это касается грузовых автомобилей, количество которых снизилось в три раза.

В Республике Дагестан сегодня насчитывается 12 машинно-технологических станций (МТС), в состав которых входят уборочно-транспортные звенья, позволяющие собирать урожай зерновых культур в короткие агротехнические сроки. Однако природно-климатические условия Дагестана, конфигурация и расположение полей, сильно пересеченная и гористая местность, состояние дорог с крутыми поворотами и уклонами снижают эффективность применения транспортных средств. Использование автомобильных поездов большой грузоподъемности невозможно без специальных устройств, обеспечивающих безопасность движения на высоких скоростях. Таким образом, разработка тягово-сцепного устройства с характеристиками, отличающимися от известных и позволяющими увеличить производительность транспортных средств, является важной хозяйственной задачей.

Актуальность работы также подтверждается тем, что она выполнена в рамках целевой программы развития АПК Дагестана «Повышение технической оснащенности сельскохозяйственного производства в Республике Дагестан на 2012-2020 годы» от 2 марта 2012 г. № 11.

Степень разработанности. В Республике Дагестан создано большое количество МТС, в которых функционируют уборочно-транспортные звенья, и с целью снижения сроков выполнения уборочно-транспортных работ имеется острая необходимость повысить производительность транспортирующих машин. В настоящий момент транспортировка собранного урожая осуществляется

как грузовыми автомобилями, так и автопоездами, имеющими небольшие скорости передвижения в дорожных условиях республики вследствие сильного динамического воздействия прицепа на автомобиль. Резервом повышения производительности автопоездов является применение тягово-сцепных устройств (ТСУ), обеспечивающих снижение динамического воздействия прицепа.

В настоящее время существует значительное количество ТСУ, отличающихся по конструкции и принципам действия. При анализе трудов ученых по данной тематике было установлено: во-первых, развитие направлений исследований по совершенствованию существующих ТСУ лежит в плоскости дополнения их демпфирующими устройствами; во-вторых, не исследовано влияние эксплуатационных режимов движения автопоезда на работу ТСУ, отсутствуют практические рекомендации по влиянию нагруженности автопоезда и дорожных условий на скоростной режим движения автопоезда.

Предлагаемая работа направлена на исследование возможностей повышения скорости движения автопоездов, работающих в составе уборочно-транспортного звена.

Цель исследований - повышение производительности автопоездов, оборудованных демпфирующим тягово-сцепным устройством, путем снижения динамического воздействия прицепа на автомобиль.

Задачи исследований:

1. Провести анализ эффективности использования уборочно-транспортных звеньев в условиях Республики Дагестан.

2. Теоретически обосновать рациональный состав уборочно-транспортного звена, определить производительность автопоезда, оборудованного демпфирующим тягово-сцепным устройством, и установить влияние его конструктивно- технологических параметров на скоростной режим автопоезда.

3. Провести экспериментальные исследования влияния тягово-сцепного устройства с дополнительным пружинным элементом на динамическое воздействие прицепа, скоростные характеристики и производительность автопоезда.

4. Определить технико-экономическую эффективность применения автопоездов, оборудованных тягово-сцепным устройством, в составе уборочно-транспортных звеньев.

Объект исследования - технологический процесс транспортировки зерна автопоездом, оборудованным демпфирующим тягово-сцепным устройством.

Предмет исследования - закономерности изменения производительности автопоездов при транспортировке зерна в условиях пересеченной и гористой местности.

Научная новизна. Усовершенствован технологический процесс транспортировки зерна с применением автопоездов, оборудованных демпфирующим тягово-сцепиым устройством, и обоснован рациональный состав уборочно-транспортного звена; разработано тягово-сцепное устройство с дополнительным пружинным элементом, обоснованы конструктивно-технологические параметры демпфирующего тягово-сцепного устройства, влияющие на скоростные характеристики и производительность автопоезда.

Практическая значимость. Разработано демпфирующее тягово-сцепное устройство с дополнительным пружинным элементом и обоснованы его конструктивно-технологические параметры (патент 137237). Тягово-сцепное устройство позволяет повысить производительность автопоезда на 15 % и снизить динамическое воздействие прицепа на 14,2%. Разработанная номограмма определения рационального состава уборочно-транспортного звена МТС позволяет подобрать требуемое количество грузовых автомобилей и автопоездов для непрерывной работы зерноуборочных комбайнов с учетом урожайности сельскохозяйственных культур и расстояния перевозки зерна.

Методология и методы исследований предусматривали разработку теоретических положений, научное обоснование закономерностей функционирования составляющих уборочно-транспортных звеньев МТС с применением автопоездов, имеющих усовершенствованную конструкцию тягово-сцепного устройства.

Теоретические исследования выполнялись с использованием основных

положений, законов и методов классической механики и математики. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и производственных условиях в соответствии с ГОСТ Р 52778-2007, ГОСТ Р 52777-2007, ГОС'Г 17460-72, ГОСТ Р 52302-2004 и частными методиками, а также с использованием теории планирования многофакторного эксперимента. Обработка результатов экспериментальных исследований осуществлялась на ПЭВМ с использованием стандартных программ Statistica, Microsoft Excel.

Положения, выносимые на защиту:

- аналитические зависимости производительности автопоезда, оснащенного демпфирующим тягово-сцепным устройством, от скорости движения;

- конструктивно-технологические характеристики ТСУ, снижающие динамическое воздействие на прицеп и повышающие производительность автопоезда (патент 137237);

- номограмма определения рационального состава уборочно-транспорт-ного звена в системе машинно-технологических станций в зависимости от расстояния перевозки зерна.

Реализация результатов исследований. Разработанная конструкция демпфирующего ТСУ, применяемая на автопоездах, внедрена в СПК «Дружба» Казбековского района Республики Дагестан, где автопоезда, состоящие из грузового автомобиля KAMA3-5320 с прицепом марки КАМАЗ модель 8560-82-02 эксплуатируются на протяжении 2 лет.

Степень достоверности и апробация. Достоверность научных результатов подтверждается данными экспериментальных исследований, полученными с применением современных государственных стандартов при организации и проведении полевых экспериментов, подтвержденными актами внедрения. Степень достоверности обеспечена статистическими методами оценки эксперимента, с использованием ЭВМ, подтверждается высокой сходимостью теоретических и экспериментальных исследований.

Основные результаты диссертационной работы обсуждены и одобрены на международных и научно-практических конференциях в ФГБОУ ВПО «Сара-

товский ГАУ» (2009-2013 гг.); Международной научно-практической конференции «Основы рационального природопользования» (Саратов, 2009 г.); Международной научно-практической конференции ««Инновации, наука и образование» (Саратов, 2010 г.); Международной научно-практической конференции «Социально-экономические и экологические проблемы сельского и водного хозяйства» ФГОУ ВПО МГУП (Москва, 2010 г.); Международной научно-практической конференции, посвященной 65-летию Победы в Великой Отечественной войне «Современные проблемы и перспективы развития аграрной науки» (Махачкала, 2010 г.); Международной научно-практической конференции, посвященной 75-летию со дня рождения профессора А.Г. Рыбалко (Саратов, 2011 г.); Международной научно-практической конференции, посвященной 80 летию образования Дагестанского государственного аграрного университета имени М.М. Джамбулатова «Аграрная наука: современные проблемы и перспективы развития» (Махачкала, 2012 г); М1ес^упагос1о\¥е] паикохуьрга^усгпе] коп1!егепсц «Шук^акеше I пайка Ъег £гашс - 2012» (Ргеетуз1, 2012 г.); X тегтагос!ш уёскско-ргакйска копГегепсе «Уёёа а угтк - 2013/2014» (РгаЬа, 2013 г.).

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 1.1 Состояние сельского хозяйства Республики Дагестан

Республика Дагестан является одним из крупнейших регионов Северного Кавказа и располагается в его восточной части. В республике хорошо развиты сельское хозяйство и перерабатывающая промышленность, что является ведущей отраслью экономики. В настоящее время общая площадь земель сельскохозяйственного назначения Республики Дагестан составляет 4359,5 тыс. га [108]. Большая часть населения республики проживает в сельской местности, поэтому агропромышленный комплекс (АПК) является для населения основным источником работы и получаемых доходов.

Однако необходимо отметить тот факт, что ведение сельскохозяйственного производства сопровождается рядом трудностей, связанных с особенностями климатических и почвенных условий республики. Территория Дагестана расположена на 3/4 в пределах Большого Кавказа, а восточная часть территории омывается Каспийским морем. На климате Дагестана - засушливом, с обилием тепла и света - сказывается расположение его на крайнем юге умеренного климатического пояса. Полупустынный климат Прикаспийской низменности и сухой, умеренный климат Внутреннего Дагестана соседствуют с суровым климатом высокогорий и с близким к субтропическому климатом дельты реки Самур. Лето жаркое и сухое. Средняя температура июля +25°, января колеблется от -2° до +3,5°, с морозами до -25°. Среднегодовая норма осадков колеблется от 200 до 700 мм, при этом наибольшее их количество выпадает во второй половине лета, что негативно сказывается на проведении уборочно-транспортных работ, и их необходимо проводить в сжатые сроки. Изменение температуры и выпадение осадков происходит скачкообразно, иногда в течение одного дня погода меняется дважды. Снежный покров держится 40-50 дней. По различию почвенно-климатических условий территория Дагестана подразделяется на 3 почвенно-климатические зоны: равнинную, предгорную и горную.

На сегодняшний день АПК республики существенно влияет на экономику региона - обеспечивает 16 % выпуска продукции; 16 % добавленной стоимости, произведенной республикой; 29 % среднегодовой численности занятых с производительностью труда 0,195 млн руб.; 16 % налоговых выплат и 8 % инвестиционных вложений; вливание денежного капитала в отрасль за счет дотаций и лизинга [85, 102].

Прошедшее 15-летие характеризовалось продолжением преобразования сельского хозяйства и формированием многоукладной экономики, ориентированной на рыночные условия. Главным направлением этой работы явилось реформирование колхозов, совхозов, государственных организаций, и создание на их базе фермерских хозяйств, акционерных обществ и других форм хозяйствования. Итогом этого явилось то, что в республике насчитывается большое количество хозяйств различных форм собственности и организации производства.

Основная проблема сельского хозяйства республики в области растениеводства - это технико - технологическая отсталость в силу опережающего выбытия основных фондов и низкого уровня механизации производства. По этой причине ежегодно остаются необработанными около 100 тыс. га пашни.

В Республике Дагестан (на 01.01.2012) общая площадь земель, используемых для сельскохозяйственного производства, составила 4336,2 тыс. га, в том числе сельскохозяйственные угодья - 3248,1 тыс. га, из них: пашня -481,4 тыс. га (14,8 %), кормовые угодья - 2698,9 тыс. га (83,1 %), многолетние насаждения - 62,4 тыс. га (1,9 %), залежи - 5,4 тыс. га (0,2 %).

Вся посевная площадь сельскохозяйственных культур в 2012 г. составила 279,0 тыс. га, тогда как в 2011 г. она составляла 291,4 тыс. га. Как видно, произошло снижение посевной площади на 4,2 % по причине нехватки сельскохозяйственных машин, низкой организации труда и отсутствия выгодных взаимоотношений между сельхозтоваропроизводителями и машинно-технологическими станциями (МТС).

С целью обеспечения продовольственной безопасности Ре�