автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Повышение опорной проходимости гусеничных сельскохозяйственных тракторов

Введение

1. Анализ работ, направленных на повышение

ПРОХОДИМОСТИ ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН (ТРАКТОРОВ)

1.1. Анализ ходовых систем гусеничных тракторов

1.1.1. Анализ существующих схем гусеничных движителей

1.1.2. Анализ используемых гусеничных сельскохозяйственных тракторов по конструкции ходовой системы и выбор объекта исследования

1.2. Анализ работ по исследованию взаимодействия системы гусеничный трактор - опорное основание

1.2.1. Анализ динамических моделей МТА

1.2.2. Анализ взаимодействия гусеничного движителя с опорным основанием

1.2.3. Анализ основных моделей почв

1.3. Систематизация основных факторов влияющих на опорную проходимость

1.4. Цели и задачи исследований

2. Описание модели взаимодействия гусеничного движителя с опорным основанием

2.1.Классификация факторов влияющих на опорную проходимость МТА

2.2. Модель равновесного положения звена гусеничного движителя при взаимодействии с почвой

2.3. Укладка звеньев лобового участка гусеничной цепи первым катком

2.3.1. Элементарное нагружение

2.3.2. Сложное нагружение

2.4. Укладка звеньев опорного участка гусеничной цепи последующими катками

2.5. Укладка звена ведущего участка гусеничной цепи последним катком

2.6. Учет механических и физико-механических характеристик почвы

2.7. Учет деформации опорного основания в динамической модели МТА

2.8.Условие контакта-перехода катка по тракам

2.9. Выводы

З.описание динамической модели ТТС

3.1. Выбор обобщенных координат и обоснование вводимых ограничений в динамической модели

3.2. Уравнения колебаний подрессоренных масс остова трактора

3.3. Массово-инерционные параметры колебательной системы

3.4. Силовые возмущения

3.5. Возмущения со стороны микропрофиля пути

3.6. Уравнения, учитывающие колебание масс трансмиссии

3.7. Описание программного комплекса

3.8. Выводы

4. Экспериментальные исследования

4.1. Программа и методика проведения экспериментальных исследований

4.1.1. Измеряемые величины

4.1.2. Методика преобразования измеряемых величин в исследуемые

4.2. Экспериментальная установка

4.3. Измерительная аппаратура и условия проведения эксперимента

4.4. Последовательность проведения эксперимента

4.5. Оценка погрешности измерений

4.6. Оценка адекватности математической модели

4.7. Выводы

5. Исследование и оптимизация параметров ходовой системы тракторов семейства ВТ

5.1. Исследование опорной проходимости ходовой системы гусеничных сельскохозяйственных тракторов семейства ВТ

5.2. Выводы 123 Основные выводы и рекомендации 124 Список использованной литературы

В условиях интенсификации сельскохозяйственного производства определяющим требованием к технике является повышение её производительности. В основном развитие сельскохозяйственной техники идет, главным образом, по пути увеличения ширины захвата орудий и повышения рабочих скоростей, что достигается применением новых конструкций сельскохозяйственных машин и агрегатируемого оборудования. Это приводит к перераспределению массово-инерционных параметров как машинотракторного агрегата (МТА) в целом, так и параметров системы «движитель-почва», что особенно проявляется в период весенне-осенних полевых работ, когда несущая способность опорной поверхности существенно снижается. С точки зрения агротехники это ведет к более интенсивному воздействию движителей машин на почву, к разрушению её структуры, переуплотнению и, в итоге, к снижению плодородия с одной стороны, с другой - к существенному снижению тягового КПД МТА .

В действительности показателей характеризующих процесс взаимодействия движителя с почвой на много больше, и одним из них является опорная проходимость, которая характеризуется вертикальной осадкой почвы и сопротивлением сдвигу (сцепление). При этом прессуемость поверхности определяет опорные качества движителя и затраты энергии на образование колеи, а сцепление влияет на формирование тягового усилия. Поэтому выполнение условий обеспечения опорной проходимости в зависимости от характеристик почвы и кинематики ходовой системы дает возможность сохранять скоростные режимы работы МТА и выполнять вспашку, боронование, культивацию в установленные агротехнические сроки.

Следовательно, на основании выше сказанного требуется улучшать показатели опорной проходимости ходовых систем сельскохозяйственной техники, которые включают в себя следующие направления:

- снижение показателей воздействия на почву;

- уменьшение сопротивления движению машин по почве;

- повышение тягово-сцепных свойств гусеничных машин (тракторов);

- уменьшение буксования за счет совершенствования механизма поворота.

Для ускорения решения этих задач необходимо использовать не только результаты экспериментальных исследований, но и создать расчетные методы определения показателей взаимодействия движителей с почвой. Применение теоретических методов позволит в сжатые сроки найти оптимальные показатели взаимодействия ходовых систем транспортных средств с опорным основанием и позволит улучшить показатели работы сельскохозяйственных машин и другой техники.

Поэтому работа посвященная решению задач по созданию расчетных методов определения показателей взаимодействия движителя с почвой, позволяющих определять оптимальные конструктивные параметры ходовой системы, движителя, подвески и элементов трансмиссии - является актуальной.

Объектом исследования в настоящей работе являются ходовая система гусеничных тракторов.

На защиту выносятся следующие основные научные разработки:

- метод расчета равновесного состояния звена гусеничного движителя, позволяющий создать динамическую модель взаимодействия ходовой системы с опорной поверхностью, включающую в себя описание направляющей и ведущей наклонных ветвей гусеничной цепи;

- обобщенная пространственная динамическая модель тягово-транспортного средства (ТТС), измерительный и программный комплекс, позволяющий проводить исследования и оптимизацию параметров ходовой системы и систем подрессоривания гусеничных тракторов с учетом конкретных условий эксплуатации;

- результаты экспериментальных исследований давлений в почве, значений нагрузок на катках, глубины колеи и физико-механических свойств почвы при различных условиях эксплуатации сельскохозяйственных гусеничных тракторов, необходимые для моделирования; 6 результаты теоретических исследований показателей опорной проходимости МТА, включающей в себя нормальные давления в почве, распределение нагрузок по опорным каткам, глубину колеи, с моделированием реальных условий эксплуатации.

Основные выводы и рекомендации

1. Разработан метод расчета равновесного состояния гусеничного движителя, позволяющий создать модель динамического взаимодействия гусеничных звеньев движителя с деформируемой опорной поверхностью, включающий в себя описание работы направляющего и ведущего участков гусеничной цепи.

2. Разработана классификация факторов, влияющих на опорную проходимость гусеничной машины, позволившая выявить и учесть показатели ранее не применявшиеся при исследованиях взаимодействия гусеничного движителя с почвой.

3. Разработана пространственная динамическая модель колебаний МТА, учитывающая основные возмущения от агрегатируемых сельскохозяйственных орудий во время работы и в транспортном положении, неровностей опорной поверхности, звенчатости гусеничного движителя и трансмиссии.

4. Разработана оригинальная методика экспериментального определения эпюры нормальных давлений в почве с учетом неровностей опорной поверхности.

5. Проведены экспериментальные исследования, позволившие подтвердить адекватность модели и получить данные для моделирования взаимодействия гусеничного движителя с почвой.

6. Создан измерительный комплекс (на базе IBM-совместимого компьютера) и пакет прикладных программ, позволяющий экспериментально исследовать динамическое взаимодействие ходовой системы МТА с почвой с возможностью оперативного контроля хода эксперимента.

125

7. Выполнена оптимизация параметров ходовой системы и системы подрессоривания тракторов ВТ-100 ОАО ВгТЗ, на основе которых даны рекомендации, позволяющие улучшить показатели опорной проходимости в среднем на 5-8%. К таким рекомендациям относятся:

- применение подвески трактора с возможностью регулирования параметров балансиров и упруго-диссипативных характеристик в зависимости от условий эксплуатации;

- применение различной степени натяжения гусеничной ленты в зависимости от условий эксплуатации;

- применение в гусеничной ленте резинометаллического шарнира.

1. Агейкин Я.С. Вездеходные колесные и комбинированные движители. М.: Машиностроение, 1972. 164 с.

2. Анилович В.Я., Водолажченко Ю.Т. Конструирование и расчет сельскохозяйственных тракторов. М.: Машиностроение, 1976.- 455 с.

3. Анискин В.И., Антышев Н.М., Бычков Н.И., Шевцов В.Г. Тракторный парк России: развитие и научное обеспечение, Тракторы и сельскохозяйственные машины №12, 1999 г., стр. 24 28.

4. Барский И.Б. Конструирование и расчет тракторов. М.: Машиностроение, 1980. - 335 с.

5. Бартеньев О.В. Современный Фортран. М.: Диалог-Мифи, 1998. - 397с.

6. Беккер М.Г. Введение в теорию систем местность-машина. М.: Машиностроение, 1973. - 520 с.

7. Беляков В.В., Барахтанов J1.B., Куляшов А.П., Шапкин В.А. Развитие теории взаимодействия эластичных движителей с деформируемым полотном пути и её реализация при повышении уровня проходимости специальных машин по снегу. Волгоград: ВолгГУ, 2000. 152-154.

8. Борисов Д.С. О резонансных явлениях в системе с периодически изменяющейся жесткостью при наличии периодически возмущающей силы. // Виброизоляция машин и виброзащита человека-оператора. М.: Наука, 1973. -С. 93 - 94.

9. Воденик И.И. Процессы взаимодействия тракторных ходовых систем с почвой: Учебное пособие. Кишинев: Кишинев СХИ, 1986. - 110 с.

10. Воденик И.И. Процессы взаимодействия тракторных ходовых систем с почвой: Учебное пособие. Кишинев: Кишинев СХИ, 1986. - 110 с.

11. Геккер Ф.Р. Определение оптимальных параметров демпфера "сухого" трения. // Известия вузов. 1966. - № 3. - С. 9 - 13.

12. Голыитейн М.Н. Механические свойства грунтов. М.: Стройиздат,1973. 375 с.

13. Григоренко JI.B., Колесников B.C. Динамика автотранспортных средств. Теория, расчет передающих систем и эксплуатационно-технических качеств. Волгоград: Комитет по печати и информации, 1998. - 544 с.

14. Гурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Высшая школа, 2000.- 478 с.

15. Гуськов В.В. Оптимальные параметры сельскохозяйственных тракторов. М.: Машиностроение, 1966. 195 с.

16. Гуськов В.В. Тракторы. Часть II. Теория. Минск: Вышэйш. школа, 1977. -384с.

17. Гуськов В.В., Опейко А.Ф. Теория поворота гусеничных машин. М.: - Машиностроение, 1984. - 320 с.

18. Дмитриев А.А. Чобиток В.А. Тельминов А.В. Теория и расчет нелинейных систем подрессоривания гусеничных машин, М.: Машиностроение, 1975. -206 с.

19. Дмитриченко С.С. Завьялов Ю.А. Методические основы исследования микропрофилей дорог и полей для решения задач динамики тракторов // Повышение надежности, долговечности и тягово-сцепных свойств трактора: Сборник научн. трудов. М., 1983. - с. 49- 59

20. Долгов И.А. Мощностной ряд гусеничных тракторов класса 3. Тракторы и сельскохозяйственные машины №4, 2000 г., стр. 25-28.

21. Елисеев С.В., Баландин О.А. О влиянии связей по ускорению на динамические свойства механических систем. // Машиностроение. 1974. - № 2. - С. 16-19.

22. Забавников Н.А. Основы теории транспортных гусеничных машин. М.: Машиностроение, 1975.- 477 с.

23. Исследование динамики гусеничного трактора ДТ-75 при работе с навесными и полунавесными орудиями: Отчет о НИР / Гос. союзный научн.-иссл. ин-т (НАТИ); Рук. Б.И. Гостев. М., 1962. - 18 с.

24. Исследование подрессоривания гусеничных и колесных сельскохозяйственных тракторов. Труды НАТИ, вып. 208, М„ ОНТИ-НАТИ, 1970.

25. Исследования и расчет ходовых систем сельскохозяйственных тракторов. Труды НАТИ, вып. 192, М„ ОНТИ-НАТИ, 1968.

26. Исследования параметров подрессоривания трактора Э-151-НАТИ с индивидуальной и балансирной подвесками/ Отчет НАТИ, М., ОНТИ-НАТИ, 1970.

27. Кальченко Б.И., Кириенко Н.М., Резников Е.Н., Дорошенко Н.А. Оценка вертикальных колебаний колесных тракторов. // Тракторы и сельскохозяйственные машины, 1985. № 10, с. 17 . 19.

28. Кариус (D.Karius). О влиянии кусочно-линейного и постоянного трения на вынужденные периодические колебания. // Конструирование и технологии машиностроения. 1985. - № 4. - С. 28 - 43.

29. Кильчевский Н.А. Теория колебаний. М.: Наука, 1977. - Т. 1. - 480 с.

30. Кирилюк А.В. Исследование забиваемости ходовых систем гусеничных тракторов почвой // Труды НПО НАТИ. М., 1973. - вып. 192.

31. Князев А.А. Проектирование навесных плугов: Методическое указание. -Куйбышев, 1975.- 227 с.

32. Колебания автомобиля. Испытания и исследования / Под ред. Я.М.Певзнера. М.: Машиностроение, 1979. - 208 с.

33. Колмаков В.И. Основы теории расчета и проектирования транспортных машин. Волгоград.: 1972. - 135 с.

34. Колотилин В.Е., Агеев А.В., Куляшов А.А. Прогнозирование экологической совместимости движителей с почвенно-растительным покровом леса. Волгоград: ВолгГУ, 2000. 169-171 с.

35. Комков Б.Н. Теория оптимального управления демпфированием колебаний простых упругих систем. М.: Мир, 1975. - 338 с.

36. Коробейников А.Т. Лихачев B.C. Шолохов В.Ф. Испытания сельскохозяйственных тракторов. М.: Машиностроение 1985.- 238 с.

37. Ксеневич И.П., Скотников В.А., Ляско М.И. Ходовая система почва - урожай. - М.: Агропромиздат, 1985.- 304 с.

38. Куляшов А.П., Колотилин В.Е. Экологичность движителей транспортно-технологических машин. М.: Машиностроение, 1993. 256 с.

39. Кутьков Г.М. Тяговая динамика тракторов. М.: Машиностроение, 1980. -215 с.

40. Кухаренко В.П. Механические колебательные системы с дополнительными инерционными элементами.: Автореф. диссер. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. Новосибирск, 1985. - 28 с.

41. Лурье Б.А., Громбчевский А.А. Расчет и конструирование сельскохозяйственных машин. -JL: Машиностроение, -1977. 528 с.

42. Львов Е.Д. Теория трактора, М.: Машгиз, 1960. - 252 с.

43. Ляско М.И. Выбор показателей воздействия движителей сельскохозяйственных тракторов на почву // Вопросы снижения воздействия на почву ходовых систем сельскохозяйственных тракторов: Труды НПО НАТИ. М., 1983.- с. 10-15.

44. Ляско М.И. Выбор показателей воздествия движителей сельскохозяйственных тракторов на почву // Вопросы снижения воздействия на почву ходовых систем сельскохозяйственных тракторов: Труды НПО НАТИ. М., 1983.- с. 10-15

45. Ляско М.И., Кутин Л.Н. и др. Влияние ходовых систем сельскохозяйственных тракторов на уплотнение почвы и урожайность ячменя. // Тракторы и сельскохозяйственные машины, 1979, № 12, с. 4 - 6.

46. Ляшенко М. В., Победин А. В., Тескер Е. И., Шелухин В. С., Дьяков А. В. Моделирование испытаний плавности хода тягово-транспортных средств // Тракторы и сельскохозяйственные машины, 2000.- № 12.- С. 19-21.

47. Ляшенко М.В. Оптимизация параметров подвески гусеничного трактора: Дис, канд. техн. наук. Волгоград, 1993. - 125 с.

48. Ляшенко М.В. Победин А.В. Шелухин B.C. Влияние колебаний гусеничного трактора на уплотняющее воздействие // Наземные транспортные системы: Сборник трудов. Волгоград, 1999.- с. 92-95

49. Ляшенко М.В. Победин А.В. Шелухин B.C. Интегральный критерий функционирования систем подрессоривания тягово-транспортных средств // Meждународный научный симпозиум: Тезисы докл.: МГТУ МАМИ. М., 1999.- с. 49-50

50. Мезенцев М.С. Исследование плавности хода гусеничного трактора с эластичной балансирной подвеской. Диссер. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. Волгоград, 1968. - 180 с.

51. Научные основы автоматизированных систем проектирования и исследования тракторов: Труды НПО НАТИ. М., 1983.- 91 с.

52. Нашиф А., Джоунс Д., Хендерсон Дж. Демпфирование колебаний. М.: Мир, 1988. - 448 с.

53. Пановко Я.Г. Введение в теорию механических колебаний. М.: Наука, 1980. - 272 с.

54. Певзнер Я.М. Расчет колебаний автомобиля при различных статистических характеристиках дорожного микро профиля. Труды НАМИ, вып. 66. М., 1964, с. 3 42.

55. Перспективные мобильные энергетические средства (МЭС) для сельскохозяйственного производства / Под ред. акад. М.М.Севернева. Минск: Наука и техника, 1982. - 270 с.

56. Писаренко Г.С., Богинич О.Е. Колебания кинематически возбуждаемых механических систем с учетом диссипации энергии. Киев: Наукова думка, 1982. - 220 с.

57. Платонов В.Ф. Динамика и надежность гусеничного движителя. М.: Машиностроение, 1973, 232 с.

58. Плужников Б.И. Солонский А.С. Имитационная модель пропашного трактора при автоматизированном проектировании // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1989.- №7. - с. 8-12

59. Победин А.В. Влияние сопротивлений на свободные парциальные колебания гусеничного трактора с эластичной подвеской: Дис,. канд. техн. наук. -Волгоград, 1967. 180 с.

60. Попов Д.А. Расчет систем подрессоривания гусеничных тракторов и тягочей // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1967.- №4.-с.

61. Попов Д.А. Субботин В.И. Методика испытания тракторов на плавность хода // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1970.- №5.-с.

62. Попов Д.А., Попов Е.Г., Волошин Ю.Л., Кутин Л.Н., Субботин В.Н. Системы подрессоривания современных тракторов. М.: Машиностроение, 1974

63. Поспелов Ю.А. Устойчивость трактора. М.: Машиностроение, 1966. - 246 с.

64. Расчетные исследования колебаний остова трактора с полужесткой системой подрессоривания / Кобазев Л.В., Кутин Л.Н., Дмитриев А.С., Парфенов В.Л. // Тракторы и сельхозмашины. 1988. -№ 4. - с. 12-14.

65. Ревут И.Б. Физика почв. Ленинград «Колос», 1972

66. Рекомендации по методике проведения наблюдений и исследований в полевом опыте. Саратов, 1973

67. Росляков В.П. Аппроксимация корреляционных функций случайных процессов в задачах динамики сельскохозяйственных машин. // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1969, № 8. - с. 14 . 17.

68. Ротенберг Р.В. Подвеска автомобиля. М.: Машиностроение, 1972.

69. Русанов В.А. Проблемы переуплотнения почв движителями и эффективные пути ее решения. М.: ВИМ, 1998. - 368 с.

70. Сафронов Ф.Л. Рощин И.М. Резников Е.К. Автоматизация оценки нагружен-ности систем подрессоривания тракторов на стадии проектирования // Тракторы и сельхозмашины. 1988. - № 2- 1988. - с.16-19

71. Семилетова К.П. Зерков Н.В. Исследования покрытий треков для укоренных испытаний гусеничных тракторов // Исследование и испытание тракторов, и их узлов и агрегатов: Труды НПО НАТИ. М., 1986.- с. 5-13

72. Сергеев С.И. Демпфирование механических колебаний. М.: Физматгиз, 1968. - 408 с.

73. Сивец A.JI. Косых Э.Г. Математическое моделирование почвенных фонов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1991.- №1.-с. 27- 29.

74. Силаев А.А. Спектральная теория подрессоривания транспортных машин. -М.: Машиностроение, 1972.- 189 с.

75. Системы подрессоривания современных тракторов/ Попов Д.А., Попов Е.Г., Волошин Ю.Л., Кутин JI.H. и др. М.: Машиностроение, 1974г. - 176 с.

76. Скотников В.А., Пономарев А.В., Климанов А.В. Проходимость машин. Минск: Наука и техника, 1982. 328 с.

77. Скотников В.А., Тетеркин А.Е. Основы теории проходимости гусеничных мелиоративных тракторов. Минск: Вышэйш. школа, 1973. 254 с.

78. Средства исследования движения МТА / Рославцев А.В. Авдеев В.М. Третьяк В.М. и др // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1999.- №3.-с. 26- 29.

79. Стрельцов Э.К., Лахно В.П. О некоторых факторах, обуславливающих параметры проходимость лесозаготовительных машин. Тракторы и сельскохозяйственные машины №5, 1980 г., стр. 12 - 14.

80. Субботин В.И. Оценка плавности хода гусеничных тракторов при движении их по неровному пути и искусственным неровностям // Труды НАТИ. М., 1968.-вып. 192.-с. 47-87

81. Танклевский М.М. Проходимость машин. Киев: НПО «Промтех комплекс», 1990. 155 с.

82. Тарасик В.П. Кузнецов Е.В. Танянский И.Г. Влияние параметров подвески на нагруженность несущей системы машины // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1999.- №8. - с. 32-34

83. Тонг Кин Н. Теория механических колебаний. Пер. С англ. Под ред. А.П. Синицына. М.: Машгиз, 1963, 352 с.

84. Тракторы. Проектирование и расчет / Учебное пособие. М.: Машиностроение 1991. с.544

85. Тракторы. Проектирование, конструирование и расчет //Под. общ. ред. И.П. Ксеневича, М.: Машиностроение, 1991. -540 с.

86. Филипов А.Ф. Дифференциальные уравнения с разрывной правой частью. // Матем. Сб. 1960. - Т. 51 (93). - № 1. - С. 99 - 128.

87. Хлипенко М.Н. Оценка проходимости мобильных машин // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1998.- №5.-с. 20- 22.

88. Ходес И.В. Победин А.В. Ляшенко М. В. Виброактивность ведущего участка гусеничного движителя // Тракторы и сельскохозяйственные машины. -1998,- №10. с. 38-40

89. Ходовые системы тракторов. Устройство, эксплуатация, ремонт; Справочник/ В.М. Забродский, A.M. Файнлейб, Л.Н. Кутин, О.Л. Уткин-Любовцов. М.: Агропромиздат, 1986. - 271 с.

90. Хоу Б.К. Основы инженерного грунтоведения. М.: Изд. Литературы по строительству, 1966. - 459 с.

91. Цытович Н.А. Механика грунтов. М.: Высшая школа, 1979.- 272 с.

92. Черепанов С.С. Создание машинно-технологических станций // МЭСХ. -1999,- №5. с. 2-5

93. Чудаков Д.А. Основы теории расчета трактора и автомобилей. М.: Колос. 1972. - 384 с.

94. Шевчук В. П., Вакулин А. А., Дьяков А. В., Корсаков А.А. Исследование воздействий на почву ходовых систем тракторов семейства ДТ / Наземные транспортные системы: Сборник научных трудов. ВолгГТУ, Волгоград, 1999. - С. 79-84.

95. Шепеленко Г.Н., Борисов А.Г., Устинов Г.А. Подвеска гусеничного трактора с пониженным уплотняющим воздействием на почву // Роль энергетики и агрегатирования в повышении технического уровня сельскохозяйственных машин.-М., 1987.-с. 91-92

96. Экспериментальное исследование вибраций конструкции гусеничного трактора. Отчет о НИР / Российская академия наук. Саратовский филиал ИШМАШ. Волгоградский отдел проблем машиностроения Рук. А.С.Горобцов. Волгоград 1991. - 141 с.

97. Эффективность применения ЭВМ при проектировании систем подрессоривания тракторов / Кутин Л.Н. Шевчук В.П. Пономаренко В.М. Лобода Е.Г. // Автоматизация проектно-конструкторских работ с помощью ЭВМ: Труды НПО НАТИ. М., 1984. - вып. 192.- с. 3-15

98. Яблонский А.А., Норейко С.С. Курс теории колебаний. М.: Высш. шк., 1975. - 247 с.