автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение тягово-сцепных свойств колесных тракторов класса 1,4 на полевых транспортных работах в условиях Амурской области

Щитов Андрей Сергеевич

ПОВЫШЕНИЕ ТЯГОВО-СЦЕПНЫХ СВОЙСТВ КОЛЕСНЫХ ТРАКТОРОВ КЛАССА 1,4 НА ПОЛЕВЫХ ТРАНСПОРТНЫХ РАБОТАХ В УСЛОВИЯХ АМУРСКОЙ ОБЛАСТИ

Специальность 05.20.01 -технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Благовещенск—2004

Работа выполнена в Дальневосточном государственном аграрном университете

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор, почетный работник высшей школы, академик МААО Емельянов Александр Михайлович

Официальные оппоненты:

Ведущее предприятие:

доктор технических наук, профессор, академик МААО Жирное Александр Борисович

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Сюмак Анатолий Васильевич

Дальневосточный научно-исследовательский институт сельского хозяйства

Защита диссертации состоится "29" сентября 2004 г. в 1000 часов на заседании диссертационного совета К 220.027.02. при Дальневосточном государственном аграрном университете по адресу: 675000, г. Благовещенск,

ул. Политехническая 86, ауд. 223

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Дальневосточного государственного аграрного университета

Автореферат разослан 27 августа 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Кислов А.Ф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Известно, что в сельском хозяйстве около 30% трудовых затрат и более 50% энергетических мощностей расходуется на транспортные работы. Наряду с использованием на этих работах автомобильного транспорта немаловажную роль в перевозке сельскохозяйственной и другой продукции отводится тракторным поездам. Использование энергонасыщенных колесных тракторов на транспортных работах позволяет повысить эффективность их использования. В то же время, из-за слабой несущей способности почвы в период проведения сельскохозяйственных работ автомобильный транспорт при перевозке грузов с полей используется малоэффективно.. Перевозка грузов в основном выполняется тракторными поездами. Однако при перевозке грузов с полей не всегда справляются с поставленной задачей и тракторные поезда. Наиболее перспективным направлением в повышении тягово-сцепных свойств является использование прицепов и полуприцепов с ведущим мостом. Наличие ведурего моста у прицепа способствует повышению проходимости транспортного агрегата.

Цель работы. Повышение эффективности использования колесного трактора класса 1,4 на полевых транспортных работах за счет применения активного ведущего моста прицепа, увеличения производительности, улучшения тягово-сцепных свойств и снижения техногенного воздействия движителей на почву.

Объект исследования. Процесс взаимодействия ведущих колес прицепа с верхним переувлажненным слоем почвы и жестким подстилающим слоем.

Методы исследований. Для решения поставленных задач - описания процесса взаимодействия колесного движителя с почвой использованы методы теоретической механики. В исследованиях использован математический аппарат дифференциального и интегрального исчисления.

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА

С.Петербург />Ь ОЭ 2<ХИа*т&Ч

Экспериментальные исследования проведены в полевых условиях. Опытные данные обработаны современными методами теории вероятностей и математической статистики.

Научная новизна. Обоснована схема привода ведущего моста прицепа на основании теории силового потока. Предложены аналитические зависимости, позволяющие определить касательную силу тяги транспортного агрегата в зависимости от физико-механических характеристик почвы. Влияние ведущего моста прицепа на тягово-сцепные свойства и производительность транспортного агрегата в условиях Дальнего Востока.

Практическая значимость работы. Использование колесного трактора класса 1,4 на транспортных работах с активным ведущим мостом снижает техногенное воздействие на почву за счет снижения величины буксования и глубины колеи после прохода "транспортного агрегата, повышает тягово-сцепные свойства. Предложенная схема передачи крутящего момента от двигателя к ведущему мосту прицепа позволяет уменьшить циркуляцию «паразитной» мощности за счет применения обгонной муфты.

Полученные экспериментальные зависимости позволяют сократить затраты времени и материальных средств при конструировании, совершенствовании и доработки конструкции ведущих мостов транспортных средств.

Методика экспериментальных исследований применяется на Амурской государственной зональной машиноиспытательной станции при испытаниях колесных сельскохозяйственных тракторов. Полученные результаты по уточнению теории взаимодействия колесного движителя с почвой (дополнительного ведущего моста) внедрены в учебный процесс на кафедре «Тракторы и автомобили» Дальневосточного государственного аграрного университета (ДальГАУ).

Апробация работы. Результаты диссертационной работы

докладывались и обсуждались на научных конференциях Дальневосточного государственного аграрного университета (2003,2004 гг.,), Благовещенского

филиала Московской академии предпринимательства (БФ МАП) при правительстве г. Москвы "Молодежь XXI века: шаг в будущее" (2004г.), расширенном заседании кафедры «Тракторы и автомобили» Дальневосточного государственного аграрного университета.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в сборниках научных трудов ДальГАУ, в сборнике научных трудов БФ МАП, депонированы в центре информации и технико-экономических исследований агропромышленного комплекса ВНИИЭСХ РАСХН.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 147 страницах, содержит 4 таблицы, 42 рисунка. Список литературы содержит 201 наименование, из них 21 на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель исследований.

Первая глава. Состояние проблемы. Цель и задачи исследований. Установлено, что на эффективность использования транспортных агрегатов большое влияние оказывают естественные условия зоны, где они эксплуатируются. К ним относятся: механический состав и влажность почвы, размеры участков полей и их рельеф, климат, а также особенности эксплуатации транспортных агрегатов.

Весенние полевые работы начинаются в первую декаду апреля при высокой влажности, когда почва оттаивает на глубину 0,04...0,06 м, что не позволяет широко применять на транспортных работах колесные тракторы и автомобили из-за слабой несущей способности почвы. Однако наличие площадей с большой длиной гона, дефицит автомобилей, предопределяют использование на полевых транспортных работах энергонасыщенных колесных тракторов типа МТЗ-80/82. Поэтому, в настоящее время, задача повышения

тягово-сцепных свойств и снижение отрицательного воздействия на почву колесных тракторов на полевых транспортных работах является одной из основных проблем региона.

В результате проведенного анализа выявлено, что одним из путей улучшения эффективности использования колесных тракторов на полевых транспортных работах (перевозка урожая зерновых, сои, удобрений и т.д.), особенно на почвах с низкой несущей способностью, является повышение тягово-сцепных свойств. Повысить тягово-сцепные свойства предлагается путем использования тракторного прицепа с передним ведущим мостом.

На основании анализа состояния вопроса в диссертационной работе поставлены следующие задачи исследований:

1. Теоретически обосновать схему привода активного моста прицепа на основании теории силового потока.

2. Выявить влияние ведущего моста прицепа на тягово-сцепные свойства транспортного агрегата.

3. Исследовать влияние ведущего моста прицепа на производительность транспортного агрегата.

4. Исследовать техногенное воздействие ходовой части транспортного агрегата на почву.

Вторая глава. Теоретические предпосылки.

При обосновании схемы привода активного моста прицепа применен системный подход с учетом силового потока передачи и преобразования энергии.

Передача крутящего момента к ведущему мосту прицепа может быть конструктивно жесткой, дифференциальной и посредством применения муфты свободного хода (обгонной муфтой).

Наличие у трактора типа МТЗ-80/82 синхронного привода вала отбора мощности, позволяет изменять частоту вращения карданного вала в зависимости от пройденного пути, что не требует дополнительных узлов и агрегатов. При движении тракторных поездов включение ведущего моста

целесообразно производить только при повышении буксования ведущих колес трактора. Это позволяет снизить затраты мощности на привод прицепа при допустимом буксовании ведущих колес трактора. С этой целью предлагается включить в трансмиссию прицепа обгонную муфту. Применение обгонной муфты позволяет автоматизировать процесс включения и выключения ведущего моста прицепа и исключить циркуляцию паразитной мощности между ведущими мостами трактора и прицепа. При использовании обгонной муфты колеса прицепа работают в ведущем режиме, когда буксование ведущих колес трактора

Кинематическая схема транспортного агрегата приведена на рисунке 1.

Рис. 1. Кинематическая схема транспортного агрегата

1- трактор; 2 - ВОМ (вал отбора мощности); 3 - редуктор с обгонной муфтой; 4 - карданный вал; 5 - ведущий мост прицепа; 6 - ведущие колеса прицепа

Рассмотрим схему сил, действующих на трактор с экспериментальным прицепом (рис.2). Суммарная касательная сила тяги агрегата определяется по выражению

Р =Р +Р , ка ктр кпр

Рис.2. Схема сил, действующих на трактор с экспериментальным прицепом

где р - касательная сила тяги агрегата; ка

р - касательная сила тяги, развиваемая трактором; ктр

Ркпр - касательная сила тяги, развиваемая прицепом. Касательная сила тяги агрегата по сцеплению с почвой

Рка=:Уктр'<Ртр+Укпр'(Рпр> (2)

где -соответственно нормальные реакции на ведущие

колеса трактора и прицепа; фтр. фпр- соответственно коэффициенты сцепления ведущих колес трактора и прицепа с почвой. Для определения нормальных реакций на ведущие колеса трактора и прицепа, общую схему агрегата расчленим, а взаимное влияние трактора и

прицепа заменим соответствующими силами и моментами. В принятой схеме крюковое усилие , приложенное в точке прицепа на высоте от поверхности почвы, является для трактора тормозящей. Действие прицепа на трактор заменим силой Ркрпр и направим в сторону трактора (рис 2). Выполним расчет касательной силы тяги транспортного агрегата.

В реальных условиях эксплуатации транспортных агрегатов силой сопротивления воздуха и силой инерции при выполнении аналитических расчетов можно пренебречь. Если величина буксования ведущих колес трактора касательная сила будет равна

(3)

где G,

тр

- вес трактора;

горизонтальная координата веса трактора;

Pup — крюковое усилие трактора; Lmp - продольная база трактора;

9

тр

-коэффициент сцепления ведущих колес трактора с почвой; - вертикальная координата крюкового усилия трактора;

кртр

Щтр - момент сопротивления качению трактора.

В случае, когда буксование ведущих колес трактора <У>5% касательная сила тяги транспортного агрегата равна

где М/щ, - общий момент сопротивления качению прицепа;

С?,1/7 - вес прицепа;

а„р - горизонтальная координата веса прицепа;

Кр яр - вертикальная координата тягового усилия прицепа;

Ркрпр — тяговое усилие прицепа;

Ьпр - продольная база прицепа;

(рф— коэффициент сцепления ведущих колес прицепа с почвой.

В формуле (4) значение касательной силы тяги может быть положительным или отрицательным в зависимости от того, "тянет" трактор прицеп или прицеп "толкает" трактор. Кроме этого касательная сила тяги способствует разгрузке ведущих колес трактора, когда данная сила является толкающей и наоборот, догружает их в случае, если она является тормозящей силой.

Анализ полученных формул показывает, что использование прицепа с ведущим мостом способствует значительному повышению касательной силы тяги транспортного агрегата.

Однако, полученные зависимости являются общетеоретическими. Они не отражают влияние специфических особенностей почв Амурской области на величину касательной силы тяги транспортного агрегата.

Касательную силу тяги, развиваемую ведущим колесом, можно представить как сумму горизонтальных реакций почвы

Рк ~ у^зац' (5)

где - число почвозацепов, контактирующих с почвой;

Хищ — реакция почвы, действующая на отдельный почвозацеп.

Для определения касательной силы тяги, развиваемой одним почвозацепом, необходимо знать вид функциональной зависимости касательных напряжений от деформации сдвига почвы. Это вопрос достаточно подробно рассмотрен в работах A.M. Емельянова. Автор показал, что процесс деформации переувлажненных почв Дальнего Востока в горизонтальной плоскости, с достаточной степенью точности, описывается уравнением

где с - коэффициент сцепления почвы; р - угол внутреннего трения почвы; г, - касательное напряжение почвы; q - нормальное давление на почву; S - величина сдвига почвозацепа относительно почвы; К (- коэффициент деформации. Из теории трактора известно, что касательная сила тяги, обусловленная одним почвозацепом, изменяется по такому же закону, что и касательная реакция почвы. Исходя из выше изложенного, получено

T3a4^\c^tgp)Bnhn+2[c+Sqqtgp)inh^th^- , (у)

где - ширина почвозацепа;

- коэффициент бокового давления почвы;

- высота почвозацепа.

Суммируя касательные реакции почвы, получим силу тяги развиваемую одним колесом

Подставив в данную формулу значение Тиц и решая определенный интеграл, получим выражение для расчета касательной силы тяги трактора

(9)

где Вптр, - ширина почвозацепа колеса трактора; *птр. - шаг почвозацепа колеса трактора;

Ля тр. - высота почвозацепа колеса трактора;

^тр— величина буксования ведущего колеса трактора.

Полученная формула соответствует режиму работы трактора при буксовании ведущих колес 6 £ 5%.

Если буксование ведущих колес трактора 5>5 % касательная сила тяги транспортного агрегата

где В,

ппр

ширина почвозацепа колеса прицепа;

1тр — шаг почвозацепа колеса прицепа;

ктр — высота почвозацепа колеса прицепа;

5„р - величина буксования ведущего колеса прицепа.

В формулу для расчета касательной силы тяги входит буксование. Зависимость буксования от касательной силы тяги транспортного агрегата приведена на рисунке 3.

Рис. 3. Зависимость величины буксования от касательной силы тяги транспортного агрегата

1 - серийный прицеп; 2 - экспериментальный прицеп.

Из полученной графической зависимости ¿• = у(р1) видно, что с увеличением тягового усилия буксование возрастает, как для трактора с серийным прицепом, так и для трактора с прицепом, имеющим активный ведущий мост. Причем интенсивность возрастания величины буксования у трактора с серийным прицепом больше, чем у трактора с прицепом, имеющим активный ведущий мост. Например, при тяговом усилии р =14 кН буксование

ч>

у серийного прицепа <У=33 %, у экспериментального вари ант %,т о есть буксование уменьшается практически на 50%. Уменьшение буксования вызывает снижение потери рабочей скорости движения вследствие горизонтальной деформации почвы. Это позволяет повысить производительность транспортного агрегата. Номограмма для определения зависимости производительности от буксования представлена на

рисунке 4.

V/ чч

Рис.4. Номограмма для определения производительности транспортного агрегата на транспортных работах

Трегья глава. Программа и методика экспериментальных исследований, где излагаются общая и частные методики исследований.

Экспериментальные исследования проводились с трактором МТЗ - 80/82 с использованием серийного и экспериментального прицепа. Экспериментальные исследования проводились в полевых условиях. Участок для проведения испытаний выбирался горизонтальный с ровным микрорельефом. Экспериментально замерялись следующие параметры: тяговое усилие, глубина колеи, частота вращения ведущих колес трактора, пройденный путь, время опыта. Для замера вышеперечисленных параметров была изготовлена и смонтирована в кабине трактора тензометрическая аппаратура, состоящая из источников питания, пульта управления, тензометрических резисторов, прибора "Морион". При проведении исследований определялись физико-механические свойства почвы: влажность, твердость, объемная масса. Сравнительные хозяйственные испытания проводились методом хрономегражного наблюдения.

Четвертая глава. Результаты экспериментальных исследований. Приведены данные сравнительных испытаний трактора МТЗ-80/82 с использованием серийного и экспериментального прицепов.

Тяговая характеристика трактора МТЗ-80/82 с серийным и прицепом с активным мостом приведена на рисунке 5.

Анализ сравнительной тяговой характеристики транспортного агрегата с серийным прицепом и прицепом, имеющим активный передний мост (рис. 5) позволяет сделать вывод, что использование ведущего переднего моста прицепа позволяет повысить максимальную тяговую мощность, уменьшить буксование, что ведет к увеличению рабочей скорости движения.

Максимальное тяговое усилие экспериментального варианта Ркр =14,8 кН,

серийного Ркр =14,2 кН, соответствующие значения буксования равны При увеличении тягового усилия у серийного агрегата

Рис.6. Мощностной баланс трактора с серийным прицепом

Рис.5. Тяговая характеристика трактора МТЗ-80/82

1-е серийным прицепом;

2-е экспериментальным прицепом; ----теоретическая;

--экспериментальная.

Рис.7. Мощностной баланс трактора с экспериментальным прицепом

интенсивность буксования резко возрастает, что говорит о снижении тягово-сцепных свойств. У трактора с экспериментальным прицепом интенсивность возрастания величины буксования имеет меньший рост, что подтверждает более высокие тягово-сцепные свойства трактора с экспериментальным прицепом.

Диаграммы мощностного баланса трактора с серийным и экспериментальным прицепами приведены на рисунках 6,7. Анализ диаграмм показывает, что характер изменения составляющих баланса мощности у серийного и экспериментального транспортных агрегатов одинаков. Однако соотношение между отдельными составляющими мощностного баланса различно, что объясняется разными тягово-сцепными свойствами. При малых тяговых усилиях преобладают потери на сопротивление движению. При увеличении тяговых усилий возрастает мощность, затрачиваемая на буксование. Мощность, затрачиваемая на буксование, больше у трактора с серийным прицепом, по сравнению с экспериментальным, это говорит о том, что использование дополнительного активного моста прицепа повышает тягово-сцепные качества транспортного агрегата.

Ходовые аппараты сельскохозяйственных машин оказывают техногенное воздействие на почву - происходит уплотнение, разрушение структуры почвы, ухудшение водно-воздушного режима почвы. После прохода мобильной техники на полях остаются глубокие колеи, что затрудняет последующую обработку почвы, увеличивает энергетические затраты. В конечном итоге это уменьшает потенциальное плодородие почвы.

Контрольные показатели состояния почвы на опытном поле до прохода сельскохозяйственной техники были следующие: плотность 1,25... 1,27 г/см3, твердость 0,326...0,329 МПа, влажность 25...28 %. Механический состав почвы - тяжелый суглинок.

После прохода серийного транспортного агрегата плотность почвы составила 1,61... 1,64 г/см , после прохода экспериментального транспортного агрегата 1,50... 1,53 г/см3. Коэффициент уплотнения почвы у серийного

транспортного агрегата - 1,28, у экспериментального транспортного агрегата -1,21. Использование ведущего моста на прицепе позволяет снизить коэффициент уплотнения почвы на 10 %. В результате воздействия ходовых систем увеличивается твердость почвы. После прохода серийного и экспериментального транспортных агрегатов твердость соответственно составила 1,306... 1,314 МПа и 1,143... 1,147 МПа. Применение прицепа с активным приводом уменьшает твердость почвы на 11%. Глубина колеи после прохода экспериментального агрегата меньше по сравнению с серийным на 48%. Это объясняется тем, что величина буксования у серийного трактора значительно больше. С увеличением нагрузки глубина колеи возрастает. Таким образом, в реальных условиях эксплуатации использование трактора МТЗ-80/82 с прицепом 2ПТС-4, имеющим активный ведущий мост снижает техногенное воздействие на почву по сравнению с серийным транспортным агрегатом.

При определении экономической эффективности использования новой техники основной показатель оценки - производительность. С целью определения эффективности использования трактора МТЗ-80/82 с прицепом 2ПТС-4 и экспериментальным прицепом на транспортных работах проведены сравнительные хозяйственные испытания. Сравнение выполнено методом хронометражных наблюдений за работой транспортных агрегатов на перевозке урожая зерновых, сои, удобрений и т. д.. Полученные результаты показывают, что использование трактора МТЗ-80/82 с прицепом 2ПТС-4 с передним ведущим мостом позволило повысить производительность в час времени движения на 16 %, в час чистого рабочего времени на 15,3 % и снизить расход топлива на 19,1 % по сравнению с трактором МТЗ-82 и серийным прицепом.

В связи с постоянным ростом цен на энергоносители, затруднительно оценить эффективность применения новой техники. Всероссийским научно-исследовательским институтом механизации сельского хозяйства разработана методика энергетического анализа технологических процессов в сельскохозяйственном производстве. За основной критерий энергетической оценки принимается показатель энергетической эффективности, учитывающий

затраты энергии для производства единицы продукции, а также энергия, которая будет содержаться в конечном продукте. Выполненные расчеты показали, что использование трактора МТЗ-80/82 и прицепа с активным ведущим мостом дает экономию 18,28 МДж/ткм по сравнению с серийным прицепом.

На основании выполненных теоретических и экспериментальных исследований, изложенных в диссертации, решена задача повышения эффективности использования колесных тракторов на транспортных работах. В результате проведенных исследований сформулированы следующие выводы:

1. С учетом теории силового потока обоснована схема привода ведущего моста прицепа.

2. Установлено, что применение активного ведущего моста прицепа позволяет повысить тягово-сцепные свойства транспортного агрегата.

3. Использование на транспортных работах трактора МТЗ-80/82 и прицепа 2ПТС-4 с активным ведущим мостом позволяет повысить рабочую скорость движения на 33,1 %, производительность на 16,0 % и снизить расход топлива на единицу перевозимого груза на 19,1 % по сравнению с серийным.

4. Использование ведущего моста прицепа уменьшает техногенное воздействие транспортного агрегата на почву. После прохода серийного агрегата плотность почвы составила - 1,61... 1,64 г/см3, после прохода экспериментального -1,50... 1,54 (увеличилась на 10%). Твердость почвы соответственно 1,306... 1,314 и 1,143... 1,147 Мпа (увеличилась на 11%). Глубина колеи после прохода экспериментального варианта меньше на 48 % по сравнению с серийным.

5. Использование трактора МТЗ-80/82 с экспериментальным прицепом приводит к экономии 18,28 МДж/ткм по сравнению с серийным вариантом на ранневесенних сельскохозяйственных работах.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Емельянов A.M., Щитов А.С. Определение касательной силы тяги, развиваемой трактором и прицепом с ведущим мостом.- Благовещенск, 2ОО4.-7с.Деп.в ЦНИ и ТЭИ РАСН ВНИИЭСХ 27.01.2004, N 15/19110.

2. Емельянов A.M., Щитов А.С. Теоретическое обоснование выбора ведущего моста прицепа.- Благовещенск, 2004.- 7 с. Деп. в ЦНИ и ТЭИ РАСН ВНИИЭСХ 27.01.04, N 19/19114.

3. Емельянов A.M., Щитов А.С. Влияние физико-механических характеристик почвы на величину касательной-силы тяги трактора и прицепа с ведущим мостом.- Благовещенск, 2004.- 6 с. Деп. в ЦНИ и ТЭИ РАСНВНИИЭСХ 27.01.04, N 17/19112.

4. Щитов А.С. К вопросу об использовании колесного трактора класса 1,4 на транспортных работах в условиях Амурской области. - 6 с. Деп. в ЦНИ и ТЭИ РАСН ВНИИЭСХ 12.02.04, N32/19127.

5. Щитов А.С. Аналитический расчет касательной силы тяги машинно-тракторного агрегата. "Молодежь XXI века: шаг в будущее": Благовещенск: Издательство "Зея" ,2004.- Т.3.- С.158

6. Щитов А.С. Повышение тягово-сцепных свойств колесного тракторного поезда. "Молодежь XXI века: шаг в будущее": Благовещенск: Издательство "Зея",2004.- Т.3.-С.161

Щитов Андрей Сергеевич

ПОВЫШЕНИЕ ТЯГОВО-СЦЕПНЫХ СВОЙСТВ КОЛЕСНЫХ ТРАКТОРОВ КЛАССА 1,4 НА ПОЛЕВЫХ ТРАНСПОРТНЫХ РАБОТАХ В УСЛОВИЯХ АМУРСКОЙ ОБЛАСТИ

АВТОРЕФЕРАТ

Лицензия ЛР 020427 отт25.04.1997 г. Подписано к печати 09.08.04 г. Формат 60 * 84 1/16 Уч.-изд. л.-1,0. Тираж 100 экз. Заказ 184. Отпечатано в отделе оперативной полиграфии издательства ДальГАУ 675005, г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86

»16078

Введение.

1. Состояние вопроса. Цели и задачи исследований. щ 1.1. Особенности естественных условий и их влияние на использование колесных тракторов класса 1,4 на транспортных работах в условиях Амурской области.

1.2. Эффективность использования колесных тракторов на транспортных работах.

1.3. Анализ путей повышения тягово-сцепных свойств и снижения техногенного воздействия на почву колесных тракторных поездов.

1.3.1. Снижение нормального давления на почву.

1.3.2. Повышение коэффициента сцепления ведущих колес трактора с почвой.

1.3.3. Увеличение сцепного веса.

1.4. Выводы и задачи исследований.

2. Теоретические предпосылки исследований.

2.1. Теоретическое обоснование выбора ведущего моста прицепа. ф 2.2. Определение касательной силы тяги, развиваемой трактором и прицепом с ведущим мостом.

2.3. Влияние физико-механических характеристик почвы на величину касательной силы тяги трактора.

2.4. Влияние касательной силы тяги на производительность транспортного агрегата.

3. Программа и методика экспериментальных исследований

3.1. Задачи экспериментальных исследований.

3.2. Общая методика проведения экспериментальных исследований.

3.3. Объекты исследований и условия проведения экспериментальных исследований.

3.4. Средства измерений, тарировка тензометрических узлов.

3.4.1. Измерение тягового усилия.

3.4.2. Измерение частоты вращения ведущего колеса трактора.

3.4.3. Измерение пройденного пути и буксования трактора.

3.5. Методика определения физико-механических характеристик почвы.

3.5.1. Определение влажности почвы.

3.5.2. Определение твердости почвы.

3.5.3. Определение объемного веса (плотности почвы).

3.6. Методика математической обработки экспериментальных данных.

3.6.1. Оценка точности измерений.

3.6.2. Статистическая обработка экспериментальных данных.

4. Результаты, анализ экспериментальных и теоретических исследований.

4.1. Результаты экспериментальных исследований трактора МТЗ-82.

4.2. Техногенное воздействие на почву ходовых систем транспортных агрегатов.

4.3. Результаты сравнительных хозяйственных испытаний трактора МТЗ-82 с серийным и экспериментальным прицепами.

5. Использование результатов исследований в инженерной деятельности.

Известно, что в сельском хозяйстве около 30% трудовых затрат и более 50% энергетических мощностей расходуется на транспортные работы. Наряду с использованием на этих работах автомобильного транспорта немаловажную роль в перевозке сельскохозяйственной и другой продукции отводится тракторным поездам. Использование энергонасыщенных колесных тракторов на транспортных работах позволяет повысить эффективность их использования. В тоже время, из-за слабой несущей способности почвы в период проведения сельскохозяйственных работ автомобильный транспорт при перевозке грузов с полей используется малоэффективно. Перевозка грузов с полей полностью ложится на тракторные поезда. Однако при перевозке грузов с поля не всегда справляются с поставленной задачей и тракторные поезда, вследствие низких тягово-сцепных свойств. Наиболее перспективным направлением повышения эффективности транспортных агрегатов на транспортных работах является повышение тягово-сцепных свойств за счет использования прицепов и полуприцепов с ведущим мостом. Наличие ведущего моста у прицепа способствует улучшению проходимости транспортного агрегата.

Вопросам повышения эффективности использования тракторных поездов посвящен ряд работ [11,14,35,46,47,50,51,65 ,66,68,71,85,87,92, 94,108, 141,147,180]. Результаты данных исследований позволили наметить пути повышения тягово-сцепных свойств, снижения техногенного воздействия на почву, улучшения эффективности применения колесных тракторов с прицепом.

Практически не решена данная проблема в условиях переувлажнения верхнего слоя почвы при наличии твердого подстилающего слоя в виде мерзлоты.

Настоящая диссертационная работа направлена на повышение эффективности использования колесного трактора класса 1,4 на полевых транспортных работах при низких тягово-сцепных свойствах.

Цель работы. Повышение эффективности использования колесного трактора класса 1,4 на полевых транспортных работах за счет применения активного ведущего моста прицепа, увеличения производительности, улучшения тягово-сцепных свойств и снижения техногенного воздействия движителей на почву.

Объект исследования. Процесс взаимодействия ведущих колес прицепа с верхним переувлажненным слоем почвы и жестким подстилающим слоем в виде мерзлоты.

Методы исследований. Для решения поставленных задач - описания процесса взаимодействия колесного движителя с почвой использованы методы теоретической механики. В исследованиях использован математический аппарат дифференциального и интегрального исчисления.

Экспериментальные исследования проведены в полевых условиях. Опытные данные обработаны современными методами теории вероятностей и математической статистики.

Научная новизна. Обоснована схема привода ведущего моста прицепа на основании теории силового потока. Предложены аналитические зависимости, позволяющие определить касательную силу тяги транспортного агрегата в зависимости от физико-механических характеристик почвы. Влияние ведущего моста прицепа на тягово-сцепные свойства и производительность транспортного агрегата в условиях Дальнего Востока.

Практическая значимость работы. Использование колесного трактора класса 1,4 на транспортных работах с активным ведущим мостом прицепа снижает техногенное воздействие на почву, за счет снижения величины буксования и глубины колеи после прохода транспортного агрегата, повышает тягово-сцепные свойства. Предложенная схема передачи крутящего момента от двигателя к ведущему мосту прицепа позволяет уменьшить циркуляцию «паразитной» мощности за счет применения обгонной муфты.

Полученные экспериментальные зависимости позволяют сократить затраты времени и материальных средств при конструировании, совершенствовании и доработке конструкции ведущих мостов транспортных средств.

Методика экспериментальных исследований применяется на Амурской государственной машиноиспытательной станции при испытаниях колесных сельскохозяйственных тракторов. Полученные результаты по уточнению теории взаимодействия колесного движителя с почвой (дополнительного ведущего моста) внедрены в учебный процесс на кафедре «Тракторы и автомобили» Дальневосточного Государственного Аграрного Университета (ДальГАУ).

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных конференциях ДальГАУ (2003,2004гг.), Благовещенского филиала Московской Академии Предпринимательства при Правительстве г. Москвы (БФ МАП) "Молодежь XXI века: шаг в будущее" (2004г.), расширенном заседании кафедры «Тракторы и автомобили» ДальГАУ (2004 г.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в сборниках научных трудов ДальГАУ, в сборнике научных трудов БФ МАП, депонированы в центре информации и технико-экономических исследований агропромышленного комплекса РАСХН ВНИИЭСХ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения и пяти глав, общих выводов и списка литературы 201 наименования (в том числе 21 на иностранном языке), приложений.

Выводы и предложения

На основании выполненных теоретических и экспериментальных исследований, изложенных в диссертации, решена задача повышения эффективности использования колесных тракторов на транспортных работах. Полученные результаты исследований позволяют сделать следующие выводы:

1. С учетом теории силового потока обоснована схема привода ведущего моста прицепа.

2. Установлено, что применение активного ведущего моста прицепа позволяет повысить тягово-сцепные свойства транспортного агрегата.

3. Использование на транспортных работах трактора МТЗ-80/82 и прицепа 2ПТС-4 с активным ведущим мостом позволяет повысить рабочую скорость движения на 33,1%, производительность на 16,0% и снизить расход топлива на единицу перевозимого груза на 19,1% по сравнению с серийным.

4. Использование ведущего моста прицепа уменьшает техногенное воздействие транспортного агрегата на почву. После прохода серийного агрегата плотность почвы составила - 1,61. 1,64 г/см3, после прохода экспериментального -1,50. 1,54 (увеличилась на 10%). Твердость почвы соответственно 1,306. 1,314 и 1,143. 1,147 МПа (увеличилась на 11%). Глубина колеи после прохода экспериментального варианта меньше на 48 % по сравнению с серийным.

5. Использование трактора МТЗ-80/82 с экспериментальным прицепом приводит к экономии 18,28 МДж/ткм по сравнению с серийным вариантом на ранневесенних сельскохозяйственных работах.

1. Антонов А.С. Силовые передачи колесных и гусеничных машин: Теория и расчет.-JL: Машиностроение, 1967.- 439 с.

2. Агейкин Я.С. Вездеходные колесные и комбинированные движители.-М.: Машиностроение, 1972.- 184 с.

3. Агроклиматические ресурсы Амурской области.- Л.: Гидрометеоиздат, 1973.-103 с.

4. Азимжанов И.У. Динамическая модель трактора с полу навесным прицепом. // Тракторы и сельскохозяйственные машины, 2001, № 9, С. 25-27.

5. Алтосаар З.А. Тяговые показатели трактора с прицепным ведущим мостом в условиях Эстонской ССР.:- Записки Ленинградского СХИ,1967.- Т.97.- С. 223-233.

6. Амурский статистический ежегодник 2001 год: Статистический сборник.- Благовещенск, 2001.- 365 с.

7. Амурский статистический ежегодник: Статистический сборник.-Благовещенск, 1999.- 344 с.

8. Амурский статистический ежегодник: Статистический сборник.-Благовещенск, 2002.- 382 с.

9. Амурский статистический ежегодник: Статистический сборник.-Благовещенск, 2004.- 400 с.

10. Апарин И.В. Состояние машинно-тракторного парка и законодательное обоснование технического перевооружения АПК России.-М.: МЭСХ,2003.-№5.-С. 2-5.

11. Арсеньев Г.М., Винокуров Г.Ф. Исследование тяговых качеств трактора МТЗ-52 и тяговых сопротивлений прицепов в транспортном агрегате.-Труды Великолукского СХИ, 1972, Вып. XXV.- С. 48-51.

12. Асенов П.В. Анализ схем силовой передачи автомобилей высокой проходимости // Автомобильная промышленность, 1996.- № 10.- С. 2831.

13. Астафьев B.J1. и др. Испытания тракторов высоких тяговых классов в условиях целинного земледелия. // Тракторы и сельскохозяйственные машины, 2003.- №8.- С.23-24.

14. Баранский А.Н. Улучшение эксплуатационных показателей и использования колесных тракторов.- Минск.: Урожай, 1968.- 255 с.

15. Барский И.Б., Анилович В.Н., Кутьков Г.И. Динамика трактора.-М.: Машиностроение, 1973.- 280 с.

16. Беккер М.Г. Введение в теорию систем местность-машина. М.: Машиностроение, 1973,- 418 с.

17. Белковский В.Н., Пачев В.П., Русанов В.А. и др. Рекомендации по определению параметров шин для сельскохозяйственной техники, обеспечивающих требования ГОСТ 26955-86 по допустимому воздействию на почву.- Днепропетровск.- М.: ВИМ-НИИ КГШ, 1987.- 20 с.

18. Белковский В.Н., Пачев В.П., Шкуро Г.А., Ищенко В.А., Русанов В.А. Методические указания по выбору параметров колесного движителя с допустимым по ГОСТ 26955-86 воздействием на почву.-Днепропетровск.- М.: НИИ КГШ- ВИМ, 1989.- 18 с.

19. Белковский В.Н., Пачев В.П.^Яблоков Д.А., Небогин И.С., Русанов В.А. Шины сверхнизкого давления.// Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1992.- № 3-4.-С. 38-39.

20. Бендат Д.Ж., Пирсол J1. Изменение и анализ случайных процессов. Пер. с англ. М.: МКР, 1974.-464 с.

21. Бируля А.К. Исследование взаимодействия колес с поверхностью качения, как основа оценки проходимости. В кн.: Проблемы повышения проходимости колесных машин,- М.: Издательство АН СССР, 1959.- 188 с.22.23,24,25.28,29,30