автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Совершенствование и использование навески колесных тракторов класса тяги 14кН с целью повышения эффективности пахотных агрегатов

, • V о, '.'-V :''

КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ —_* _■

На правах рукописи ' 629.11:013.629.11

РЫЖИХ Николай Егорович ,

/ ' \ , *

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

НАВЕСКИ КОЛЕСНЫХ ТРАКТОРОВ КЛАССА ТЯГИ 14 кН С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПАХОТЦЫХ АГРЕГАТОВ

Специальность 05.^0.01 — Механизация сельскохозяйственного,, производства

Автореферат.

диссертации на соискание ученой степени , ■ кандидата технических наук

КРАСНОДАР-1996

г ' ■ ■

Работа выполнена в Кубанском государственном аграрног университете.

Научный руководитель—доктор технических наук, . :

профессор Фортуна В. И.;

к. т. н., профессор Тр у б и л и н Е. И

• Официальное., оппоненты— заслуженный изобретатель "

РСФСР, доктор технических нау* - профессор Леонов II. П.;

кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник - отдела механизации сельско- " хозяйственного производства и селекционных процессов Краснодарского НИИСХ _ имени П. П. Лукьяненко

• К4 р н е н ко В. Д.

Ведущее предприятие—Кубанский научно:исследовательскш

институт по испытанию тракторов и сельскохозяйственных машин

Защита состоится _ в 1996 г. н<

заседании специализированного Совета К 120.23.03 .по при суждению ученой степени кандидата технических наук пр1 Кубанском государственном аграрном университете по адре су: 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13, КГАУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубан с кого ГАУ. -

Автореферат разослан _» .. _ 1996 г.

I Ученый секретарь 4

специализированного Совета,.

профессор ' ПРОЩАК В. М

с

ОБЩЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

■Актуальность теш,!. Переход на новые экономические отношения и рыночную экономику предполагает значительное улучшение использования тракторного парка в сельском хозяйстве. Особого внимания заслуживают тракторы класса тяги 14 кН, которые могут успешно применяться в фермерских хозяйствах.

Основная обработка почвы - вспашка - является самой энерго -емкой, трудоемкой,продолжительной и дорогостоящей технологической операцией. Любое, даже небольшое улучшение работы пахотных агрегатов, в том числе и с тракторами класса тяги 14 кН, окажет существенное влияние на повышение их экономических и эксплуатационных показателей. Способ соединения плуга с трактором имеет особое значение, поскольку движение пахотного агрегата по неровностям поля вызывает значительные вертикальные ускорения и большие инерционные силы, действующие отрицательно на плуг и трактор, что увеличивает потребление энергии, снижает качество работы и ухудшает управляемость .

Значительная вертикальная нагрузка на переднюю часть трактора навесного пахотного агрегата, противодействуя его отклонению от прямолинейного движения, увеличивает сопротивление перекатыванию направляющих колес по полю. Вертикальная нагрузка на опорном колесе плуга при нормальной заглубленности оказывается значительно больше необходимой. Поэтому уменьшение этих нагрузок и перераспределение их-на задние колеса автоматически с помощью силы тяги и пропорционально ее изменении, позволит более полно использовать мзщность трактора на обработку почвы, снизит внутренние потери в агрегате и буксование ведущих колес, а также сопротивление перекатыванию передних колес трактора и опорного колеса плуга.

Разработанный пахотный агрегат со сравнительно легкими тракторами (без балласта) всех тяговых классов, соединенных с соответствующими плугами одной точкой прицепа, сохраняет все положительные свойства навесного агрегата, позволит снизить внутренние потери в агрегате, управлять вертикальной нагрузкой на его колесах и сцепным весом, что уменьшает уплотнение почвы, сокращает энергозатраты на вспашку, повышает качество работы агрегата. Это является важной научной и народнохозяйственной задачей, актуальной особенно в настоящее время.

Работа выполнялась в соответствии с планом.научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ университета (Госрегистрация № 8108736), составленным на основе Научно-технической программы по научному обеспечении АПК Российской Федерации.

Цель исследований. - разработка и создание более совершенного механизма навески для повышения эффективности использования колесных тракторов на энергоемких технологических операциях, связанных с обработкой почвы.

Объект исследования. Навесной пахотный агрегат, состоящий из трактора ЫТЗ-80 и плуга ПЛН-3-35,- осуществляющий вспашку.

Научная новизна состоит: I) в уточнении и доказательстве существенных недостатков навесных пахотных агрегатов с серийным механизмом навески; 2) в обосновании необходимости нежесткого соединения плуга и трактора и использования его силы тяги на перерас-, пределение веса по колесам трактора; 3) в разработке навесных устройств с одной точкой прицепа и различных вариантов пахотных агрегатов, способных дать лучшие эксплуатационные показатели (получено девять авторских свидетельств на изобретения) ; 4) в теоретическом и экспериментальном подтверждении повышения эффективности работы созданного пахотного агрегата.

Практическая значимость работы состоит: I) в разработке нового механизма навески, обеспечивающего менее жесткое соединение трактора и плуга, что улучшает управляемость пахотным агрегатом и увеличивает долговечность конструкции ; 2) в достижении возможности перераспределения вертикальных нагрузок на колесах агрегата, снижающих сопротивление перекатыванию передних колес трактора, сокращающих буксование ведущих колес, повышающих производительность пахотного агрегата, уменьшающих энергозатраты на I га вспашки и улучшающих ее агротехнические показатели.

г

Внедрение. Пахотные агрегаты, составленные одноточечным навесным устройством, обеспечивающие стабильность хода плуга на заданной глубине, надежность и сравнительно легкое управление, внедрены в производство в хозяйстве Краснодарской овощной картофельной селекционной станции (1982 г.), в учебно-опытных хозяйствах "Кубань" и "Краснодарское" Кубанского ГАУ (1983-84 гг.). Решением заседания научно-технического Совета Департамента сельского хозяйства Краснодарского края (протокол № б от 19 июня 1995 г.) разработки одобрены и рекомендованы для широкого внедрения в производство, особенно в фермерских хозяйствах края.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на научных конференциях Кубанского . ГАУ (1990-95 гг.), научной конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов Белорусского института механизации сельского хозяйства (1979 г.), научно-методической конференции в Ленинградском СХИ (1979 г.), научно-техническом Совете Департамента сельского хозяйства Краснодарского края (1995 г.).

Публикация. Основные положения и результаты диссертационной работы опубликованы в 15 печатных работах, из которых 9 авторских свидетельств на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит, из введения, пяти разделов, выводов и рекомендаций, списка литературы из ИЗ наименований. Она изложена на 143 страницах, содержит 38 рисунков, 9 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы исследования, сформулирована цель работы, отмечена новизна полученных результатов, указаны основные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе "Состояние вопроса и задачи исследования" проведен обэор выполненных исследований по повышению тягово-сцеп-ных свойств колесных тракторов, по совершенствованию раздельно-агрегатной гидросистемы; сделан анализ теоретических предпосылок и путей улучшения копирующей способности навесных пахотных агрегатов, дана оценка существующей классификации навесных устрбйств, отмечены недостатки и выявлены проблемные вопросы, а также поставлены задачи исследований. Вопросы повышения уровня использования сельскохозяйственной техники, связанные с улучшением конструкции, с анализом динамики их движения, оценкой прочностных свойств сборочных единиц и деталей, возможность повышения рабочих скоростей машинных агрегатов исследовались большой группой ученых: В.Н. Бол-тинским, В.Я. Аниловичем, Е.Д. Львовым, М.В. Сабликовым, Н.В." ЩуЧ-кинкм, Г.И. Сшеоковым, Ф.Ы. Канаревыы и другими. Исследования по основам эксплуатации навесных систем тракторов выполнены Г.Л. Каль-бусом, В.К. Крахмален, Ю.З. Новиком, й.Д. Ступаком и др. Основы устойчивости двтасения машин и обеспечения их качества заложены в трудах академика В.П. Горячкина, В.А. Нелиговского, Д.А. Чудакоза, А.Е. Лурье, М.П. Сергеева, В.И. Фортуна, В.И. Виноградова, В.А. Лав-рухина и др.

Значительный вклад в теоретические и экспериментальные иссле-

дования навесных пахотных агрегатов внесли ученые: И.Я^. Спера, А.И. Елецкий, И.Е. Попов, В.А. Токарев, Е.Т. Балабанов, М.И. По-госбеков и др., а за рубежом К. Хайн, X. Скальвейг, Г.Л. Брок, А.У Клайда, Э. Шиллинга и др.

Анализ работ показал, что навесные машины имеют ряд преимуществ по сравнению с прицепными одинакового захвата: меньшая металлоемкость, улучшение маневренности, возможность применения дистанционного управления, отсутствие- вспомогательного персонала и

ряд других. Однако, в зависимости от условий работы агрегатов , наг '

весные могут уступать прицепным по устойчивости движения в вертикальной и горизонтальной плоскостях, заглубляемости на твердых почвах. При серийной навеске навесные агрегата имеют повышенное на 15...20% буксование по сравнению с прицепными, нерациональные вертикальные реакции почвы на переднюю часть трактора, превышающие значительно необходимые для обеспечения нормальной его управляемости, т.е. не используется резерв для повышения сцепного веса, который, кроме того, может быть увеличен за счет снижения вертикальной реакции на опорном колесе плуга. Навесной механизм жестко связывает плуг с трактором, что влияет на управляемость агрегатом и является источником увеличения колебаний трактора и изменчивости тягового сопротивления плуга.

В диссертационной работе для достижения поставленной цели определены следующие задачи исследования: I) разработать научную классификацию существующих навесных устройств по способу перемещения машин в почве в вертикальной плоскости ; 2) рассмотреть силовое взаимодействие трактора и плуга и дать теоретические основы проведения исследований ; 3) разработать конструкцию навесного механизма с одной точкой прицепа, теоретически обосновать закономерности обеспечения устойчивости прямолинейного движения агрегата с данной конструкцией навески; 4) разработать программу и

методику экспериментальных исследований ; 53 провести сравнительные эксперименты и уточнить действующие закономерности при работе экспериментального и серийного агрегатов; 6) дать технико-экономическую оценку эффективности работы экспериментального агрегата в сравнении с серийным; 7) разработать рекомендации для сельскохозяйственного производства по результатам исследований (по совершенствованию пахотных агрегатов с колесными тракторами).

Во втором разделе "Теоретические основы проведения исследований" путем подробного анализа применяемых навесных устройств, с учегом основного требования - обеспечения равномерности глубины хода плуга - разработана научная их классификация по главному признаку - вертикальному перемещению рабочих органов в почве. Все рассмотренные навесные устройства (четырнадцать конструкций) классифицированы в три группы: а) радиальное перемещение; б) почти парал» лельное ; в) параллельное перемещение. Данная классификация отражает главную особенность всех навесных устройств и позволяет проводить необходимый анализ силового взаимодействия трактор-плуг, в том числе с серийной навеской (подробно изложен в диссертации).

В результате этого анализа для серийной навески выявлены значительные колебания тягового усилия д РКр (до 7 кН) ; при этом вертикальная составляющая сопротивления плуга Яу приподнимает навеску и плуг, а горизонтальная составляющая ¡¡г поворачивает плуг в сторону опорного колеса (в поперечной плоскости), что вызывает неустойчивую; работу плуга и значительно увеличивает реакции его на опорном колесе.

Силовое взаимодействие плуга с трактором, соединенных навеской маятникового типа (рис. I), оценивается вертикальными реакциями почвы на колесах агрегата. Для нахождения сил, действующих на агрегат, использовался известный из механики принцип возможных перемещений. Уравнение работы действующих на систему сил и моментов

при найденных бесконечно малых перемещениях позволило после несложных преобразований получить реакции на задних колесах трактора

(2.1)

Для определения реакции на передних колесах трактора опора А заменялась силой Уа » которая оказалась равна

Из анализа уравнений (2.1) и (2.2) следует, что слагаемое

^ и

■характеризует перераспределение нагрузок между передними и задними колесами за счет тягового сопротивления плуга. Оно зависит от высоты точки прицепа Ьо . При увеличении Ьо реакция на задних колесах возрастает.

Рис. I Схема сил, действующих на пахотный агрегат

Г & Л ¡,-4

Первые члены уравнений от ^ и ьг характеризуют

перераспределение нагрузок между передними и задними колесами в зависимости от расстояния осей колес от центра тяжести трактора. Ь

Значения 0 ■ Л оценивает догрузку 4бг трактора от тя-

гового сопротивления плуга, поскольку

Значение Ц» ———р. есть разгрузка передней оси Ц'Ч " • трактора Д|/Лза счет тягового сопротивления плуга.

1е грузка задних колес трактора ДУд характеризуется значе-

[ . А I

нием Ку , 4 ■ • —:—— и находится из равенства Ь(| ■* Со ы

Третьи члены уравнений (б„ ± Йц) т? ...

«н - Gi

(ßi, t fiyj t, »"¿д'" " характеризуют изменение реакции и Уп в зависимости от расположения опорного колеса относительного центра тяжести плуга ¿г. Чем больше ё, , тем существеннее догрузка.

Приведенные зависимости могут быть использованы при теоретических исследованиях других пахотных агрегатов с колесными тракторами. На их основе, при определении оптимальной догрузки задних колес, исходя из перестановки опорного колеса плуга или изменения его центра тяжести (применением подвижного балласта или изменением точки прицепа по высоте), разработано навесное устройство с одной точкой прицепа (рис. 2), а также пахотный агрегат с автоматическим регулированием глубины пахоты (поддерживанием постоянства глубины хода в зависимости от колебаний свойств почвы по пути движения и времени работы) по A.C. № 1ЮЦ86.

Отмеченной особенностью разработанного навесного устройства (по A.C. № 1033030) является то, что сила тяги от трактора на плуг передается из одной точки; Плуг в рабочем положении удерживается в горизонтальной продольной плоскости раскосом регулируемой длины'

Рис. 2 Навесное устройство с одной точкой прицепа

(силовым цилиндром), опирающимся в точку прицепа), а в горизонтально-поперечной плоскости - нижними тягами переменной длины, раздвинутыми на тракторе и связанными с валом и рычагами подъема через раскосы, т.е. навесной механизм с одной точкой прицепа представляет собой шарнирно-рычалный четырехзвенник, в который диагонально введен силовой цилиндр.

С использованием аналитических зависимостей, полученных Б.П. Горячкиньы, Г.Н. Синеоковыы, Д.А. Чудаковым и др., определялись усилия в тягах навесных механизмов и реакции на опорные колеса пахотного агрегата трактора МГЗ-80 с плугом ПЛН-3-35, соединенные серийным навесным механизмом и механизмом с одной точкой прицепа.

Исходными данными для расчетов были технические данные трактора МГЗ-80 и плуга ПЛН-3-35. Недостающие материалы были найдены аналитическим, графическим и графоаналитическим методами. Результаты теоретических расчетов (рис. 3) позволили получить изменение нормальной реакции почвы на передних и задних колесах трактора и на опорном колесе плуга (линии 5 и 6) сравниваемых вариантов агрегатов.

»в а в и м " о.«

Рис. 3 Графики изменения нормальных реакций почвы на колеса трактора ;и опорное колесо плуга в зависимости от глубины

пахоты почвы с твердостью К « 0,43 ЫПа со стандартной__

с экспериментальной ____навесками

Мэ графика видно, что при изменении глубины вспашки от 15 до 27 см догрузка задних и разгрузка передних колес трактора у агрегата с экспериментальной навеской (линии I и 2) значительно выше, чем для аналогичного агрегата с серийной навеской (линии 3 и 4),а именно: догрузка задних колес у первого варианта возрастает с 26,2й} до 32,0 кН, а у второго с 23,2 до 26,6 кН, что соответствует увеличению сцепного веса в первом случае на 33...63 % и во втором случае на 18...35 % по сравнению со сцепным весом трактора в статическом состоянии. При наибольшей глубине вспашки -27 см-нагрузка на задние колеса у агрегата с экспериментальной навеской воэраста-. ет до 32,1 кН, а разгрузка передних - до 3,92 кН. Это позволяет . значительно уменьшить сцепные свойства трактора и обеспечить его нормальную управляемость, с одновременным снижением сопротивления перекатыванию. За счет этого можно.предполагать, что произойдет удашие вксплуатационных и техйико-экономических показателей пахотного агрегата в связи с существенным снижением буксования и

уменьшением сопротивления перекатыванию трактора (что и подтвер- -дили экспериментальные исследования, см. далее).

Расчетные значения усилий в тягах в функции глубины пахоты у экспериментального механизма навески значительно меньше (на 48 %), чем у серийного, что позволит обеспечить более устойчивый ход плуга по глубине, повысить надежность и долговечность деталей навесного мехайизма (см. рис. 4,а). Изменением высоты точки прицепа можно получить иные значения разгрузки опорного колеса плуга и догрузки задних колес трактора (см. рис. 4,6). Видно, что расчетная догрузка задних колес и разгрузка передних (при глубине вспашки <' 0,21 м) возрастают при увеличении высоты точки прицепа, например, при = 0,7 м нагрузка на задних достигает 30,4 а разгрузка на передних остается на уровне 4 кН, т.е. соответственно составляет 55 и 60 % по сравнению со статическими нагрузками. С увеличением глубины вспашки расчетная разгрузка передних колес трактора и опорного колеса плуга будет увеличиваться, а предельно допустимые значения их устанавливаются выбором высоты точки прицепа. Догрузка задних колес соответственно увеличивается и не лимитируется в свя-' зи с улучшением сцепных свойств трактора. На перспективу необходимо разработать автоматическое устройство, обеспечивающее самонастройку механизма навески на допустимый (по условиям сохранения постоянства глубины хода плуга) уровень разгрузки опорного колеса плуга и догрузки задних колес при случайных возмущающих внешних воздействиях (изменение твердости почвы или глубины вспашки, или резких колебаниях сопротивления плуга и др.).

Таким образом, теоретические разработки позволили обосновать перспективную конструкцию одноточечного навесного механизма к колесному трактору класса тяги 14 кН, на когорув получено. А.С. на изобретение (№ 1033030) и послужили основой для создания реальной конструкции, которая была всесторонне исследована в экспериментах и

Рис. 4 Характеризует изменения: а - усилия в тягах при изменении глубины пахоты навесными пахотными агрегатами на почве с твердостью К ■ 0,43 ЫПа с серийной навеской - 2, с экспериментальной - I; б - нормальных реакций на колесах трактора и плуга в зависимости от высоты прицепа при глубине вспашки 21 см

показала свою высокую работоспособность и эффективность.

3 третьем разделе изложены программы и методика вкеперимен-тальных исследований. Программой экспериментов было предусмотрено проведение: I) лаСораторно-полевых опытов с пахотным агрегатом (ШЗ-80 с ШШ-3-35), оборудованным экспериментальным иавесньм механизмом ; 2) сравнительных экспериментальных испытаний указанного выше агрегата и варианта его с серийным навесным механизмом.В ла-бораторно-полевых опытах определялись и оценивались: I) разгрузка переднего моста трактора при различных высотах точки прицепа плуга в зависимости от тягового усилия; 2) влияние высоты точки прицепа и тягового усилия на тяговые свойства трактора ; 3) характер движения плуга при различных высотах точки прицепа навесного устройства на тракторе в зависимости от тягового усилия; 4) оптт&яь-

ная высота точки прицепа для экспериментального механизма. При сравнительных эксплуатационных испытаниях определялись и оценивались: I) производительность навесных агрегатов щзи пахоте на разную глубину; 3) буксование и скорость движения сравниваемых агрегатов; 3) часовой и погектарный расходы топлива по вариантам опытов.

Подробно изложена методика проведения лабораторно-полёвых опытов и сравнительных испытаний с обоснованием количества их по-вторностей и числа необходимых измерений. Осуществлялось измерение таких показателей, как: времени опытов, расхода топлива, бук-, сования задних колес и глубины пахоты. Кратко изложена методика обработки полученных экспериментальных материалов. Погрешность результатов различных измерений и опытов не превышает 1,5...4,5 % с надежностью 0,90*0,95.

В четвертом разделе представлены результаты экспериментальных исследований и дан их анализ.

Результаты экспериментов полностью подтвердили работоспособ- , ность разработанной конструкции навески, хорошее качество пахоты. , О олутствующие измерения и наблюдения показали стабильность .и устойчивость прямолинейного движения агрегата, а также легкость управления им.

Сравнительные испытания пахотных агрегатов выявили влияние высоты прицепа .на гягсво-эксплуагационные показатели тракторного агрегата, на изменение реакции почвы на колесах трактора в зависимости от развиваемых им тяговых усилий, а также показали высокую степень соответствия результатов экспериментальных исследований теоретическим разработкам.

На рис 5,а кривая I характеризует изменение реакции на передних колесах трактора от тягового усилия, а кризая 2 оценивает изменение реакций на его задних. При изменении высоты точки прицепа

Рис. 5,Характеризует влияиие высоты точки прицепа: а - на вертикальную нагрузку на колесах трактора с экспериментальной навеской: I - передних, 2 - на задних; б - на .разгрузку передних колес трактора: 1-е экспериментальной навеской, 2-е серийной и 3 - допустимая разгрузка по условиям обеспечения нормальной управляемости ; в - на горизонтальную составляющую сопротивления С * плуга и вертикальную нагрузку задних колес трактора с экспериментальной навеской; г-на усилия в тягах: I - в верхней; 2-суммарное в нижних

от 0,40 до 0,72 м увеличивается реакция на задних колесах от <7,7 до 28,72 кН, а на направляющих колесах снижается от 4,56 до 3,6 кН.

При этом произошло увеличение сцепного веса до 141,3...146,5 %, а снижение веса на направляющих колесах в пределах 53...63 % по сравнению с весом» приходящимся на колеса в статическом состоянии.

Сравнение изменения сцепного веса и разгрузки переднего моста трактора в зависимости от высоты точки прицепа по данным испытаний (рис. 5,а) и графика рис. 4,6>построенного теоретически дяя этих же показателей, показывает на их достаточно высокую сходимость, несмотря на наличие в экспериментах факторов, неучтенных при теоретических расчетах.

Влияние высоты точки'прицепа на разгрузку передних колес трактора при сравниваемых вариантах навески показано на рис. 5,6. Кривая I - для экспериментальной, а кривая 2 - для серийной; для экспериментальной разгрузка идет от 4,56 до 3,6 кН, а для серийной -от 8,84 до 4,29 кН.

Таким образом,трактор с экспериментальной навеской имеет меньший вес на передних колесах при всех высотах точки прицепа, что обеспечивает снижение сопротивления их перекатыванию и, как следствие,' всего агрегата.

Анализ показал, что изменение высоты точки прицепа у агрегата с экспериментальной навеской не влияет существенно на разгрузку переднего моста, поскольку одноточечное навесное устройство обеспечивает работу агрегата как прицепному, что уже значительно разгружает передний мост. При этом имеется достаточный запас веса для нормальной управляемости (прямая 3, рис. 5,6 ограничивает зону с минимально допустимой разгрузкой по условиям управляемости).

экспериментальным данным построен график ри'с. 5,в , в котором отражены изменения горизонтальной составляющей сопротивления плуга и вертикальной нагрузки на задние колеса(сцепного веса) трактора в зависимости от высоты точки прицепа. Характер изменения вертикальной нагрузки здесь на задних колесах совпадает с данными

теоретических расчетов (рис. 4,6,кривая 3). С ростом сцепного веса от 27,7 кН до 28,72 кН горизонтальная составлявшая сопротивления плуга снижается от 16,70 до 12,43 кН за счет частичного переноса веса плуга на задние колеса трактора. Это подтверждается и теоретическими исследованиями (рис..4,6, кривая I), где видно, что с повышением высоты точки прицепа для одноточечного навесного устройства реакция {}« на опорном колесе плуга значительно снижается. С учетом этого высоту точки прицепа можно брать как можно выше. Другим подтверждением этому служат графики изменения усилий в тягах навески (рис. 5,г).

Суммарное усилие в низних тягах достигает наибольшего значения 33,3 кН, когда точка прицепа находится на высоте 0,4 м, затем с повышением высоты точки прицепа усилие это снижается и при Ь0 * 0,72 м составляет 21,75 кН. Аналогично изменяется и усилие в верхней тяге от 16,69 кН до 7,67 кН. Следовательно, для снижения сопротивления плуга, увеличения долговечности навески, уменьшения действия сил в соединении трактор-плуг надо по возможности повышать точку прицепа плуга.

Важной задачей экспериментальных исследований было так же получение качественных и количественных оценок, характеризующих изменения тягово-эксгагуатационных показателей пахотных агрегатов со сравниваемыми . вариантами навесных устройств.

На рис. 6 приведены графики экспериментальных зависимостей, полученных после обработки опытных данных.

Рис. 6,а характеризует изменение среднего крутящего момента

на задних колесах в зависимости от высоты точки прицепа, Крику

вая I показывает, что у агрегата с экспериментальной навеской значение момента снизилось с 9,24 кНм до 7,32 кНм при повышении Ь0 от 0,4 до 0,72 м, поскольку для реализации меньшего сопротивления плуга необходим и меньший крутящий момент. Значит, для снижения М

Рис. 6 Влияние высоты точки прицепа на тягово-эксплуата-ционные показатели: 1-е экспериментальной навеской ; 2 - с серийной навеской: а - на изменение среднего крутящего момента; б - на изменение разности крутящих моментов на колесах; в - на буксование трактора ; г - на производительность

надо повышать Ь0 до размеров, обеспечиваемых конструкцией навески; на агрегате с серийной навеской (кривая 2) МКр возрастал соответственно с 6,9 до 9,16 кНм; меньший МКр при более низком расположении • места присоединения плуга объясняется по данным Спера И.Я. значи- • тельным наклоном верхней тяги, работающей здесь как механический догружагель ведущих колес и приподнимающей плуг, уменьшая его сопротивление и одновременно ухудшая устойчивость хода по глубине. При равенстве крутящих моментов на левом и правом колесах движение агрегата оказывается более прямолинейным и равномерным. Графики рис. 6,6 показывают изменение разности МКр (Мл-Ып) левого и правого колес в функции Но. Вращение колес с почти одинаковымиН^ (при меньшей их разности) наблюдается при высоте-точки прицепа в пределах от 0,61 до 0,72 м, хотя изменчивость МКр у агрегата с серийной навеской больше.

Изменение буксования ведущих колес трактора с экспериментальной и серийной навесками (рис. 6,в) отражает существенное преимущество экспериментального варианта (кривая I), где буксование сни-. жается от 29,23 до 10,94 % при разных значениях . У агрегата с. серийной навеской буксование колес возрастает от 26,04 до 35,02 % при таком же изменении ¡10 . Понижение буксования на агрегате с экспериментальной навеской по сравнению с серийной при Ь0 и 0,72 м составляет 31 %, а абсолютное значение буксования уже с высоты точки прицепа Ь0 = 0,5 м находится в допустимых пределах.

Изменение производительности пахотных агрегатов со сравниваемыми вариантами навесок показано на рис. 6,г.

Наибольшая производительность у агрегата с экспериментальной • навеской достигается при И0 ■ 0,6} м. С дальнейшим повышением ко производительность несколько снижается, но остается выше, чем у агрегата с серийной навеской: для К4 = 0,61 м она выше на 29 %, чем у агрегата с серийной навесквй.

Для вспашки как очень энергоемкой технологической операции важнейшее значение имеет снижение погектарного расхода топлива. На графине (рис. 7) показано изменение расхода топлива по сравниваемым пахотным агрегатам. Начиная с высоты точки прицепа Ь6 «0,5м и до . Ь» = 0,72 м расход топлива на гектар у агрегата с экспериментальной навеской значительно ниже, чем у агрегата с серийной. При выборе высоты точки Лрицепа на тракторе с учетом рациональной работы агрегата, следует по производительности принять от 0,5 м до 0,61 м. Эти точки высоты прицепа обеспечивают и меньший расход топлива на агрегате с экспериментальной навеской, когда он соответственно меньше на 25,3% и 20,5 Я,чем у агрегата с серийной навеской.

В условиях рыночной экономики важное значение имеют эксплуатационные затраты при использовании агрегатов, которые по сравниваемым вариантам приведены в табл. I.

Рис. 7 Зависимость расхода топлива .на 1 га пахоты от высоты точки прицепа: 1-е экспериментальной навеской ; 2-С. О&ри^иой

Таблица I

Технико-экономические показатели использования пахотных агрегатов

Показатель

Агрегаты

Усовершенствованный к серийному

серийный эксперимен-_тальиый

в % разница

Часовая производительность

агрегата, га 0,43 0,55 22 0,12 Сезонная производительность,

га 360 280 60

Затраты труда, чел.ч/га 2,3 1,8 27 0,5

Эксплуатационные затраты,

руб/га 14644 11446 27 3198

Сезонная экономия труда, чеп,ч - 180

Сезонная экономия эксплуатационных затрат, тыс.руб/сез. - 1151

Срок окупаемости дополнительных капитальных вложений, год - 0,13

Коэффициент эффективности

капитальных вложений - 7,9

Капитальные вложения, руб/га 12240 9714 26 -2526

Приведенные затраты, руб/га 17088 13386 27 -3700

Металлоемкость процесса, кг>а 5,5 4,3 27 -1,2

Энергоемкость процесса, кВт.ч4а 12В 100 28 -28

Видно, что для агрегата с экспериментальной навеской производительность возрастает на 22 %, снижаются затраты груда на I га вспашки на 27 %, а эксплуатационные затраты на 3198 руб/га (в ценах 1992 г.). Экономия от снижения эксплуатационных затрат на один агрегат составляет 1151 тыс.руб/сез., а срок окупаемости дополнительных капитальных вложений равен 0,13 года. *

Разработанное навесное устройство обеспечивает лучшую манев^-ренность и плавность хода, равномерность глубины хода плуга, улуч-паат условия работы трактора. Одноточечная навеска способствует удучаению копирующей способности плуга, при этом значительно

улучшается крошение и оборот пласта, заделка растительных остатков, что создает благоприятные условия для формирования высокого урожая на полях.

Внедрение разработанной одноточечной навески экономически эффективно и имеет большое народнохозяйственное значение.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДА И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили обосновать необходимость усовершенствования механизма навески колесного трактора класса 1,4, что дает возможность создать пахотный агрегат, отличающийся от подобных агрегатов с серийной навеской лучшими технико-экономическими и качественными показателями.

2. На основе анализа существующей классификации навесных устройств разработана новая научная их классификация, всесторонне отражающая сущность взаимодействия плуга - колесного трактора и почвы.

3. Теоретическими исследованиями (анали!ические зависимости, формулы 2.1 и 2.2) найдены уровни увеличения сцепного веса трактора (от 27,70 до 28,72 кН) и соответственно сокращение расхода топлива на один гектар вспашки (от 22,65 до 14,47 кг).

4. Разработанная новая оригинальная одноточечная навесная си- _ стема соединения трактора с плугом (A.C. № 1033030), обеспечивает повышение сцепного веса трактора пропорционально силе тяги (до 23,72 кН) и разгрузку переднего моста (до 3,67 кН) в пределах значений, допустимых до управляемости; снижение буксования (от 29,23 до 10,94%).

5.Полученкые аналитические зависимости (формулы 2.1 и 2,2) могут быть использованы при определении оптимальной догрузки ведущих колес (с учетом перестановки опорного колеса плуга, изменения

положения его центра тяжести или высоты точки прицепа).

6. Экспериментальные исследования подтвердили данные теоретических разработок: опытами«подтверждено влияние высоты точки прицепа на показатели работы агрегата и установлено, что для одноточечной навески гпри высоте точки прицепа на 100 мм выше существующей) :

- сцепной вес трактора увеличился до 28,16 кН, а нагрузка на передние колеса составила 4,06 кН (для сериной навески 7,78 кН);

- буксование ведущих колес снизилось до 13 % (при серийной навеске буксование было 30,52

- расход топлива сократился до 14,87 кг/га (для серийной навески был 19,04 кг/га).

7. Производственные испытания и результаты внедрения одноточечного навесного устройства позволили повысить производительность пахотного агрегата, в среднем на 22,0 % сократить расход топлива на 28,0 %, снизить стоимость одного гектара вспашки на ЗЕ>8 руб{ менее жесткое соединение трактора с плугом обеспечивает сохранение равномерности хода плуга по глубине, и повышает долговечность arpe-' гата в целом.

Основываясь на результатах проведенных исследований, разработаны устройства, которые рекомендуются производству для совершенствования Пахотного агрегата.

1. Одноточечное навесное устройство (A.C. № 1033030), описано ранее.

2. Устройство для контроля и поддержания постоянной глубины пахоты при движении пахотного агрегата. Устройство включает прибор контроля глубины пахоты и механизм- перемещения по вертикали на тракторе прицепного устройства одноточечной навески.

3. Устройство для автоматического поддержания постоянной глубины пахоты, одно из них (A.C. # II0II86) поддерживает изменением

положения точки прицепа с помощью гидравлики трактора.

4. Многокорпусный плуг с развернутыми лемехами и с щупом стенки борозды (A.C. № 1653555), на котором значительно уменьшено трение полевой доски и тяговое сопротивление ниже существующих на 20...30%, уменьшает боковой сдвиг агрегата, а наличие щупа стенки борозды и подсоединение к трактору одной точкой прицепа облегчает работу трактористу* повышает качество пахоты, снижает энергозатраты и дает возможность создать пахотные агрегаты с автоматическим вождением.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах;

1. Рыжих Н.Е, Эффективность позиционного метода регулирования глубины пахоты с помощью силы тяги. Тр. КСХИ. 1983, вып. 222.

2. Рыжих Н.Е. Сцособ равномерной догрузки задних колес трактора при вспашке. Тр. КСХИ, 1983, вып. 222.

3.Рыжих Н.Е. О прямолинейности движения пахотного агрегата. Тр. КСХИ, 1990, вып. 303.

4. Рыжих Н.Е. Влияние направления линии действия силы тяги на сопротивление плуга. Тр. КСХИ. 1987, вып. 272.

5. Рыжих Н.Е. Навесной механизм с одной точкой прицепа. Информ. лист. ЦНТИ » 161-63.

6. Рыжих Н.Е, Силовое взаимодействие плуга с трактором, соединенных навеской маятникового типа. Тр. КГАУ, 1996, вып.348 ,

7. Навесное устройство плуга. A.C. № 808020, БИ № 8, 1981. Рыжих Н.Е. и Балабанов Е.Т.

8. Пахотный агрегат. A.C. » 812206, БИ № 10, 198I. Рыжих Н.К.

9. Механизм навески трактора. A.C. № 990103, БИ № 3, 1983. Рыжих Н.Е.

10. Механизм навески трактора. A.C. № 1033030, БИ №.29, 1983. Рыжих Н.Е.

II. Пахотный агрегат. A.C. № I0I4487, БИ » 16, 1983. Рыжих Н.Е.

12. Многокорпусный плуг. A.C. * 1025343, БИ * 24, 1983. Рыжих Н.Е.

13. Пахотный агрегат. A.C. » II0II86, БИ № 25, 1984. Рыжих Н.Е.

14. Многокорпусный плуг. A.C. № 1653555, БИ № 21, 1991. Рыжих U.E. и Рыжих Г.Н.

15. Дифференциал с переменной блокировкой. A.C. № I689I30, БИ № 41, 1991. Рыжих Н.Е., Гакштетер В.Г. и Трусенко Н.В.