Повышение тягово-сцепных и экологических показателей гусеничного трактора

размещение сенокосов, многолетних насаждений, создание зон отдыха населенных пунктов. В экологическую структуру включаются лесные, кустарниково-степные массивы. Таким образом, через лесомелиоративную подсистему оказывается влияние на техногенные подсистемы — населенные пункты, добывающие и перерабатывающие предприятия, водохранилища, пруды.

В результате проведения предложенных организационно-хозяйственных, лесомелиоративных, агротехнических, гидромелиоративных мероприятий Kс повысится до 0,36, т. е. станет больше критериального порога (0,34).

Таким образом, внедрение рекомендуемых мероприятий на водосборе р. Таналык позволит снизить интенсивность ветровой и водной эрозии, повысить экологическую значимость сельскохозяйствен-

ных земель, увеличить урожайность на орошаемых землях, благоустроить гидрографическую сеть, промышленные территории, населенные пункты и в целом повысить экологическую устойчивость водосборов Башкирского Зауралья.

Список литературы

1. Голованов, А.И. Комплексное обустройство (мелиорация) водосборов / А.И. Голованов, Ю.И. Сухарев, В.В. Шабанов // Мат-лы междунар. науч.-практ. конф.: Роль природо-обустройства в обеспечении устойчивого функционирования и развития экосистем. — М.: МГУП, 2006. — С. 26-41.

2. Хафизов, А.Р. Обоснование необходимости обустройства водосборов Башкортостана / А.Р. Хафизов // Природо-обустройство. — 2008. — № 3. — С. 32-34.

3. Кутлияров, Д.Н. Геоинформационные системы водохранилищ Республики Башкортостан / Д.Н. Кутлияров // Землеустройство, кадастр и мониторинг земель. — 2008. — № 8. — С. 89-91.

УДК 631.372:574

И.А. Гайнуллин, канд. техн. наук, доцент

ФГОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет»

В.И. Костюченко, канд. техн. наук, доцент, зам. главного конструктора по испытаниям тракторов ООО «Челябинский тракторный завод — УралТРАК»

А.Р. Зайнуллин, инженер

ФГОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет»

повышение тягово-сцепных и экологических показателей гусеничного трактора

При выполнении весенне-полевых и энергоемких операций в сельском хозяйстве эффективным тяговым средством является гусеничный трактор, который по тягово-сцепным и топливно-экономическим показателям на 10.. .20 % превосходит колесный трактор аналогичного класса.

На ООО «ЧТЗ-УралТРАК» в течение ряда лет серийно выпускается трактор двойного назначения Т-170М1.03-55 класса 8, созданный на базе промышленного трактора Т-170М1.01 класса 10, активно используемый на основных операциях, связанных с обработкой почвы и посевом зерновых культур, а также на дорожно-строительных и других хозяйственных работах. Экспериментальными исследованиями воздействия движителей трактора Т-170М1.03-55 на почву установлено, что максимальные значения давлений достигают 0,245 МПа, эпюра распределения давлений по длине опорной поверхности имеет два локальных экстремума в зоне 1-го и 6-го опорных катков. Это обусловливает двойное воздействие на почву за один проход с давлением, превышающим среднее значение давления, что вызывает повышенное уплотнение поч-

вы и соответствующее снижение тягово-сцепных свойств трактора [1, 2].

Теоретическими исследованиями определено, что существенного снижения максимального давления можно достичь обеспечением равномерного распределения давления по участку контакта опорной поверхности трактора с почвой, и на основе контактной задачи теории упругости получено уравнение формы опорной поверхности гусеничного трактора с полужесткой подвеской, обеспечивающей равномерное распределение давления вдоль опорной поверхности [2, 3]:

f (х) = 0,5 pcp лР{х аге8Іи( x / a) + A --(B [xA / a2 + аге8Іи( x / a) ]} + C,

р.

где р — среднее давление трактора на почву, кПа,

Gэ / (2ЬЬ); Оэ — эксплуатационный вес трактора, Н;

длина опорной поверхности трактора, м; Ь — ши-

и, = 2(1 - р.2,) / П.E,^; 2 1 2 1 11

ср

рина гусеницы, м; в = и1 + и2

и2 = 2(1 - ц22) / пE2; Е1 — модуль упругости почвы, Па; ц1 — коэффициент Пуассона почвы; Е2 — модуль упругости стали звена гусеницы, Па; ц2 — коэффициент Пу-

ассона стали звена гусеницы;

(= V й -

х ; а = L/2 —

Рис. 1. Схема основных параметров гусеничного движителя с плоским (а) и эллипсным (б) гусеничным обводом

полуширина контакта, м; х — горизонтальная координата точки опорной поверхности, м; В = Р[е + ^v/h^os у +

+ c sin у) + fhf]; P = Оэ + Ркр ras у — нагрузка, приходящаяся на единичный движитель, к^' Ркр — усилие на крюке, H; у — угол между усилием на крюке и горизонтальной плоскостью; фкр = Ркр / P — коэффициент использования сцепного веса; е — продольная координата центра тяжести трактора относительно середины опорной длины гусеницы, м; h^ — высота прицепа относительно опорной поверхности, м; f — коэффициент сопротивления передвижению трактора, f = 0,07...0,15; hf — смещение продольной составляющей силы перекатывания от реакции почвы, hf = 0,015.0,029 м; C = -0,027 ± 0,003, м — коэффициент, равный начальной деформации почвы, определяется опытным путем.

Конструктивно выпуклая геометрия опорной поверхности реализуется опусканием осей менее нагруженных опорных катков, т. е. путем установки под оси опорных катков пластин соответствующей толщины (рис. 1).

Для изучения влияния геометрии опорной поверхности гусеничного трактора T-170М1.03-55 с 6-катковой полужесткой подвеской на уплотнение почвы проведены экспериментальные исследования [4].

В процессе исследований определялось распределение давления трактора на почву в зависимости от геометрии опорной поверхности, нагрузки на крюке и ее точки приложения. Для типичных условий работы гусеничного трактора T-170М1.03-55 с полужесткой подвеской средние третий и четвертый опорные катки должны быть опущены на 8.11 мм, а второй и пятый — на 4.5 мм, что позволяет на 15.25 % снизить уплотнение почвы по колее.

Для изучения влияния геометрии опорной поверхности гусеничного трактора на тяговосцепные показатели проводились тяговые испытания на тяговой дорожке испытательного полигона ООО «ЧTЗ-УралTPAK» в п.Ми-сяш Челябинской обл.

Перед проведением тяговых испытаний определены показатели двигателя Д-160 на тормозном стенде Э-1600. Tяговые испытания проведены по методике [5]. Основные показатели тяговых испытаний T-170М1.03-55 с пло-

ским и эллипсным гусеничными обводами сведены в таблицу, графический анализ полученных данных представлен на рис. 2, 3.

На основании полученных данных, сопротивление перекатыванию трактора с эллипсным обводом изменялось (при буксировании трактора СДЛ-30 со скоростью 2,15.4,25 км/ч) в интервале 1,379.1,494 кН со средним значением 1,43 6 кН, а при плоской ходовой системе изменение сопротивления перекатыванию составляло 1,648.2,28 кН при среднем значении 1,964. Разность средних значений сопротивлений перекатыванию составила 0,527 кН (рис. 4).

Снижение силы сопротивления перекатыванию трактора с эллипсным обводом гусениц на 27 % происходит за счет уменьшения вертикальных нагру-

n, мин 1 1500-г 14001300120011001000900-

ї f-

В

-g 800 * ?00 ^ 600 500 400 З00 200 100 0

vii\ \ V \IV \ ш\ II X І4

\ ж Ж  \ -

"Ч *

/

Цг п х^ж

, -

ж я *

G , кг/ч т 45

З8

З1

24

1?

10

20

40

60

100

120

140

N , кВт

кр

v , км/ч

Рис. 2. Тяговая характеристика трактора Т-170М1.03-55 с серийным гусеничным обводом

зок от гусеницы на 1-й и 6-й катки и отсутствия вертикальных максимальных давлений под этими катками, т. е. выравнивания эпюры давления. Эллипсный обвод гусениц можно представить в виде участка окружности с большим радиусом. В процессе движения трактора происходит более плавное перемещение элементов гусеницы относительно друг друга, что приводит к снижению сил трения. Также снижаются потери на деформацию почвы за счет уменьшения максимального давления и числа воздействий на почву до минимума. Отмеченное снижение силы сопротивления перекатыванию при эллипсном обводе гусениц оказывает существенное влияние на тяговые показатели трактора.

Так, при максимальной крюковой мощности трактор развивает тяговые усилия при эллипсном гусеничном обводе в диапазоне 117,3.35,6 кН и 113,47.31,03 кН при серийном гусеничном обво-

Тяговые показатели Т-170М1.03-55 с плоским и эллипсным гусеничными обводами при максимальной мощности ^кртах и при максимальном тяговом усилии -Ркртах

Показатели

Режим испытаний

Передача N кртах Ркртах Холостой ход венные условия

кВт О кН км/ч 8, % кг/ч г/кВт-ч Пусл п , д -1 мин О кН км/ч кВт 8, % ф кртах п , д -1 мин ^ххв’ км/ч ^ххн’ км/ч °С °С Вокр, кПа Н, число уд. Дор- НИИ

Плоский гусеничный обвод

I 84,49 113,47 2,68 2,8 30,06 356 0,684 1096 129,50 1,69 70,37 5,3 0,820 824 3,16 3,67 36

II 82,79 92,67 3,22 2,6 30,27 366 0,67 1112 109,68 2,43 73,90 4,0 0,694 848 3,74 5,51 36

III 78,09 68,32 4,12 2,6 30,32 388 0,638 1120 84,14 2,83 66,40 4,5 0,533 784 4,78 7,78 40

IV 75,96 51,52 5,31 2,5 30,84 406 0,619 1208 67,23 3,57 66,62 2,5 0,426 800 5,67 10,05 39 42 97 7.10

V 70,44 40,25 6,3 1,9 30,74 436 0,560 1232 53,90 3,93 58,82 1,5 0,341 768 6,60 - 29

VI 70,22 37,19 6,8 2,4 29,65 422 0,546 1120 44,35 5,07 62,43 3,2 0,281 848 7,79 - 27

VII 59,04 31,03 6,85 3,4 29,33 497 0,475 1016 34,66 5,65 54,34 2,2 0,219 840 8,69 - 34

Эллипсный гусеничный обвод

I 89,5 117,3 2,75 1,7 30,17 337 0,700 1128 140,1 1,88 73,0 8,6 0,887 824 - - 28

II 89,2 97,0 3,31 2,8 30,17 338 0,695 1152 116,5 2,29 74,2 5,4 0,738 824 - - 26

III 85,7 72,1 4,28 0,8 30,02 350 0,673 1136 86,7 2,91 70,1 4,1 0,549 800 - - 30

IV 82,1 57,6 5,14 0,2 30,07 366 0,640 1144 72,1 3,41 68,2 2,2 0,457 784 - - 26 33 98 7.10

V 79,8 51,5 5,58 1,1 29,76 373 0,626 1104 61,8 3,98 68,3 3,7 0,391 792 - - 29

VI 74,7 39,3 6,84 2,2 30,02 402 0,584 1136 47,7 4,52 59,9 4,5 0,302 768 - - 27

VII 71,9 35,6 7,28 3,1 29,46 410 0,562 1072 42,0 5,35 62,4 4,3 0,266 800 - - 27

п, мин 1 1500-і 1400 1300 12001100 1000 900

700 р 600 500 400 300 200 100 0

N , кВт

кр’

О —^

VIN>V^ V „ шХ пЧг I X

\ А

ч\ж ч

/де А

/ / У  , ж

- - _

г

20

40

60

80

100

120

От, кг/ч т 45

38

31

24

17

10

140

V , км/ч

Рис. 3. Тяговая характеристика трактора Т-170М1.03-55 с эллипсным гусеничным обводом

В 800

Рис. 4. Зависимость коэффициента перекатывания трактора Т-170 М1.03-55 от скорости:

1 — серийный (плоский) гусеничный обвод;

2 — эллипсный гусеничный обвод

не буксования с эллипсным обводом по сравнению с серийным вариантом гусеницы не установлено.

При этом буксование на режимах максимальных тяговых мощностей (во всем диапазоне соответствующих тяговых усилий) имеет малую величину для обоих вариантов (5 = 0,2_____3,1 % — для

эллипсного обвода и 5 = 1,9___3,4 % — для серий-

ного варианта) и не может оказать существенного влияния на изменение максимальных тяговых мощностей.

Уравнение мощностного баланса трактора можно записать в виде

N = N - N5 - Nf = N - N5 - Pfv ,

кр к 5 f к 5 f д’

где Nкр, Nr, N5, Np Pp уд — тяговая мощность, мощность на ведущем колесе, затраты мощности на буксование и передвижение, усилие сопротивления передвижению и действительная скорость трактора соответственно.

де. Значение увеличения тягового усилия находится в интервале 3,8.11,3 кН со средним значением 5,14 кН, которое по абсолютной величине практически равно (5,27 кН) тяговому сопротивлению перекатыванию трактора. Несмотря на отсутствие строгой закономерности изменения тяговых усилий по величине, наблюдается их увеличение на всех передачах.

Аналогичная закономерность наблюдается в случае анализа параметров при максимальных (по передачам) значениях крюкового усилия. Максимальные значения крюкового усилия трактора с эллипсным обводом превышают значения максимальных тяговых усилий серийного трактора с плоским обводом в среднем на 6,22 кН и не зависят от скорости. При этом крюковая мощность имеет средний прирост мощности (по передачам) 3,32 кВт, а по максимальным тяговым мощностям (по передачам) 7,39 кВт, или 10,4 %.

Результаты испытаний показали, что действительная скорость трактора с эллипсным обводом превышает скорость трактора с серийным гусеничным обводом в среднем на 3,24 % во всем диапазоне передач, за исключением IV и V передач, на которых наблюдается снижение скорости трактора с эллипс-ным обводом на 7,3 %. Отмеченную разницу в величинах скоростей можно объяснить тем, что максимальные мощности, приведенные для анализа, получены при различных крюковых усилиях и соответствующих частотах вращения вала двигателя.

Исходя из предназначения трактора, для получения повышенных скоростей в трансмиссии заложены соответствующие пониженные передаточные числа. При этом снижается величина максимального тягового усилия, и мощности двигателя недостаточно для реализации сцепных свойств и выхода на повышенное буксование. Поэтому значимого изменения сцепных свойств движителя по величи-

Можно отметить, что прирост максимальных тяговых мощностей трактора с эллипсным гусеничным обводом на передачах определяется снижением коэффициента сопротивления передвижению примерно на постоянную величину:

N элл . = N сер  + ДРл,

^maxi ^maxi t і’ K J

где N3JIJI , №ер — максимальные тяговые мощно-

^ Bpmaxi’ Bpmaxi ^

сти на г-й передаче трактора с эллипсным обводом и серийной ходовой системой соответственно; ДР( ~ const = = 5,27 кН — снижение усилия сопротивления перекатыванию трактора с эллипсным обводом по сравнению с серийной ходовой системой, равное приросту тягового усилия; vi — скорость движения трактора на режиме максимальной мощности на г-й передаче.

В связи с тем, что испытания тракторов с эл-липсным обводом и с серийной ходовой системой проводились при различных атмосферных условиях, наиболее объективной оценкой результатов испытаний является их сравнение не по максимальным тяговым мощностям, а по условному тяговому коэффициенту полезного действия. В соответствии с методикой испытаний, при оценке пусл предусматривается приведение мощности двигателя к условиям проведения тяговых испытаний:

Пусш = ^maxi / «р,

где N — эксплуатационная мощность двигателя, приведенная к нормальным условиям по ГОСТ 18509; К  — коэффициент приведения мощности двигателя по ГОСТ 18509, соответствующий атмосферным условиям и параметрам топлива при проведении тяговых испытаний на конкретной (г-й) передаче.

Условные тяговые кпд на передачах у трактора с эллипсным обводом (пусл = 0,7_0,5б2 — для эллипсного обвода; пусл = 0,б84_0,475 — для серийного обвода) выше, чем у серийного варианта на 0,01 б_0,087, т. е. на 2,3___18,3 %. Так же, как

65

P

усл

Рис. 5. Схема прироста тяговой мощности по передачам для трактора с эллипсным гусеничным обводом

по максимальным тяговым мощностям, прирост п наблюдается на всех передачах трактора с эллипс ным обводом.

Более высокая эффективность при работе трактора с эллипсным обводом в составе машинно-тракторного агрегата по сравнению с серийным вариантом достигается наличием дополнительной зоны А высоких тяговых мощностей и зоны Б, связанной с увеличением максимального тягового усилия на каждой из передач (рис. 5). При этом повышается скорость движения агрегата с трактором с эл-липсным обводом при условии попадания тягового сопротивления орудия в указанные зоны, также на 9,0 % снижается удельный расход топлива.

Значения прироста максимальных тяговых мощностей и условных тяговых кпд трактора с эллипсным обводом, которые наблюдаются на всех передачах, не зависят от передачи, при практически равных значениях скоростей движения на соответствующих передачах.

Таким образом, путем изменения геометрии опорной поверхности гусеничного движителя с по-лужесткой подвеской, а также рационального расположения центра тяжести трактора относительно оси симметрии опорной поверхности можно добиться снижения давления ходового аппарата на почву и, следовательно, ее уплотнения, а также повышения тягово-сцепных показателей трактора.

Список литературы

1. Ксеневич, И.П. Ходовая система — почва — урожай / И.П. Ксеневич, В.А. Скотников, М.И. Ляско. — М.: Агро-промиздат, 1985. — 294 с.

2. Гайнуллин, И.А. Снижение уплотняющего воздействия гусеничного трактора на почву / И.А. Гайнуллин // Тракторы и сельхозмашины. — 2001. — № 9. — С. 19-22.

3. Гайнуллин, И.А. Обоснование геометрии опорной поверхности гусеничного движителя и центра тяжести трактора с полужесткой подвеской / И.А. Гайнуллин // Вестник ЧГАУ — Челябинск, 2001. — Т. 34. — С. 42-47.

4. Гайнуллин, И.А. Методы оценки распределения давления и показателей эффективности снижения уплотняющего воздействия движителей МТА на почву / И.А. Гайнуллин // Вестник ЧГАУ. — Челябинск, 2004. — Т. 43. — С. 31-38.

5. Костюченко, В.И. Тяговые испытания гусеничных тракторов: учебное пособие / В.И. Костюченко, И.А. Гайнуллин. — Челябинск: ЮУрГУ, 2007. — 140 с.

УДК 621.43.068.4

И.Б. Тришкин, канд. техн. наук, доцент Д.О. Олейник, аспирант

ФГОУ ВПО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева»

устройство для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания

Оптимальные параметры микроклимата, а также отсутствие вредных и токсичных веществ в атмосфере рабочей зоны помещений ограниченного объема и воздухообмена являются неотъемлемыми условиями здорового и высокопроизводительного труда работников предприятия. Одной из причин, вызывающих нарушение воздушно-газового режима атмосферы помещения и, как следствие, влекущих за собой ухудшение условий труда, качества продукции, сокращение срока службы зданий и сооружений, является эксплуатация мобильной сельскохозяйственной техники в производственных помещениях ограниченного объема и воздухообмена

(сооружениях защищенного грунта, животноводческих помещениях, складах, хранилищах и т. п.). В качестве силовых агрегатов на нее, как правило, устанавливаются дизельные двигатели, обладающие меньшей токсичностью и большей экономичностью по сравнению с бензиновыми аналогами, но, тем не менее, их использование способствует накоплению в воздушной среде помещений токсичных компонентов, действие которых негативно сказывается на здоровье обслуживающего персонала [1]. Этому способствует также эффект рассеивания и переноса вещества, выброшенного источником в атмосферу помещения, обусловленный движени-