Исследование кинематики поворота трактора класса 1,4

УДК 631.1 С.А. Дудников, С.В. Щитов

ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕМАТИКИ ПОВОРОТА ТРАКТОРА КЛАССА 1,4

В статье приведены результаты комплексных исследований влияния угла поворота передних колес на радиус поворота трактора класса 1,4. Представлены формулы расчета показателей, влияющих на радиус поворота трактора класса 1,4, рисунки и графики, показывающие зависимость поворотливости трактора от изменения физических свойств почвы на углах поворота, а также от скорости движения.

Ключевые слова: трактор, поворот, кинематика, показатели, расчет.

S.A. Dudnikov, S.V. Shchitov KINEMATICS RESEARCH OF CLASS 1, 4 TRACTOR TURN

The results of complex research of the fore wheel turn angle influence on the class 1,4 tractor turn radius are given in the article. Formulas for calculation of the indicators influencing the class 1,4 tractor turn radius, drawings and diagrams showing dependence of the tractor maneuverability from soil physical property change at the angles of turn, and also from movement speed are given.

Key words: tractor, turn, kinematics, indicators, calculation.

В большинстве регионов Российской Федерации для повышения тягово-сцепных свойств неполноприводных колесных тракторов класса 1,4 существуют различные способы: постановка дополнительных колес, расстановка на равную ширину колеи передних и задних колес, использование дополнительного моста, перераспределение сцепного веса между движителями. В настоящее время в области нашло применение использование треугольной гусеницы вместо колес (этот способ повышения тягово-сцепных свойств колесной техники используется на комбайнах, где вместо ведущих колес устанавливают треугольные резиноармированные или металлические гусеницы). Однако из-за высокой цены и малого срока их эксплуатации в течение года (период уборки) не все хозяйства могут себе это позволить. В то же время в Амурской области свыше 60 % колесных тракторов приходится на долю неполноприводных класса 1,4. В период проведения основных сельскохозяйственных работ они мало используются из-за высокого нормального давления на почву и слабой несущей способности почвы. С целью расширения срока и сферы использования данных тракторов было разработано переходное устройство для постановки на данные тракторы треугольных гусениц [1].

Вопросу тягово-сцепных свойств данного трактора по сравнению с серийным для условий Амурской области посвящена работа С.В. Щитова, М.В. Канделя, В.И. Гоменюк [1].

В то же время при движении любого машинно-транспортного агрегата (МТА) возникает необходимость изменить траекторию движения, т.е. совершить поворот. Поворот МТА может обеспечиваться двумя способами: притормаживанием одного из ведущих движителей; поворотом управляемых колес.

Целью работы является снижение уплотнения почвы на поворотах движителем трактора класса 1,4 на полугусеничном ходу. Для достижения поставленной цели, одной из задач явилось установление зависимости показателя поворотливости данного трактора от скорости его движения.

Один из показателей, характеризующих кинематику поворота, является показатель поворотливости, который определяется по формуле (1).

Кп=Я-Уп-1 = Я-1,

где Кп - коэффициент поворотливости, м2;

R - радиус поворота, м;

Vп- средняя скорость на повороте, м/с; t - время поворота, с;

l - длина дуги, м.

Из данной формулы видно, что показатель поворотливости зависит от радиуса поворота.

Определение радиуса поворота трактора как основного эксплуатационного показателя криволинейного движения машинно-тракторного агрегата требует ряда дополнительных систематических уточнений. Классические положения о кинематическом движении поворота колесного трактора основаны на ряде допущений, при которых колеса перекатываются без скольжения и боковой увод колес трактора отсутствует. Однако в реальных эксплуатационных условиях криволинейного движения трактора, при которых боковой увод колес всегда присутствует, такие понятия правильности поворота можно считать не совсем корректными. Кроме того, требуется уточнить влияние конструктивных изменений, вносимых в ходовую систему трактора, на основные показатели поворота.

Рассмотрим в качестве примера правый поворот трактора. Исходя из геометрических параметров ходовой части машины, соотношений углов бокового увода передней и задней оси и угла поворота управляемых колес возможны три основных случая положения центра поворота (рис.1).

Центр поворота трактора находится в точке О. Боковой увод и скольжение колес отсутствуют. Скорость движения минимальна, крюковое усилие равно нулю, тогда выражение для определения радиуса поворота трактора можно записать в виде

Д = —,

tga

где R - радиус поворота, м; L - база трактора, м; а - средний угол поворота управляемых колес. Центр поворота трактора находится в точке Oi. Скорость движения постоянна, боковой увод и скольжение колес присутствуют, крюковое усилие не равно нулю, тогда выражение для определения радиуса по-

ворота трактора запишется в виде

R' = R'2 • cosS2,

где R'2 - радиус поворота задней оси трактора, м;

S2 - средний угол бокового увода задней оси трактора.

Радиус поворота задней оси трактора из геометрической схемы (рис.1) равен

R, Л - sin <90 - а) + д, ~ до

2 sin

где д; - средний угол бокового увода передней оси трактора.

О

Рис. 1. Схема поворота трактора:

/_ - база трактора; Я, Я7, Р!' - радиусы поворота трактора; О, Оі, 02 - центры поворота трактора; а - средний угол поворота управляемых колес; д2 - средний угол бокового увода задней оси трактора; ё] - средний угол бокового увода передней оси трактора

С учетом выражения (3) полное выражение радиуса поворота трактора для второго случая примет следующий вид:

Rr I-sin ' I с*

= І ЗШ^ЛІ JCOS^

2.

В случае, когда центр поворота трактора находится в точке О2 радиус поворота определится по выражению

7Г = Я"- соз^2 ,

где і?" - радиус поворота задней оси трактора, м.

С учетом перераспределения углов бокового увода радиус поворота можно определить как

„ L • sin «О- if + s.'Z

XV9 = -----------—---------------.

sin л- 8X- 82 ^

Решая совместно уравнения (5 и 6) радиус поворота трактора определится следующим образом:

т\г/ И-бш ^0-Се+<5] ^ к = >°8<?2.

Анализируя полученные выражения (2)-(8), можно отметить следующее: при криволинейном движении трактора основными параметрами, определяющими поворот машины, являются база трактора, средний угол поворота управляемых колес и углы бокового увода передней и задней оси. Причем необходимо отметить, что значение углов бокового увода передней и задней оси трактора и их изменение будут оказывать существенное влияние на кинематику поворота машины. Именно наличие бокового увода есть основная первопричина значительных отклонений от заданной траектории движения машинно-тракторного агрегата на повороте. Их влияние будет сказываться в большей степени в условиях движения машинно-тракторного агрегата по нестабильным грунтам: в ранневесенний период, в период переувлажнения почвы и т.д. Кроме того, боковой увод и есть тот самый параметр, который отражает воздействие на машину внешних силовых факторов, сопровождающих криволинейное движение.

В общем случае угол бокового увода можно определить по формуле

р

8 = —,

К

где 5 - угол бокового увода, рад;

Рб - боковая сила действующая на колею, Н;

К- коэффициент сопротивления уводу, Н/рад.

Для обеспечения движения трактора без скольжения должно выполняться условиеРб <Рп, где Рп

- сила бокового сопротивления почвы.

В нашем случае на движитель действуют сила сопротивления почвы сдвигу и сила трения о почву. Процесс деформации переувлажненных почв Дальнего Востока в горизонтальном направлении с достаточной степенью точности аппроксимируется выражением

ь =

Кт

где - касательное напряжение почвы, мПа;

с - коэффициент сцепления почвы; р - угол внутреннего трения почвы;

К - коэффициент деформации почвы;

£ - величина смещения колеса относительно почвы, м; q - боковая реакция почвы на колесо.

В общем случае величина сопротивления почвы сдвигу для колеса будет равна

Рк =

— - г2Бій-—— -

2 г

8 г — Н

х (с + qtgp)th-) + (7П' — 2гагсзіп---)Bq

Кг г

тр

где Рk - величина сопротивления почвы сдвигу, Н.

Определив площадь сдвига и длину опорной поверхности с учетом выражений (10) и (11) угол бокового увода будет равен:

- для колесного трактора:

7П'2 т Г-И

-гХт--------

д =

2

г

I------------- £ г - И

(г - /?)Л//?(2г - И) (с + qtgp)th —) + (ж - 2 агсвіп-----------------------------)Щтг,И1

Кг г

К

,

где ^ - удельное давление трактора на почву, Н/м2;

Н-реъ ~ коэффициент трения резины о почву;

h - ширина движителя, м.

- для полугусеничного трактора

3 =

$

IX {с + qtgp)th— + І,Вхішр{і,,

____________К______________

К

где / - длина движителя, м;

/лм - коэффициент трения металла о почву.

При определении радиуса поворота трактора с треугольными гусеницами величиной бокового увода задней оси трактора можно пренебречь. Тогда, проанализировав ранее приведенные формулы, можно отметить, что радиус поворота, а следовательно, и показатель поворотливости у трактора с треугольными гусеницами будет меньше. С целью подтверждения теоретических предпосылок были проведены экспериментальные исследования по определению показателя поворотливости. Показатель поворотливости во многом зависит от агрофона, интенсивности управляющего воздействия, тягового сопротивления агрегата и скорости движения. Влияние скорости движения на показатель поворотливости приведено на рисунке 2.

350

§

' 300

250 200 150 100 50 0

И

=

Сй

О

=

61

О

н

я

м

Я

X

©

С

12 ,7 13,3 14 ,2

скорость, м/с

Рис. 2.. Зависимость показателя поворотливости от скорости движения

161

Как видно из рисунка 2, показатель поворотливости лучше у трактора с треугольными гусеницами.

Ходовые системы машинно-тракторных агрегатов при выполнении полевых механизированных работ оказывают постоянное разрушение структуры почвы: оставляют после себя колею, уплотняя почву, и тем самым затрудняют обработку почвы.

Для определения конкретных значений воздействия ходовых систем машинно-тракторных агрегатов на почву на базе ФГУ «Амурская МИС» были проведены экспериментальные исследования колесного трактора класса 1,4 серийного в сравнении с экспериментальным на полугусеничном ходу [1].

Экспериментальные исследования включали изучение изменения показателей физических свойств почвы на поворотах. Выбранный участок поля по гранулометрическому составу представлял собой луговую черноземовидную, глиеватую среднемощную глинистую почву с содержанием физической глины от 30-65% (зябь и залежь). Средняя влажность почвы составляла 30%. Поворот осуществлялся по перекрестнопетлевому виду [5].

В ходе проведения лабораторно-полевых испытаний были определены показатели, к которым относятся твердость и плотность почвы при воздействии на нее колесного трактора класса 1,4 серийного и экспериментального на полугусеничном ходу.

Исследования показали, что до прохода трактора по полю плотность почвы составляла на залежи 1,26+0,06 г/см3, на зяби 0,83+0,06 г/см3 (рис. 3). После прохода по нему серийного машинно-тракторного агрегата плотность почвы возросла в колее по внутреннему радиусу поворота на залежи до 1,42 г/см3, на зяби до 1,13 г/см3, в колее по наружному радиусу поворота на залежи до 1,45 г/см3, на зяби до 1,3 г/см3. После прохода по полю трактора на полугусеничном ходу плотность почвы возросла в колее по наружному радиусу поворота на залежи до 1,39 г/см3, на зяби до 1,29 г/см3, в колее по внутреннему радиусу поворота на залежи до 1,37 г/см3, на зяби до 1,04 г/см3. Использование трактора на полугусеничном ходу позволило снизить показатель уплотнения почвы на повороте. Отсюда следует вывод об оптимальном применении трактора на полугусеничном ходу для снижения равновесной плотности почвы.

1,6-і

= 0,4 -

а трактор МТЗ-82 на полугусеничном ходу  трактор МТЗ-82 на колесном ходу  Плотность до прохождения трактора , г/см3

б

Рис. 3. Плотность почвы в слое 0-15 см на повороте трактора по внутреннему радиусу поворота:

а - залежь; б - зябь

Наряду с изменением показателя уплотнения почвы после прохода по полю машинотракторных агрегатов изменилась и твердость почвы. Для проведения анализа твердости почвы на повороте был введен коэффициент увеличения твердости почвы (Кт), который определялся отношением средних значений соответствующей величины по колее трактора и вне ее.

Коэффициент твердости почвы на зяби после поворота серийного трактора по внутреннему радиусу поворота составил 1,01, по наружному радиусу поворота - 1,15, а экспериментального на полугусеничном ходу по внутреннему радиусу поворота - 1,01, по наружному радиусу поворота - 1,09.

1 ,2

1,13

а

1 ,04

0,83

0,8 -

0,6 -

0,2 -

Коэффициент твердости почвы на залежи после поворота серийного трактора по внутреннему радиусу поворота составил 1,06, по наружному радиусу поворота - 1,037, а экспериментального на полугусеничном ходу по внутреннему радиусу поворота - 1,04, по наружному радиусу поворота - 1,007.

Таким образом, во всех случаях поворота трактор класса 1,4 на полугусеничном ходу имеет меньший коэффициент твердости.

Повышение коэффициента твердости и увеличение плотности почвы в конечном итоге приводит к уменьшению ее пористости, вследствие чего затрудняется доступ влаги, воздуха и питательных веществ к корням растений, уничтожаются гумусообразующие и рыхлящие почву живые организмы, обитающие в верхних ее слоях.

С учетом проведенных экспериментальных исследований можно сделать вывод, что после поворота трактора на колесном ходу плодородие почвы ухудшается гораздо больше, чем после поворота трактора на полугусеничном ходу.

Таким образом, постановка вместо колес треугольной гусеницы позволит улучшить кинематику поворота и снизить техногенное воздействие движителя на почву.

Литература

1. Гоменюк В.И. Канделя М.В. К расчету касательной силы тяги трактора класса 1.4 на полугусеничном ходу // Механизация и электрификация технологических процессов в с.-х. производстве: сб. науч. тр. - Благовещенск: Изд-во ДальГАУ, 2008. - Вып. 15. - С. 84-88.

2. Иофинов С.А., Лышко Г.П. Эксплуатация машинно-тракторного парка. - М.: Колос, 1984. - 351 с.

3. Основы теории автомобиля и трактора / В.И. Иванов [и др.]. - М.: Высш. шк., 1970. - 224 с.

4. Емельянов А.М. Особенности воздействия гусеничного движителя уборочных машин с переувлажненными почвами Дальнего Востока. - Благовещенск: Изд-во ДальГАУ, 2000. - 215 с.

5. Иофинов С.А. Технология производства тракторных работ. - М.: Сельхозгиз,1959. - 231 с.

УДК 669.054.2:66.067.1 М.А. Воеводина

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ФИЛЬТРАЦИОННОГО РАФИНИРОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ

Разработана модель фильтрационного рафинирования металлических расплавов. Непрерывный процесс течения расплава по каналам фильтра представлен как прерывный пошаговый. Для оценки эффективности фильтрования введен параметр - коэффициент эффективного использования поверхности фильтра.

Ключевые слова: расплав металлический, модель, фильтр, коэффициент использования поверхности.

M.A. Voevodina EFFICIENCY ESTIMATION OF THE METAL LIQUID FILTRATIONAL FINISHING

The model for metal liquid filtrational finishing is developed. Continuous process of liquid flow through the filter channels is given as discontinuous stepwise. The parameter - ratio of the filter surface effective use is introduced in order to estimate filtration efficiency.

Key words: metal liquid, model, filter, surface operating ratio.

Особенностью технологии получения чугуна с шаровидным графитом является необходимость обработки расплава сфероидизирующими модификаторами. Элементы-сфероидизаторы (Мg, РЗМ) являются сильными раскислителями и десульфураторами. Их сфероидизирующие воздействие проявляется после раскисления и десульфурации чугуна. Поэтому при модифицировании расплав неизбежно загрязняется ок-