Улучшение качественных показателей движения транспортно-тяговых средств с прицепными орудиями

• Расход топлива от 60 до 95 кг (при калорийности топлива 4000 ккал/кг). При другой калорийности топлива и марок угля, из которого оно приготовлено, расход и диапазон нагрузок может измениться в одну или другую сторону.

• Проведенные испытания теплогенератора показали, что конструкция топки с регулируемой подачей топлива и вторичного воздуха обеспечивает устойчивое вращательное движение факела.

• Минимально устойчивая нагрузка теплогенератора составляет 60% от номинальной (200 кВт).

• Сравнительно низкий температурный уровень в зоне горения (ниже 12000С) и высокая интенсивность смесеобразования обеспечивают относительно низкие концентрации вредных выбросов: NOх=96-438 мг/м3, С0=70-90мг/м3 (в установившемся режиме).

Литература

1. Делягин Г.Н. Сжигание водоугольных суспензий - метод использования обводненных твердых топлив: дис. ... д-ра техн. наук. - М.: ИГИ, 1970. - 32 с.

2. Теплогенератор на водоугольном топливе / Н.М. Иванов, В.Н. Делягин, В.Я. Батищев [и др.] // Электроэнергетика в сельском хозяйстве: мат-лы Междунар. науч.-практ. конф. / Россельхозакадемия. Сиб. регион. отд-ние. - Новосибирск, 2009. - С. 209-215.

УДК 621.37 Р.Х. Юсупов, Ю.Г. Горшков,

Е.И. Бердов, А.В. Зайнишев

УЛУЧШЕНИЕ КАЧЕСТВЕННЫХ П ОКАЗАТЕЛЕЙ ДВИЖЕНИЯ ТРАНСПОРТНО-ТЯГОВЫХ СРЕДСТВ С ПРИЦЕПНЫМИ ОРУДИЯМИ

В статье рассматривается транспортно-тяговое средство при выполнении разных видов операций и на различных типах несущих поверхностей с точки зрения проходимости и тягово-сцепных свойств. Приведены теория движения ТТС и схема догружателя ведущих колес машины.

Ключевые слова: транспортно-тяговое средство, буксование, крутящий момент, дифференциал, коэффициент трения, блокировка дифференциала.

R.Kh. Yusupov, Yu.G. Gorshkov, Ye.I. Berdov, A.V. Zainishev

PERFECTION OF THE MOVEMENT QUALITY INDICATORS OF THE TRANSPORT-TRACTION MEANS WITH HOOK-ON TOOLS

The transport-traction means in the fulfillment process of different kinds of operations and on various types of bearing surfaces according to the passableness and traction and coupling properties is considered in the article. The theory of TTM movement and the scheme of machine driving wheels finish loader are given.

Key words: transport-traction means, slipping, twisting moment, differential, friction factor, differential blocking.

Буксование транспортно-тяговых средств (ТТС), оснащенных колесными движителями, - одно из наиболее распространенных отрицательных явлений при движении последних по скользким дорогам и поверхностям с малой несущей способностью.

Буксование как непосредственно, так и опосредованно, влияет на производительность агрегатов на базе ТТС, расход топлива, условия труда оператора и другие показатели. На рис. 1 представлены прямые и косвенные последствия, обусловленные повышенным буксованием колесных тракторов [1].

Буксование обусловлено прежде всего наличием дифференциала в трансмиссии колесной машины, а также взаимодействием пневматических движителей с опорной поверхностью. Это взаимодействие связано не

только с конструктивными особенностями различных типов дифференциалов и их назначением, но и с параметрами колесных движителей, нагрузками на них, скоростями движения, состоянием почвы (дороги) и т.п.

Разнообразие типов дифференциалов (простые, повышенного трения, самоблокирующиеся и т.д.), применяемых в автотракторостроении, указывает на необходимость совершенствования системы оценок возможности движения колесных машин по дорогам со скользким покрытием и деформируемым поверхностям с малой несущей способностью.

Момент внутреннего трения дифференциала способен играть заметную роль даже в обычных шестеренчатых дифференциалах, имеющих наиболее низкий коэффициент внутреннего трения.

Коэффициент внутреннего трения дифференциала может быть найден из выражения

К -1

й = , (1) ь Кб +1

где Кб = М1/М2 - коэффициент перераспределения дифференциалом крутящих моментов на ведущих колесах машины (от большего к меньшему: M1SM2).

Условия движения колесной машины могут быть определены из следующего выражения (при М1 = М2, т.е. при % = 0):

У> -,

V

где у - коэффициент загрузки ведущих колес (отношение сцепного веса Goj, к общему весу Gа машины: у = Gсц/Gа); f - коэффициент сопротивления качению; ф - коэффициент сцепления.

Если учесть, что коэффициент внутреннего трения % = const для различных типов дифференциалов и составляет определенную величину, то условие движения колесной машины можно переписать следующим образом [2]:

у > -.

1 + £ р

Анализ этой формулы позволяет судить о том, что чем выше коэффициент внутреннего трения дифференциала (при тех же соотношениях f7р), тем лучше проходимость колесной машины при заблокированном дифференциале, как следует из выражения (1), £= 0 (так как Кб =1).

Однако блокировка дифференциала будет желательной только при прямолинейном движении ТТС (с орудием или без него). При движении колесной машины на пово рот ах бл о ки ро вка дифференци ала вы з ыва-ет такие отрицательные явления, как нарушение курсовой устойчивости машины (агрегата), повышенный расход топлива, усиленный износ резины, боковое скольжение (заносы) и др.

Однако на условие движения колесной машины заметную роль играет и величина коэффициента загрузки ведущих колес ТТС. Это обстоятельство проявляется при движении МТА на различных типах несущих поверхностей.

Левая часть неравенства (2) характеризует машину. Для колесных машин с одной ведущей осью (грузовых автомобилей, тракторов и комбайнов) это отношение составляет 0,6-0,7, а для полноприводных машин - до 1,0.

Правая часть неравенства характеризует внешние условия работы колесной машины, т. е. состояние дороги, влажность, скользкость, наличие колеи и др. (без учета коэффициента внутреннего трения дифференциала £).

С увеличением сцепного веса величина отношения у = всц/ва увеличивается, и условия движения колесной машины становятся более благоприятными на поверхностях с малой несущей способностью. Это можно отнести и к машинам, в трансмиссию которых введены дифференциалы с большим коэффициентом внутреннего трения.

График, представленный на рис. 2, в частности, показывает, что в точках, лежащих на прямой, происходит качественное изменение движения машины (машина может двигаться с пробуксовкой или останавливаться совсем).

График дает возможность заранее предусмотреть, при каких условиях колесная машина может использоваться наиболее эффективно как с точки зрения проходимости, так и с точки зрения реализации мощности двигателя и тягово-сцепных свойств.

219

Рис. 1. Прямые и косвенные последствия повышенного буксования колесных транспортно-тяговых средств

Энергообеспечение и энерготехнологии

На рис. 3 показаны внешние силы сопротивления, действующие на колесное транспортно-тяговое средство при неустановившемся движении по горизонтальной опорной поверхности (силой аэродинамического сопротивления вследствие относительно малых скоростей движения пренебрегаем) [3].

Величина сцепного веса, определяющая тягово-сцепные свойства ТТС, зависит (помимо веса самой машины) от соотношения нормальных реакций Уп и Ук опорной поверхности соответственно под передними и задними колесами. Для схемы сил, изображенных на рис. 2, нормальная реакция Ук может быть определена из выражения

(1А,-аУ Р-к+М..

---- ;Р КР----------^ + Ркр,

где 1_ - расстояние (по горизонтали) между осями ведущих и ведомых колес (база); а - расстояние (по горизонтали) между центром масс машины и осью ведущих колес; Рф - тяговое усилие, развиваемое машиной; Лкр - высотная координата точки приложения Ркр; Мг - момент сопротивления качению ведущих колес.

Толкающая сила Хк обеспечивает движение машины вперед со скоростью V и зависит от касательного усилия Рк = Мвед / Гк в месте контакта ведущих колес с опорной поверхностью.

У

Рис. 2. График качественного изменения движения колесной машины в зависимости

от величин соотношений /7ср и у

Рис. 1. Прямые и косвенные последствия повышенного буксования колесных транспортно-тяго

М.

хк=рк—ь

-м,

1к

где М - приведенный к ведущим колесам суммарный момент касательных сил инерции самих ко-

•1к

лес и кинематически связанных с ними деталей трансмиссии и двигателя.

Движение машины в общем случае может быть равномерным (линейное ускорение ] = 0), ускоренным (| > 0) или замедленным (| < 0), при этом равнодействующая сил инерции Р| прямолинейно-поступательно движущихся масс (приложенная на высоте центра тяжести):

р.=Я±.*г

* g Ж ’

где д - ускорение свободного падения; dV/dt - градиент линейной скорости машины с соответствующим знаком.

Анализ выражений (4) и (6) показывает, что величина Ук (а, следовательно, и всц) зависит еще и от условий движения и тягового сопротивления. При разгоне машины (например, при трогании с места) вектор силы Р| направлен противоположно вектору V и создает момент на плече Лц, догружающий ведущие колеса. Такое же воздействие оказывает сила тягового сопротивления Ркр, действующая на плече Лкр. Однако в ряде случаев, например, при пиковых значениях тягового сопротивления (трогание с места, разгон и т.п.) или при движении по деформируемой переувлажненной почве, величина реализуемого тягового усилия окажется недостаточной по условиям сцепления движителей с опорной поверхностью. При этом ведущие колеса машины начнут интенсивно буксовать вплоть до полной остановки машины (агрегата) [4].

Для улучшения тягово-сцепных качеств ТТС применяются различные способы и технические решения (балластирование ведущих колес, смещение назад центра тяжести машины и т.п.). Однако все эти способы и решения имеют существенный недостаток: догрузка ведущих колес осуществляется постоянно, что отрицательно сказывается на выходных показателях ТТС (повышенный расход топлива, дополнительная нагрузка на ходовой аппарат и т.п.).

Авторами статьи предлагается автоматический догружатель ведущих колес машины, действующий при пиковых нагрузках и свободный от вышеперечисленных недостатков. Схема догружателя представлена на рис. 4.

г.

к

Рис. 4. Принципиальная схема автоматического догружателя ведущих колес транспортно-тягового

средства

Это устройство монтируется на тракторе-тягаче 1 и прицепном орудии 2. Оно включает в себя шкив 3, вокруг которого сделан один полный виток стального каната 4, свободные концы которого закреплены на анкерах 5,6, размещенных на остове трактора и прицепной тяге (дышле) орудия. В тягово-сцепное устройст-

во (ТСУ) трактора входят демпфирующая пружина 7, предназначенная для снижения динамических нагрузок, и соединительные элементы самого ТСУ.

Перед началом работы стальной канат натягивается тем или иным способом до устранения зазоров в силовых элементах ТСУ. При установившемся движении машинно-тракторного агрегата тяговое сопротивление орудия Рс  const. Демпфирующая пружина частично сжата в соответствии с величиной Рс. При резком увеличении тягового сопротивления (трогание с места, разгон, частичная пробуксовка ведущих колес, наезд орудия на препятствие и т.п.) демпфирующая пружина сжимается, трос натягивается шкивом, смонтированном на корпусе ТСУ. Усилие натяжения троса передается через анкер и остов машины на ее ведущие колеса, увеличивая сцепной вес G^ трактора-тягача.

В таблице приведены усредненные значения коэффициентов сцепления, сопротивления движению и коэффициентов загрузки ведущих колес для различных дорожно-почвенных условий.

Средние значения коэффициентов f, ср, /для некоторых типов несущих поверхностей

Тип несущей поверхности и ее состояние У Ф С) <3 II f J mm L, II f Jmax ^max

Дорога с асфальтобетонным покрытием 0,015-0,02 0,7-0,8 0,6 0,02 0,7 0,025

Грунтовая дорога (в распутицу) 0,1-0,3 0,15-0.3 0,6 0,6 0,7 1,0

Целина глинистая, размокшая 0,2-0,35 0,15-0,25 0,6 1,3 0,7 1,4

Целина снежная 0,1-0,3 0,2-0,4 0,6 0,5 0,7 0,7

Луговина болотистая, покрытая дерном 0,15-0,3 0,1-0,4 0,6 1,5 0,7 0,7

Свежевспаханное поле 0,35-0,36 0,4-0,45 0,6 0,8 0,7 0,8

Стерня злаковых культур (после дождя) 0,29-0,32 0,4-0,45 0,6 0,7 0,7 0,7

Примечание. Обозначения у'и в' соответствуют варианту применения автоматического догружателя ведущих колес.

Расчеты (выполненные для трактора МТЗ-80) показывают, что величина догрузки Авк ведущих колес при полном сжатии пружины ТСУ (под воздействием АРс) может кратковременно достигать значений, равных 20-35 % от статического значения Ссц, что существенно улучшает динамические сцепные качества трактора при его агрегатировании различными орудиями и, как следствие, улучшает его технико-экономические показатели.

Литература

Горшков Ю.Г. Повышение эффективности функционирования системы «дифференциал - пневматический колесный движитель - несущая поверхность» мобильных машин сельскохозяйственного назначения: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. - Челябинск, 1999. - 28 с.

Горшков Ю.Г. Повышение эффективности функционирования системы «дифференциал - пневматический колесный движитель - несущая поверхность» мобильных машин сельскохозяйственного назначения: моногр. - Челябинск: Изд-во ЧГАУ, 2003. - 207 с.

3. Бердов Е.И., Кычев В.Н.\ Основы теории и анализ конструкций тракторов и автомобилей: курс лекций. - Челябинск: РИО ЧГАУ, 2004. - 140 с.

4. Бердов Е.И., Щепетов Е.Г. Повышение эффективности использования тракторов двойного назначения: моногр. - Челябинск: РЕКПОЛ, 2008. - 170 с.