Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса. цель и задачи исследования 13
1.1 Структура и анализ ситуации тракторного парка в России 13
1.2. Основные факторы, влияющие на тягово-сцепные свойства полноприводных колесных тракторов и их анализ 16
1.2.1. Балластирование трактора 17
1.2.2. Цепи противоскольжения и стальные клетки, одеваемые на ведущие колеса 18
1.2.3. Типоразмер шин 20
1.2.4. Сдвоенные шины иуширители металлических колес 22
1.2.5. Полугусеничный ход 23
1.2.6. Использование шин равного размера и второй оси как ведущей 25
1.3. Анализ влияния давления воздуха в шинах трактора на величину кинематического несоответствия и пути его снижения 26
1.3.1. Влияние износа шин на тягово-сцепные свойства трактора 40
1.4. Выводы. Цель и задачи исследования 42
2. Теоретические предпосылки к повышению тягово-сцепных свойств полноприводных тракторов путем изменения давления воздуха в шинах 45
2.1. Анализ влияния кинематического несоответствия на эксплуатационные показатели трактора 45
2.2. Влияние характеристик шины 16,9R30 на тягово-сцепные свойства трактора 49
2.3. Уравнение тягового баланса трактора с блокированным приводом 50
2.4. Обоснование параметра оптимизации распределения касательной силы тяги в блокированном приводе 62
2.5. Математическая модель тяговой динамики полноприводного трактора. 63
2.6. Выводы 76
3. Общая методика экспериментальных исследований 77
3.1. Программа и задачи экспериментальных исследований 77
3.2. Выбор и обоснование объекта исследования 78
3.3. Аппаратура и приборы, применяемые для проведения экспериментальных исследований 80
3.4. Подготовка измерительной аппаратуры 87
3.5. Тарировка и определение погрешности измерения 88
3.6. Проведение опыта 91
3.7. Обработка полученных данных 91
3.8. Методика определения расхода топлива 92
3.9. Методика определения рабочей скорости трактора 92
3.10. Методика определения буксования трактора 93
3.11. Методика определения силы тяги на крюке 96
3.12. Методика обработки экспериментальных данных 97
3.13. Выводы 98
4. Экспериментальные исследовапия тяговой динамики трактора лтз-155 на пахоте 100
4.1. Результаты экспериментальных исследований тяговой динамики 103
трактора ЛТЗ-155 на пахоте 103
4.1.1. Влияние давления воздуха в шинах на эксплуатационные показатели трактора 104
4.2. Влияние перераспределения нормальных реакций на эксплуатационные показатели трактора 112
4.3. Влияние кинематического несоответствия на эксплуатационные показатели трактора 116
4.3.1. Результаты проведения плана Бокса-Бенкина 122
4.4. Выводы 126
5. Экономическая оценка работы трактора лтз-155 на пахоте с плугом ПЛН-5-35 127
5.1. Методика проведения эксплуатационных испытаний 127
трактора ЛТЗ-155 на пахоте 127
5.2. Определение производительности пахотного агрегата в составе трактора
ЛТЗ-155 и плуга ПЛН-5-35 128
5.2.1. Теоретическая производительность 128
5.2.2. Средняя производительность агрегата за час чистой работы 129
5.2.3. Средняя производительность агрегата за смену 129
5.3. Экономичность работы трактора 130
5.4. Результаты проведения эксплуатационных испытаний 130
трактора на пахоте с плугом ПЛН-5-35 130
5.5. Определение экономической эффективности предлагаемого способа повышения тягово-сцепных свойств трактора ЛТЗ-155 131
Общие выводы 139
Литература
- Основные факторы, влияющие на тягово-сцепные свойства полноприводных колесных тракторов и их анализ
- Анализ влияния кинематического несоответствия на эксплуатационные показатели трактора
- Аппаратура и приборы, применяемые для проведения экспериментальных исследований
- Влияние перераспределения нормальных реакций на эксплуатационные показатели трактора
Введение к работе
Интенсификация и эффективность сельскохозяйственного производства неразрывно связаны с повышением энерговооруженности и производительности труда, улучшения использования существующей сельскохозяйственной техники и топливо-энергетических ресурсов, внедрения прогрессивных технологий на базе новой высокоэффективной техники.
Решение этих задач в значительной степени зависит от грамотной эксплуатации машинно-тракторного парка, являющегося основой механизированных процессов, изыскания внутренних резервов существующих и разработки принципиально новых сельскохозяйственных машин и орудий.
Важное значение в повышении интенсификации производства и повышении производительности труда имеют новые энергонасыщенные тракторы, способные выполнять технологические процессы с широкозахватными машинами, совмещать выполнение нескольких операций за один проход по полю. Следовательно, интенсификация сельскохозяйственного производства связана с повышением единичной мощности трактора и созданием сложных сельскохозяйственных машин на основе принципа совмещения сельскохозяйственных операций.
Использование тракторов повышенной мощности дает возможность за счет совмещения ряда операций за один проход, избежать последствий многократного прохода по полю, снизить энерго- и трудозатраты выполнять работы в лучшие агротехнические сроки.
Значительная доля работ в сельскохозяйственном производстве приходится на колесные тракторы, т.к. они наиболее полно отвечают возрастающим требованиям сельскохозяйственного производства: более универсальны, имеют меньшую стоимость и эксплуатационные затраты, эффективно используются на пропашных и транспортных работах. Не случайно в структуре тракторного парка экономически развитых стран на долю колесных тракторов приходится 80-95 %.
Колесные тракторы, несмотря на свои явные преимущества перед гусеничными, имеют один существенный недостаток - относительно низкие тя-гово-сцепные свойства. Последнее, является причиной неполного использования мощности двигателя, снижения крюковой мощности и производительности, повышенному расходу топлива. Сравнительно низкие тягово-сцепные показатели и проходимость ограничивает их применение на ранне-весенних работах, затрудняет проведение работ в лучшие агротехнические сроки, приводит к снижению годовой наработки и разномарочности машинно-тракторного парка.
Особое место среди колесных тракторов занимают полноприводные тракторы с шинами равного размера. По своим тягово-сцепным свойствам при той же массе они в 1,5 раза выше тракторов с традиционной схемой и приближаются к гусеничным. Высокая универсальность этих тракторов позволяет им выполнять основной комплекс сельскохозяйственных работ и тем самым снизить количественный и марочный состав машинно-тракторного парка. На рыхлых переувлажненных и несвязанных почвах применение полноприводных тракторов с шинами равного размера снижает уплотнение и распыление почв.
Однако применение полноприводных тракторов с шинами равного размера не всегда дает желаемый результат. Поэтому повышение тягово-сцепных показателей полноприводных колесных тракторов с шинами равного размера по своей экономической целесообразности имеет большое народно-хозяйственное значение. Однако отсутствие убедительных теоретических положений, связанных с повышением тягово-сцепных свойств полноприводных тракторов и сопоставимых экспериментальных исследований не позволяют в полной мере использовать их тягово-сцепные возможности.
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Повышение тягово-сцепных свойств колесных полноприводных тракторов является одной из важнейших народнохозяйственных задач. Современные полноприводные машины имеют в основном два вида привода: дифференциальный и блокированный. При использо-
вании дифференциального привода происходит равномерное распределение ведущего момента между осями, независимо от сцепных свойств ведущих колес. Ведущий момент будет определяться той осью, которая находится в худших условиях по сцеплению. Следовательно, одна из ведущих осей не полностью использует свои тягово-сцепные свойства, что и является причиной снижения тяговых показателей полноприводных тракторов. Блокированный привод позволяет полностью реализовать ведущий момент трактора. Но при блокированном виде привода возникает кинематическое несоответствие, которого не было при использовании дифференциального привода, приводящее к неравномерному распределению касательных сил тяги по сцеплению переднего и заднего мостов. Уменьшить негативное влияние величины кинематического несоответствия в блокированном приводе возможно путем применения устройства, регулирующего давление воздуха в шинах колес переднего и заднего мостов трактора, что позволит повысить тягово-сцепные свойства колесного полноприводного трактора, снизить величину буксования, а также повысить производительность МТА.
Отсюда работа, направленная на улучшение тягово-сцепных свойств МТА путем регулирования давления воздуха в шинах, повышающих производительность, экономичность и комфортность МТА при его работе на всех сельскохозяйственных операциях, а также на транспортных работах, имеет важное народнохозяйственное значение.
Актуальность работы подтверждается также тем, что она проводилась в соответствии с планом развития Саратовской области по выполнению научного направления 1.2.9. «Комплексная региональная программа научно-технического прогресса в Агропромышленном комплексе Поволжского экономического региона на 20 лет до 2010 года» (№ гос. регистрации 840005200) и комплексной темы № 5 НИР Саратовского государственного аграрного университета имени Н.И. Вавилова «Повышение надежности и эффективности использования мобильной техники в сельском хозяйстве», раздел № 3 «Эффективность использования и повышение работоспособности тракторной техники при эксплуатации»,
8 региональной научно-технической программой «Повышение уровня механизации АПК Саратовской области»; Концепцией развития АПК Саратовской области до 2005 г.; договорами № 39.К-99 от 25.01.99 г. и № М-1 от 06.03.2001 г. с ОАО «Липецкий тракторостроительный завод».
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Повышение тягово-сцепных свойств колесных полноприводных тракторов регулированием давления воздуха в шинах переднего и заднего мостов, обеспечивающим снижение буксования и улучшение их работоспособности.
ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ. Машинотракторный агрегат на базе трактора ЛТЗ-155 и плуга ПЛН-5-35.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ. Для решения поставленных задач данной работы применялись такие методы исследований как теоретический анализ и обоснование повышения тягово-сцепных свойств машинотрактор-ных агрегатов, регулированием давления воздуха в шинах, а также подбор оптимальных параметров давления воздуха в шинах при работе трактора ЛТЗ-155 полевые эксперименты и эксплуатационные испытания в различных условиях.
Теоретические исследования выполнялись на основе научных трудов отечественных и зарубежных ученых, изучавших вопросы повышения тягово-сцепных свойств колесных полноприводных тракторов.
Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и полевых условиях по специальным методикам, при разработке которых использовались методы планирования эксперимента с применением существующих ГОСТов на испытание сельскохозяйственной техники.
Методика исследований включала использование современных методов и средств: многоканального осциллографа К 20-22 и усилителя Топаз 3-02 для записи результатов эксперимента, а также обработку полученных экспериментальных данных при Помощи ЭВМ.
9 НАУЧНАЯ НОВИЗНА ДИССЕРТАЦИИ заключается в комплексном подходе к решению вопроса повышения тягово-сцепных свойств машинотрак-торных агрегатов путем применения способа по регулированию давления воздуха в шинах, анализе и обобщении теоретических положений и экспериментальных исследований, в результате которых:
установлен характер и степень влияния различных факторов на тягово-сцепные свойства машинотракторного агрегата;
осуществлено теоретическое обоснование и выбор средств улучшения тягово-сцепных свойств машинотракторного агрегата;
разработана математическая модель работы машинотракторного агрегата на базе трактора ЛТЗ-155 и плуга ПЛН-5-35 с применением способа регулирования давления воздуха в шинах, позволяющая определить оптимальные параметры для данной сельскохозяйственной на различных почвенных фонах.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ представлена в виде технической документации по совершенствованию конструкции и рекомендаций по повышению эффективности эксплуатации трактора ЛТЗ-155, переданных в ОГК ОАО «Липецкий тракторостроительный завод». Реализация технических решений позволяет повысить производительность трактора на энергоемких операциях на 15-25 %, снизить погектарный расход топлива на 8-Ю % и повысить тяговый КПД трактора на 10-12 %.
ПУТИ РЕАЛИЗАЦИИ РАБОТЫ. Результаты исследований могут быть использованы при обосновании и расчетах машинотракторных агрегатов в отраслях Министерства сельского хозяйства РФ, конструкторских бюро заводов сельскохозяйственного машиностроения, проектирующие устройства по регулированию давления воздуха в шинах, а также в учебном процессе сельскохозяйственных вузов при чтении курса лекций по теории и расчету тракторов и автомобилей.
ВНЕДРЕНИЕ. Результаты теоретических и экспериментальных исследований реализованы на новой модели трактора ЛТЗ-155.4М, опытный образец которой демонстрировался на международной выставке «ЮгАгроПром / ЮгАгроПищемаш», проходившей в г. Краснодаре 27-29 ноября 2001 г. Разработанные рекомендации по результатам исследований используются в СПК «Чапаева» Петровского района, в КФХ «Шерстнева» Лысогорского района и на базе ЗАО ПЗ «Алтайский» Новоузенского района Саратовской области.
На ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ следующие научные положения и результаты работы:
Теоретические обоснование повышения тягово-сцепных свойств регулированием давления воздуха в шинах при эксплуатации МТА.
Математическая модель тяговой динамики МТА в составе трактора ЛТЗ-155 и плуга ПЛН-5-35 с учетом изменения давления воздуха в шинах ведущих осей на пахоте.
Результаты сравнительных испытаний МТА на пахоте с учетом изменения давления воздуха в шинах и их технико-экономическая оценка. Структура проведения исследований представлена на рис. 1. АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения работы по оптимизации
давления воздуха в шинах переднего и заднего мостов трактора, обеспечивающей повышение тягово-сцепных свойств МТА, его производительность и экономичность, экспонировались, обсуждались и были одобрены:
на научных конференциях профессорско-преподовательского состава и аспирантов Саратовского ГАУ в 2000-2003 гг.;
на научных конференциях профессорско-преподовательского состава и аспирантов Саратовского ГТУ в 2000-2003 гг.;
на постоянно действующем научно-техническом семинаре СФВАУ. 2000-2003 гг.
Повышение тягово-сцепных свойств колес
ных полноприводных тракторов регулиро
ванием давления воздуха в шинах
Цель работы
Повышение тягово-сцепных свойств колесных полнопри
водных тракторов регулированием давления воздуха в шинах
переднего и заднего мостов, обеспечивающее снижение бук
сования и улучшение их работоспособности.
Задачи исследований
Теоретически обосновать и исследовать конструктивные и эксплуатационные факторы, влияющие на величину кинематического несоответствия ведущих осей и работоспособности трансмиссии
Разработать математическую модель тяговой динамики трактора с блокированным приводом и обосновать критерий кинематического несоответствия
Установить оптимальное давление воздуха в шинах и провести эксплуатационные испытания трактора ЛТЗ-155 сблокированным приводом на пахоте
Провести производственную проверку разработанных рекомендаций и дать экономическую оценку выполненных разработок
Методы исследований
Теоретические
Экспериментальные
Результаты исследований
Теоретические
Экспериментальные
Внедрение
Технико-экономическая и экологическая
оценка разработок
Рис. 1. Структурная схема исследований
на постоянно действующем межгосударственном научно-техническом семинаре «Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания в АПК СНГ» Саратовского ГАУ им. Н.И. Вавилова в 2002 г. ПУБЛИКАЦИИ. Основные положения диссертации опубликованы в 15 научных работах, в том числе 5 статей в центральной печати, 9 в сборниках научных работ и патент на изобретение. Общий объем публикаций составляет 2 1 п.л из которых 1 7 п л принадлежит лично соискателю.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация изложена на 153 страницах машинописного текста, состоит из введения, пяти разделов, общих выводов по работе, списка литературы и приложения. Содержит 12 таблиц и 61 рисунок. Список использованной литературы включает в себя 125 наименований, из них 10 на иностранном языке.
Основные факторы, влияющие на тягово-сцепные свойства полноприводных колесных тракторов и их анализ
Сравнительно низкие тягово-сцепные свойства и проходимость колесных тракторов, оборудованных пневматическими шинами, ограничивают их применение на ранневесенних работах, а также осенью и зимой. Это затрудняет выполнение работ в лучшие агротехнические сроки, приводит к сезонности использования колесных тракторов и снижает их годовую наработку. Поэтому становится понятным, что задача повышения тягово-сцепных свойств и проходимости колесных тракторов по своей экономической целесообразности имеет важное народно-хозяйственное значение, особенно для нашей страны с ее огромным многообразием почвенно-климатических условий. Возможности увеличения касательной силы тяги движителя трактора ограничиваются способностью ведущих колес сцепляться с грунтом без его срезания.
При эксплуатации колесного трактора в условиях бездорожья проходимость его по мягкому грунту зависит от ряда факторов: нагрузки на оси, типа и размеров шин и т.п. В особенности она зависит от удельного давления, оказываемого колесами на грунт, что в значительной степени определяется величиной контакта шины с грунтом.
До сих пор снижение давления на пятне контакта движителя колесной машины с грунтом считается лучшим средством повышения проходимости. При этом стремление снизить удельное давление на грунт приводит к увеличению ширины и диаметра колеса. Средствами и способами, в той или иной мере, повышающими тягово-сцепные свойства и проходимость колесных тракторов являются: - балластирование трактора; цепи противоскольжения и стальные клетки, одеваемые на ведущие колеса; бескамерные арочные шины пониженного давления; - сдвоенные шины; - уширительные металлические колеса; - полугусеничный ход; эластичный гусеничный ход с резинометаллическими гусеницами, одеваемыми на ведущие и направляющие колеса; - Использование второй оси как ведущей и шин равного размера; - догрузка ведущих колес трактора полуприцепными машинами; - корректировка сцепного веса и т.п. Приведенные способы и средства, повышающие тягово-сцепные свойства трактора, рассматриваются ниже по тексту.
Балластирование трактора - общее увеличение веса трактора балластными грузами. В качестве балласта используются специальные съемные грузы установленные на переднюю часть рамы трактора или на ведущие колеса, а также воду или не замерзающий раствор, заливаемый в шины. Увеличение общей массы трактора, за счет балластных грузов не всегда дает желаемый результат, т.к. возрастают потери на передвижение трактора на перегонах и транспортных работах, а сопротивление качению на рыхлых почвах, вследствие увеличения глубины колеи, может быть больше, чем прирост касательной силы тяги [4]. Кроме того, только около 50 %, балластного груза используется в реализации касательной силы тяги, а это требует значительного времени на переоснащение трактора [122].
Применение навесных машин привело к развитию новых направлений в повышении тягово-сцепных свойств колесных тракторов.
Увеличение сцепного веса трактора происходит за счет переноса веса сельскохозяйственной машины и вертикальной составляющей суммарной реакции почвы на ведущие колеса трактора. При этом не только повышаются тяговые показатели трактора, но и снижается реакция на опорные колеса сельскохозяйственной машины и ее тяговое сопротивление [5,6,7].
Большой интерес за рубежом вызывает использование на ряде почвообрабатывающих операций не традиционных пневматических шин, а стальных цилиндрических клеток, надеваемых на обод колеса. Роль почвозацепов в этом случае выполняют поперечные планки, расположенные по бегущей поверхности под определенным углом (30, 60) относительно касательных [8].
Испытания показали, что при движении трактора по полю глубина следа, оставляемого колесами с цилиндрической клеткой в 1,66-1,76 раза меньше, чем глубина следа от пневматической шины. Отмечается также снижение объемной массы на всю глубину пахотного слоя.
В данном случае, выступая в роли своеобразных рыхлителей, почвозацепы обеспечивают меньшую по сравнению со сплошными колесами глубину следа.
Исследования, проведенные NIAE (Национальный институт сельскохозяйственной техники, Великобритания) показали, что плотность почвы после прохода трактора мощностью 51,5 кВт и массой 3 т, оснащенного цилиндрическим колесом-клеткой составляет 1,28-1,33 г/см3 на глубине до 10 см. Это примерно в 1,2-1,25 раза меньше, чем при использовании пневматической шины.
Анализ влияния кинематического несоответствия на эксплуатационные показатели трактора
Проведенный анализ показывает существенное влияние давления воздуха в шинах на величину кинематического несоответствия в блокированном приводе (рис. 2.2-2.4). Из графиков видно, что увеличение давления воздуха в шинах передней оси приводит к увеличению величины кинематического несоответствия, в то же время увеличение давления воздуха в шинах задней оси приводит к ее уменьшению. кПа
Кроме того, большое влияние на величину кинематического несоответствия оказывает также угол действия крюковой силы. Исследования, проведенные различными организациями и авторами, показывают, что пневматические шины могут обеспечить в большинстве случаев проходимость, близкую к гусеничным машинам при условии увеличения диаметра и ширины колеса, понижения давления воздуха и наличия соответственно расположенных выступов (почвозацепов) на протекторе.
Давление в шинах является одним из основных факторов, влияющих на проходимость колесных тракторов. Снижение внутреннего давления воздуха в шинах на переувлажненных почвах ведет к увеличению площади контакта и уменьшению удельных давлений в контакте шины с почвой. Это способствует повышению тяговых качеств тракторов.
Испытания, проведенные на поле, подготовленном под посев показали, что снижение давления воздуха в шинах 12-38" улучшает тягово-сцепные качества колесного трактора. Причем, наибольший эффект дает снижение давления до 0,1...0,08 МПа. Так при Ркр = 10 кН снижение давления воздуха с 0,14 до 0,10 МПа вызвало уменьшение буксования до 33 %, а с 0,10 до 0,08 МПа - до 23 %. При этом улучшаются, соответственно, и другие показатели трактора, например, уменьшается глубина колеи. Крюковая мощность возрастает с 11,1 до 13,3 кВт, тяговый КПД с 0,27 до 0,38, расход топлива снизился на 15 %.
Исследованиями установлено, что оптимальный режим работы шин ведущих колес определяется некоторой конкретной величиной радиальной деформации, зависящей от нагрузки на шины и давления воздуха в них. Для поддержания заданной деформации шины при изменении вертикальной нагрузки или условий эксплуатации давление в шине должно соответствующим образом изменяться.
Эта задача может быть решена путем автоматического регулирования давления воздуха в шинах. При отсутствии таких устройств давление в шине должно соответствовать конкретным условиям эксплуатации тракторов.
В связи с различными деформациями, которым подвергается пневматическая шина, радиус ее не имеет единственного определенного значения, о котором можно говорить применительно к жесткому колесу. Различают следующие радиусы пневмоколеса: свободный гсв, статический гст и динамический Гд [118].
Свободным называется наружный радиус ненагруженного колеса. Он может несколько меняться в зависимости от давления воздуха в шине, но с достаточной для практических целей точностью его можно считать постоянным. Статическим радиусом гст называется расстояние от оси неподвижного колеса, нагруженного нормальной силой, до плоскости его опоры. При этом должны быть указаны значения нагрузки, действующей на колесо, давления воздуха в шине и вид опорной поверхности колеса. Обычно статический радиус колеса замеряют на твердой поверхности. С увеличением нормальной нагрузки и снижением давления воздуха в шине статический радиус колеса уменьшается.
Динамическим радиусом Гд движущегося колеса называется расстояние от оси колеса до недеформируемой поверхности, и меньше расстояния от оси колеса до дна колеи.
Введем понятие кинематического радиуса г качения ведущего колеса. В теоретической механике кинематическим называют радиус такого колеса, которое катится со скоростью Од без скольжения и буксования при угловой скорости ш вращения, равной угловой скорости вращения ведущего колеса.
Анализ экспериментальных исследований, проведенных в КУБНИИТиМе на шине 16,9R30, показывает, что коэффициент тангенциальной эластичности шины Ущ изменяется незначительно в зависимости от состояния опорной поверхности (рис.2.5).
Из рис. 2.5 видно, что изменение давления воздуха в шине незначительно влияет на величину уш. На каждом из графиков опытные данные имеют незначительный разброс данных, но средняя величина разброса имеет определенную зависимость. У более «твердой» поверхности коэффициент уш наименьший (бетон), а у более «мягкой» - наибольший (поле подготовленное под посев).
Аппаратура и приборы, применяемые для проведения экспериментальных исследований
В соответствии с общими задачами данной научно-исследовательской работы была сформулирована частная задача - экспериментальное исследование влияния изменения давления воздуха в шинах на тягово-сцепные свойства машинотракторного агрегата.
Целью экспериментальных исследований машинотракторного агрегата является проверка положений и выводов, установленных в результате теоретических исследований динамики движения машинотракторного агрегата в составе трактора ЛТЗ-155 и плуга ПЛН-5-35. Для решения данной задачи ставилось определение следующих параметров: 1. Характер и величина тягового усилия. 2. Скорость движения агрегата. 3. Расход топлива. 4. Вертикальные и горизонтальные усилия в механизме навески МТА. 5. Буксование трактора. 6. Величина кинематического несоответствия. 7. Крутящие моменты на мостах трактора.
Программой экспериментального исследования были предусмотрены полевые испытания, обработка полученных данных и их анализ с целью решения поставленных задач. Цель обработки полученных результатов определить оптимальную величину давления воздуха в шинах переднего и заднего мостов трактора при наиболее эффективных показателях буксования переднего и заднего мостов трактора, рабочей скорости движения МТА, а также минимального расхода топлива.
Для уменьшения количества опытов при экспериментальных исследованиях применяли методику планирования эксперимента Бокса-Бенкина[103, 122].
Полевые испытания проводились согласно ГОСТ 7057-91 (РЛ) по разработанной нами методике на двух фонах: поле подготовленном под посев и стерне.
При проведении сравнительных испытаний менялись следующие параметры: давление воздуха в шинах переднего и заднего моста трактора, глубина пахоты, скорость движения МТА. В процессе исследования регистрировались следующие параметры: 1. Пройденный путь МТА. 2. Частота вращения «пятого колеса». 3. Частота вращения ведущих колес трактора. 4. Горизонтальные составляющие силы тяги на крюке. 5. Вертикальные реакции механизма навески трактора. 6. Усилие в центральной тяге механизма навески трактора. 7. Давление в полости подпора гидроцилиндра подъема навесного устройства. 8. Расход топлива за опыт. 9. Время опыта.
Кроме вышеперечисленных параметров менялись и регистрировались в журнале наблюдений: характеристика почвы, вид привода, тип ездки, дата проведения испытаний.
В настоящее время в тракторном парке, имеющемся в сельскохозяйственных предприятиях и фермерских хозяйствах значительное место занимает парк колесных тракторов, среди которых большое распространение получили тракторы тягового класса 1,4. Тракторы тягового класса 2 практически не используются как пропашные вследствие низкой степени универсально сти. Использование на тракторе рекомендаций по подбору оптимального давления воздуха в шинах позволяет увеличить диапазон использования тракторов класса 2. В качестве трактора класса 2 был выбран трактор Липецкого тракторостроительного завода ЛТЗ-155 полностью отвечающий требованиям универсальности, но слабо показывающий себя на пахоте. Поэтому для проведения натурных исследований был выбран машинотрактор-ный агрегат в составе трактора ЛТЗ-155 и плуга ПЛН-5-35 (рис. 3.1).
Влияние перераспределения нормальных реакций на эксплуатационные показатели трактора
Изменение давления воздуха в шинах трактора оказывает влияние на перераспределение нормальных реакций. Перед выполнением сельскохозяйственной операции необходимо установить оптимальное давление воздуха в шинах трактора в зависимости от почвенных условий. Во время работы трактора с плугом ПЛН-5-35, имеющего одно опорное колесо, при положении золотника гидросистемы «плавающее», то есть когда давление в полостях подъема и опускания гидроцилиндра равно нулю, в звеньях механизма навески: центральной тяге, вертикальных раскосах и нижних горизонтальных тягах возникают силы реакции, величина которых определяется тяговым сопротивлением плуга РКГ)И углом действия силы тяги укр (табл. 4.1).
По результатам замера усилий в звеньях механизма навески были определены вертикальная составляющая крюковой силы R2 и горизонтальная составляющая R3, а также величина и угол действия силы тяги на крюке (табл. 4.2). Результаты замера усилий в звеньях механизма навески получены при следующих условиях: скорость П-2, глубина вспашки - 25 см, фон - стерня.
Проведенный анализ исследований показывает, что усилия в вертикальных раскосах примерно равны и имеют высокий коэффициент вариации Кв 0,25. Продольная сила левой горизонтальной тяги в 1,5 раза выше, чем усилие в правой тяге. Это объясняется некоторым несовпадением продольной силы тяги трактора и суммарной силы сопротивления плуга. Величина коэффициента вариации продольной силы в правой го 118 ризонтальной тяге в 1,237 раза выше, чем в левой. Минимальное значение продольной силы регистрировалось в центральной тяге.
Для определения взаимного влияния составляющих силы тяги на крюке Ркр на величину угла действия крюковой силы проведен корреляционный анализ (табл. 4.3).
Анализ корреляционных связей указывает на тесную корреляционную связь ( Кк 0,91), которая наблюдается между изменением силы тяги на крюке Р р и горизонтальной ее составляющей R3 (К = 0,985). Тесная корреляционная связь К = 0,71...0,9 установлена между усилиями в вертикальных раскосах и вертикальной составляющей силы тяги на крюке К = 0,792...0,854; между горизонтальными тягами и крюковой силой К = 0,777...0,893, а также составляющей крюковой силы и углом действия укр - К = 0,644...0,852.
Умеренная связь установлена между усилиями в вертикальных раскосах и горизонтальных тягах левой и правой сторон соответственно: Kv = 0,402; KL = 0,345; а также между правыми и левыми тягами и кпр клев раскосами К = 0,360...0,557. Слабая корреляционная связь установлена между усилием в центральной тяге с остальными определяемыми величинами.
На рис. 4.17 представлена графическая зависимость влияния кинематического несоответствия на буксование колес передней и задней осей. Графическая зависимость представлена в диапазоне оптимального значения кинематического несоответствия. Из рис. 4.17 видно, что величина буксования колес задней оси при одной и той же величине кинематического несоответствия в диапазоне - 5 Кн О несколько превышает буксование передней оси. При уменьшении кинематического несоответствия различия в буксовании возрастают. При Кн = О буксование колес передней и задней осей выравниваются. Минимальные значения величин буксования колес передней и задней осей по кинематическому несоответствию не совпадают с минимальной разностью по модулю 5П -б3 соответствующее К„ = 0. При работе трактора с плугом под действием силы тяги на крюке происходит перераспределение нормальных реакций и основная нагрузка приходится на заднюю ось, что и вызывает дополнительные потери на буксование.
