Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса. Цель и задачи исследования 11
1.1. Основные направления развития сельскохозяйственного тракторостроения И
1.2. Пути повышения тягово-сцепных свойств колесных тракторов 18
1.2.1. Колесная формула и компоновка трактора 20
1.2.2. Вид привода ведущих осей 22
1.2.3. Типоразмер шин и специальные приспособления 26
1.2.4. Увеличение сцепного веса трактора 31
1.3. Выводы. Цель и задачи исследования 38
2. Исследование тяговой динамики трактора ЛТЗ-155 в составе пахотного агрегата при использовании гидродогружателя 41
2.1. Теоретические предпосылки к исследованию тяговой динамики трактора ЛТЗ-155 41
2.2. Влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на нормальные реакции ведущих осей 44
2.3. Влияние догружателя на работу трактора с навесными сельскохозяйственными машинами 49
2.4. Определение нормальных реакций на колесах трактора при использовании гидродогружателя 51
2.5. Влияние увеличения сцепного веса на буксование трактора 60
2.6. Выбор оптимальной схемы агрегатирования трактора с плугом 62
2.6.1. Работа трактора с плугом ПЛН-4-35 63
2.6.2. Работа трактора с плугом ПЛН-5-35 67
2.7. Устойчивость пахотного агрегата при различных условиях агрегатирования 69
2.8. Выводы 72
3. Программа и методика эксперементальных исследований 73
3.1. Программа экспериментальных исследований 73
3.2. Выбор объекта исследований 73
3.3. Методика экспериментальных исследований 74
3.4. Лабораторное оборудование и приборы для проведения экспериментальных исследований 76
3.5. Тарировка и определение погрешности измерения 84
3.6. Методика определения буксования трактора 85
3.7. Методика определения силы тяги на крюке 87
3.8. Методика проведения лабораторно-полевых испытаний трактора 89
3.9. Обработка полученных данных 90
3.10. Планирование многофакторного эксперимента 90
4. Эксперементальные исследования тяговой динамики трактора ЛТЗ-155 92
4.1. Результаты экспериментальных исследований тяговой динамики трактора ЛТЗ-155 на пахоте 95
4.1.1. Влияние перераспределения нормальных реакций на эксплуатационные показатели трактора 96
4.2. Предлагаемые технические решения 104
4.3. Результаты реализации полнофакторного эксперимента 107
4.4. Выводы 111
5. Эксплуатационная и экономическая оценка работы трактора ЛТЗ-155 на пахоте с плугом ПЛН-5-35 113
5.1. Методика проведения эксплуатационных испытаний трактора ЛТЗ-155 на пахоте 113
5.2. Определение производительности пахотного агрегата в составе трактора ЛТЗ-155 с плугом ПЛН-5-35 114
5.2.1. Результаты проведения эксплуатационных испытаний трактора на пахоте с плугом ПЛН-5-35 116
5.3. Определение экономической эффективности предлагаемого способа повышения тягово-сцепных свойств трактора ЛТЗ-155 116
5.4. Выводы 122
Общие выводы 123
Литература 124
Приложение 136
- Типоразмер шин и специальные приспособления
- Определение нормальных реакций на колесах трактора при использовании гидродогружателя
- Лабораторное оборудование и приборы для проведения экспериментальных исследований
- Влияние перераспределения нормальных реакций на эксплуатационные показатели трактора
Введение к работе
Эффективность и повышение продуктивности сельскохозяйственного производства неразрывно связаны с повышением энерговооруженности и производительности труда, совершенствования использования существующей сельскохозяйственной техники и топливо-энергетических ресурсов, внедрения прогрессивных технологий на базе новой высокоэффективной техники.
Решение этих проблем неразрывно связано с грамотной эксплуатацией машинно-тракторного парка, являющегося основой механизированных процессов, дальнейшее развитие и модернизация существующих и разработки принципиально новых сельскохозяйственных машин и орудий.
Особое место 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. Из этого следует, что интенсификация сельскохозяйственного производства неразрывно связана с повышением единичной мощности трактора и созданием сложных сельскохозяйственных машин на основе принципа совмещения сельскохозяйственных операций.
Основная доля работ в сельскохозяйственном производстве приходится на колесные тракторы, так как 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 приходится 80-95%.
Колесные тракторы, несмотря на явные преимущества перед гусеничными, имеют один существенный недостаток - относительно низкие тягово-сцепные свойства. В се это является причиной недостаточного использования мощности двигателя, снижения крюковой мощности и производительности, повышенному расходу топлива. Относительно низкие тягово-сцепные показатели и проходи- мость ограничивает их применение на ранневесенних работах, затрудняет проведение работ в лучшие агротехнические сроки, приводит к снижению годовой наработки и разномарочности машинно-тракторного парка колесных тракторов.
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 превосходят тракторы с традиционной схемой и приближаются к гусеничным. Высокая универсальность этих тракторов позволяет им выполнять практически весь комплекс сельскохозяйственных работ и тем самым снизить количественный и марочный состав машинно-тракторного парка
Однако применение полноприводных тракторов с шинами равного размера не всегда дает желаемый результат, а в ряде случаев тяговые показатели становятся ниже, чем у тракторов с традиционной схемой. Отсутствие убедительных теоретических положений, связанных с исследованием тягово-сцепных свойств полноприводных тракторов и сопоставимых экспериментальных исследований не позволяют в полной мере использовать их тягово-сцепные возможности. Полное использование тягово-сцепных возможностей полноприводных тракторов, с шинами равного размера, позволяет сократить, как численный, так и марочный состав тракторного парка, и тем самым снизить капитальные вложения в сельское хозяйство.
Поэтому повышение тягово-сцепных показателей полноприводных колесных тракторов с шинами равного размера по своей экономической целесообразности имеет большое народно-хозяйственное значение.
Актуальность работы. Подтверждается: республиканскими научно-техническими программами; региональной научно-технической программой «Повышение уровня механизации АПК Саратовской области»; Концепцией развития АПК Саратовской области до 2005 г.; комплексной темой №5 НИР Саратовского государственного аграрного университета им. Н.И. Вавилова «Повышение надежности и эффективности использования мобильной техники в сельском хозяйстве».
Работа проводится в соответствии с договором № М-1 от 06.03.2001 г. с ОАО «Липецкий тракторостроительный завод».
Цель работы. Повышение тягово-сцепных свойств полноприводных тракторов с шинами равного размера на пахотных сельскохозяйственных операциях за счет перераспределения нормальных реакций по осям.
Объект исследования. Тяговая динамика полноприводного трактора с шинами равного размера в составе пахотного сельскохозяйственного агрегата, при использовании гидродогружателя.
Научная новизна диссертации состоит в комплексном подходе к разработке способа повышения эффективности использования полноприводных тракторов с шинами равного размера путем перераспределения нормальных реакций по ведущим осям с использованием гидродогружателя.
Методика исследования. Для достижения поставленной цели и решения комплекса задач применялись теоретические и экспериментальные методы исследований.
В качестве основных методик теоретического исследования применялись: математические общепринятые методики, методы оптимизации, метод математического моделирования, теория вероятностей и математическая статистика. В результате исследований определялись значения параметров, определяющие эффективное использование тракторного агрегата.
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. В исследованиях применялись типовые измерительные средства и аппаратура. Статистическая обработка экспериментальных данных и математическое моделирование проводились с использованием ПЭВМ.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждена лабораторно-полевыми и эксплуатационными испытаниями пахотного агрегата в хозяйствах Саратовской области СПК «Чапаева» Петровского рай-
8 она; КФК «Шерстнева» Лысогорского района; ЗАО ПЗ «Алгайский» Новоузен-ского района.
Теоретические исследования выполнялись с применением математических методов и обрабатывались с помощью современных средств вычислительной техники. Результаты сравнения экспериментальных и теоретических данных показали их хорошую сходимость.
Практическая ценность работы имеет результаты 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 повышает тяговый КПД трактора на 10-12%, производительность на энергоемких операциях на 15-20%.
Апробация работы: Основные положения и результаты работы доложены и получили одобрение: на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СГАУ (2001-2003 г.г); на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СГТУ (2001 г.); на межгосударственном научно-техническом семинаре «Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания в АПК СНГ» г. Саратов (2001-2002 г.г.); на постоянно действующем научно-техническом семинаре СФВАУ г. Саратов (2000, 2003 г.г); на межвузовской конференции «Молодых ученых Саратовской области» г. Саратов, Поволжская Академия Гос. Службы (2002 г.).
Публикация. Основные положения диссертации опубликованы в 17 научных работах, в том числе 6 статей в центральной печати, 10 в сборниках научных работ и патент на изобретение №2202477. Общий объем публикаций составляет 3,02 печ.л., из которых 1,34 печ.л. принадлежат лично соискателю.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из
9 введения, пяти разделов, общих выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 152 страницах машинописного текста в том числе 17 стр. приложения и содержит 67 рисунков, 15 таблиц. Список литературы содержит 136 источников, в том числе 10 на иностранном языке.
10 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
Типоразмер шин и специальные приспособления
Эффективное использование колесных тракторов, реализация заложенных в них возможностей во многом определяется характеристиками ходовой системы и непосредственно пневматических шин. Сопротивление качению и сцепление колес с грунтом зависят от пятна контакта шины с опорной поверхностью дороги, удельного давления в зоне контакта, радиальной и тангенциальной деформации шины, сцепных качеств протектора и т.д. Все перечисленные параметры, определяются такими конструктивными характеристиками шин, как размер и форма поперечного сечения шины, конфигурация и размеры рисунка протектора, давление воздуха в шине, материала, числа слоев корда, качества резины [41-54]. Пневматические шины при рациональном их подборе соответствующим условиям работы трактора обеспечивают повышение тягово-сцепных показателей на 15 - 20% [41, 54-55], увеличению производительности и снижению расхода топлива [48, 53-54, 56].
К примеру, на рыхлых почвах со слабой несущей поверхностью, расположенной на более твердом основании, предпочтительнее иметь узкие шины, так как широкопрофильные шины «плавают» в рыхлом верхнем слое не имея достаточного сцепления с основанием [55-60]. Узкие шины, продавливая слабый верхний слой, сцепляются с достаточно прочным основанием, увеличивая, при этом, силу тяги трактора. При работе на мягких и увлажненных почвах широкопрофильная шина дает увеличенную площадь пятна контакта с основанием, что повышает сцепные свойства трактора. Узкие шины, в этих же условиях, образуют глубокую колею, вследствие чего резко возрастает сопротивление перекатывания трактора и его буксование. На рыхлых переувлажненных почвах с влажностью более 40% значительно увеличивается ширина колеи без изменения ее глубины, сопротивление качению увеличивается, а сцепление, при этом, практически не изменяется - в этом случае широкопрофильные шины снижают тяговые показатели трактора. Но на тех же почвах с влажностью 28 - 33% предпочтительны широкопрофильные шины [55].
Конфигурация и размеры рисунка протектора оказывают большое влияние на сцепление шины с грунтом и сопротивление качению [41, 50-54, 56]. Выбор типа рисунка протектора определяется условиями эксплуатации, общими особенностями различных рисунков и их количественной характеристикой. Известно, что на связанных почвах шины с развитым рисунком способствуют увеличению тягового усилия и уменьшению залипання шин. На плотных и сухих почвах высокие протекторы повышают сопротивление качению и снижают скорость движения трактора, на связанных почвах увеличивают площадь среза и соответственно сцепление. Значительное влияние высота протектора на тяго-во-сцепные свойства оказывает на неоднородных почвах имеющих подстилающий слой, однако, учитывая то, что тракторная шина работает в переменных условиях эксплуатации (асфальт, грунтовая дорога, поле подготовленное под посев, стерня и т.д.) используются наиболее универсальные рисунки протектора.
Следовательно, большое разнообразие сельскохозяйственных технологических операций, выполняемых трактором, и различных условий эксплуатации требует большое количество типоразмера шин. В условиях рядовой эксплуатации не возможно иметь набор шин соответствующих всему комплексу выполняемых работ, так как это весьма дорого и требует значительных затрат времени на переоснащение трактора. Именно поэтому, для колесного трактора общего назначения, в основном, предусматривается один основной типоразмер шин, а для универсально-пропашного колесных тракторов 2-3 типоразмера.
Для уменьшения количества типоразмеров шин при большом разнообразии сельскохозяйственных работ и условий эксплуатации используют их спаривание [60-66] и дополнительные устройства. В качестве дополнительных устройств используют уширители колес [47, 53, 63, 67-71], полугусеничный ход [47, 72-74], а также специальные почвозацепы [47, 62, 68, 75] .
Спаривание колес нашло широкое применение на тракторах общего назначения высоких тяговых классов для повышения тягово-сцепных свойств на рыхлых почвах [53, 63, 76]. Стоит отметить, что производится соединение не только двух, но и большего количества колес. В результате использования спаренных шин на рыхлых и влажных почвах (на ранневесенних работах) повышается агротехническая проходимость трактора, плавность хода и снижается буксование. Но при этом на высоких скоростях движения и при незначительной крюковой нагрузке из-за повышения потерь на перекатывание снижается тяговая мощность. При высоких значений крюковой нагрузки и повышенном буксовании отмечается незначительный прирост тягового усилия и тяговой мощности [53, 66, 76]. К тому же, при работе трактора на сдвоенных шинах увеличиваются его габариты, снижается маневренность, и возрастают нагрузки в трансмиссии при повороте.
Дополнительные устройства, устанавливаемые на колеса, уширители колес являются сравнительно дешевым и эффективным способом повышения тягово-сцепных свойств трактора и уменьшения удельного давления на рыхлых и влажных почвах. На почвах с нормальной плотностью и влажностью их применение мало эффективно. Основным недостатком уширителей является их повреждаемость при переездах по твердым дорогам.
Дополнительные накладные и каркасные почвозацепы не способствуют снижению удельного давления на почву и не уменьшают глубину следа, поэтому используются в основном для повышения проходимости на скользких дорогах и влажных грунтах. Использование почвозацепов на полевых дорогах крайне ограничено [49-50]. Почвозацепы в основном бывают двух видов: в виде цепей противоскольжения или накладных - расположенных сбоку колеса.
Использование накладных бандажей [77-78] незначительно снижает удельное давление на почву, но повышает агротехническую проходимость трактора на ранне-весенних работах, снижает буксование [7], однако не способствует значительному повышению его тягово-сцепных свойств.
Полугусеничный ход, предназначен для повышения проходимости и тягово-сцепных свойств при работе на влажных и рыхлых почвах, а также в зимний период по снежному покрову [45, 49, 55, 79]. Полугусеничный ход применяется в том случае, когда трактор имеет повышенное буксование, образует глубокую колею и вследствие этого не развивает необходимое тяговое усилие. На рыхлых и влажных почвах полугусеничный ход по сравнению с его отсутствием, увеличивает тяговую мощность тракторов класса 14 кН до 50% и тяговое усилие до 60%. Применение полугусеничного хода при нормальной влажности не рекомендуется, так как при этом снижаются технико-экономические показатели трактора, и ухудшается управляемость.
И так использование дополнительных устройств устанавливаемых на колеса, спаривание колес и полугусеничный ход увеличивают в какой-то степени тягово-сцепные свойства и проходимость трактора, но это приводит к усложнению конструкции трактора, увеличению эксплуатационных затрат, затрат времени на переоснащение трактора, но самым главным недостатком дополнительных устройств является отсутствие универсальности. В результате чего они могут использоваться только в определенных условиях.
Одним из важных показателей при эксплуатации пневматических шин является давление воздуха в шинах. Изменяя давление воздуха в шине, мы изменяем, пятно контакта с опорной поверхностью, что приводит к увеличению касательной силы тяги. Оптимальная площадь пятна контакта шины подбирается исходя из свойств агрофона, на котором проводится сельскохозяйственная операция.
Системы по подкачки воздуха в шинах, устанавливаются на армейских грузовых машинах повышенной проходимости, колесные шасси специального назначения, колесную бронетехнику и служат для повышения проходимости. Все эти системы используются для изменения и поддержания определенного давления воздуха в шинах в зависимости от дорожных условий и других факторов. В сельскохозяйственном тракторостроении нашей страны данные системы на тракторы не устанавливаются, это создает определенные трудности при изменении и подборе давления воздуха в шинах, и занимает продолжительный период. В реальной эксплуатации принято использовать рекомендуемые заводом изготовителем давления воздуха в шинах при проведении определенных сельскохозяйственных операций, которыми не учитываются все условия работы агрегата.
Определение нормальных реакций на колесах трактора при использовании гидродогружателя
В результате аналитических исследований, проведенных во 2 главе, получены теоретические зависимости, определяющие степень влияния конструктивных и эксплуатационных факторов на тягово-сцепные показатели полноприводного трактора в составе агрегата. Получены теоретические выражения для нахождения оптимальных значений эксплуатационных факторов, соответствующие максимальному значению силы тяги на крюке. Многообразие действующих факторов и сложность исследуемого процесса вызывает необходимость проведения экспериментальных исследований, а наличие принятых допущений предусматривает проверку полученных аналитических зависимостей на адекватность.
В соответствии с поставленными задачами и результатами теоретических исследований была составлена программа экспериментальных исследований. Программой предусматривалось выполнение следующих этапов экспериментальных исследований: - разработка общей методики исследований; - создание и подбор лабораторного оборудования для исследования тяговой динамики трактора; - определение прямых и косвенных показателей тяговой динамики трактора; - проведение лабораторно-полевых испытаний трактора; - обработка и анализ результатов экспериментальных исследований; - проведение эксплуатационных испытаний; - оценка и анализ результатов испытаний и подготовка предложений для производства. Выбор объекта исследования На основе анализа отечественного и зарубежного тракторостроения, проведенного в 1 главе, установлено, что наиболее перспективными тракторами, на ближайшие десятилетия, являются колесные траками равного размера тягового класса 20-30 кН и мощностью двитаг кВт. [единственным отечественным трактором, услови ям является трактор Липецкого тракторного отмеча лось выше, трактор находится на стыке двух тяговых классов 2-3 и не реализует свои тягово-сцепные возможности, что в з єни снижает его эксплуатационные показатели на энергоемки х как пахота. Реализация тягово-сцепных свойств трактора ЛТЗ-155 позволит ему перейти в класс 3 и выйти на более качественную ступень. Испытания пахотного агрегата проводились на основных агрофонах и типах почв характерных для Поволжья. Во время испытаний изменялись: скорость движения пахотного агрегата; глубина пахоты; давление подпора масла в полости подъема гидроцилиндра механизма навески; давление воздуха в шинах ведущих осей; вид привода дифференциальный или блокированный; режим работы регулятора глубины пахоты. С целью исключения влияния дополнительных факторов использовались методы контрольных опытов и рекомендации по исключению резко изменяющихся факторов [111]. Для уменьшения количества опытов применялась теория планирования эксперимента [112-113]. Во время проведения эксперимента на ленту осциллографа регистрировались следующие основные параметры: - усилие в горизонтальных тягах механизма навески; — усилие в вертикальных раскосах механизма навески; - усилие в центральной тяге; — давление подпора насоса в полости подъема гидроцилиндра механизма навес ки. Другие параметры: расход топлива, частота вращения ведущих колес и «пятого колеса» регистрировались, как на ленте осциллографа, так и электронными счетчиками импульсов. Кроме перечисленных параметров в журнале испытаний регистрировались: номер передачи, глубина пахоты, фон, почва, метеоусловия. Лабораторно-полевые испытания проводились в соответствии с ГОСТ 7057-91 [114] и принятыми методиками [111]. Контроль за правильностью выбора режимов при исследовании осуществлялся с помощью контрольных приборов трактора и визуально.
После каждого опыта проводилась первичная обработка информации, получаемой со счетчиков импульсов и ее анализ. В случае «выброса» - резкого изменения регистрируемых величин производилось повторение опыта. Осциллограммы и другая исходная информация обрабатывалась в соответствии с методиками [115-119].
Объем выборки дискретных измерений, и число реализаций при обосновании оптимальных режимов устанавливались с учетом относительной ошибки измерения и надежности определения исследуемых величин [115-116, 119]. Определение вероятностно-статистических оценок при реализации процессов применялось определение по времени, то есть по одной реализации на достаточном интервале. В процессе обработки экспериментальных данных устанавливались: закон распределения основных параметров регистрируемых на ленту осциллографа; их вероятностно-статистические оценки, корреляционные зависимости и т.д.
Экспериментальная проверка основных теоретических положений по обоснованию влияния давления воздуха в шинах и угла действия силы тяги на крюке на тягово-сцепные показатели трактора проведены на основе теории многофакторного эксперимента [112, 120]. Сравнительные оценки эксплуатационных показателей серийного пахотного агрегата и исследуемого определялись в соответствии с ГОСТ 24055-80 и ОСТ 10.2.-2-86. Лабораторное оборудование и приборы для проведения экспериментальных исследований Для выполнения программы экспериментальных исследований, по определению оптимальных значений факторов, влияющих на эксплуатационные показатели тракторного агрегата, была разработана и изготовлена передвижная тен-зометрическая лаборатория (рис. 3.2, 3.3). С помощью тензометрической лаборатории измерялись и регистрировались следующие параметры: - усилия в механизме навески; - давление подпора масла в полости подъема основного цилиндра механизма навески; - рабочая скорость; - пройденный путь; - частота вращения ведущих колес трактора; - расход топлива за опыт.
Лабораторное оборудование и приборы для проведения экспериментальных исследований
Проведенный анализ исследований показывает, что усилия вертикальных раскосах примерно равны и имеют высокий коэффициент вариации Кв 0,25. Продольная сила в левой горизонтальной тяге в 1,5 раза выше усилия в правой тяге, что объясняется некоторым несовпадением продольной силы тяги трактора и суммарной силы сопротивления плуга. Величина коэффициента вариации продольной силы в правой горизонтальной тяге в 1,237 раза выше, чем в левой. Минимальное значение продольной силы регистрировалось в центральной тяге.
В целом характер изменения сил в звеньях механизма навески относится к высокой степени вариации Кв 0,25. Наибольший коэффициент вариации Кв 0,85 имеет угол действия силы тяги на крюке.
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 показывает, что очень тесная корреляционная связь Кк 0,91 наблюдается между изменением силы тяги на крюке Ркр и горизонтальной ее составляющей R3 Кк = 0,985. Тесная корреляционная связь Кк = 0,71 - 0,9 установлена между усилиями в вертикальных раскосах и вертикальной составляющей силы тяги на крюке Кк = 0,792 - 0,854; между горизонтальными тягами и крюковой силой Кк = 0,777 - 0,893, а также составляющей крюковой силы и углом действия у Кк = 0,644 - 0,852.
Умеренная связь установлена между усилиями в вертикальных раскосах и горизонтальных тягах левой и правой сторон соответственно: Ккпр = 0,402; KoeB = 0,345; а также между правыми и левыми тягами и раскосами Кк = 0,360 -0,557. Слабая корреляционная связь установлена между усилием в центральной тяге с остальными определяемыми величинами.
Перераспределение нормальных реакций в зависимости от условий работы ТА может оказать существенное влияние на его эксплуатационные показатели. Так при движении трактора по твердой поверхности, при незначительных тяговых нагрузках, перераспределение нормальных реакций не окажет существенное влияние на его тягово-сцепные свойства и величину буксования, т.к. увеличение силы тяги не может быть реализовано, в связи с тем, что РКф Ркр, но может оказать влияние на увеличение потерь в движителе и тяговый КПД.
При работе трактора в полевых условиях, когда РКф Ркр, перераспределение нормальных реакций может оказать существенное влияние на эксплуатационные показатели трактора, т.к. колеса ведущих осей находятся в различных условиях по сцеплению. Колеса передней оси движутся по свежей, «рыхлой» поверхности и образуют колею, а колеса задней оси по предварительно-уплотненной поверхности и имеют более высокие сцепные свойства. Следовательно, при работе трактора со значительными нагрузками, необходимо увеличивать нормальные реакции на колесах задней оси.
Однако, увеличение нормальных реакций и ведущего момента на задней оси приводит к возрастанию потерь, обусловленных как нормальной, так и тангенциальной деформацией шин. Последнее, наряду с увеличением касательной силы тяги может вызывать снижение тягового КПД и увеличение расхода топлива.
Перераспределение нормальных реакций, при работе трактора с навесными машинами обусловлено в основном двумя факторами: величиной силы тяги на крюке Ркр и углом действия крюковой силы укр. Проведенные аналитические исследования (рис. 2.4 - 2.9) показали, что увеличение силы тяги на крюке приводит к незначительному перераспределению нормальных реакций и величины кинематического несоответствия, что подтверждается результатами экспериментальных исследований.
Так перераспределение нормальных реакций, вызванное увеличением крюковой силы с 25кН (при глубине пахоты 20см) до 37кН (при глубине 30см) не может компенсировать увеличение силы сопротивления плуга на крюке, что приводит к увеличению буксования, расхода топлива, снижению скорости движения трактора (рис.4.5). зависимости от глубины пахоты Изменение угла действия силы тяги на крюке уё5 оказывает более существенное влияние на перераспределение нормальных реакций, чем сама крюковая сила [127], так как возникающая при этом вертикальная составляющая в значительной степени изменяет продольную координату центра тяжести и производит догружение задней оси, чем горизонтальная составляющая. Изменение угла действия крюковой силы осуществляется за счет создания подпора в полости подъема гидроцилиндра механизма навески. Создаваемая величина подпора не достаточна для выглубления плуга, но при этом, часть веса плуга и вертикальных сил, действующих на его рабочие органы, через механизм навески передаются на остов трактора.
Влияние давления в полости подъема гидроцилиндра на изменение усилий в механизме навески, силы тяги на крюке и ее угла действия 1 — теоретическая вертикальная составляющая; 2 - экспериментальная вертикальная составляющая; 3 - теоретический угол действия крюковой силы; 4 -экспериментальный угол действия крюковой силы; 5 - экспериментальная горизонтальная составляющая.
Увеличение давления в полости подъема гидроцилиндра приводит к изменению сил в тягах механизма навески (рис. 4.6). При этом усилие в вертикальных раскосах, прямолинейно возрастают с 7 кН, при q = 0, до 15 кН при q = 3 МПа. Усилие в горизонтальных тягах в начале интенсивно снижается, при q 1,5 МПа интенсивность снижения уменьшается и при q 2,2 МПа асимптотически приближается к абсциссе.
Влияние перераспределения нормальных реакций на эксплуатационные показатели трактора
Результаты расчета сведены в таблицу 5.2. Экономическая эффективность от использования трактора ЛТЗ-155 как пахотного оценивается не только экономией эксплуатационных затрат на пахоте в размере 45,52 руб. на 1 га. Использование трактора как пахотного повышает удельный вес его применяемости при выполнении сельскохозяйственных операций (рис. 5.3) [136], так как ЛТЗ-155 совмещает в себе функции универсально-пропашного трактора класса 1,4 (МТЗ-80) и трактора общего назначения класса З (ДТ-75М), превосходя их по производительности. I - тяговый класс 14; 2 - тяговый класс 30; 3 - тяговый класс 50; 4 - тяговый класс 25-30 трактор ЛТЗ-155; I - Поволжский, Уральский, Западно-Сибирский районы; II - Центрально-Черноземный, Северо-Кавказский районы; III - Северо-Западный, Центральный, Волго-Вятский районы; IV - Восточно-Сибирский и Дальневосточный районы. Расширение функциональных возможностей трактора способствует снижению численного состава тракторного парка, высвобождению механизаторов и уменьшению капитальных вложений в с/х производство (табл. 5.3). 1 .Проведенные эксплуатационные испытания трактора ЛТЗ-155 с плугом ПЛН-5-35 показали, что увеличение тягового сопротивления по сравнению с плугом ПЛН-4-35 составило 10-15%, при увеличении производительности на 20% и снижении погектарного расхода топлива на 5-10%. 2.Внедрение результатов данной работы, проведены в СПК им. В.И. Чапаева Петровского района, КФХ «Шерстнева» Лысогорского района, ЗАО ПЗ «Алгайский» Новоузенского района Саратовской области, и обеспечивают годовой экономический эффект из расчета на один МТА в размере 45,52 руб. на 1 га пашни. На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы: 1. Анализ работ по повышению эффективности использования колесных тракторов показал, что основным конструктивным и эксплуатационным фактором, влияющим на тягово-сцепные показатели трактора, являются нормальные реакции на его осях. 2. Максимальное значение касательной силы тяги при использовании блокированного привода может быть получено, при таком распределении нормальных реакций по ведущим осям, когда каждая ось полностью использует свои тягово-сцепные возможности. 3. Критерием оптимального переопределения нормальных реакций по ведущим осям будет считаться, равенство буксования ведущих осей. 4. Перераспределение нормальных реакций существенно влияет на величину буксования ведущих осей трактора, снижая ее на 10-15%. Кроме того, перераспределение нормальных реакций увеличивает сцепной вес трактора до 10-15%. 5. Использование гидравлических догружателей ведущих колес, для перераспределения нормальных реакций по осям, при оптимальных давлениях воздуха в шинах на пахоте, повышает тягово-сцепные свойства трактора на 15-20% и производительность до 20% и снижает погектарный расход топлива на 5 10%. 6. Проведенные эксплуатационные испытания трактора ЛТЗ-155 с плугом ПЛН-5-35 показали, что увеличение тягового сопротивления по сравнению с плугом ПЛН-4-35 составило 10-15%, при увеличении производительности на 20% и снижении погектарного расхода топлива на 5-10%. В основу проведения эксплуатационных испытаний трактора были положены методы контрольных смен и выборочного хронометража [129-132]. Целью эксплуатационных испытаний трактора являлось определение эксплутационных качеств трактора: производительности; экономичности работы на пахоте с плугом ПЛН-5-35, а также при использовании СиПР. При проведении эксплуатационных испытаний трактора выполнялись требования предусмотренные ГОСТ 7057-91: - проведение испытания трактора в нормальных производственных условиях; - строгое соблюдение всех правил и инструкций по техническому уходу; - соблюдение правил технической эксплуатации; - сохранение номинального режима работы двигателя; - проведение регулировок установленных при вводе трактора в эксплуатацию; - исправность с/х орудий и их рабочих органов; - сохранение постоянным заданного режима работы с/х орудия (глубины пахоты, ширины захвата и т.д.); - работа двигателя и трактора на топливе и смазке рекомендуемых заводскими инструкциями; - тщательное ведение технической документации и своевременная ее обработ ка. Перед началом и в процессе проведения эксплуатационных испытании давалась характеристика условий работы тракторного агрегата. 1. Проверка и регистрация состояния почвы и поля при каждом случае переезда на новое поле или при изменении атмосферных и почвенных условий: тип почвы; влажность; рельеф поля, и т.д. 2. Регистрация метеорологических условий: температура воздуха, осадки, атмосферное давление, сила и направление ветра. 5.2. Определение производительности пахотного агрегата в составе трактора ЛТЗ—155 и плуга ПЛН-5-35 Производительность трактора на пахоте определялась следующими показателями [132-134]: - теоретической часовой производительностью WT; - средней производительностью за час чистой работы Q4 ср; - средней производительностью агрегата за смену WCM.cp. Для получения данных необходимых для проведения оценки производительности и экономичности работ пахотного агрегата проводились строгий учет объема выполненной работы и выборочный хронометраж. Результаты учета объемов выполненных работ и хронометража заносились в наблюдательный лист журнала эксплуатационных испытаний.
