Закономерности деформирования диагональных и радиальных шин движителей зерноуборочных комбайнов

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Азово-Черноморский инженерный институт-филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет»

05.00.00 Технические науки

Закономерности деформирования диагональных и радиальных шин движителей зерноуборочных комбайнов

Кравченко Владимир Алексеевич

доктор технических наук, профессор

Меликов Иззет Мелукович

канд. техн. наук, доцент

Целью исследования являлось изучение закономерностей деформирования диагональных и радиальных шин движителей для зерноуборочных комбайнов высокой производительности. Метод исследования - экспериментальный с использованием «шинного тестера» и специально разработанных приспособлений для определения деформаций внутренней и внешней оболочек шины относительно обода в окружном и радиальном направлениях. Выходные показатели колеса с пневматической шиной определяются, в основном, способностью шины деформироваться так, чтобы при малых гистерезисных потерях в резинокордной оболочке и приемлемых в ней напряжениях, исходя из ресурса, создавалась наибольшая площадь контакта с опорным основанием. Указанное обстоятельство приобретает особую значимость при разработке шин для зерноуборочных комбайнов высокой производительности, закономерности деформирования которых в настоящее время мало изучены. Анализ проведённых экспериментальных исследований показал целесообразность применения на движителях зерноуборочных комбайнов вместо диагональных радиальных шин такого же типоразмера. Сопротивление качению у радиальных шин 30,5R-32ниже, чем у диагональных шин 30,5L-32, а развиваемая площадь контакта за счёт увеличения длины выше, что обеспечивает снижение уплотняющего воздействия на почву

Ключевые слова: ЗЕРНОУБОРОЧНЫЙ КОМБАЙН, ДВИЖИТЕЛЬ, ШИНА, ДЕФОРМАЦИЯ ШИНЫ

зерноуборочный шина комбайн

ВВЕДЕНИЕ

Появление на полях страны новых зерноуборочных комбайнов высокой производительности вызвало необходимость решения сложных инженерных задач по разработке способов и методов повышения показателей функционирования их ходовых устройств, с целью улучшения качества выполняемого комбайнами рабочего процесса, снижения часового расхода горюче-смазочных материалов, уплотнения почвы, а также повышения уровня условий труда операторов.

Уменьшение негативного воздействия на почву любой мобильной сельскохозяйственной техники, в том числе и зерноуборочной, означает необходимость обеспечения таких условий функционирования машины, при которых бы не разрушалась структура почвы, не повышалась бы её эрозия, не изменялись бы в ней процессы аэрации и влагообмена, которые влияют на обеспечение развития растений, а также не возрастали бы затраты энергии на обработку земли при последующих операциях[1,2,3,4].

В процессе работы колеса, работающего в ведущем режиме, по деформируемому основанию (почве) происходят радиальная и тангенциальная деформации шины, проскальзывание отдельных частей и пятна контакта шины в целом относительно опорной поверхности, вертикальные колебания и смятие грунта[1, 2, 3, 4, 5], на что требуются затраты энергии двигателя.

Движитель, перекатываясь по опорному основанию (почве), деформирует её, перемещает и раздробляет почвенные частицы, в результате чего изменяется водный, воздушный, тепловой режим почв и, как следствие этого, ухудшается агробиологический процесс в почве, что приводит к снижению урожая[1, 2, 3, 4, 5].

На эксплуатационные показатели шин большое влияние оказывает их внутреннее строение. Корд является основным силовым элементом[1, 6].

У диагональных шин (рисунок 1 а) корд располагается от борта к борту под углом 15…45 к меридиану и в обоих направлениях, образуя весьма жесткую на растяжение и изгиб оболочку. В боковых стенках такая жесткость является чрезмерной и определяет общую повышенную жесткость шины. У радиальных шин (рисунок 1 б) нити корда расположены под углом 0…15 к меридиану. Эти шины имеют большую податливость, большую площадь контакта, лучшие тягово-сцепные свойства.

а б

Рисунок 1 - Конструктивное исполнение диагональных (а)

и радиальных (б) шин ведущих колёс

Цели, задачи, объект и предмет исследования.

Целью этих исследований пневматических шин было получение информации о характере и закономерностях деформирования шин типоразмера 30,5-32 различного конструктивного исполнения при нагружении их крутящим моментом, продольной и вертикальной нагрузками.

Объект исследования - технологические процессы деформирования шин 30,5L-32 и 30,5R-32, которые применяют и можно применять для комплектации зерноуборочных комбайнов высокой производительности.

Предмет научных исследований - закономерности деформирования диагональных и радиальных шин типоразмера 30,5-32 ведущих движителей зерноуборочных комбайнов.

МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ

Метод исследования - экспериментальный с использованием «шинного тестера» и специально разработанных приспособлений для определения деформаций внутренней и внешней оболочек шины относительно обода в окружном и радиальном направлениях.

Для ускоренного проведения научно-исследовательских работ испытания шин типоразмера 30,5-32 проводились на специальных мобильных установках типа «шинный тестер» [7]. Комплекс измерительной аппаратуры для экспериментальных исследований позволял фиксировать [3, 4] показатели деформации пневматической шины, угол поворота оси колеса, крутящий момент на оси колеса, длину пятна отпечатка шины.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Результаты экспериментальных исследований радиальной и окружной деформаций шины 30,5L-32 представлены в виде графиков зависимостей Z = f (б)и X = f (б) на рисунке 2.

Рисунок 2 ? Деформация шины 30,5L-32 при ведущем (а) и ведомом (б) режимах нагружения

Из полученных данных по деформационным свойствам оболочки пневматических шин 30,5L-32 (рисунок 2) можно выделить следующее:

- радиальная деформация Z оболочки шины 30,5L-32 по её экватору имеет направление к оси колеса и от неё перед входом в контакт с опорным основанием: при ведомом и ведущем режимах качения шина испытывает радиальную деформацию в секторе окружающем контакт;

- под действием вертикальной нагрузки элементы шины перед входом в контакт с опорным основанием деформируются в сторону от оси колеса, поэтому происходит «выпучивание» оболочки (оно больше при ведущем режиме качения);

- угол поворота оси колеса, определяющий начало радиальной деформации диагональной шины типоразмера 30,5-32, приблизительно равен 1290 для ведомого режима и 1010 для ведущего режима качения колеса, а полное снятие деформации в радиальном направлении шины заканчивается, соответственно, при 2010 и 2270 (максимальное значение величины радиальной деформации - в центре контакта);

- окружная деформация Х оболочки шины 30,5L-32 по экватору зависит от режима качения колеса: она определяется вертикальной нагрузкой на колесо и крутящим моментом, приложенным к оси колеса;

- диагональная шина 30,5L-32 как в ведомом, так и в ведущем режимах качения испытывает знакопеременную окружную деформацию;

- шина 30,5L-32 в ведомом режиме испытывает окружную деформацию практически по всему периметру, причем смещение элементов оболочки шины относительно обода и в передней части шины, и в задней после контакта - к верху шины;

-угол поворота оси колеса, определяющий начало окружной деформации шины 30,5L-32 равен 00;

-полное снятие деформации в окружном направлении заканчивается при 3000в ведомом режиме качения и при 2400 - в ведущем режиме качения.

Результаты экспериментальных исследований радиальной и окружной деформаций шины 30,5R-32 представлены в виде графиков зависимостей Z= f (б) и X = f (б) на рисунке 3.

Рисунок 3 ? Деформация шины 30,5R-32 при ведущем (а) и ведомом (б) режимах нагружения

Анализ зависимостей (рисунок 3) позволяет установить следующее:

- радиальная деформация по экватору шины 30,5R-32 всегда имеет только одно направление - к оси колеса: при ведомом режиме качения деформация начинается ещё до контакта протектора с опорным основанием, при ведущем - практически в точке контакта;

- максимальное значение величины деформации наблюдается по центру контакта, полное её снятие происходит уже после выхода элементов протектора из контакта, причём такое «запаздывание» больше при ведущем режиме качения;

- полное снятие радиальной деформации у шины 30,5R-32 происходит при величине угла поворота колеса 2400, что объясняется, прежде всего, взаимосвязью всех видов деформации оболочки: нормальная нагрузка на колесо передаётся опорному основанию всей оболочкой шины, а нижняя часть шины деформируется и от силы, создающей давлением воздуха[6];

- из-за гистерезисных потерь от внутреннего трения в материале шины и трения элементов протектора в контакте участок радиальной деформации шины 30,5R-32 после контакта больше, чем до него;

- давление воздуха в шине 30,5R-32 пренебрежимо мало, а перелома брекера на границе площадки контакта не происходит, поэтому радиальная деформация оболочки и вне контакта будет направлена к оси колеса[6];

- особенностью полученных зависимостей является наличие явно выраженных площадок с примерно постоянной величиной радиальной деформации элементов шины 30,5R-32 на выходе из контакта, появление которых обусловлено работой на преодоление сухого трения элементов шины в контакте, связанной со скольжением элементов протектора к центру контакта;

- величина радиальной деформации шины 30,5R-32больше, чем у диагональной шины (оболочка деформируется больше, а контактная площадка получает развитие за счёт длины), поэтому уплотняющее воздействие на почву данной шины вследствие этого будет меньше;

- окружная деформация Х внешних элементов протектора по экватору шины у шины 30,5R-32 происходит по всему периметру оболочки: с верхней точки и до середины контактной площадки, элементы шины испытывают сжатие, на оставшейся части - также сжатие, но в противоположном направлении, причём, деформация сжатия набегающих волокон шины значительно больше деформации сжатия сбегающих волокон;

- при ведомом режиме качения шины 30,5R-32 единственным фактором, вызывающим сжатие набегающих волокон шины, является нормальная нагрузка на колесо, а при ведущем режиме качения шины 30,5R-32 сжатие дополнительно увеличивается от прилагаемого крутящего момента;

- при ведомом режиме качения шины 30,5R-32 сжатие сбегающих волокон шины 30,5R-32 происходит в связи с тем, что элементы протектора в задней части контактной площадки скользят к её центру вперёд по ходу движения и, тем самым, задерживают не только снятие радиальной, но и создают условия для окружной деформации;

- при ведущем режиме шины 30,5R-32 элементы протектора не скользят к её центру вперёд по ходу движения, а растяжение под действием крутящего момента сбегающих волокон частично компенсируется их сжатием от нормальной нагрузки, и, вследствие этого, величина деформации сжатия меньше по сравнению с ведомым режимом качения;

- от крутящего момента набегающие волокна шины 30,5R-32 испытывают дополнительное окружное сжатие, а выходящие из контакта - растяжение, поэтому в зоне после контакта, где нормальная сила сжимает волокна, а крутящий момент их растягивает, суммарная деформация шины в окружном направлении при номинальном значении Мк практически равна нулю[6];

- по сравнению с ведомым режимом качения сжатие набегающих волокон при номинальном значении крутящего момента возрастает на 56%, причём максимальной величины сжатие волокон достигает до контакта шины с опорным основанием и, вследствие зоны скольжения в начале контактной площадки [6], затем уменьшается, увеличиваясь снова в зоне сцепления.

ВЫВОДЫ

1. Недостатком диагональной конструкции шины является то, что радиальная деформация её оболочки перед контактом направлена от центра колеса. Такое «выпучивание» элементов шины увеличивает гистерезисные потери в ней, отчего сопротивление качению неминуемо возрастает.

2. Величина радиальной деформации шины 30,5R-32больше, чем у шины 30,5L-32(оболочка деформируется больше, а контактная площадка получает развитие за счет длины), поэтому уплотняющее воздействие на почву данной шины вследствие этого будет меньше.

3. Основным фактором окружной деформации является нормальная нагрузка на колесо: с увеличением крутящего момента окружная деформация пропорционально возрастает.

4. Применение в качестве ведущих радиальных шин 30,5R-32для зерноуборочных комбайнов предпочтительно.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кравченко, В.А. Транспорт в сельскохозяйственном производстве/ В.А. Кравченко. - Зерноград, АЧГАА, 2003. - 320 с.

2. Повышение эксплуатационных качеств колёсных движителей / В.В. Коптев, В.А. Кравченко, В.Г. Яровой и др. // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2000. - № 5. - С. 33…34.

3. Кравченко, В.А. Повышение динамических и эксплуатационных показателей сельскохозяйственных машинно-тракторных агрегатов: монография / В.А. Кравченко. - Зерноград: ФГОУ ВПО АЧГАА. - 2010. - 224 с.

4. Кравченко, В.А. Повышение эффективности МТА на базе колёсных тракторов / В.А. Кравченко, В.А. Оберемок, Л.В. Кравченко. // Технология колёсных и гусеничных машин. - 2014. ? № 6 (16). - С. 45…50.

5. Кравченко, В.А. Математическая модель машинно-тракторного агрегата с УДМ в трансмиссии трактора / В.А. Кравченко, Л.В. Кравченко, В.В. Серёгина // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2014. ? № 103. - IDA: 1031409016. - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru / 2014 / 09 /pdf/ 16.pdf, ? С. 251…261.

6. Кнороз В.И. Работа автомобильной шины. - М., Автотрансиздат, 1960. - 229 с.

7. Патент 2167402 Российская Федерация, C2 7 G01 М 17/02. Шинный тестер / В.А. Кравченко, В.Г. Яровой, М.В. Годунов, К.Н. Уржумов, А.В. Зацаринный; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО АЧГАА.- № 99114900/28; заявл. 08.07.1999; опубл. 20.05.2001, Бюл. № 14. - 5 с.

Размещено на Allbest.ru