Зависимости перераспределения сцепного веса тракторно-транспортного агрегата при использовании прицепа с активным ведущим мостом и гидравлического корректирующего устройства

Размещено на http://www.allbest.ru/

Зависимости перераспределения сцепного веса тракторно-транспортного агрегата при использовании прицепа с активным ведущим мостом и гидравлического корректирующего устройства

Кузнецов Е.Е., Панова Е.В., Худовец В.И., Кучер А.В.

Дальневосточный государственный аграрный университет

Аннотация

Обладая высокими сцепными и тяговыми характеристиками, колёсный трактор, в частности, агрегатируемый прицепом с активным ведущим мостом, обладает большими функциональными возможностями по применению в периоды высоких снеговых заносов, гололедицы, ранневесеннего поверхностного оттаивания и осеннего переувлажнения почв. Учитывая невысокие накладные и транспортные расходы, использование тракторно-транспортных агрегатов (ТТА) на внутрихозяйственных перевозках также является наименее финансово затратным способом транспортировки продукции и подвоза необходимых грузов.

Однако в процессе движения ТТА по грунтам с низкой несущей способностью возможно возникновение эффекта продавливания верхнего почвенного слоя и буксования движителей энергетического средства, что нередко ведёт к застреванию ТТА, увеличению времени выполнения транспортной операции и переуплотнению грунтов. Эту задачу возможно решить применением рационального перераспределения сцепного веса ТТА в движении установкой гидравлического устройства коррекции веса на дышле и поворотной раме прицепа.

В статье предлагается конструкция устройства для рационального перераспределения сцепного веса в ходовой системе ТТА и рассматриваются конструктивно-режимные параметры его работы.

Ключевые слова: тракторно-транспортный агрегат, энергетическое средство, прицеп, активный мост, сцепной вес, буксование, перераспределение, эффективность

Выполнение мероприятий транспортного обеспечения агропромышленного комплекса, в частности, в условиях Амурской области Дальнего Востока России, производится в сложных почвенно-климатических условиях, в зависимости от времени года, обусловленных повышенной влажностью почв, наличием подстилающего мерзлотного слоя, обледенением дорог, высоким уровнем снежных заносов. Использование тракторно-транспортных агрегатов (ТТА) для нужд организаций сельскохозяйственного профиля с невысоким уровнем механизации и технической оснащённости является наиболее рациональным решением более качественного использования имеющихся транспортных и колёсных энергетических средств. Наиболее часто используемой единицей в качестве энергетического средства в этих условиях обычно являются энергонасыщенные колёсные тракторы.

Мощность этих тракторов в составе ТТА часто реализуется не полностью вследствие невысоких тягово-сцепных свойств, развиваемых колёсным движителем в условиях низкой несущей способности почв и особенностей движения ТТА с прицепом с активным ведущим мостом, выражающихся в неравномерном характере нагружения сцепного устройства энергетического средства и нестабильных скоростных изменениях движения прицепа, что снижает агротехнические скорости движения, влияя на общую производительность ТТА и эффективность его использования [1-3].

Соответственно, более полная реализация эксплуатационных и мощностных возможностей колёсных энергетических средства сельскохозяйственных предприятий является важной технической задачей, требующей новых решений и методологических подходов, ранее предложенных в работе авторов [4].

Для выполнения поставленной задачи предлагается конструкторское решение, а именно устройство, способное корректировать (перераспределять) часть вертикальной нагрузки в звене «колёсное энергетическое средство-прицеп» (рис. 1).

Предлагаемое устройство корригирования (перераспределения) сцепного веса тракторно-транспортного агрегата (рис. 2), предназначенное для энергетического средства, агрегатированного прицепом с активным ведущим мостом, выполнено в виде конструкции 1, состоящей из силового гидроцилиндра 2, установленного в кронштейне 3 на фронтальной части поворотной рамы 4 прицепа 5 и торсионной оси 6, проходящей через вилочную рабочую часть 7 силового гидроцилиндра и встроенной между поперечинами дышла 8 прицепа [5].

Рис. 1. ТТА с установленным устройством корригирования сцепного веса тракторно-транспортного агрегата

Рис. 2. Принципиальная схема устройства корригирования сцепного веса тракторно-транспортного агрегата: 1 - конструкция; 2 - силовой гидроцилиндр; 3 - кронштейн; 4 - поворотная рама прицепа; 5 - прицеп; 6 - торсионная ось; 7 - вилочная рабочая часть силового гидроцилиндра; 8 - дышло прицепа

Данное устройство работает следующим образом: при трогании с места или движении колёсных тракторов, агрегатированных прицепом с передним ведущим мостом, по грунтам со слабой несущей способностью, при увеличении буксования трактора машинист-оператор при помощи гидрораспределителя подаёт рабочую жидкость в силовой гидроцилиндр, шток которого при выходе давит на торсионную ось, прижимая дышло прицепа, перераспределяя сцепной вес с фронтальной части и ведущего моста прицепа на сцепное устройство и задний ведущий мост колёсного трактора, что увеличивает вертикальную нагрузку на движители и тягово-сцепные свойства колёсного трактора.

При продавливании верхнего почвенного слоя, увеличении буксования заднего ведущего моста трактора и снижении скоростных характеристик ТТА водитель-оператор при помощи гидрораспределителя подаёт рабочую жидкость в силовой гидроцилиндр, шток которого при задвижении приподнимает через торсионную ось дышло прицепа, усиливая нагрузку на вертикальных шарнирах дышла и сцепном устройстве трактора, приподнимая буксирующий трактор и перераспределяя сцепной вес со сцепного устройства и заднего ведущего моста колёсного трактора на переднюю часть и активный ведущий мост прицепа, позволяя тракторно-транспортному агрегату осуществлять дальнейшее движение.

В общем случае для обоснования конструктивно-режимных параметров перераспределения сцепного веса в звене «колёсное энергетическое средство - прицеп» рассмотрим схему движения колёсного энергетического средства, агрегатируемого прицепом с активным ведущим мостом. Движение ТТА примем как прямолинейное и равномерное, устройство корригирования сцепного веса не подключено. ТТА рассмотрим как составную конструкцию трактор + дышло + поворотная рама прицепа, используя известные зависимости [6]. Составим условие равновесия для части составной конструкции - «дышло» (рис. 3).

Уравнение равновесия для дышла принимает вид

При , (1)

при , (2)

при , (3)

при , , (4)

при , . (5)

где: ширина дышла, м; С - расстояние от точки K, обозначающей середину части дышла прицепа между шарнирами крепления, до центра масс дышла, м; длина дышла, м; точка С - область приложения силовой нагрузки; Pкр - крюковое усилие трактора, Н; G - вес дышла с установленным устройством, Н; XА, XВ, ZА, ZВ - реакция шарниров А и В; N - реакция опоры (сцепного устройства трактора).

тракторный транспортный почвенный сцепной

Рис. 3. Расчетная схема к уравнению равновесия дышла ТТА (устройство перераспределения веса не подключено)

Решив вышеуказанную систему уравнений, получаем:

, (6)

, (7)

, (8)

, (9)

или . (10)

Находим реакции шарниров крепления дышла прицепа и реакцию центральной части дышла прицепа между шарнирами крепления:

, (11)

, (12)

Тогда . (13)

Рассмотрим равновесие дышла прицепа при работе устройства корригирования (перераспределения) сцепного веса ТТА при продавливании верхнего почвенного слоя, увеличении буксования заднего ведущего моста энергетического средства. Шток гидроцилиндра задвигается, и на дышло будет действовать дополнительная сила P (режим - разгрузка заднего моста трактора), направленная под углом к плоскости дышла (рис. 4).

Рис. 4. Расчетная схема к уравнению равновесия дышла ТТА (режим - разгрузка заднего моста трактора)

Составим уравнение равновесия для части составной конструкции «дышло» и получим:

при (14)

при ? - N - G=0, (15)

при (16)

при , (17)

при (18)

Решив вышеуказанную систему уравнений, получаем:

, (19)

(20)

, (21)

Находим реакции шарниров крепления дышла прицепа на работу предлагаемого устройства:

= (22)

И получаем:

(23)

Рассмотрим равновесие составной части конструкции ТТА «трактор» в режиме работы устройства «разгрузка заднего моста трактора» (рис. 5) при условии конструкционного распределения веса трактора по осям: передний управляемый мост - , Н, задний ведущий мост -

Рис. 5. Расчетная схема к уравнению равновесия трактора (режим - разгрузка заднего моста трактора) высота крепления сцепного устройства трактора и петли дышла прицепа, м; реакция сцепного устройства трактора; колёсная база трактора, м; расстояние от точки опоры заднего ведущего моста трактора до проекции точки крепления сцепного устройства трактора, м; - реакции опор трактора

Так как N - реакция опоры дышла в сцепном устройстве трактора, а реакция сцепного устройства трактора, то N=.

Составим уравнения равновесия:

при (24)

тогда

(25)

при , (26)

тогда , (27)

или . (28)

Анализ полученных зависимостей влияния предлагаемого устройства на составные конструкции ТТА в режиме разгрузки заднего моста трактора подтверждает перераспределение сцепного веса в звене «колёсное энергетическое средство - прицеп».

Рассмотрим равновесие дышла при работе устройства корригирования cцепного веса ТТА при увеличении буксования трактора (режим «загрузка заднего моста трактора»). При этом шток гидроцилиндра будет выходить и давить с передаваемой силой на поперечину (торсионную ось) дышла под углом к плоскости дышла (рис. 6).

Рис. 6. Расчетная схема к уравнению равновесия дышла ТТА (режим - загрузка заднего моста трактора)

Составим уравнение равновесия для части составной конструкции - «дышла»:

при , (29)

при , (30)

при (31)

при (32)

при , (33)

Решив вышеуказанную систему уравнений, получаем

(34)

(35)

. (36)

Находим реакции шарниров крепления дышла прицепа на воздействие предлагаемого устройства:

. (37)

. (38)

Рассмотрим равновесие составной части конструкции ТТА - «трактор» в режиме работы устройства «загрузка заднего моста трактора» (рис. 7) при соблюдении вышеозначенных конструкционных параметров нагрузки на оси.

Рис. 7. Расчетная схема к уравнению равновесия трактора (режим - загрузка заднего моста трактора)

Составим и решим уравнения равновесия части конструкции ТТА - «трактор»:

при +, (39)

получаем

. (40)

при , (41)

тогда , (42)

или . (43)

Для более наглядного представления величин изменения реакции в сцепном устройстве трактора ) в режимах работы устройства в виде зависимостей от изменения угла направления действующей силы Р и изменения силы Р была составлена комбинированная модель детерминированного факторного анализа (рис. 8).

при

Рис. 8. Комбинированная модель детерминированного факторного анализа работы устройства

Полученные математические зависимости показывают, что использование устройства для корригирования позволяет произвести перераспределение сцепного веса в звене «колёсное энергетическое средство - прицеп», а его внедрение, при высокой надёжности, низкой себестоимости, удобстве в обслуживании и эксплуатации, при достаточно несложной конструкции и простоте изготовления позволит увеличить проходимость и производительность колесных тракторов при их агрегатировании с прицепами, оборудованными активным ведущим мостом в составе ТТА, повысит тягово-сцепные свойства ТТА при выполнении энергоёмких работ, скорость движения по грунтам с низкой несущей способностью, уменьшит техногенное воздействие на обрабатываемые почвы, что приведёт к экономии энергозатрат и увеличит экономический эффект от его применения в сельском хозяйстве.

Список использованных источников

1. Кузнецов Е.Е. и др. Использование многоосных энергетических средств класса 1,4: монография // ДальГАУ. - Благовещенск. - 2013. - 153 с.

2. Кузнецов Е.Е. и др. Расширение функциональных возможностей тракторов класса 1,4 // Дальневосточный аграрный вестник. - 2016, №1(37). - С. 64-70.

3. Щитов С.В. Пути повышения агротехнической проходимости колёсных тракторов в технологии возделывания сельскохозяйственных культур Дальнего Востока: дис. д-ра техн. наук: 05.20.01. - Благовещенск. - 2009. - 325 с.

4. Устройство корригирования сцепного веса тракторно-транспортного агрегата/ Кузнецов Е.Е., Щитов С.В. // Пат. на полезную модель № 167458. Рос. Федерация. Заявитель и патентообладатель Дальневосточный гос. агр. университет. Заявл. 22.06.2016, зарегистрирована 16.12.2016, опубл. 28.12.2016, Бюл. № 35. 10 с.

5. Яблонский А.А. Сборник задач для курсовых работ по теоретической механике. - М.: Высшая школа. - 1982. - 382 с.

Размещено на Allbest.ur