Підвищення експлуатаційно-технологічних показників орного агрегату на базі гусеничного трактора з безступеневим механізмом повороту - Автореферат

Недоліки гусеничних тракторів в експлуатації по стійкості руху при агрегатуванні з плугом, підвищеній витраті палива при русі на гоні і поворотах наприкінці гонів обумовлені в основному конструкцією механізмів повороту. тенденція створення світовими тракторобудівними фірмами гусеничних тракторів з безступеневими гідрообємними механізмами повороту (ГОП) дозволяє підвищити їх маневреність, паливну економічність і продуктивність. Для досягнення поставленої мети були визначені наступні завдання: - розробити математичну модель орного агрегату на базі гусеничного трактора, що дозволяє при оцінці стійкості його руху на гоні, тягово-енергетичних режимів роботи враховувати нерівномірність розподілу навантажень по бортах і зміщення центра мас орного агрегату в поздовжній і поперечній площинах; обґрунтувати залежність гакового ККД гусеничного трактора при агрегатуванні з плугом, який враховує як нерівномірність розподілу передавальної потужності правим і лівим бортами та додатковими втратами потужності на підвороти при русі агрегату на гоні; пояснити причини порушення курсової стійкості руху гусеничного трактора з ГОП у напрямку борозни, запропонувати спосіб стабілізації стійкості його руху на орних роботах; Одержали подальший розвиток: критерії оцінки оптимальних швидкостей руху орного агрегату по продуктивності та економічності; закономірності зміни навантажувальних режимів елементів трансмісії і тягового ККД гусеничного трактора з ГОП при агрегатуванні з плугом при нерівномірному розподілі тягових зусиль по бортах і додаткових втратах потужності на корекцію напрямку руху [3, 4, 12 - 14, 18 - 20].У другому розділі виконано математичне моделювання і комплексний аналіз стійкості руху гусеничного трактора на орних роботах, пояснені причини порушення курсової стійкості руху гусеничного трактора з ГОП на гоні, запропонований спосіб стабілізації стійкості його руху при агрегатуванні з плугом. Для трьохточкової схеми приєднання плуга до трактора при оцінці перехідних процесів орного агрегату використовується єдина для режимів прямолінійного руху та режимів повороту модель руху гусеничного трактора на рівній горизонтальній поверхні з заданими характеристиками ґрунту. Диференціальні рівняння руху орного агрегату в прийнятих координатах мають вигляд: (1) де g = 9,81 м/с2 - прискорення вільного падіння; fсд - сумарний коефіцієнт опору руху від ґрунту та ходової частини; Т1, Т2 - сили тяги на правій і лівій гусеницях; Fc - сумарна сила опору бічному зміщення гусеничного трактора; М, Мс - сумарні моменти опору руху і повороту гусеничного трактора; Втр. Напрямок руху трактора відхиляється від заданого, трактор “звалюється” у борозну. В результаті отримана базова математична модель руху гусеничного трактора з ГОП при агрегатуванні з плугом, яка записується в матричному вигляді: (2) де - вектор-стовбець прискорень координат j; Мр - вектор-стовбець реактивних моментів у накладених звязках динамічної системи; J - діагональна матриця моментів інерції; Вт, В - матриця рівнянь звязку відповідно елементів трансмісії і трактора з плугом; - вектор-стовбець узагальнених сил, що діють на зосереджені маси динамічної системи.У дисертаційній роботі отримані нові наукові положення з вирішення актуального завдання підвищення стійкості руху і тягово-енергетичних властивостей орного агрегату на базі гусеничного трактора з безступеневим гідрообємним механізмом повороту (ГОП), що забезпечують підвищення його експлуатаційно-технологічних показників на орних роботах. Обґрунтовано фізичну модель нерівномірного розподілу навантажень по бортах гусеничного трактора при агрегатуванні з навісними та напівнавісними плугами, що відрізняється від відомих врахуванням зміщення центра мас орного агрегату в поздовжній і поперечній площинах. Запропоновані нові закономірності руху на гоні орного агрегату на базі гусеничного трактора, які дозволяють комплексно вирішувати завдання кінематики і динаміки його руху, оцінки тягово-енергетичних параметрів. Дані закономірності відрізняються від відомих повнотою обліку збурювань з боку плуга на трактор, обумовлених нерівномірним розподілом навантажень по бортах. При цьому дотична сила тяги правого борта при оранці на глибину 30...32 см перевищує на 9,0...16,0% дотичну силу тяги лівого борта, що приводить до підвищеного на 0,5...0,8% буксування правої гусениці і "звалюванню" трактора в борозну.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У дисертаційній роботі отримані нові наукові положення з вирішення актуального завдання підвищення стійкості руху і тягово-енергетичних властивостей орного агрегату на базі гусеничного трактора з безступеневим гідрообємним механізмом повороту (ГОП), що забезпечують підвищення його експлуатаційно-технологічних показників на орних роботах.

Основні наукові та практичні результати роботи і висновки, що випливають з них, полягають у наступному: 1. Аналіз сучасного стану проблеми підвищення ефективності орних агрегатів довів, що застосування на гусеничних тракторах ГОП є одним з напрямків підвищення їх конкурентоспроможності. Однак, питання оцінки експлуатаційно-технологічних показників орних агрегатів на базі гусеничних тракторів з ГОП залишилися невирішеними і є актуальними для сільськогосподарського виробництва України.

2. Обґрунтовано фізичну модель нерівномірного розподілу навантажень по бортах гусеничного трактора при агрегатуванні з навісними та напівнавісними плугами, що відрізняється від відомих врахуванням зміщення центра мас орного агрегату в поздовжній і поперечній площинах.

3. Запропоновані нові закономірності руху на гоні орного агрегату на базі гусеничного трактора, які дозволяють комплексно вирішувати завдання кінематики і динаміки його руху, оцінки тягово-енергетичних параметрів. Дані закономірності відрізняються від відомих повнотою обліку збурювань з боку плуга на трактор, обумовлених нерівномірним розподілом навантажень по бортах.

Доведено, що правий борт трактора ХТЗ-200 з плугом ПРУН-5-45 на 15,0...16,0%, з плугом ПЛП-6-35 на 11,0...12,0% завантажений більше лівого борта. При цьому дотична сила тяги правого борта при оранці на глибину 30...32 см перевищує на 9,0...16,0% дотичну силу тяги лівого борта, що приводить до підвищеного на 0,5...0,8% буксування правої гусениці і "звалюванню" трактора в борозну.

4. Встановлено, що при русі гусеничного трактора ХТЗ-200 з ГОП на гоні різниця передавальних моментів правою і лівою гусеницями перебуває в межах 10,0...11,5 кн?м. Це призводить до підвищення тиску робочої рідини в магістралі високого тиску ГОП, зниженню його обємного ККД, зміні кутових швидкостей ведучих коліс бортів і до втрати стійкості руху орного агрегату.

Обґрунтовано спосіб стабілізації стійкості руху на гоні гусеничного трактора з ГОП, що базується на корекції рульового керування. Відхилення рульового колеса трактора ХТЗ-200 на відносний кут б дозволяє стабілізувати стійкість руху орного агрегату на гоні. Для агрегату ХТЗ-200 ПРУН-5-45 при б = 0 “звалювання” у борозну трактора відбувається на довжині гону Х = 18,5 м, при б = 0,10 - Х = 37 м, при б = 0,14 - Х = 45 м.

5. Запропоновано нову залежність ефективного гакового ККД ( ) гусеничного трактора при агрегатуванні з плугом, що відрізняється від відомої залежності тягового ККД ( ) врахуванням нерівномірності розподілу навантажень правого та лівого бортів і додаткових втрат потужності на підвороти при русі агрегату на гоні.

Експериментально доведено, що для агрегату ХТЗ-200 ПРУН-5-45 hгк max= 0,63 і hn max = 0,68 відповідає швидкості руху 7,5 км/год. Стабілізація стійкості руху на гоні даного агрегату шляхом корекції курсу рульовим керуванням дозволяє підвищити hгк на 2...3%.

6. Сформульовано критерії оптимальних швидкостей руху орного агрегату по продуктивності, обумовленому умовою постійного збільшення продуктивності до збільшення швидкості, і по економічності, що обумовлено умовою постійного збільшення опору руху агрегату до збільшення швидкості.

На основі даних критеріїв теоретично обґрунтовані та експериментально підтверджені оптимальні по продуктивності та економічності швидкості руху трактора ХТЗ-200 з ГОП при агрегатуванні із плугом ПРУН-5-45, які перебувають у межах 7...10 км/год. Нижня межа швидкості відповідає глибині оранки 30...32 см, верхня - 25...27 см.

7. Експериментальними дослідженнями встановлено, що при підворотах і поворотах наприкінці гону елементи трансмісії трактора ХТЗ-200 при агрегатуванні з плугом ПРУН-5-45 навантажені негативним крутним моментом. Навантаженість елементів трансмісії трактора збільшується при зменшенні радіуса повороту (R). При R = 5 м крутний момент на півосі забігаючого борта дорівнює Мз = 4,2·103 Н·м, борта, що відстає Мв = -1,95·103 Н·м; при R = 30 м півосі завантажені Мз = 2,12·103 Н·м і Мв = -0,63·103 Н·м.

8. Проведені за розробленими методиками експериментальні дослідження в лабораторних і польових умовах довели адекватність математичної моделі реальної динамічної системи і задовільний збіг розрахункових і експериментальних результатів (у середньому невідповідність становить 4%).

9. За результатами експлуатаційно-технологічних випробувань в агрофірмі "Козацький стан" Козельщинського району Полтавської області тракторів ХТЗ-200 з ГОП і ХТЗ-180 з серійним механізмом повороту при однаковій потужності двигуна отримано, що продуктивність за одну годину технологічного часу трактора ХТЗ-200 при агрегатуванні з плугами ПРУН-5-45 і ПЛП-6-35 вище на 6,8...9,3% у порівнянні з орним агрегатом на основі трактора ХТЗ-180 при одночасному зниженні погектарної витрати палива на 7,7%. Це забезпечило зниження експлуатаційних витрат у 2007 році від впровадження трактора ХТЗ-200 на орних роботах на 11,0 грн./га.

10. Розроблені рекомендації з модернізації трактора ХТЗ-200 передані на ВАТ “Харківський тракторний завод”, де вони отримали позитивну оцінку та прийняті для практичного використання. Теоретичні розробки дослідження використовуються на Державному підприємстві “Інститут машин і систем” Мінпромполітики і Національній академії наук України в практиці аналізу стійкості руху і модернізації систем керування гусеничних машин. Запропонований спосіб оцінки технічного стану обємних гідроприводів реалізований в інспекції Держтехнадзору Харківської облдержадміністрації при технічній експертизі комбайнів КС-6Б, КСК-100, КСКУ-6 і трактора ХТЗ-200, що забезпечує річне зниження трудомісткості технічного обслуговування на 14,3…16,4 люд.год та економію робочих рідин (олив) на 2,1 кг одного комбайна і трактора.

1. Александров Е.Е., Лебедев С.А. Анализ двухпоточных механизмов поворота тягово-транспортных гусеничных машин // Тракторная энергетика в растениеводстве: Сб. научн. тр. - Х.: ХГТУСХ. - 1999. - С. 260-266.

2. Лебедев С.А. Нестабильность устойчивости движения на пахоте гусеничного трактора с гидрообъемным механизмом поворота // Тракторная энергетика в растениеводстве: Сб. научн. тр. - Х.: ХГТУСХ. - 2001. - Вып. 4. - С. 88-94.

3. Лебедев С.А. Нагруженность элементов трансмиссии гусеничного трактора с гидрообъемным механизмом поворота на пахотных работах // Механіка та машинобудування. - 2002. - № 1. - С. 17-20.

4. Лебедев С.А. Оценка динамической нагруженности элементов трансмиссии гусеничного трактора с гидрообъемным механизмом поворота на пахотных работах // Автомобіле- та тракторобудування: Вісник НТУ “ХПІ”. - Х.: НТУ “ХПІ”. - 2002. - № 10. - С. 72-76.

5. Лебедев С.А. Особенности движения гусеничного трактора с гидрообъемным механизмом поворота на пахотных работах // Тракторная энергетика в растениеводстве: Сб. научн. тр. - Х.: ХГТУСХ. - 2002. - Вып. 5. - С. 228-234.

6. Лебедев С.А. Нестационарность возмущающих воздействий на гидрообъемный механизм поворота гусеничного трактора на пахотных работах // Підвищення надійності відновлюємих деталей машин: Вісник ХДТУСГ. - Х.: ХДТУСГ. - 2003. - Вип. 15. - С. 290-295.

7. Александров Е.Е., Лебедев С.А. Об устойчивости движения на пахоте гусеничного трактора с гидрообъемным механизмом поворота // Техніко-технологічні аспекти розвитку та випробування нової техніки і технологій для сільського господарства України: Зб. наук. пр. - Дослідницьке: УКРНДІПВТ. - 2003. - Вип. 6 (20), кн. 2. - С. 108-111.

8. Лебедев С.А. Эффективность применения на гусеничном тракторе бесступенчатого механизма поворота // Тракторная энергетика в растениеводстве: Сб. научн. тр. - Х.: ХГТУСХ. - 2003. - С. 124-128.

9. Лебедев С.А., Глущенко Э.В. Оценка управляемости гусеничного трактора с гидрообъемным механизмом поворота // Тракторная энергетика в растениеводстве: Вісник ХНДУСГ. - Х.: ХНДУСГ. - 2003. - Вип. 20. - С. 59-63.

10. Медведев Н.Г., Лебедев С.А. Определение сил тяги гусеничного трактора на пахотных работах // Автомобіле- та тракторобудування: Вісник НТУ “ХПІ”.- Х.: НТУ “ХПІ”. - 2004. - № 16. - С. 35-40.

11. Лебедев А.Т., Лебедев С.А. Энергетический анализ гидромеханических систем трактора // Автомобіле- та тракторобудування: Вісник НТУ “ХПІ”. - Х.: НТУ “ХПІ”. - 2005. - № 10. - С. 25-32.

12. Лебедев С.А. Нестабильность нагрузочных режимов гидрообъемного механизма поворота гусеничного трактора на пахотных работах // Праці Таврійської державної агротехнічної академії. - Мелітополь: ТДАА. - 2005. - Вип. 30. - С. 83-91.

13. Лебедев С.А. Стабильность функционирования гидрообъемного механизма поворота гусеничного трактора // Праці Таврійської державної агротехнічної академії. - Мелітополь: ТДАА. - 2005. - Вип. 27. - С. 43-52.

14. Лебедев С.А. Оценка часового расхода топлива гусеничного трактора с гидрообъемным механизмом поворота на пахотных работах // Праці Таврійської державної агротехнічної академії. - Мелітополь: ТДАА. - 2005. - Вип. 29. - С. 102-108.

15. Лебедев А.Т., Лебедев С.А., Толстолуцкий В.А. Увод гусеничного трактора с гидрообъемным механизмом поворота на пахотных работах // Механізація сільського господарства: Вісник ХНТУСГ. - Х.: ХНТУСГ. - 2005. Вип. 41. - С. 37-42.

16. Медведев Н.Г., Лебедев С.А. Повышение курсовой устойчивости гусеничного трактора на пахотных работах // Технічний сервіс АПК, техніка та технології у сільськогосподарському машинобудуванні: Вісник ХНТУСГ. - Х.: ХНТУСГ. - 2005. - Вип. 40. - С. 98-103.

17. Лебедев С.А. Перераспределение нагрузок по бортам гусеничного трактора на вспашке навесным плугом // Праці Таврійської державної агротехнічної академії. - Мелітополь: ТДАА. - 2006. - Вип. 40. - С. 189-195.

18. Лебедев А.Т., Лебедев С.А. Оптимизация скорости движения тракторного агрегата // Вісник Полтавської державної аграрної академії. - Полтава: ПДАА. 2006. - № 4 (43). - С. 66-71.

19. Лебедев С.А. Эффективный крюковый КПД гусеничного трактора на пахотных работах // Механізація сільськогосподарського виробництва: Вісник ХНТУСГ. - Х.: ХНТУСГ. - 2006. - Вип. 44, т. 1. - С. 127-133.

20. Лебедев С.А. Тяговый КПД гусеничного трактора при неравномерном распределении нагрузок по бортам // Праці Таврійської державної агротехнічної академії. - Мелітополь: ТДАА. - 2007. - Вип. 7. - С. 102-108.

21. Лебедєв С.А. Експлуатаційно-технологічні показники гусеничних тракторів на орних роботах // Механізація сільського господарства: Вісник ХНТУСГ. - Х.: ХНТУСГ. - 2007. - Вип. 59, т. 2. - С. 268-273.

22. Спосіб визначення обємного ККД гідроприводу: Патент ИА № 71846 Украины. F15819/00 / Лебедєв А.Т., Поляшенко С.О., Лебедєв С.А., Парфьонова Н.С. - Заявл. 30.12.03; Опубл. 15.12.04; Бюл. № 12. - С. 4.