Повышение эффективности использования колесных тракторных агрегатов в технологических процессах сельскохозяйственного производства

Эта статья посвящена усовершенствованию грузоподъемности колесных тракторов. В статье предложена гидравлическая система для автоматического смещения груза. Также включаются вычисления основных параметров груза, подлежащих дифференцированному распределению на ведущие колеса.

В решении задач сельскохозяйственного производства несомненный приоритет принадлежит колесным технологическим и транспортным машинам. Основные сельскохозяйственные операции (вспашка, боронование, культивация, посев сельскохозяйственных культур, уборочные работы и др.) выполняется колесными тракторами различного назначения и мощности.

Полная реализация мощности двигателя тракторного агрегата достигается в том случае, если его ведущие колеса при взаимодействии с поверхностью качения не буксуют.

При выполнении полевых работ технологическими и транспортными колесными машинами в результате взаимодействия колесных движителей с почвой происходит ее уплотнение, что приводит к снижению плодородия и урожайности сельскохозяйственных культур. В процессе подготовки почвы, посева, ухода за растениями, уборки урожая различные машины (тракторы, автомобили, комбайны) проходят по полю 5…15 раз. При этом 10…12% площади поля подвергается воздействию от 6 до 29 раз, 65…80% - от 1 до 6 раз и только 10…15% не подвергается воздействию машин [3]. В результате глубина уплотнения почвы обуславливает различное тяговое сопротивление машины по длине гона, приводит к увеличению затрат энергии на выполнение операций по подготовке почвы. Сопротивление ее обработке возрастает по следу гусеничных тракторов на 25%, колесных - на 40% и по следу тяжелых автомобилей - на 65% по сравнению с сопротивлением обработке неуплотненных участков [3]. Направление обработки почвы не совпадает с направлением следа от прохода машины и носит случайный характер, а это при наличии корректора вертикальных нагрузок приводит к изменению глубины обработки и ее неравномерности. Глубокие колеи, разрушение почвы, срыв ее верхних слоев почвы при буксовании являются также причинами экологического дисбаланса, влияющего на структуру почвы, ее урожайность и плодородие.

Эффективность взаимодействия колесного движителя с поверхностью качения определяется в основном величинами коэффициентов сцепления, сопротивления качению и буксования ведущих колес.

Предельные условия движения колесной машины по горизонтальной местности можно представить в виде неравенства:

Gf

(1)

—— ≥ ^f или у ≥ —,

^Ga V φ

_G

где γ – коэффициент загрузки ведущих колес весом машины (у = ^gl )

^Ga

Левая часть неравенства характеризует машину. Для грузовых автомобилей, тракторов и комбайнов это отношение составляет 0,6…0,7, а для полноприводных колесных машин – 1,0. Правая часть неравенства характеризует внешние условия работы колесной машины, то есть состояние дороги (влажность, скользкость, колея и др.)[1].

График, представленный на рисунке 1, в частности, показывает, что в точках, лежащих на прямой, происходит качественное изменение движения машины (машина может двигаться с пробуксовкой или останавливаться совсем). График дает возможность заранее предполагать, при каких условиях колесная машина может использоваться наиболее

эффективно, как с точки зрения проходимости, так и с точки зрения реализации мощности двигателя и тягово-сцепных свойств.

61

можно судить о возможности движения машин по данной несущей поверхности. Для нормального движения машины по какому-либо типу _f

несущей поверхности необходимо выполнить условие γ ≥ — . Из φ

представленной таблицы видно, что условие соблюдается для пунктов 1, 2, _f

4, а также при соотношении — для пункта 1 таблицы. Следовательно, на ‰x

поверхностях, указанных в этих пунктах, машина будет двигаться нормально. В пунктах 3, 5, 6 и 7 соотношение коэффициентов не удовлетворяет данному условию, следовательно, движение по поверхностям, указанным в данных пунктах таблицы, невозможно.

Из представленных данных видно, что агрегат с догружателями над задними (ведущими) колесами будет нормально проходить по типам поверхностей, указанным в пунктах 1, 2, 4, и 7 при соблюдении условия ff

γ'≥ — . Условие γ' ≥ — справедливо для пунктов 1, 4, 5 и 7 ( γ - ^mm ^max

коэффициент загрузки ведущих колес весом машины с догружателями).

В настоящее время для повышения эффективности использования мощности и снижения буксования на влажных и рыхлых почвах универсальных пропашных тракторов применяются гидроувеличители сцепного веса (ГСВ), различные весовые догружатели и др. В основном

62 они используются при работе трактора с прицепными почвообрабатывающими и посевными машинами.

Однако, весовые догружатели (различные по конструкции) в определенных условиях могут оказывать отрицательное влияние на экономичность тяговой машины. К этим условиям можно отнести: движение агрегата с догружателями до места производства работ и обратно, невозможность полностью их снять с машины на площадях обработки, где условия не требуют применения последних. При этом экономичность машины ухудшается за счет перерасхода топлива, вследствие увеличения сил сопротивления качению самой колесной машины. Кроме этого происходит усиленный износ шин, деталей двигателя, трансмиссии и др.

С учетом вышеизложенного авторами статьи предлагается автоматическая система для снижения буксования агрегата (трактора) с одной парой ведущих колес на поверхностях с малой несущей способностью (пахота, грязь, размытые грунтовые дороги, стерня и др.)

Снижение буксования агрегата при работе указанной системы должно осуществляться автоматической дифференциацией грузов по бортам и колесам агрегата (переливание воды). Принципиальная схема указанной автоматической системы представлена на рисунке 2.

Общая схема автоматической дифференциации грузов по бортам и колесам трактора состоит из следующих основных узлов и деталей: 2-х

63

баков для воды, электронасоса, электроклапана, трубопровода, устройства для предотвращения гидроудара (сетки), шланга с фильтром для забора и слива воды, общей электросхемы работы системы, датчиков угловых ускорений ведущих колес, электронного блока управления сравнителем угловых ускорений (СУУ) ведущих колес [2].

Баки для воды и трубопровод могут быть изготовлены из пластика или листового металла (например, нержавеющей стали). Объем каждого из ₃ баков – 0,6 м (для трактора МТЗ-80); внутри бака расположено устройство (например, сетка), которое противодействует возникновению гидравлического удара воды при движении агрегата. Баки для воды могут быть съемными.

В зависимости от конструктивных особенностей МТА и принципиальной схемы устройства количество электроклапанов для открывания и закрывания потоков воды, создаваемых электронасосом, может быть рассчитано в зависимости от диаметра и длины трубопровода, соединяющего баки, а также скорости их заполнения водой.

При возникновении буксования датчики ускорений 1 фиксируют угловые ускорения ведущих колес, которые передаются в электронный блок управления сравнителя угловых ускорений 4. Сравнитель угловых ускорений не должен включаться на поворотах или при разгоне максимальной интенсивности. Его работа осуществляется лишь в том случае, если разница угловых ускорений ведущих колес превысит разницу угловых ускорений от поворотов и разгона максимальной интенсивности. Устройство автоматически включает электронасос 5, открываются соответствующие электроклапаны 7, вода под давлением начинает откачиваться по трубопроводу 8 из бака 1, расположенного над буксующим колесом. При этом перекрывается доступ к управляемому небуксующему колесу. Вследствие увеличения коэффициента сцепления φ под буксующим колесом (при увеличении сцепного веса Ĝ_Сц) передача крутящего момента будет осуществляться и через это колесо, что позволяет ликвидировать буксование машины. Когда колесо перестает буксовать и движение машины возобновляется, датчики ускорений 1 фиксируют угловые ускорения ведущих колес, величины которых передаются в сравнитель угловых ускорений, который, в свою очередь, останавливает работу автоматической системы подачи воды.

После прекращения буксования необходимо объем воды в баках привести в исходное состояние, то есть заполнить баки наполовину. Между баками может быть предусмотрена труба с нормально разомкнутым электроклапаном посередине, совместно с баками образующая систему сообщающихся сосудов (рисунок 3).

В начале работы системы для предотвращения буксования агрегата электроклапан в трубе, связывающей баки, будет автоматически закрываться. После прекращения операций по предотвращению буксования или опрокидывания электроклапан в трубе будет открываться, и вода вернется в смежный бак, восстановив исходный объем.

Теоретический расчет сцепного веса и отношения коэффициентов сцепления и сопротивления качению на примере колесного трактора МТЗ- 80 позволяет судить о возможности применения предложенной конструкции для определенных типов несущих поверхностей. Эффективное и быстрое предотвращение буксования и повышение тяговосцепных свойств во время выполнения сельскохозяйственных работ является важным фактором, напрямую влияющим на экономическую составляющую тех или иных технологических операций, выполняемых колесными тракторными агрегатами.

ЛИТЕРАТУРА

1. Горшков Ю.Г. Повышение эффективности функционирования системы «дифференциал – пневматический колесный движитель – несущая поверхность» мобильных машин сельскохозяйственного назначения, дисс. докт. техн. наук, Челябинск, ЧГАУ, 1999.
2. Горшков Ю.Г., Кульпин Э.Ю., Келлер А.В. Способ повышения проходимости мобильных колесных машин сельскохозяйственного назначения // Вестник ЧГАУ, Т. 34, 2003. - с 20-22.
3. Ксеневич И.П. Об оптимальной массе трактора // Тракторы и сельскохозяйственные машины, 1988. - № 12.