Анализ боковых реакций почвы на колесах трактора при повороте
Автор: Беляев Александр Николаевич, Тришина Татьяна Владимировна, Афоничев Дмитрий Николаевич
Журнал: Resources and Technology @rt-petrsu
Рубрика: Полная статья
Статья в выпуске: 3 т.19, 2022 года.
Бесплатный доступ
Задачей проведённых исследований явилось аналитическое определение боковых реакций на колёсах трактора со стороны опорной поверхности на участках «вход в поворот» и «установившийся поворот» кругового беспетлевого поворота. Объекты исследований: навесной комбини-рованный широкозахватный агрегат КРШ-8,1 + НП-5,4 + ЛТЗ-155 + ССТ-18 и кинематические способы поворота трактора (передние управляемые колёса; передние и задние управляемые колёса - поворот их относительно остова в разные стороны). Расчёт выполнен численной реализацией математической модели криволинейного движения машинно-тракторного агрегата в интерактивной среде программирования Matlab/Simulink. При расчётах принято, что переход от прямолинейного движения на траекторию большой кривизны совершается при одном и том же законе равномерного вращения рулевого колеса и, следовательно, при том же законе поворота управляемых колёс. Установлено отрицательное влияние поворота задних колёс на управляемость и устойчивость движения машинно-тракторного агрегата: с одной стороны, при способе поворота четырьмя управляемыми колёсами мгновенный радиус поворота уменьшается, но интенсивность и величина отклонения его от заданной траектории движения увеличиваются. Боковая сила увеличивается также при повышении скорости движения за счёт роста центробежной силы инерции и момента сопротивления повороту вследствие более интенсивного динамического воздействия микропрофиля опорной поверхности. В простейшем случае, когда направляющими являются колёса только переднего моста, величина боковой реакции, приходящейся на его колёса, при входе в поворот со скоростью движения 0,68 м/с выше в 6,6-8,8 раза, чем на колёса задней оси, а со скоростью 1,37 м/с - в 2,0-2,3 раза. При всех управляемых колёсах получены следующие результаты: при скорости 0,68 м/с - 1,16-1,20 раза, при 1,37 м/с - 1,50-1,52 раза. Полученный характер изменения боковых реакций и перераспределения их по осям трактора обусловлен величинами и соотношениями касательных сил тяги, сил сопротивления качению и вертикальных сил на колёсах, условиями их качения, изменением положения центра тяжести машинно-тракторного агрегата, ускорений вертикальных колебаний и геометрических характеристик поворота. Более равномерное распределение боковых сил по мостам трактора при входе в поворот всеми управляемыми колёсами способствует лучшей управляемости и устойчивости агрегата, несмотря на то, что вертикальная нагрузка, приходящаяся на передний мост, в 1,56-1,63 раза выше, чем на задний, во всех вариантах расчёта. При этом создаются наиболее благоприятные условия качения колёс и реализации силы тяги. Таким образом, рациональным с точки зрения создания наиболее благоприятных условий для улучшения управляемости и повышения устойчивости движения при повороте является применение способа поворота передними и задними колёсами на всех этапах кругового беспетлевого поворота.
Трактор, вход в поворот, установившийся поворот, сила инерции, боковая реакция
Короткий адрес: https://sciup.org/147238814
IDR: 147238814 | УДК: 629.015/62-94 | DOI: 10.15393/j2.art.2022.6363
Analysis of lateral reactions of soil on tractor wheels when turning
The objective of the research was to determine lateral reactions on tractor wheels from the side of the support surface in the "entrance to the turn" and "steady turn" sections of the circular loop-free turn. The objects of research included a mounted combined broad-cut unit KRSH-8,1+NP-5,4+LTZ-155+SST-18 and kinematic ways of turning the tractor (front steerable wheels; front and rear steerable wheels when turning relative to the frame in different directions). The calculation was performed by using a mathematical model of the curvilinear motion of a machine-tractor unit in an interactive programming environment Matlab/Simulink. It was assumed that the transition from rectilinear motion to a trajectory of great curvature followed the same law of uniform rotation of the steering wheel and, consequently, the same law of rotation of the steering wheels. The authors have established the negative effect of turning the rear wheels on the controllability and stability of the movement of the machine-tractor unit. When turning four controlled wheels, the instantaneous turning radius decreases, but the intensity and magnitude of its deviation from the specified trajectory of movement increase. The lateral force also increases with an increase in the speed of movement due to an increase in the centrifugal force of inertia and the moment of resistance to rotation due to a more intense dynamic effect of the micro profile of the support surface. In the simplest case, when the wheels of the front axle are the guides, the magnitude of the lateral reaction occurring on its wheels when entering a turn at a speed of 0.68 m / s is 6.6...8.8 times higher than on the wheels of the rear axle, and at a speed of 1.37 m / s it is 2.0... 2.3 times higher . With all steerable wheels the following results were obtained: at a speed of 0.68 m/s it was 1.16...1.20 times and at 1.37 m/s it was 1.50 ...1.52 times higher. The resulting character of the change in lateral reactions and their redistribution along the tractor axes is due to the values and ratios of tangential traction forces, rolling resistance forces and vertical forces on the wheels, their rolling conditions, changes in the position of the center of gravity of the machine-tractor unit, accelerations of vertical vibrations and geometric characteristics of turning. In all calculation options a more uniform distribution of lateral forces across the tractor axles when entering a turn with all controlled wheels obviously contributes to better controllability and stability of the unit, despite the fact that the vertical load on the front axle is 1.56...1.63 times higher than on the rear. At the same time the most favorable conditions of rolling wheels and realization of traction force occur. Thus, it is not advisable to control the tractor only with the front wheels when turning with frontal aggregation. Therefore, it is reasonable to use the method of turning the front and rear wheels at all stages of a circular loop-free turn to create the most favorable conditions for improving controllability and increasing the stability of movement on turns.
Список литературы Анализ боковых реакций почвы на колесах трактора при повороте
- Troyanovskaya I. P., Voinash S. A. Model for stationary turn of an arbitrary vehicle // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Electronic Edition. 2018. P. 032035. Available at: http://iopscience.iop.org/volume/1757-899X/450. Text. Image: electronic.
- Troyanovskaya I. P., Pozin B. M., Noskov N. K. Ploughing tractor lateral withdrawal model // Procedia Engineering. CEP. «International Conference on Industrial Engineering, ICIE 2017». 2017. P. 1540—1546. Available at: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877705817353596. Text. Image: electronic.
- Determination of theoretical path of vehicle motion upon cornering / A. N. Belyaev, T. V. Trishina, V. P. Shatsky, V. G. Kozlov, I. A. Vysotskaya // Journal of Applied Science and Engineering (Taiwan). 2022. Vol. 25, no. 5. P. 741—747. Available at: http://jase.tku.edu.tw/articles/jase-202210-25-5-0004. Text. Image: electronic.
- Носков Н. К., Позин Б. М., Трояновская И. П. Математическая модель бокового увода трактора // Известия МГТУ МАМИ. 2017. № 1 (31). С. 35—39.
- Носков Н. К., Трояновская И. П., Титов С. А. Математическая модель силового взаимодействия колеса с грунтом при повороте машины // Вестник ЮУрГУ. 2017. Т. 17, № 3. С. 5—15. DOI: 10.14529/engin170301.
- Жилейкин М. М.Исследование автоколебательных процессов в зоне взаимодействия эластичной шины с твёрдым опорным основанием // Известия вузов. Сер. Машиностроение. 2021. № 10. С. 3—15. URL: http://izvuzmash.ru/catalog/mechanical/mach_scien/1883.html. Текст : электронный.
- Antonyan A., Zhileykin M., Eranosyan A. The algorithm of diagnosing the development of a skid when driving a two-axle vehicle // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Design Technologies for Wheeled and Tracked Vehicles, MMBC. 2020. P. 012003. Available at: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757899X/820/17012003/pdf. Text. Image: electronic.
- ZhileykinM., Eranosyan A. Method of torque distribution between the axles and the wheels of the rear axle to improve the manageability of two-axle all-wheel drive vehicles // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Design Technologies for Wheeled and Tracked Vehicles, MMBC. 2019. 2020. P. 012008. Available at: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/820/1/012008/pdf. Text. Image: electronic.
- Сиротин П. В., Жилейкин М. М.Исследование динамики движения зерно-и кормоуборочных комбайнов методами математического и имитационного моделирования // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2019. № 1. С. 53—59.
- FieldR V., Hurtago E. J. Modeling of dynamic forces of a tractor in the MATLAB-simulink program environment. New York: Society of Automotive Engineers, 2003. 112 p.
- Klee H., Allen R. Simulation of Dynamic Systems with MATLAB and Simulink. Taylor & Francis Group, LLC, 2018. 853 p. Available at: https://doi.org/10.1201/9781315154176. Text. Image: electronic.
- Исследование движения колёсной машины по криволинейной траектории / А. Н. Беляев, Т. В. Тришина, А. Е. Новиков, Ю. В. Дяченко, И. А. Высоцкая // Вестник Воронежского государственного аграрного университета. 2021. Т. 14, № 4 (71). С. 21—29.
