Влияние типа модели шин типоразмера 18,4R-38 на энергетические и динамические показатели МЭС тягового класса 1,4 в составе МТА
Автор: Кравченко Владимир Алексеевич, Кравченко Людмила Владимировна, Журба Виктор Викторович
Журнал: Вестник аграрной науки Дона @don-agrarian-science
Рубрика: Технологии, машины и оборудование для агропромышленного комплекса
Статья в выпуске: 2 (62), 2023 года.
Бесплатный доступ
Повышение показателей эффективности функционирования любого машинно-тракторного агрегата зависит во многом от его рабочей скорости и ширины захвата, что предполагает использование при агрегатировании мобильных энергетических средств, имеющих высокие тягово-энергетические показатели при наименьшем уровне динамических процессов в звеньях машинно-тракторного агрегата. Для колёсного мобильного энергосредства достижение высоких тягово-энергетических показателей определяется свойствами шин ведущих колёс. Цель исследований: определение энергетических и динамических показателей культиваторного агрегата на базе колёсного мобильного энергосредства класса тяги 1,4 при комплектации его ведущих колёс шинами типоразмера 18,4R-38 различных производителей. В результате полевых испытаний культиваторных агрегатов на базе колёсного мобильного энергосредства класса тяги 1,4 установлено, что при комплектации движителей трактора шинами модели VL-32 (при внутришинном давлении 0,11 МПа) были получены по сравнению с шинами TM300S и 206Б на 1,50% и 3,30% большая загрузка силовой установки, увеличение на 2,65% и 8,30% производительности агрегата при меньшем на 2,7% и 6,8% расходе топлива на обработку одного гектара соответственно. При снижении давления в шине модели VL-32 до 0,08 МПа, что не рекомендуется заводами-изготовителями для других моделей, агрегат показал ещё более высокие тягово-энергетические показатели. Проведённый статистический анализ полученных данных полевых испытаний культиваторного агрегата показал, что при установке на движители трактора класса тяги 1,4 шин модели VL-32 технологический процесс сплошной культивации выполнялся с самым малым размахом колебаний исследуемых параметров. При внутришинном давлении в шинах VL-32 величиной 0,08 МПа динамические нагрузки в звеньях МТА снижаются, что влияет на качество производства работ, а уменьшение вертикальных и горизонтальных ускорений остова трактора будет способствовать улучшению условий работы операторов.
Колёсное мобильное энергосредство, машинно-тракторный агрегат, тяговое сопротивление, крутящий момент, частота вращения
Короткий адрес: https://sciup.org/140300209
IDR: 140300209 | DOI: 10.55618/20756704_2023_16_2_4-16
Текст научной статьи Влияние типа модели шин типоразмера 18,4R-38 на энергетические и динамические показатели МЭС тягового класса 1,4 в составе МТА
Введение. При возделывании сельскохозяйственных культур применяются мобильные энергетические средства (МЭС) [1, 2, 3]. В настоящее время в агропромышленном комплексе около 85% всех МЭС имеют колёсные ходовые системы.
Одним из главных путей повышения показателей эффективности функционирования любого машинно-тракторного агрегата (МТА) является его работа на повышенных скоростях и применение сельскохозяйственных машин с большой шириной захвата, что предполагает использование при агрегатировании колёсных МЭС, имеющих высокие тягово-сцепные показатели. Но при этом неизбежно растут нормальные и касательные напряжения в контактном отпечатке движителей колёсных МЭС с опорным основанием, что приводит к повышенному негативному воздействию на почву, вплоть до её разрушения [4, 5, 6, 7, 8].
К другим недостаткам колёсного движителя МЭС относится существенная динамическая нагруженность всех звеньев МТА в условиях переменных нагрузок, которые возникают при выполнении практически любой сельскохозяйственной технологической операции, что
приводит к дополнительным затратам энергии, развиваемой силовой установкой МЭС [9].
Достижение высоких тягово-энергетических и агротехнологических показателей для любого МЭС на колёсном ходу зависит от свойств шины ведущих колёс, её внутренних и внешних параметров [10, 11, 12, 13]. Поэтому целью настоящих исследований является определение энергетических и динамических показателей культиваторного агрегата на базе колёсного мобильного энергосредства класса тяги 1,4 при комплектации его ведущих колёс шинами типоразмера 18,4R-38 различных производителей.
Материалы и методы исследования. При установлении влияния модели шин ведущих колёс на тягово-энергетические показатели трактора в составе МТА использовался экспериментальный метод.
В качестве объекта исследования был выбран культиваторный МТА на базе колёсного МЭС класса тяги 1,4, имеющего на движителях поочерёдно шины серийной модели 206Б, модели VL-32 и импортной модели TM300S.
При проведении технологической операции в испытываемых шинах устанавливалось
Таблица 1 – Показатели, характеризующие почвенный фон Table 1 – Indicators characterizing the soil background
|
Показатели Indicators |
Слои почвы, см Soil layers, cm |
Значения показателей Values of indicators |
|
Твёрдость (МПа) / влажность (%) почвы по слоям Hardness (MPa) / Moisture (%) of soil by layers |
от 0 до 5 |
0,11 / 9,00 |
|
от 5 до 10 |
0,24 / 18,40 |
|
|
от 10 до 15 |
0,39 / 21,30 |
|
|
средняя average |
0,25 / 16,20 |
1 – балка; 2 – измерительный динамометр; 3 – тяга регулировочная; 4 – таль
Рисунок 1 – Принципиальная схема тарировки датчика крутящего момента, подводимого к оси движителя 1 – beam; 2 – measuring dynamometer; 3 – adjusting rod; 4 – hoist
Figure 1 – Schematic diagram of the calibration of the torque sensor, brought to the axis of the propeller
давление, величина (0,11 МПа) которого рекомендована заводами-изготовителями. В шине модели VL-32 кроме этого значения устанавливалось давление величиной 0,08 МПа, которое не противоречило инструкциям завода-изготовителя, но рекомендованное различными исследователями [4, 8, 9, 11 и др.] при работе на полях, предназначенных под посев.
Условия испытаний соответствовали ГОСТ 7057-2001 и ГОСТ 24055-2016. Энергети-
ческие показатели культиваторного агрегата на базе МЭС класса тяги 1,4, предназначенного для проведения сплошной культивации поля, предназначенного под посев, определялись в соответствии с требованиями РД 10.2.2 «Методы энергетической оценки сельскохозяйственных машин».
Испытания проводились на поле, предназначенном под посев (таблица 1).
Сплошная культивация на подготовленном участке поля машинно-тракторным агрегатом, составным звеном которого являлся культиватор КСО-4, проводилась на глубину 8–10 см. Контроль глубины культивации во время проведения экспериментальных работ показал, что она не выходила за пределы агротехнических требований.
При проведении сравнительных испытаний применялся измерительный комплекс, в который входили приборы определения частоты вращения коленвала двигателя, ведущего вала трансмиссии, движителей и ведомых колёс трактора; крутящих моментов, подводимых к осям движителей; тяговое усилие, расход топлива, а также вертикальные и горизонтальные ускорения остова трактора.
Датчиком частоты вращения двигателя являлся тахогенератор типа НУ-8316. Тарировка тахогенераторов проводилась на специальном приборе "JAQUET" № 128258 (Швейцария). В качестве датчиков частоты вращения ведущего колеса МЭС и скорости движения МТА применялись импульсные датчики, которые тарировались на самом колесе и по пройденному агрегатом пути.
Для измерения значений крутящих моментов, подводимых к осям движителей трактора, использовались фольговые тензорезисторы, которые были наклеены на полуоси и соединены по мостовой схеме. Датчики для измерения
крутящего момента на полуосях тарировались на тракторе (рисунок 1). При проведении тарировки снималось ведущее колесо, и задним мостом трактор устанавливался на специальную подставку. На ведущую полуось закреплялась балка 1, конец которой соединялся с талью 4 через динамометр 2 и тягу 3. Путём изменения длины тяги 3 обеспечивалось её ступенчатое увеличение или уменьшение натяжения, величина которого определялась по показаниям динамометра 2, а затем вычислялось значение крутящего момента на полуоси.
Тяговый динамометр конструкции ВИСХОМ закреплялся в специальной трубе, соединяющей трактор с культиватором (рисунок 2). Его тарировку проводили на разрывной машине ГСМ-50 путём последовательного изменения нагрузки и разгрузки.
Тарировочные работы проводили с шестикратной повторностью до и после экспериментов.
Расход топлива определялся путём фиксации его уровня в мерном бачке до и после испытаний.
Для измерений вертикальных и горизонтальных ускорений остова трактора на нижнюю часть его заднего моста устанавливались датчики МП-95, имеющего пределы измерения ±3g.
При полевых испытаниях давление в атмосфере и температура воздуха замерялись барометром и ртутным термометром.
1 – тяговый динамометр ВИСХОМ; 2 – труба направляющая; 3 – труба соединительная;
4 – поршень плавающий; 5 – серьга прицепная; 6 – скоба поперечная прицепная; 7 – серьга культиватора Рисунок 2 – Принципиальная схема конструкции тягового динамометра
1 – traction dynamometer VISHOM; 2 – guide pipe; 3 – connecting pipe; 4 – floating piston; 5 – drag bar;
6 – cross hitch iron; 7 – cultivator bar
Figure 2 – Schematic diagram of the design of the traction dynamometer
Температура топлива, масла в поддоне силовой установки и охлаждающей жидкости фиксировалась дистанционными термометрами.
Пройденное трактором расстояние, продолжительность испытаний и исследуемые параметры определялись при помощи системы автоматического накопления и обработки данных, разработанной в ФГБНУ «АНЦ Донской» (подразделение СКНИИМЭСХ).
При обработке данных экспериментов применялся персональный компьютер, имеющий пакет специальных программ.
Измерение функциональных параметров культиваторного МТА осуществлялось прямым методом, поэтому точность результатов экспериментов устанавливалась величиной погрешностей приборов в измерительной системе (таблица 2).
Для правомерной оценки сравнительных испытаний опыты проводились в течение одного дня на одном и том же поле. При этом на всех вариантах комплектации трактора шинами управление им осуществлялось несменяемым трактористом.
Минимальная повторность опытов была троекратной.
Результаты исследования и их обсуждение. Перед проведением экспериментов была сделана экспертиза выбранных шин (таблица 3).
Как показал анализ данных технической экспертизы, выбранные шины типоразмера 18,4R-38 для сравнительных испытаний имеют разные параметры внешней геометрии и внутреннего строения, поэтому имеют различные упругодемпфирующие свойства. Наиболее близкие значения параметров к оптимальным величинам [14] имеют шины VL-32.
Таблица 2 – Предельные погрешности измерения функциональных параметров культиваторного МТА Table 2 – Limiting errors in measuring the functional parameters of the cultivator MTU
|
Наименование параметра Parameter name |
Предельная ошибка, % Limiting error, % |
|
Частота вращения коленвала силовой установки Rotation frequency of the crankshaft of the power plant |
1,24 |
|
Частота вращения движителей трактора Rotation frequency of tractor propellers |
1,49 |
|
Скорость движения культиваторного МТА Movement speed of the cultivator MTU |
1,65 |
|
Крутящий момент на оси движителя трактора Torque on the axis of the tractor propellor |
3,13 |
|
Тяговое сопротивление культиватора Traction resistance of the cultivator |
2,19 |
|
Расход топлива Fuel consumption |
0,51 |
Таблица 3 – Техническая характеристика испытываемых шин Table 3 – Technical characteristics of the tested tires
|
Параметры Parametres |
Размерность Dimension |
Внутришинное давление, МПа Tire pressure, MPa |
|||
|
0,11 |
0,08 |
||||
|
206Б |
TM300S |
VL-32 |
VL-32 |
||
|
Ширина профиля шины Tire profile width |
мм mm |
527,5 |
537,2 |
520,3 |
524,8 |
|
Количество пар грунтозацепов Number of pairs of lug |
шт. pcs |
21 |
21 |
24 |
24 |
|
Высота грунтозацепов шины Tire lug height |
мм mm |
47,6 |
48,5 |
37,5 |
36,7 |
|
Шаг грунтозацепов шины Tire lug pitch |
мм mm |
262 |
261 |
228 |
228 |
|
Коэффициент насыщенности протектора шины Tire tread saturation ratio |
– |
0,199 |
0,215 |
0,255 |
0,272 |
|
Статический радиус Static radius |
мм mm |
795,9 |
783,9 |
793,0 |
792,5 |
|
Среднее давление колеса на опорное основание Average pressure of the wheel on the support base |
МПа MPa |
62,9 |
56,7 |
62,1 |
59,7 |
|
Нормальная жёсткость шины Normal tire stiffness |
кН/м kN/m |
289 |
265 |
278 |
238 |
|
Тангенциальная жёсткость шины Tangential tire stiffness |
кН∙м/рад kN·m/rad |
313 |
289 |
323 |
279 |
|
Число слоёв корда брекера Number of plies of breaker cord |
шт. pcs |
5 |
6 |
4 |
4 |
|
Число слоёв корда каркаса Number of carcass cord layers |
шт. pcs |
4 |
2 |
3 |
3 |
|
Угол укладки нитей корда брекера Breaker cord laying angle |
град deg |
70 |
|||
|
Угол укладки нитей корда каркаса Carcass cord threads laying angle |
град deg |
5 |
|||
Таблица 4 – Энергетические показатели культиваторного агрегата Table 4 – Energy performance of the cultivator unit
|
Показатели Indicators |
Размерность Dimension |
Внутришинное давление, Мпа Tire pressure, MPa |
|||
|
0,11 |
0,08 |
||||
|
206Б |
TM300S |
VL-32 |
VL-32 |
||
|
Частота вращения коленвала двигателя Frequency of the crankshaft rotation of the engine |
мин-1 min-1 |
1948 |
1983 |
2004 |
2140 |
|
Скорость движения агрегата Unit speed |
км/ч km/h |
9,0 |
9,61 |
9,72 |
10,15 |
|
Буксование трактора Tractor skidding |
% |
12,5 |
11,6 |
10,8 |
10,5 |
|
Развиваемая мощность двигателя Developed engine power |
кВт кW |
51,1 |
52,0 |
52,8 |
54,7 |
|
Коэффициент использования мощности двигателя Engine power coefficient |
– |
0,911 |
0,927 |
0,941 |
0,970 |
|
Крутящий момент на оси движителя трактора Torque on the axis of the tractor propellor |
кН∙м kN∙m |
6,537 |
6,534 |
6,565 |
6,368 |
|
Тяговое сопротивление агрегата Traction resistance of the unit |
кН кN |
10,04 |
10,35 |
10,71 |
10,9 |
|
Тяговая мощность трактора Traction resistance of the tractor |
кВт kW |
25,1 |
27,7 |
28,92 |
30,74 |
|
Производительность агрегата Unit performance |
га/ч ha/h |
3,61 |
3,79 |
3,91 |
4,09 |
|
Часовой расход дизельного топлива Hourly consumption of diesel fuel |
кг/ч kg/h |
12,941 |
13,102 |
13,119 |
13,221 |
|
Расход топлива на один га Fuel consumption per hectare |
кг/га kg/hа |
3,585 |
3,457 |
3,355 |
3,233 |
Таблица 5 – Описательная статистика результатов испытаний культиваторного агрегата Table 5 – Descriptive statistics of the test results of the cultivator unit
|
Параметры Parameters |
Показатели Indicators |
Внутришинное давление, МПа Tire pressure, MPa |
||||
|
0,11 |
0,08 |
|||||
|
206Б |
TM300S |
VL-32 |
VL-32 |
|||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
Тяговое сопротивление культиватора, кН Traction resistance of the cultivator, kN |
Математическое ожидание Mathematical expectation |
10,041 |
10,348 |
10,712 |
10,901 |
|
|
Доверительный интервал Confidence interval |
-95% |
9,996 |
10,262 |
10,554 |
10,827 |
|
|
+95% |
10,086 |
10,434 |
10,870 |
10,975 |
||
|
Медиана Median |
10,024 |
10,324 |
10,706 |
10,884 |
||
|
Дисперсия Variance |
0,683 |
0,378 |
0,217 |
0,207 |
||
|
Крутящий момент на оси движителя, кН∙м Torque on the propeller axis, kN∙m |
Математическое ожидание Mathematical expectation |
6,537 |
6,534 |
6,565 |
6,368 |
|
|
Доверительный интервал Confidence interval |
-95% |
6,464 |
6,451 |
6,537 |
6,323 |
|
|
+95% |
6,641 |
6,616 |
6,593 |
6,407 |
||
|
Медиана Median |
6,524 |
6,521 |
6,400 |
6,309 |
||
|
Дисперсия Variance |
0,527 |
0,294 |
0,270 |
0,037 |
||
Окончание таблицы 5
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
Частота вращения коленвала силовой установки, мин-1 Power plant crankshaft speed, min-1 |
Математическое ожидание Mathematical expectation |
1948,3 |
1983,1 |
2004,0 |
2140,3 |
|
|
Доверительный интервал Confidence interval |
-95% |
1936,0 |
1979,2 |
1998,8 |
2137,0 |
|
|
+95% |
1960,6 |
1987,0 |
2009,2 |
2143,6 |
||
|
Медиана Median |
1938,8 |
1985,5 |
2007,9 |
2135,9 |
||
|
Дисперсия Variance |
22679,0 |
5312,2 |
2156,5 |
1173,6 |
||
|
Ускорение остова трактора в вертикальном направлении, м/с2 Acceleration of the tractor frame in the vertical direction, m/s2 |
Математическое ожидание Mathematical expectation |
0 |
||||
|
Доверительный интервал Confidence interval |
-95% |
-0,196 |
-0,108 |
-0,085 |
-0,031 |
|
|
+95% |
+0,196 |
+0,108 |
+0,085 |
+0,031 |
||
|
Медиана Median |
-0,051 |
0,058 |
-0,079 |
-0,024 |
||
|
Дисперсия Variance |
0,525 |
0,524 |
0,098 |
0,060 |
||
|
Ускорение остова трактора в горизонтальном направлении, м/с2 Acceleration of the tractor frame in the horizontal direction, m/s2 |
Математическое ожидание Mathematical expectation |
0 |
||||
|
Доверительный интервал Confidence interval |
-95% |
-0,074 |
-0,444 |
-0,051 |
-0,034 |
|
|
+95% |
+0,074 |
+0,444 |
+0,051 |
+0,034 |
||
|
Медиана Median |
-0,014 |
-0,018 |
-0,022 |
-0,048 |
||
|
Дисперсия Variance |
0,642 |
0,329 |
0,010 |
0,063 |
||
Анализ полученных тягово-энергетических показателей (таблица 4) показал, что МЭС класса тяги 1,4 при комплектации его движителей любыми испытываемыми вариантами шин вполне удовлетворительно обеспечивает агре-
гатирование культиватора КСО-4: буксование трактора не превышает 16% – нормируемого значения буксования колёсных тракторов формулы 4К2.
Анализом полученных экспериментальным путём данных установлено, что культиваторный агрегат на шинах модели VL-32 показал лучшие энергетические показатели. При установке на ведущие колёса трактора шин VL-32 было достигнуто увеличение загрузки его двигателя на 1,50% и 3,30%, получен рост производительности на 2,65% и 8,30% при снижении расхода топлива на обработку одного гектара на 2,7% и 6,8% по сравнению с комплектацией движителей трактора шинами TM300S и 206Б соответственно. Культиваторный агрегат с движителями на шинах модели 206Б показал из трёх вариантов наихудшие показатели. При снижении давления в шине модели VL-32 до 0,08 МПа, что не рекомендуется заводами-изготовителями для других моделей, агрегат показал ещё лучшие тягово-энергетические по- казатели.
Результат проведённого статистического анализа полученных данных (таблица 5) показал, что при комплектации ведущих мостов колёсного МЭС класса тяги 1,4 шинами модели
-
VL-32 выполнение технологического процесса сплошной культивации происходит с самым малым размахом колебаний исследуемых параметров. Шины TM300S показали промежуточные значения исследуемых параметров среди всех вариантов комплектации ведущих мостов трактора, а серийные шины модели 206Б – самые низкие.
При установлении внутришинного давления в шинах VL-32 наблюдается и снижение динамических нагрузок в звеньях МТА, что, несомненно, влияет на качество производства работ. При этом уменьшение ускорений остова трактора обеспечивает улучшение условий работы операторов.
При работе агрегата каждый исследуемый параметр может оказывать влияние на характер поведения других. Поэтому для установ- ления уровня зависимости исследуемых параметров друг от друга были найдены коэффициенты парной корреляции (таблица 6).
При анализе данных таблицы 6 установлено, что самые малые значения коэффициен- та парной корреляции наблюдаются при комплектации движителей агрегата шинами модели VL-32. Из этого следует, что при изменении условий эксплуатации культиваторный агрегат с установленными на движители колёсного МЭС класса тяги 1,4 шинами модели VL-32 будет работать в более независимом режиме, то есть более устойчиво. Особенно это заметно при установке внутришинного давления величиной 0,08 МПа.
По величине коэффициента парной корреляции можно сделать вывод, что культиваторный агрегат на шинах модели 206Б находится в самых неблагоприятных условиях функционирования в сравнении с другими вариантами.
Таблица 6 – Коэффициенты парной корреляции исследуемых параметров Table 6 – Pair correlation coefficients of the studied parameters
|
Исследуемые параметры Studied parametres |
Шина Tire |
Давление в шине, МПа Tire pressure, MPa |
Исследуемые параметры Studied parameters |
||||
|
Частота вращения коленвала двигателя, мин-1 Frequency of the crankshaft rotation of the engine min -1 |
Крутящий момент на оси движителя, кН∙м Torque on the propeller axis, kN∙m |
Тяговое сопро тивление, кН Traction resistance, kN |
Вертикальное ускорение остова трактора, м/с2 Vertical acceleration of the tractor frame, m/s2 |
Продольное ускорение остова трактора, м/с2 Longitudinal acceleration of the tractor frame, m/s2 |
|||
|
Частота вращения коленвала двигателя, мин-1 Frequency of the crankshaft rotation of the engine, min -1 |
206Б |
0,11 |
1,000 |
0,397 |
-0,247 |
-0,415 |
0,231 |
|
TM300S |
0,346 |
-0,158 |
0,206 |
0,165 |
|||
|
VL-32 |
-0,194 |
0,131 |
-0,118 |
0,087 |
|||
|
0,08 |
0,108 |
0,016 |
-0,047 |
0,061 |
|||
|
Крутящий момент на оси движителя, кН∙м Torque on the propeller axis, kN∙m |
206Б |
0,11 |
0,397 |
1,000 |
0,400 |
0,690 |
-0,377 |
|
TM300S |
0,346 |
0,181 |
0,396 |
0,304 |
|||
|
VL-32 |
-0,194 |
0,179 |
0,297 |
-0,316 |
|||
|
0,08 |
0,108 |
-0,154 |
0,158 |
-0,235 |
|||
|
Тяговое сопротивление, кН Traction resistance, kN |
206Б |
0,11 |
-0,247 |
0,400 |
1,000 |
-0,578 |
-0,648 |
|
TM300S |
-0,158 |
0,181 |
-0,694 |
-0,592 |
|||
|
VL-32 |
0,131 |
0,179 |
-0,256 |
0,552 |
|||
|
0,08 |
0,116 |
-0,154 |
0,131 |
0,428 |
|||
|
Вертикальное ускорение остова трактора, м/с2 Vertical acceleration of the tractor frame, m/s2 |
206Б |
0,11 |
-0,415 |
0,690 |
-0,578 |
1,000 |
-0,176 |
|
TM300S |
0,206 |
0,396 |
-0,694 |
0,039 |
|||
|
VL-32 |
-0,118 |
0,297 |
-0,256 |
0,019 |
|||
|
0,08 |
-0,047 |
0,158 |
-0,131 |
0,011 |
|||
|
Продольное ускорение остова трактора, м/с2 Longitudinal acceleration of the tractor frame, m/s2 |
206Б |
0,11 |
0,231 |
-0,377 |
-0,648 |
-0,176 |
1,000 |
|
TM300S |
0,165 |
0,304 |
-0,592 |
0,039 |
|||
|
VL-32 |
-0,158 |
-0,316 |
0,552 |
0,019 |
|||
|
0,08 |
0,061 |
-0,235 |
0,428 |
0,011 |
|||
б b
а a
г d
в c
д e
Рисунок 3 – Графики спектральных плотностей: вертикальных ( а ) и горизонтальных ( б ) ускорений остова трактора, частоты вращения коленвала двигателя ( в ), крутящего момента на ведущих полуосях трактора ( г ) и тягового сопротивления ( д )
Figure 3 – Graphs of spectral densities: vertical ( a ) and horizontal ( b ) accelerations of the tractor frame, engine crankshaft speed ( c ), torque on the leading semi-axes of the tractor ( d ) and traction resistance ( e )
С целью установления характерных особенностей стационарного случайного процесса (процесс движения любого сельскохозяйственного МТА), нами был сделан корреляционноспектральный анализ экспериментальных данных испытаний культиваторных МТА, агрегати-руемых колёсным трактором класса 1,4, имеющим поочерёдно на движителях различные модели шин, по результатам которого были построены спектральные плотности (рисунок 3) и автокорреляционные функции (рисунок 4) параметров, характеризующих процесс функционирования культиваторного агрегата.
По результатам анализа графиков, изображённых на рисунках 3 и 4, можно сделать однозначный вывод, что комплектация шинами модели VL-32 ведущих колёс агрегатирующего трактора будет обеспечивать устойчивые и стабильные, как по частоте, так и по времени, функциональные показатели культиваторного агрегата, в связи с тем, что в этом случае затрачивается меньше энергии на преодоление колебательного процесса в его звеньях. Особенно это характерно для агрегата с движителями на шинах модели VL-32, в которых давление воздуха установлено 0,08 МПа.
Культиваторный агрегат на базе колёсного МЭС класса тяги 1,4, на ведущих колёсах которого установлены шины модели VL-32, показал в сравнении с другими вариантами (TM300S и 206Б) значения спектральных плотностей ниже соответственно:
– ускорений остова трактора: вертикальных – в 7,5 и 7,8 раза, продольных (горизонтальных) – в 6,3 и 9,0 раза;
– частоты вращения коленвала двигателя – в 2,8 и 10,0 раза;
– крутящего момента на оси движителя в 1,3 и 1,7 раза;
– тягового усилия в 1,6 и 2,6 раза.
тящего момента на ведущих полуосях трактора, а также оборотов коленвала двигателя.
Это говорит о том, что культиваторный агрегат на базе колёсного МЭС класса тяги 1,4 с
шинами модели VL-32 на движителях будет перемещаться более устойчиво с повышением равномерности хода его рабочих органов.
В то же время при установке на движители колёсного МЭС класса тяги 1,4 серийных шин модели 206Б возникает самое большое рассеивание энергии при возникающих колебаниях тягового сопротивления культиватора, кру-
д e
Рисунок 4 – Графики нормированных автокорреляционных функций ускорений остова трактора: вертикальных ( а ) и горизонтальных ( б ), частоты вращения коленвала двигателя ( в ), крутящего момента на ведущих полуосях трактора ( г ) и тягового сопротивления ( д )
Figure 4 – Graphs of the normalized autocorrelation functions of the accelerations of the tractor frame: vertical ( a ) and horizontal ( b ), engine crankshaft speed ( c ), torque on the leading semi-axes of the tractor ( d ) and traction resistance ( e )
Для производственной проверки эффективности комплектации ходовых систем колёсного МЭС класса тяги 1,4 различными моделями шин нами был выбран машинно-тракторный агрегат в составе колёсного МЭС класса тяги 1,4 и культиватора КСО-4, как наиболее применяемый в сельскохозяйственном производстве (таблица 7).
Таблица 7 – Эксплуатационные показатели культиваторного агрегата Table 7 – Performance indicators of the cultivator unit
|
Показатели Indicators |
Единица измерения Unit of measure |
Внутришинное давление, МПа Tire pressure, MPa |
|||
|
0,11 |
0,08 |
||||
|
TM300S |
206Б |
VL-32 |
VL-32 |
||
|
Производительность МТА за час работы Machine and tractor unit perfirmance per hour |
га/ч hа/h |
3,84 |
3,60 |
3,89 |
4,06 |
|
Сменная производительность МТА Machine and tractor replaceable performance |
га га |
23,11 |
21,64 |
23,39 |
24,44 |
|
Повышение производительности МТА Improving machine and tractor unit performance |
% |
6,81 |
– |
8,09 |
12,81 |
|
Производительность труда Labour productivity |
га/чел.∙ч hа/man∙h |
3,31 |
3,10 |
3,35 |
3,49 |
|
Рост производительности труда Productivity growth |
% |
6,80 |
206Б |
8,09 |
12,9 |
В результате производственной проверки установлено, что культиваторный агрегат при установке на движители шин VL-32 имел более высокие основные эксплуатационные показатели, чем при комплектации трактора шинами TM300S и 206Б, особенно при внутришинном давлении 0,08 МПа.
Следует отменить, что культиваторный агрегат на шинах модели TM300S показал лучшие результаты, чем на серийных шинах модели 206Б.
Выводы. При анализе полученных экспериментальных данных установлено:
– испытываемый агрегат на шинах модели VL-32 показал самые высокие тяговоэнергетические показатели: коэффициент загрузки двигателя увеличился на 1,50% и 3,30%, производительность была на 2,65% и 8,30% больше при снижении расхода топлива на обработку одного гектара на 2,7% и 6,8%, чем на шинах моделей TM300S и 206Б соответственно;
– наименьшие значения коэффициента парной корреляции исследуемых параметров наблюдаются при установке на движители трактора в составе культиваторного агрегата шин модели VL-32, что создаёт предпосылки для обеспечения более устойчивых и стабильных функциональных показателей МТА (особенно это заметно при установке внутришинного давления величиной 0,08 МПа);
– культиваторный агрегат при установке на движители трактора класса тяги 1,4 шин
-
VL-32 показал самые высокие эксплуатационные показатели из всех испытываемых вариантов, особенно при внутришинном давлении 0,08 МПа.
На основании вышеперечисленных выводов на движители колёсных мобильных энергосредств класса тяги 1,4 для получения максимальной эффективности при их эксплуатации рекомендуется устанавливать шины типоразмера 18,4R-38 модели VL-32.
Список литературы Влияние типа модели шин типоразмера 18,4R-38 на энергетические и динамические показатели МЭС тягового класса 1,4 в составе МТА
- Фомин А. О состоянии и перспективах машинно-тракторного парка сельхозпредприятий России // Международный сельскохозяйственный журнал. 2015. № 3. С. 56–60. EDN: TXLSYJ
- Острянина Т.К. Требования к машинно-тракторному парку для увеличения прибыли зернового производства // Материалы LV Международной научно-технической конференции «Достижения науки – агропромышленному производству» / Южно-Уральский государственный аграрный университет. Челябинск, 2016. С. 155–160. EDN: WNMYOT
- Гедроить Г.И., Зезетко Н.И., Медведь А.В. Развитие конструкций ходовых систем тракторов «Беларус» мощностью 300…450 л.с. // Агропанорама. 2017. № 4(122). С. 5–9. EDN: GOAYLX
- Орда А.И., Шкляревич В.А., Воробей А.С. Результаты экспериментальных исследований по определению нормальных напряжений в почве под колесом методом физического моделирования // Механизация и электрификация сельского хозяйства / Науч.-практ. Центр Нац. акад. наук Беларуси по механизации сел. хоз-ва. Минск, 2013. Вып. 47. Т. 1. С. 29–37. EDN: ZWEKMV
- Bulinski J., Sergiel L. Effect of wheel passage number and type inflation pressure on soil compaction in the wheel // Annals of Warsaw Agr. Univ. Agriculture. Warsaw, 2013. № 62. Р. 5–15. file:///C:/Users/nich-5/Downloads/ Effect_of_wheel_ passage_number_and_.pdf (дата обращения 27.03.2023).
- Godwin R., Misiewicz P., White D., Smith E. Results from Recent Traffic Systems Pesearch and the Implications for Future Work // Acta technol. agr. 2015. Vol. 18. № 3. Р. 57–63. DOI: 10.1515/ata-2015-0013
- Chervet A., Sturny W.G., Gut S.et autres. Charge maximale admissibie a la roue – une variable carachteristique utile pour la pratique // Recherche Agronomique Suisse. 2016. № 7–8. Р. 330–337. file:///C:/Users/nich-5/Downloads/36728-37704-fr-pub.pdf. (дата обращения 27.03.2023).
- Galambosova J., Macak M., Rataj V., Antille D.L., Godwin R.J., Chamen W.C.T., Žitňák M., Vitázková B., Ďuďák J., Chlpík J. Field evaluation of controlled traffic in Central Europe using commercially available machinery // Amer. Soc. of agriculture and boil engineering. St. Joseph (Mich.), 2017. Vol. 60. № 3. P. 657–669. DOI: 10.13031/trans.11833
- Melikov I., Hasanova E., Kravchenko V., Kravchenko L., Senkevich S. Traction and energy efficiency tests of oligomeric tires for category 3 tractors // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 12th International Scientific Conference on Agricultural Machinery Industry, «Interаgromash – 2019», Rostov-on-Don, 2019. Р. 012126. DOI: 10.1088/1755-1315/403/1/012126. EDN: BUJQQF
- Кравченко В.А., Яровой В.Г., Меликов И.М. Характер деформирования крупногабаритных шин низкого давления движителей тракторов класса 5 // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. Краснодар: КубГАУ, 2017. № 132. С. 1230–1241. DOI: 10.21515/1990-4665-132-098. EDN: ZTTADN
- Кравченко В.А., Оберемок В.А., Меликов И.М. Оптимизация параметров армирования шин движителей колёсных тракторов // Проблемы развития АПК региона. 2017. № 4 (32). Т. 32. С. 126–132. EDN: ZWOLRF
- Сергеев Н.В. Мобильная установка «шинный тестер» для проведения экспериментальных исследований пневматических шин // Евразийское Научное Объединение. 2017. Т. 1. № 2 (24). С. 33–37. EDN: YFOIFD
- Пархоменко С.Г., Пархоменко Г.Г. Экспериментальное исследование характеристик тракторных пневматических шин // Тракторы и сельхозмашины. 2017. № 11. С. 40–48. EDN: ZSLOJH
- Кравченко В.А., Кравченко Л.В. Аналитическое обоснование параметров внутреннего строения шин движителей мобильных энергетических средств тягового класса 1,4 // Вестник аграрной науки Дона. 2023. Т. 16. № 1 (61). С. 17–28. DOI: 10.55618/20756704_2023_16_1_17-28. EDN: QIZBHT
