New approaches in the tractor theory

Abstract

Advantages and disadvantages of the second edition of “Tractors and automobiles. Theory and technological properties” textbook by G.M. Kutkov have been analyzed.

Full Text

УДК 631.372 ТСМ № 9-2014 Новое в теории трактора Д-р техн. наук, академик РАН М.Н. Ерохин (РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, er.mih@mail.ru) Аннотация. Проанализированы достоинства и недостатки второго издания учебника Г.М. Кутькова «Тракторы и автомобили. Теория и технологические свойства»[1]. Отмечается высокая научная новизна содержания, основу которой составляют последние достижения в области развития теории трактора и автомобиля, а также в значительной мере материалы исследований автора. Ключевые слова: учебник, технологические свойства, показатели технологических свойств, тяговая динамика, агротехнические свойства, универсальность, энгергонасыщенность трактора, управляемость, профильная проходимость, маневренность, тяговый расчет автомобиля. Научно-издательский центр ИНФРА-М выпустил в свет второе издание учебника по теории трактора и автомобиля Г.М. Кутькова. Оно сохранило структуру первого издания, но доработано и дополнено. Первый раздел «Теория трактора и автомобиля» посвящен изложению известных разделов: взаимодействие движителей с почвой (дорогой), тяговый и энергетический балансы, тяговая и тормозная динамика, проходимость, устойчивость, управляемость, маневренность, плавность хода. Наиболее существенным отличием этого раздела от классической теории трактора и автомобиля служит глава «Тяговая динамика трактора», которая включена в классическую теорию трактора впервые автором учебника. Глава представляет собой переработанные материалы монографий автора по динамике трактора. Следует отметить полноту, законченность и высокую методичность новой главы. В ней изложен предмет изучения раздела тяговой динамики, классификация колебаний в тракторах, анализ внешних динамических воздействий на него, взаимосвязь колебаний в отдельных системах и колебательных контурах трактора как динамической системы, влияние колебаний на регуляторную характеристику двигателя, тяговую характеристику и тяговый КПД трактора. Приведена методика расчета и построения тягово-динамической характеристики трактора, а также уравнение энергетического баланса, дополненное динамическими составляющими, изложен метод тягово-динамических испытаний трактора. Впервые в учебнике трактор рассмотрен как динамическая система, состоящая из отдельных колебательных контуров, раскрыта четкая картина внешних и генерируемых в механизмах трактора колебаний, убедительно показано их влияние на характер изменения статических характеристик (регуляторной двигателя и тяговой трактора) и тяговый КПД. В главе о тяговой динамике рассмотрен разгон трактора как переходный процесс, сформулированы условия трогания и условия разгона трактора без остановки двигателя. Следует отметить высокую четкость и лаконичность изложения этого сложного динамического процесса. Тяговая динамика изложена доступным языком не в ущерб теоретической глубине анализа физического существа рассматриваемых процессов. Кроме того, в пособие введен ряд удачных методических разработок. В такой, казалось бы, отработанный вопрос, как выбор скоростного ряда трансмиссии, автор впервые предложил ввести критериальное неравенство (стр. 117), позволяющее количественно оценить его рациональную плотность в зависимости от параметров регуляторной характеристики двигателя. Таким образом, если до настоящего времени в теории трактора существовал только закон разбивки скоростного ряда (обычно по геометрической прогрессии), то теперь есть правило проверки правильности выбора его плотности. Эта задача решена в очень доступной форме путем совмещения регуляторной характеристики двигателя и лучевой диаграммы скоростного ряда трансмиссии. Предложена методика аппроксимации корректорного участка регуляторной характеристики и внешней характеристики дизеля (стр. 156). До настоящего времени пользовались методикой аппроксимации только одной из этих характеристик. Этот прием позволяет уточнить методику расчета регуляторной характеристики дизеля с целью выбора оптимального значения запаса крутящего момента. До настоящего времени тяговая характеристика трактора с двумя и тремя ведущими мостами рассчитывалась по методике проф. Е.Д. Львова как тяговая характеристика трактора с одним ведущим мостом. В учебнике (стр. 163) изложена разработанная автором методика тягового расчета полноприводного трактора и трактора тягово-энергетической концепции, существо которой состоит в том, что мощность двигателя для этих тракторов рассчитывается через суммарную мощность, потребляемую ведущими мостами трактора. По существующей методике не учитываются разные условия качения первого и последующих ведущих мостов. Во втором издании предложена методика классификации тракторов по силе тяги (стр. 337), позволяющая отличать тракторы тяговой концепции от тракторов тягово-энергетической концепции. Тракторами тягово-энергетической концепции автор предлагает называть тракторы высокой энергонасыщенности с расширенным тяговым диапазоном, обладающие благодаря высокой степени балластирования или применения третьего подкатного моста двумя номинальными тяговыми усилиями - минимальным и максимальным. Для новой классификации потребовалось введение понятия эталонной энергонасыщенности трактора (стр. 99). Углублено содержание главы 1, посвященной работе движителей. В материалах по теории автомобиля рассмотрена профильная проходимость и поворот автомобилей с передними ведущими колесами, показатели управляемости и методы их определения, преодоление брода, маневренность, а также углублен раздел тягового расчета автомобилей. Второй раздел учебника посвящен технологическим свойствам мобильных энергетических средств (МЭС) и методике разработки исходных требований на перспективное МЭС. Этот новый раздел, разработанный автором на основе его многолетних теоретических и экспериментальных исследований, включает также методы стандартных эксплуатационно-технологических испытаний тракторов и требования по безопасной работе на тракторе. В первой главе раздела изложен предмет изучения, дано понятие о том, что такое МЭС и его технологичность, рассмотрены основные этапы совершенствования технологических свойств с.-х. тракторов. Обстоятельно рассмотрены различные компоновочные схемы МЭС, проанализированы достоинства и недостатки технологических свойств каждой компоновки. Вторая глава посвящена теории и практической реализации блочно-модульной системы агрегатирования и модульным энерготехнологическим средствам, построенным на основе трактора тягово-энергетической концепции. Глава написана полностью по материалам исследований автора и содержит описание конструкции модульных энерготехнологических средств, результаты их лабораторно-полевых и эксплуатационно-технологических испытаний. Показано, что модульные энерготехнологические средства обладают высокими технологическими свойствами и могут быть рекомендованы для внедрения в с.-х. производство. В этой главе впервые сформулировано понятие трактора тягово-энергетической концепции. Третья глава посвящена технологическим свойствам МЭС и методам их определения. Технологические свойства оцениваются по четырем обобщенным показателям: универсальность, производительность, агротехнические свойства и стоимость технологического процесса. По этим показателям рассчитывают комплексный показатель технологического уровня МЭС. В свою очередь, обобщенные показатели рассчитываются по единичным показателям технологических свойств МЭС. В процессе выполнения этих расчетов и по их результатам осуществляется оценка потребительских свойств машины, потому что единичными показателями технологических свойств служат конструкционные параметры и показатели технической характеристики МЭС. Это воспитывает у студента навыки анализа достоинств и недостатков трактора не только по конструкции, но и по показателям технической характеристики, таким как энергонасыщенность МЭС, уровень его технологического оснащения, давление движителей на почву, вписываемость в междурядья, маневренность, агротехнический просвет, потенциальная производительность и др. Приведены примеры расчета по сравнительной оценке технологических свойств отечественных и зарубежных тракторов. В четвертой главе изложены стандартные требования к тракторам для безопасной работы на них. Методы прямой оценки влияния эргономических показателей на технологические свойства МЭС пока не разработаны. Однако будущие специалисты по эксплуатации должны знать о взаимосвязи удобства управления трактором, обзорности с рабочего места тракториста, микроклимата, запыленности и загазованности в кабине, шума, вибраций с утомляемостью тракториста, снижением внимания и производительности, ухудшением качества выполняемой работы. Это показатели технологических свойств. В пятой главе приведены методы стандартных испытаний тракторов с целью определения показателей их эксплуатационно-технологических свойств, т.е. тех свойств, которые определяются теоретически методами расчета, изложенными в третьей главе. Тяговыми испытаниями определяют тяговую характеристику трактора, контрольными сменами - производительность и стоимостные показатели технологического процесса, лабораторно-полевыми испытаниями - агротехнические свойства, агрегатируемость, энергетическую оценку и условия труда тракториста. Актуальность этой главы очевидна. Ее основу составляют методы испытаний, изложенные в современных государственных стандартах. Завершает раздел шестая глава, в которой рассмотрена общая методика формирования исходных данных на проектирование нового энергетического средства как основа для разработки технического задания. В начале главы поясняется, что такое исходные требования и какова цель их разработки, а также изложено содержание исходных требований. В приложении в качестве иллюстрации приведен документ, разработанный в ВИМе. По содержанию исходные требования представляют собой параметрический «портрет», или образ будущего трактора. Показано, что при их разработке необходимо ориентироваться не только на тенденции развития трактора и его отдельных систем - следует также учитывать перспективы развития технологий с.-х. производства. Работа над созданием такого «портрета» развивает иное представление о тракторе: не как о совокупности валов и шестеренок, отдельных узлов и деталей, изучаемых в курсе конструкции трактора. Далее в отдельных параграфах главы изложены подходы к обоснованию в исходных требованиях параметров двигателя, трансмиссии, ходовой системы, технологического оборудования, уровня автоматизации. Отметим весьма обстоятельный анализ и высокую научную и практическую информативность всех этих параграфов. Анализ основных положений учебника Сегодня в с.-х. вузах по предмету «тракторы и автомобили» изучают два раздела: конструкция и теория трактора и автомобиля (включая теорию автотракторных двигателей). Наряду с этим весьма обстоятельно изучается техническая эксплуатация трактора и ремонт, но не изучается технологическая эксплуатация, приспособленность к выполнению технологических процессов с.-х. производства, для реализации которых собственно и создан с.-х. трактор. Раздел, обобщающий знания по конструкции и теории трактора с целью оценки соответствия показателей его функционального назначения требованиям технологий с.-х. производства, был остро необходим. В качестве примера можно привести методически завершенную программу преподавания аналогичного предмета в инженерных вузах, в которых выпускающий предмет - курс теории конструирования и расчета трактора, а курсы по конструкции и теории трактора служат опорой. Рецензируемый учебник содержит раздел, построенный на теории технологической эксплуатации трактора, и в этом состоит его коренное отличие от всех предшествующих учебников по с.-х. тракторам. Предмет изучения теории технологической эксплуатации трактора - методы анализа и оценки соответствия параметров и характеристик МЭС требованиям технологий с.-х. производства. Появилась возможность, основываясь на материалах нового раздела, изменить содержание и структуру предмета «тракторы и автомобили», обновить программу его изучения, внеся новые прогрессивные элементы. Концептуальная новизна учебника состоит в том, что традиционные курсы по конструкции и теории трактора служат основой, а завершающим становится курс по технологическим свойствам трактора, которые по существу представляют собой его потребительские свойства. Следует признать очень удачным решение автора объединить разделы «теория трактора» и «технологические свойства трактора» в одной книге. Несомненное достоинство учебника заключается в том, что он может быть использован для подготовки как магистров, так и бакалавров. Учебник насыщен достаточно глубокими теоретическими положениями по отдельным главам. В то же время весь материал изложен в очень доступной форме. В условиях ограниченного времени на изучение материала по всему вузовскому курсу появилась возможность сконцентрировать внимание будущих бакалавров на потребительских свойствах машины, которые в настоящее время по существу не изучаются. Это важно, потому что сведения по конструкции и теории сами по себе вспомогательны по отношению к выходным показателям машины - показателям ее технологических свойств. Возможность технологической оценки трактора также имеет большое практическое значение. Сегодня на рынок поставляется обширная номенклатура МЭС. Чтобы привлечь покупателя, зачастую их оснащают излишним или малоэффективным оборудованием, технологическую значимость которого можно определить только с помощью объективных методов оценки. Предлагаемые в учебнике методы позволяют провести сравнительную количественную оценку технологического уровня трактора, выявить степень соответствия его технологических свойств требованиям технологического процесса с.-х. производства. Заключение Оценивая второе издание учебника в целом, не умаляя других достоинств следует подчеркнуть, что с появлением завершающего раздела «Технологические свойства мобильных энергетических средств» предмет «тракторы и автомобили» приобрел методическую законченность, и это придает особую значимость новому учебнику. Он открывает возможность перевода преподавания в с.-х. вузах предмета «тракторы и автомобили» на новый, более высокий научно-методический уровень. К недостаткам учебника можно отнести то, что в нем изложены технологические свойства только трактора и отсутствуют сведения о технологических свойствах автомобиля. Другие замечания изложены автору учебника отдельно.