Aggregating of component modules of the KZR-10 (КЗР-10) grain-harvesting machine with multipurpose power vehicle

Full Text

Введение В сельском хозяйстве стран Европы внедряются технические средства нового поколения для обеспечения процессов производства и уборки растениеводческой продукции с блочно-модульным построением технологических агрегатов на базе универсального энергетического средства (УЭС) и составных модулей различных назначений. Такие агрегаты высоко адаптивны к современным условиям хозяйствования благодаря многовариантности исполнения модулей по назначению и приспособляемости их конструкций к агрегатированию с шасси УЭС. На базе высвобождаемого шасси УЭС создают транспортно-технологические и уборочные агрегаты, которые отличаются нетрадиционными компоновками построения. Особое внимание заслуживают серийно выпускаемые УЭС семейства «Полесье» (ОАО «Гомсельмаш», Республика Беларусь) и комплектуемые на их базе зерноуборочные комплексы типа КЗР-10 «Полесье-Ротор». Шасси УЭС-250/280 «Полесье» со сменяемыми технологическими модулями разработано в рамках мероприятий программы Союзного государства (Россия - Республика Беларусь). Шасси УЭС-250/280 имеет полурамную конструкцию с передними несущими (большого диаметра) и задними управляемыми (малого диаметра) колесами. На полураме УЭС сверху размещена силовая установка. Кабина УЭС с реверсивным постом управления расположена над несущими колесами. УЭС оснащено передней навесной системой и задним прицепным устройством. Комплекс КЗР-10 «Полесье-Ротор» (рис. 1) включает навешенный спереди на шасси УЭС уборочный модуль, состоящий из жатки и молотильно-сепарирующего устройства (МСУ), прицепной сзади к шасси УЭС модуль очистки-накопления зерна и соединяющую боковую систему для транспортировки зернового вороха между ними. Жатка навешена на МСУ, которое, в свою очередь, фронтально закреплено на навеске шасси УЭС. МСУ выполнено с поперечно расположенным ротором, который оборудован окном для приема скошенного жаткой хлебостоя и выбросными окнами для выброса измельченной незерновой части и дальнейшего транспортирования обмолоченного зернового вороха. Продольные оси жатки (ось А), МСУ (ось Б) и шасси УЭС и всего агрегата (ось В) разнесены между собой в плане. Главные технические и технологические недостатки компоновки комплекса КЗР-10: - перегрузка несущих колес шасси УЭС вследствие навешивания на его мост уборочного модуля в полном составе; - увеличенная длина пути (тракта) продвижения убираемого продукта (сначала скошенного жаткой хлебостоя, далее его обмолота МСУ и обмолоченного зернового вороха) с момента его поступления в технологические модули комплекса до завершения обработки; - непрямоточный зауженный тракт продвижения убираемого продукта от МСУ до прицепного очистителя-накопителя; - некачественная работа рабочих органов очистителя-накопителя на очистке вороха вследствие сложности обеспечения равномерного распределения вороха по их ширине; - традиционная тракторная компоновочная схема УЭС, при которой колеса шасси имеют разные диаметры, силовая установка расположена сверху на полураме шасси, а кабина управления УЭС неподвижно закреплена на шасси, что не обеспечивает возможности монтажа сверху на шасси УЭС сменных технологических модулей. Как видно из изложенного выше, технические и технологические решения, разработанные и реализованные в конструкционно-компоновочных схемах как самого шасси УЭС-250/280, так и сменных модулей мало приспособлены для создания на их основе высокоэффективных уборочных агрегатов. Цель исследования Статья посвящена изучению путей совершенствования способов агрегатирования составных модулей зерноуборочных комплексов на базе УЭС, реализующих принципиальную компоновочную схему агрегата типа КЗР-10 с шасси УЭС-250/280. Материалы и методы Более прогрессивные технические решения реализованы в конструкциях УЭС семейства Xerion (фирма CLAAS, Германия) [1], базирующихся на шасси рамной конструкции с двумя парами несущих и управляемых колес одного диаметра. Построение технологических, в т.ч. и уборочных машин на базе такого шасси обеспечивает возможность агрегатирования сменных модулей на навесных устройствах шасси, а также возможность монтажа сверху на его раму технологических модулей на стояночных опорах путем перемещения кабины управления. Однако такая схема проектирования уборочных машин не полностью решает организацию прямоточного технологического процесса прохождения по рабочим органам машины убираемого продукта без сжатия потока при перемещении от МСУ к модулю очистки и накопления. Эта компоновочная схема агрегатирования и монтажа на шасси УЭС Xerion зерноуборочного модуля комбайна запатентована фирмой CLAAS в России. Сведений о ее практической реализации в открытой печати пока нет. Устранение перечисленных недостатков зерноуборочного комплекса КЗР-10 возможно при изменении компоновочных схем самого шасси УЭС, составных модулей комплекса и их агрегатирования с шасси. Вопросы концептуального построения технологических агрегатов нового поколения, в т.ч. и уборочного назначения на базе УЭС подробно описаны в источниках [2-4]. На рис. 2 проиллюстрированы серийно реализуемый и предлагаемый варианты схем агрегатирования составных модулей зерноуборочного комплекса типа КЗР-10 с шасси УЭС. Также показаны в статике воздействие на шасси УЭС сил от агрегатируемых модулей и получаемые при этом реакции от почвы на ходовые колеса УЭС. Отличительные особенности уборочного агрегата в предлагаемом варианте агрегатирования, в полной мере отраженные в техническом решении по патенту РФ [5], состоят в том, что шасси УЭС имеет ходовые колеса одного диаметра и нижнее расположение силовой установки между ними. Кабина управления УЭС может оперативно перемещаться на его шасси в поперечном и вертикальном направлениях, что повышает удобство соединения шасси УЭС с модулями. МСУ устанавливается сверху на шасси УЭС с помощью собственного механизма замены модулей. Ротор МСУ расположен вдоль продольной оси шасси УЭС и совмещает при работе обмолот, продольное прямоточное перемещение обмолоченного вороха и его передачу от МСУ к очистителю-накопителю посредством системы транспортирования вороха с укороченным технологическим трактом. Жатка уборочного модуля навешена на навесную систему шасси УЭС посредством наклонной камеры, сопрягаемой с рабочими органами МСУ. Показатели сравниваемых вариантов агрегатирования составных модулей зерноуборочных комплексов типа КЗР-10 с шасси УЭС определены расчетным путем и представлены в таблице. В качестве исходных данных использована рекламная информация и результаты испытаний зерноуборочного комплекса КЗР-10 на Северо-Западной машиноиспытательной станции. Сравнительные показатели агрегатирования составных модулей зерноуборочных комплексов типа КЗР-10 с шасси УЭС по серийно реализуемой и предлагаемой схемам Показатели Обозначение или расчетная формула По серийно реализуемой схеме По предлагаемой схеме Без зерна С зерном Без зерна С зерном Рабочее положение зерноуборочного комплекса КЗР-10 Силы от действия конструкций составных модулей, Н Жатки G1а 20 580 20 580 20 580 20 580 Наклонной камеры G1б - - 9800 9800 МСУ G2 24 500 24 500 24 500 24 500 Шасси УЭС G3 76 440 76 440 76 440 76 440 Системы транспортирования вороха G4 2548 2548 2548 2548 Навешиваемых и устанавливаемых на шасси УЭС модулей ΣGмод = G1а + G1б + G2 + G4 47 628 47 628 57 428 57 428 Очистителя-накопителя G5 40 180 83 300 40 180 83 300 Догрузка на шасси УЭС от дышла очистителя-накопителя ΔG 4900 9800 4900 9800 Комплекса КЗР-10 ΣGКЗР = G1а + G1б + G2 + G3 + G4 + G5 + ΔG 169 148 217 168 178 948 226 968 Нормальные реакции на колеса зерноуборочного комплекса, Н Несущие колеса УЭС R1 90 944 90 944 69 384 69 384 Управляемые колеса УЭС R2 38 024 42 924 69 384 74 284 Колеса очистителя-накопителя R3 40 180 83 300 40 180 83 300 Все колеса шасси ΣRУЭС = R1 + R2 128 968 133 868 138 160 143 668 Все колеса комплекса ΣRКЗР = R1 + R2 + R3 169 148 217 168 178 948 226 968 Коэффициент загрузки колес зерноуборочного комплекса Несущие колеса УЭС λ1 = R1 / G3 1,189 1,189 0,908 0,908 Управляемые колеса УЭС λ2 = R2 / G3 0,497 0,562 0,908 0,972 Колеса очистителя-накопителя λ3 = R3 / G5 1 1 1 1 Коэффициент запаса управляемости шасси УЭС зерноуборочного комплекса Управляемые колеса УЭС φ1 = R2 / (k G3) 1,242 1,405 1,816 1,944 kсер = 0,4 kпредл = 0,5 Изменение реакций на колесах зерноуборочного комплекса, Н Несущие колеса УЭС ΔR1 0 0 -21 560 -21 560 Управляемые колеса УЭС ΔR2 0 +4900 +31 360 +36 260 Колеса очистителя-накопителя ΔR3 0 +43 120 0 +43 120 Монтаж модуля (МСУ) сверху на шасси УЭС Нормальные реакции на колеса шасси УЭС, Н Несущие колеса R1 _ _ МСУ на грунте МСУ на стопах 67 424 67 424 Управляемые колеса R2 39 396 63 896 Все колеса шасси ΣRУЭС = R1 + R2 106 820 13 120 Коэффициент загрузки колес шасси УЭС зерноуборочного комплекса Несущие колеса λ1 = R1 / G3 - - 0,882 0,882 Управляемые колеса λ2 = R2 / G3 - - 0,515 0,863 Коэффициент запаса управляемости шасси УЭС зерноуборочного комплекса Управляемые колеса φ1 = R2 / (k G3) - - 1,03 1,672 kпредл = 0,5 Результаты и их обсуждение Эксплуатационная масса УЭС в обоих вариантах агрегатирования принята одинаковой и составляет 7800 кг при коэффициенте k ее распределения: 60% на несущие и 40% на управляемые колеса в серийно реализуемом варианте агрегатирования; по 50% на оба колеса в предлагаемом варианте. Прицепной очиститель-накопитель зерна имеет массу 4600 кг и объем бункера 7 м3 с догрузкой от его дышла ΔG на прицепное устройство УЭС до 4900 Н в порожнем и до 9800 Н в загруженном состоянии с массой зерна 4900 кг. В предлагаемом варианте усилие дополнительно навешиваемой наклонной камеры F1б составляет 9800 Н. Общие силы ΣGКЗР воздействия комплекса КЗР-10 достигают в серийно реализуемом варианте 172 600 Н без зерна и 221 600 Н с зерном, а в предлагаемом варианте соответственно 169 148 и 217 168 Н. Усилия от навешиваемых и устанавливаемых на шасси УЭС модулей ΣGмод составляют 47 628 Н в серийно реализуемом варианте и 57 428 Н - в предлагаемом. Серийно реализуемый вариант агрегатирования составных модулей комплекса КЗР-10 обеспечивает максимальные нормальные реакции R1 на несущие колеса УЭС - 90 944 Н без зерна и с ним. Реакции R2 на управляемые колеса УЭС составляют 38 024 Н без зерна и 42 924 Н с зерном, реакции R3 на колеса очистителя-накопителя - 40 180 Н без зерна и 83 300 Н с зерном, суммарные реакции ΣRУЭС по шасси УЭС - 128 968 Н без зерна и 133 868 Н с зерном, суммарные реакции ΣRКЗР по всему комплексу КЗР-10 - 169 148 Н без зерна и 217 168 Н с зерном. Предлагаемый вариант агрегатирования позволяет изменить величины реакций на колеса шасси УЭС: на несущие - уменьшить на 21 560 Н, на управляемые - увеличить на 31 360-36 260 Н. Реакции на колеса прицепного очистителя-накопителя останутся на прежнем уровне. Эти изменения приводят к уменьшению коэффициента λ1 загрузки несущих колес шасси УЭС с 1,189 до 0,908, увеличению коэффициента λ2 загрузки управляемых колес шасси УЭС с 0,497-0,562 до 0,908-0,972 и сохранению коэффициента загрузки колес очистителя-накопителя на прежнем уровне. Коэффициент φ1 запаса управляемости шасси УЭС комплекса КЗР-10 (по управляемым колесам) увеличивается с 1,242-1,405 до 1,816-1,944. Такие показатели агрегатирования соответствуют требованиям действующего ГОСТа по безопасности труда [6], согласно которым нагрузка на управляемые колеса УЭС (как самоходной машины) должна составлять не менее 0,12 от его эксплуатационной массы. При агрегатировании составных модулей на шасси УЭС с традиционной тракторной компоновкой нагрузка на его управляемые колеса должна быть не менее 0,2 от его эксплуатационной массы. При выполнении сопутствующей погрузочной операции при составлении комплекса КЗР-10 из модулей для агрегатирования с шасси УЭС (для случая монтажа МСУ сверху на шасси) величины коэффициентов загрузки несущих и управляемых колес шасси УЭС, а также запаса их управляемости отвечают требованиям ГОСТа. Выводы Проведенные исследования подтвердили целесообразность применения предлагаемой схемы агрегатирования модулей с шасси УЭС в составе зерноуборочного комплекса типа КЗР-10. Такое агрегатирование позволит снизить значение коэффициента загрузки несущих колес шасси УЭС, повысить значения коэффициентов загрузки их управляемых колес и запаса управляемости шасси УЭС в соответствии с требованиями ГОСТа по безопасности. Кроме того, в результате перераспределения нагрузки между несущими и управляемыми колесами шасси ожидается существенное улучшение сцепных свойств ходового шасси УЭС в предлагаемом варианте, а также снижение негативного воздействия на почву от перегруженных несущих колес шасси УЭС в серийном варианте. В дальнейшем предполагается проведение исследований агрегатирования модулей в составе зерноуборочного комплекса КЗР-10 с учетом элементов динамики, а также совершенствование системы транспортирования обмолоченного вороха от МСУ шасси УЭС к прицепному очистителю-накопителю.

About the authors

A. I Dmitrenko

North Caucasus Research Institute of Agricultural Engineering and Electrification

PhD in Engineering Zernograd, Russia

A. I Bur'yanov

North Caucasus Research Institute of Agricultural Engineering and Electrification

Email: burjanov2015@yandex.ru
DSc in Engineering Zernograd, Russia

References

Supplementary files