GENERALIZED TRACTION INDICATORS OF AGRICULTURAL TRACTORS

Full Text

Введение В работе Г.Г. Колобова и А.П. Парфенова [1] статистически обобщены многочисленные результаты официальных тяговых испытаний отечественных колесных и гусеничных сельскохозяйственных тракторов, выпускавшихся и находившихся в производстве, которые были проведены машиноиспытательными станциями (МИС) в различных почвенно-климатических зонах СССР. Особую ценность исходным для обобщения материалам придает то обстоятельство, что тяговые испытания проводились по единой методике и, в том числе, на естественных сельскохозяйственных фонах. Однако более, чем сорокапятилетний интервал, отделяющий время написания монографии от настоящего времени, вызывает необходимость переосмыслить прежние результаты исследований. Сами осредненные зависимости далее будем называть тягово-сцепными характеристиками (ТСХ) сельскохозяйственных тракторов. Целью данного исследования является переосмысление прежних результатов исследований и оценка их актуальности, разграничение физического смысла и понятий коэффициента сцепления и коэффициента использования сцепного веса (удельной силы тяги на крюке), определение тяговых возможностей колесных и гусеничных тракторов на естественных агротехнических фонах и асфальтобетонной поверхности с учетом действующих ограничений по буксованию. Материалы и методы исследования В качестве основного параметра ТСХ был выбран коэффициент сркр, представляющий собой отношение силы тяги Ркр на крюке трактора к нормальной нагрузке на его ведущие колеса или гусеницы, т.е. к его сцепному весу Осц = AG, где G - вес трактора, А - доля веса, приходящаяся на его ведущие колеса (А = 1 для гусеничных и 4К4, А < 1 для колесных тракторов 4К2). Коэффициент р кр принят в качестве основного параметра не случайно. Трактор является преимущественно тяговой машиной, для которой основным показателем является сила тяги на крюке. С другой стороны, Ркр, а значит и р кр , зависит от конкретных условий работы, например типа почвы, давления в шинах, расположения центра давления на грунт, высоты точки прицепа и др. Все это оказало решающее влияние на представление ТСХ в виде осредненных опытных данных, выражаемых зависимостью: Фкр =Фкр max " Ae~B& , (1) где ркр max и ркр - соответственно максималь- ■ кр max | кр ное и текущее значения удельной силы тяги на крюке, 8 - буксование, А и В - коэффициенты, зависящие от типа трактора, типа и состояния почвенного и дорожного фона. Зависимость (1) можно представить в виде: 8=B-ln ±- . (2) B Фкр max Фкр Выражение (2) удобно для построения кривой буксования теоретической тяговой характеристики сельскохозяйственного трактора в процессе выполнения его тягового расчета. Результаты исследования и их обсуждение Преобразование зависимостей (1, 2) в графическую форму выполнено с помощью стандартной программы MS Excel и представлено на рисунках 1-3. Большинство специалистов считают, что коэффициент сцепления ф движителя трактора c поверхностью пути в направлении движения представляет собой отношение максимальной по сцеплению силы тяги Рф, к сцепному весу G трактора [2]. Поскольку в данной работе оцениваются ТСХ, являющиеся усредненными характеристиками тягово-сцепных качеств тракторов, для целей инженерных расчетов Рис. 3. ТСХ тракторов 4К4б и тракторов с металлической гусеницей на почвенных фонах с ограничениями по буксованию можно считать, что коэффициентом сцепления различных движителей является значение Фкр max на соответствующем агротехническом фоне или дорожном покрытии. Поскольку предметом труда сельскохозяйственного трактора является живая природа, для него являются важными агротехнические ограничения ряда параметров тракторов, рабочих значений буксования, уплотняющего воздействия на почву, которые регламентируются стандартами [3]. Позже был разработан и введен стандарт, ограничивающий максимально допустимую величину буксования движителей сельскохозяйственных тракторов [4]. В этом стандарте устанавливаются границы по буксованию: «максимальное тяговое усилие должно ограничиваться началом неустойчивой работы двигателя или буксованием, предельное значение которого должно быть на треках не более 7 % для гусеничных тракторов, 15 % для колесных и гусеничных тракторов с эластичной (резиновой) гусеницей, а на почвенных фонах - 15 и 30 % соответственно». На рисунках 2 и 3 на ТСХ колесных тракторов и тракторов на металлических гусеницах нанесены границы по буксованию по ГОСТ 30745-2001, которые позволяют установить соответствующие им граничные значения коэффициента фкр . Эти граничные значения сведены в таблицу 1 и позволяют сравнить ТСХ сельскохозяйственных тракторов в сопоставимых условиях, а также оценить корректность ограничений, установленных указанным стандартом. Так, например, ограничения по буксованию тракторов на металлических гусеницах завышены на всех почвенных фонах, поскольку они скорее характеризуют «стоповый» режим трактора, чем начало неустойчивой работы двигателя. ТСХ колесных тракторов 4К2 одновременно являются усредненными характеристиками отдельных ведущих колес (шин). Следовательно, если располагать такими данными по всем имеющимся ведущим шинам разных размерностей, то можно расчетным путем на стадии проектирования оценивать тяговые свойства вновь создаваемых разных вариантов полноприводных машин. Однако такие сведения по отдельным шинам ведущих колес практически отсутствуют, также как отсутствует и задача необходимости их определения. По причине основной работы тракторных шин ведущих колес на разнообразных, в том числе «слабых» грунтах, они принципиально отличаются от большинства остальных шин тем, что относятся к группе шин низкого давления [5]. Коэффициенты ТСХ колесных тракторов 4К4а нуждаются в корректировке, а массив исходных данных - в серьезном статистическом пополнении, связанном с тем, что они были получены на основе тяговых испытаний тракторов «классической» компоновки, у которых ведущий передний мост выполнял вспомогательную роль в реализации тягового усилия трактора и включался в работу автоматически только при достижении буксования трактора определенного значения или принудительно - по воле оператора. Отсюда - существенно меньший диаметр передних управляемых колес, чем задних основных ведущих, меньшая нормальная нагрузка от веса трактора. Однако со времени разработки параметров ТСХ классическая компоновка была усовершенствована в направлении увеличения доли переднего ведущего моста в создании тягового усилия трактора. Часть веса трактора, приходящаяся на передний мост, увеличилась, а размер передних колес почти сравнялся с размером задних. Универсальные тракторы с такой компоновкой доминируют на рынке, а граница мощности их двигателей достигает 360 кВт. ТСХ тракторов с традиционной ходовой системой должны быть дополнены параметрами тракторов на резиноармированных гусеницах (РАГ), которые уже на протяжении нескольких десятилетий пополняют парки гусеничных тракторов разных стран, в том числе и РФ, а движители с РАГ хорошо зарекомендовали себя не только в сельскохозяйственном производстве, но и в легкой строительно-дорожной технике. Это относится также к новым типам движителей, использующим РАГ и создаваемым на базе тракторов 4К4б с шарнирной рамой. Накоплен значительный материал по тяговым испытаниям, но только на искусственных покрытиях, что не позволяет сравнить показатели отечественных гусеничных тракторов с показателями тракторов с РАГ, полученных в техническом университете штата Небраска (США) [6]. Поэтому оценивать корректность ограничений по буксованию, установленных стандартом [4], возможно только на основании полученных ТСХ для тракторов с РАГ. Рисунок 3 показывает превосходство тракторов с металлическими гусеницами над полноприводными тракторами 4К4б при всех значениях буксований до достижения установленных стандартом предельных значений. Выше говорилось о неправомерно завышенных значениях предельных буксований для тракторов на металлических гусеницах, что не позволяет оценить преимущество гусеничных тракторов при корректно выбранных значениях предельных буксований. Выводы 1. Осредненные ТСХ представляют собой безразмерные графические изображения зависимостей буксования тракторов на почвах сельскохозяйственного назначения разных природно-производственных зон страны, объединяющие многофакторные и разнородные по физическому смыслу (буксование и коэффициенты использования сцепного веса) в единый график и могут быть использованы для осредненной оценки тягово-сцепных качеств сельскохозяйственных тракторов различных типов. Удельная сила тяги на крюке трактора является основным показателем обобщенных ТСХ с учетом конкретных (тип и состояние почвы, давления в шине, расположение центра давления, высоты точки прицепа и др.) условий проведения испытаний. 2. Параметры ТСХ колесных тракторов 4К4а нуждаются в корректировке, а массив исходных данных - в серьезном статистическом пополнении, связанном с тем, что компоновка таких тракторов за истекшее время претерпела изменения, а роль переднего ведущего моста в передаче тягового усилия трактора возросла. Все это может изменить значения параметров ТСХ. 3. Для целей инженерных расчетов можно считать, что коэффициентом сцепления различных движителей является значение сркр max на соответствующем агротехническом фоне или дорожном покрытии, достигаемое при максимальном буксовании движителя. 4. Регламентированные ГОСТ 30745-2001 ограничения по буксованию тракторов на металлических гусеницах завышены на всех почвенных фонах, поскольку они скорее характеризуют «стоповый» режим трактора, чем начало неустойчивой работы двигателя. 5. ТСХ колесных тракторов 4К2 могут быть отнесены к характеристикам отдельных ведущих колес (шин). При наличии данных по ведущим шинам разных размерностей можно расчетным путем определять тяговые свойства вновь создаваемых различных вариантов полноприводных машин. Начинать лабораторнополевые испытания по определению ТСХ тракторных шин низкого давления целесообразно с имеющихся в настоящее время в производстве размерностей. 6. ТСХ сельскохозяйственных тракторов должны быть дополнены ТСХ тракторов на резиноармированных гусеницах (РАГ), которые уже на протяжении нескольких десятилетий пополняют парки гусеничных тракторов разных стран, а движители с РАГ хорошо зарекомендовали себя не только в сельскохозяйственном производстве, но и в легкой строительно-дорожной технике. Это относится и к новым типам движителей, использующим РАГ и создаваемым на базе тракторов 4К4б с шарнирной рамой.

About the authors

K. I Gorodetskiy

Moscow Polytechnic University

Email: kg1101@yandex.ru
DSc in Engineering

A. P Parfenov

Moscow Polytechnic University

Email: kg1101@yandex.ru
PhD in Engineering

A. M Lavlinskiy

Moscow Polytechnic University

Email: kg1101@yandex.ru

References

Supplementary files