Problems of operation of small-capacity automobile trailers in various fields of agriculture

Full Text

Введение Прицеп - это, как известно, несамоходное транспортное средство, одно или же 2-осное, имеющее опорно-сцепное устройство с автомобилем тягачом. Прицепы бывают универсальные: для перевозки разных грузов и специального назначения. Прицепы классифицируют по разным признакам (категориям): 1 - полная масса которых не более 0,75 т.; 2 - от 0,75 до 3,5 т.; 3 - от 3,5 до 10 т.; 4 - более 10 т. При этом к легким относятся те, у которых допустимая масса груза не превышает 750 кг. В соответствии с правительственной программой экологической безопасности, в ФГБНУ ФНАЦ ВИМ ведутся разработки малотоннажных автопоездов (МАП) с управляемым прицепом для использования в сельском хозяйстве. На этой базе разрабатываются перспективные варианты тягачей с электро- и газобаллонными двигателями, а также линейки многофункциональных прицепов. Помимо этого, разрабатываются системы автопилотирования через ГЛОНАСС с использованием систем СКИФ и СКАУТ, позволяющие контролировать онлайн эксплуатационные характеристика МАП. Беспилотные машины с силовыми агрегатами - неизбежное будущее мобильных энергоемких и транспортных технологических средств. Данное направление является пока еще слаборазвитым, относительно новым, современным и перспективным. Беспилотные сельхозмашины смогут работать на полях круглосуточно и выполнять свою работу на высоком уровне постоянно, исключая человеческий фактор. Так же предполагается использовать МАП в составе тягача и передвижного домика. Цель исследований Анализ факторов, которые следует учитывать при проектировании МАП. Материалы и методы При проектировании малотоннажных транспортных средств следует как можно больше использовать современные легкие и прочные материалы на базе комбинированных углепластиков и армированных пластмасс, для облегчения веса и уменьшения металлоемкости. В ФГБНУ ФНАЦ ВИМ разработан опытный образец многофункциональной базовой платформы на автоматизированном электрическом приводе, показанный на рис. 1, с диапазоном возможной мощности: 20, 30 и 60 кВт для выполнения технологических операций в сельском хозяйстве. Время автономной работы многофункциональной базовой платформы - от 4 до 8 часов. На рис. 2 приведен пример компоновки многофункциональной базовой платформы с инновационным сцепным устройством, снабженным гибкой связью. Это совместная разработка ФГБНУ ФНАЦ ВИМ и ВолгГТУ кафедры «Автомобильный транспорт» [1-9]. Данное устройство позволяет удобно маневрировать при движении МАП задним ходом. На рис. 3 показан пример использования образца многофункциональной базовой платформы на автоматизированном электрическом приводе с бороной, оснащенной управляемой гибкой связью. На рис. 4 показан пример использования образца многофункциональной базовой платформы на автоматизированном электрическом приводе с фрезерным культиватором, оснащенной управляемой гибкой связью. На рис. 5 показан пример использования образца многофункциональной базовой платформы на автоматизированном электрическом приводе с прицепным домиком. Один из вариантов комплектации прицепного домика (кухня), оснащен автономной системой энергообеспечения (солнечная батарея), электро-газовой плитой, шкафом, свч-печью, разделочным столом, поварским оборудованием, холодильником, биотуалетом, душевой кабиной, навесным баком для воды и вытяжкой. Так же возможные варианты (кроме кухонь): а) для переработки отходов животноводческих ферм в биологическое топливо или как средство для внесения удобрения; б) передвижное оборудование для утилизации мусора; в) передвижные мастерские. Результаты и обсуждение Приведенные эти и другие примеры позволяют разнообразить комплекс эффективной малогабаритной техники на базе управляемых МАП для сельскохозяйственных работ в поле, для доставки удобрений, для перевозки необходимого вспомогательного оборудования с целью обеспечения малого ремонта в полевых условиях. При этом большое внимание необходимо уделять социальной составляющей при выполнении сельскохозяйственных работ, а именно созданию передвижных мини-кухонь со специализированным оборудованием и возможностью автономного функционирования в полевых условиях. Важным также является и создание передвижных мобильных автомеханических мастерских с автономными системами энергоснабжения. Для успешного развития и распространения прицепов в разных областях народного хозяйства требуется решить ряд технических задач [1-13]. На рис. 6 приведена разработанная авторами схема взаимосвязей негативных явлений, ухудшающих устойчивость движения прицепа, основных и дополнительных способов их устранения. При этом дальше будем говорить только о прицепах с заданной базой, т.к. при проектировании прицепов следует отталкиваться от их базы. Именно назначение прицепа определяет величину базы, а также другие его параметры. Малыми боковыми силами принято считать те, которые не превышают 20 % от веса транспортного средства, т.к. не влияют на традиционный вид φ-sx-диаграммы [1-3, 8, 9]. Они являются основной причиной бокового увода эластичных колес [4, 10]. В работе [7] показано, что устранение этого нежелательного явления, ухудшающего устойчивость движения прицепа, не представляет трудностей и включает в себя возможные меры, связанные с уменьшением увода задних колес прицепа. Это можно сделать за счет конструктивного перераспределения вертикальных нагрузок или за счет применения задних колес прицепа со сдвоенными шинами, применения низкопрофильных шин на задних колесах и других способов, увеличивающих боковую жесткость шин задних колес прицепа. Выводы [7] построены на анализе моделирования критической скорости прицепа при прямолинейном движении. А малые боковые силы в этом случае могут быть силами бокового ветра, например, или составляющими силы веса от бокового уклона дороги. Иное дело обстоит в случае криволинейного движения, особенно с большими боковыми силами, превышающими 20 % от веса прицепа. Это чаще всего центробежные силы, возникающие при повороте и смене полосы движения транспортного средства. В последние годы появилась проблема больших боковых сил от воздействия на колеса продольных колей на нежестких дорожных одеждах, что особенно опасно для прицепов. Большие боковые силы приводят либо сразу к возникновению бокового скольжения колес, либо к возбуждению горизонтально-угловых колебаний прицепа, которые могут быть затухающими, а могут быть и параметрическими, в зависимости от сочетания ряда конструктивных параметров прицепа. Условия перехода затухающих горизонтально-угловых колебаний прицепа в опасные - параметрические - требуют дополнительных исследований. Это задача сложная и многозначная. Потеря контакта колес с дорогой при больших скоростях движения автопоезда может иметь место вне зависимости от наличия и величины боковой силы, ухудшая устойчивость, управляемость и тормозную динамику автопоезда. Но эта проблема решается оптимизацией упруго-демпфирующих параметров и конструктивной формы подвески прицепа, а также сцепного устройства Заключение Решение данной задачи необходимо для выработки норм безопасной эксплуатации малотоннажных автопоездов с различными видами прицепов при сложных дорожных условиях, продольной колийности и возникновении боковых нагрузок, а также при обгонах. Рис. 1. Опытный образец многофункциональной базовой платформы Рис. 2. Опытный образец многофункциональной базовой платформы с прицепом, оснащенным управляемой гибкой связью: 1 - базовая платформа; 2 - прицеп; 3 - трос; 4,5 - компенсаторы натяжения; 6, 7 - направляющие ролики; 8 - кабель; 9 - дышло Рис. 3. Использование образца многофункциональной базовой платформы на автоматизированном электрическом приводе с бороной, оснащенной управляемой гибкой связью Рис. 4. Использование образца многофункциональной базовой платформы на автоматизированном электрическом приводе с фрезерным культиватором, оснащенной управляемой гибкой связью Рис. 5. Использование образца многофункциональной базовой платформы на автоматизированном электрическом приводе с прицепным домиком, оснащенной солнечной батарей на крыше Рис. 6. Схема взаимосвязей негативных явлений, ухудшающих устойчивость движения прицепа, основных и дополнительных способов их устранения

About the authors

Z. A Godzhaev

Federal Scientific Agroengineering Center VIM

DSc in Engineering Moscow, Russia

E. V Balakina

Volgograd State Technical University

Email: fic51@mail.ru
DSc in Engineering Volgograd, Russia

V. A Korolyash

Volgograd State Technical University

Email: fic51@mail.ru
Volgograd, Russia

References

Supplementary files