Влияние числа осей колесных транспортно-тяговых машин на сопротивление качению



Цитировать

Полный текст

Аннотация

Процесс «деформирование - уплотнение - разуплотнение - накопление уплотнения почвы» зависит как от режимов эксплуатации техники, так и от изменяющихся свойств почвы в зависимости от ее типа, агрофона и периодов года. Поскольку основная часть потерь энергии при передвижении по полю машинно-тракторных агрегатов тратится на образование следов, то весьма важным является установление влияния числа проходов колес на изменение силы сопротивления качению. Необходимо обоснование закономерности изменения силы сопротивления качению от числа проходов колес по следу в различных почвенных условиях. Это позволит определить перспективные пути улучшения конструкций ходовых систем, в частности обосновать число осей колесных транспортно-тяговых машин. В статье показана графическая зависимость силы сопротивления качению колесной ходовой системы от числа осей для сильно упрочняющейся почвы. Проанализировано влияние параметров колесной ходовой системы транспортного средства на сопротивление качению по сильно упрочняющейся почве. Определено сопротивление качению при повторных проходах колес на слабо упрочняющихся почвах. Обоснованы зависимости силы сопротивления качению колес от числа проходов по следу при различных состояниях опорной поверхности. Рассмотрены варианты сильно упрочняющейся и слабо упрочняющейся почв. Экспериментальные исследования тягово-сцепных свойств многоосного колесного хода проводились на механической модели в почвенном канале. Предложенные закономерности изменения силы сопротивления качению при повторных проходах колес по следу учитывают тип и состояние почвы. Увеличение числа осей способствует снижению сопротивления качению.

Полный текст

Введение Воздействие ходовых систем транспортно-тяговых машин ведет к снижению урожайности сельскохозяйственных культур. Повышение плотности почвы, вызванное воздействием ходовых систем, приводит к увеличению ее твердости в 2-3 раза. Между твердостью, плотностью и удельным сопротивлением почвы при вспашке существует тесная корреляционная связь. Удельное сопротивление при обработке пахотного слоя после прохода тракторов повышается на 15-65 %, а транспортных средств и комбайнов - на 60-90 % [1, 2]. Происходящий в результате воздействия ходовых систем транспортно-тяговых машин на почву процесс «деформирование - уплотнение - разуплотнение - накопление уплотнения почвы» зависит как от режимов эксплуатации техники, так и от изменяющихся свойств почвы в зависимости от ее типа, агрофона и периодов года. Деформация почвы колесами сопровождается расходом энергии на преодоление возникающей силы сопротивления качению. Поскольку основная часть потерь энергии при передвижении по полю машинно-тракторных агрегатов тратится на образование следов, то весьма важным является установление влияния числа проходов колес на изменение силы сопротивления качению. Цель исследования Целью исследования является обоснование закономерности изменения силы сопротивления качению от числа проходов колес по следу в различных почвенных условиях. Это позволит определить перспективные пути улучшения конструкций ходовых систем, в частности обосновать число осей колесных транспортно-тяговых машин. Материалы и методы В теории транспортно-тяговых машин для оценки затрат энергии на деформацию почв и грунтов используют термин «коэффициент сопротивления качению», представляющий собой отношение силы сопротивления качению к весу машины [3]. При передвижении ходовых систем по почве сопротивление качению обусловливается, в основном, потерями энергии на деформацию почвы. Работа вертикальной деформации почвы при i-м проходе колеса равна: , где А - площадь пятна контакта колеса с почвой, м2; hi-1 - глубина следа при (i-1)-м проходе колеса, м; hi - глубина следа при i-м проходе колеса, м; - зависимость между напряжением и осадкой при i-м проходе колеса, м. Суммарная величина работы после n нагружений . Значения работы при i-м проходе колеса за один оборот и после n проходов будут равны соответственно: , (1) , (2) где r - радиус колеса, м; Bk - ширина контакта колеса с почвой, м. С другой стороны, работа сил сопротивления качению равна , (3) где Ff - сила сопротивления качению колесного хода, Н. Приравняв правые части уравнений (1) и (3), находим значение силы сопротивления качению при i- м проходе колеса . (4) Аналогично из уравнений (2) и (3) находим суммарную силу сопротивления качению n-осного колесного хода . (5) Результаты и их обсуждение Для сильно упрочняющихся почв суммарную силу сопротивления качению n-осного хода найдем исходя из того, что функция для сильно упрочняющихся почв является непрерывной. Поэтому к уравнению (5) можно применить свойство аддитивности интеграла [4] . Зависимость между сопротивлением и осадкой почвы подчиняется функции гиперболического тангенса [5]: (6) где р0 - предел несущей способности почвы, Па; k - коэффициент объемного смятия почвы, Н/м3. С учетом зависимости (6) формула силы сопротивления качению примет вид: . Значение этого интеграла . Значение hn определяется по формуле [6]: , (7) где В - коэффициент накопления повторных осадок сильно упрочняющейся почвы. Подставив вместо верхнего предела интегрирования hn его значение, определяемое формулой (7), с учетом того, что контактное напряжение σ1 равно давлению колеса на почву q, получим или . (8) При первом нагружении (n = 1) . На основании формулы (8) получена графическая зависимость силы сопротивления качению колесной ходовой системы от числа осей для сильно упрочняющейся почвы (рис. 1). Значения параметров колес и свойств почвы были равны: Вk = 0,3 м; k = 2800 кН/м3; В = 0,01, ро = 500 кПа. Из рис. 1 видно, что сила сопротивления качению в основном формируется при первом проходе колеса. При каждом последующем проходе колеса по следу приращение силы сопротивления качению снижается. Проанализируем, как влияют параметры колесной ходовой системы транспортного средства на сопротивление качению по сильно упрочняющейся почве. В случае изменения давления в зависимости, обратно пропорциональной количеству осей системы, формула (8) примет вид: , где - коэффициент распределения давлений под опорной поверхностью колеса; F - нагрузка на ходовую систему, Н; Аk - площадь опорной поверхности колеса, м2; N - число осей ходовой системы, шт. Из рис. 2, построенного на основании данной зависимости, видно, что при сохранении общей постоянной нагрузки на ходовую систему увеличение числа осей способствует снижению силы сопротивления качению. Рис. 2. Влияние числа осей на сопротивление качению при постоянной общей нагрузке для сильно упрочняющейся почвы Найдем сопротивление качению при повторных проходах колес на слабо упрочняющихся почвах. Для этого воспользуемся зависимостью суммарной силы сопротивления качению n-осного колесного хода (5) и зависимостями напряжений от деформаций почвы. Зависимость между напряжением и осадкой при n-м нагружении слабо упрочняющейся почвы имеет вид [6]: (9) где - коэффициент интенсивности накопления повторных осадок для слабоупрочняющейся почвы; - приращение осадки при n-м нагружении, м. В результате преобразований зависимостей (5), (6) и (9) получим Проинтегрировав это выражение, получим или (10) Найдем зависимость в функции давления . Представим зависимость (6) в виде: . Известно, что . Тогда . (11) Приращение осадки при n-м приложении нагрузки (hn - hn-1) определяется по формуле [7]: . (12) Подставив в зависимость (10) вместо (k/p0)h1 его значение (11) и вместо разности (hi - hi-1) -выражение (12), получим: После преобразований получим (13) На основании формулы (13) построим график зависимости силы сопротивления качению колесной ходовой системы от числа осей для слабо упрочняющейся почвы (рис. 3). Значения параметров колес и свойств почвы были равны: Вk = 0,3 м; k = 1000 кН/м3; kи = 1, ро = 350 кПа. Из рис. 3 видно, что при давлении колес на почву q = 75 кПа прирост силы сопротивления качению незначительный. При более высоких давлениях интенсивность приращения силы сопротивления качению при последующих проходах колес возрастает. В случае изменения давления в зависимости, обратно пропорциональной числу осей ходовой системы, на слабо упрочняющейся почве зависимость (13) примет вид: Из рис. 4, построенного на основании данной зависимости, видно, что при увеличении числа осей глубина следа снижается. При этом интенсивность снижения глубины следа по сравнению с сильно упрочняющимися почвами уменьшается. Экспериментальные исследования тягово-сцепных свойств многоосного колесного хода проводились на механической модели в почвенном канале. Применялись шины 5.00-10.00 несущих колес с неразвитыми почвозацепами (рис. 5). Из рис. 6 видно, что основная часть силы сопротивления качению приходится на первое колесо. Увеличение числа осей при сохранении постоянной нагрузки (давление колес на почву изменяется в обратно пропорциональной зависимости от числа осей) сопротивление качению снижается. Нагрузка на ходовую систему равнялась 5,2 кН. Рис. 6. Влияние числа осей на сопротивление качению модели многоосного колесного хода: 1 _ - давление колес на почву одинаковое; 2 - - - - - давление изменяется в обратно пропорциональной зависимости от числа осей Выводы Предложенные закономерности изменения силы сопротивления качению при повторных проходах колес по следу учитывают тип и состояние почвы. Для сильно упрочняющихся почв наибольшая энергия на передвижение расходуется при первом проходе колеса. Для слабо упрочняющихся почв при давлении колес на почву свыше 150 кПа происходит интенсивный прирост силы сопротивления качению при последующих проходах колес по следу. Для обоих типов почв при сохранении постоянной общей нагрузки на ходовую систему увеличение числа осей способствует снижению сопротивления качению. Рис. 1. Зависимость силы сопротивления качению колесной ходовой системы от числа осей для сильно упрочняющейся почвы + Рис. 3. Зависимость силы сопротивления качению колесной ходовой системы от числа осей для слабо упрочняющейся почвы Рис. 4. Влияние числа осей на сопротивление качению при постоянной общей нагрузке для слабо упрочняющейся почвы Рис. 5. Общий вид модели многоосного колесного хода с тележкой почвенного канала
×

Об авторах

И. Н Шило

Учреждение образования «Белорусский государственный аграрный технический университет»

Email: romanyuk-nik@tut.by
д.т.н.

Н. Н Романюк

Учреждение образования «Белорусский государственный аграрный технический университет»

Email: romanyuk-nik@tut.by
к.т.н.

А. Н Орда

Учреждение образования «Белорусский государственный аграрный технический университет»

Email: romanyuk-nik@tut.by
д.т.н.

В. Г Кушнир

Костанайский государственный университет имени А. Байтурсынова

Email: valkush@mail.ru
д.т.н.

Список литературы

  1. Шило И.Н., Романюк Н.Н., Орда А.Н., Шкляревич В.А., Воробей А.С. Закономерности уплотнения почвы под воздействием колес сельскохозяйственных машин // Агропанорама. 2016. № 2. С. 2-8.
  2. Романюк Н.Н. Снижение уплотняющего воздействия на почву вертикальными вибродинамическими нагрузками пневмоколесных движителей: дис. …. канд. техн. наук. Минск, 2008. 206 с.
  3. Парфенов А.П., Щетинин Ю.С. Об унификации некоторых терминов и понятий, применяемых при изучении наземных транспортно-технологических средств // Тракторы и сельхозмашины. 2018. № 1. С. 40-45.
  4. Шило И.Н., Орда А.Н., Романюк Н.Н., Нукешев С.О., Кушнир В.Г. Влияние количества осей ходовых систем мобильной сельскохозяйственной техники на глубину следа // Тракторы и сельхозмашины. 2016. № 4. С. 37-42.
  5. Кацыгин В.В. Основы теории выбора оптимальных параметров мобильных сельскохозяйственных машин и орудий // Вопросы сельскохозяйственной механики. Минск: Ураджай, 1964. Т. 13. С. 5-147.
  6. Шило И.Н., Романюк Н.Н., Орда А.Н., Шкляревич В.А., Воробей А.С. Закономерности накопления повторных осадок почвы при воздействии ходовых систем мобильной сельскохозяйственной техники // Агропанорама. 2014. № 6. С. 2-7.
  7. Орда А.Н. Эколого-энергетические основы формирования машинно-тракторных агрегатов: дис. … докт. техн. наук: 05.20.03. Минск, 1997. 269 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

© Шило И.Н., Романюк Н.Н., Орда А.Н., Кушнир В.Г., 2019

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

 СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: ПИ № ФС 77 - 81900 выдано 05.10.2021.


Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах