The increase of four-wheel tractor maneuverability

Full Text

Введение Для междурядной обработки посевов сельскохозяйственных культур в основном применяют универсально-пропашные тракторы [1, 2], следовательно их маневренность и курсовая устойчивость играют существенную роль в качественном выполнении технологических операций и в снижении площадей поворотных полос [3, 4]. В хлопководстве применяется трехколесный универсально-пропашной трактор [1], разворот которого осуществляется путем поворота переднего управляемого колеса при заторможенном одном из задних колес. Такой разворот вокруг одного из задних колес трактора имеет немаловажное значение при междурядных обработках посевов хлопчатника. Так как из-за попадания одного и того же заднего колеса на то же междурядье, где проходило это колесо при предыдущем проходе, обеспечивается обработка стыковых междурядий без разрыва и с минимальным радиусом поворота, то в результате ширина поворотной полосы будет наименьшей, следовательно происходит меньшее топтание растении на поворотных полосах. Все это в целом обеспечивают минимальные потери продуктивных площадей в зоне разворотных полос на краях поливных участков с посевами хлопчатника и других сопутствующих ему культур. Однако тракторы у указанного типа имеют существенные специфические недостатки [5], а именно: - низкую поперечную устойчивость, исключающую применение их в составе транспортных агрегатов по условиям безопасной эксплуатации; - ограниченные тягово-сцепные качества и малую суммарную грузоподъемность шин, особенно шин передних колес, исключающую агрегатирование их с широкозахватными орудиями; - недостаточную курсовую устойчивость трактора; - сложность создания достаточно эффективной полноприводной конструкции трактора; - востребованность в сельскохозяйственном производстве с ноября по март, т.е. в течение почти 4-5 месяцев; - применение трехколесного трактора не позволяет полностью реализовать преимущества широкозахватных машинотракторных агрегатов из-за дефицита тягово-сцепного потенциала трактора и существенного превышения допустимых норм экологического воздействия на почву. Недостатки трехколесного трактора в определенной степени отсутствуют у четырехколесных [6, 7]. Поворот четырехколесного универсально-пропашного трактора осуществляется рулевым приводом, с рулевой трапецией переднего расположения, состоящий из неподвижной балки передней оси, двух одинаковых рычагов поворотных цапф управляемых колес, связанных между собой передней разрезанной симметричной тягой, имеющей в месте разреза сошку [8, 9]. Хотя четырехколесный трактор по сравнению с трехколесным имеет неоспоримое преимущество по устойчивости, по распределению масс по опорным колесам, по прямолинейности движения и по многим другим показателям, у него большой радиус поворота [5]. Так как у него минимальный радиус поворота ограничен углом поворота управляемых колес относительно неподвижной в горизонтальной плоскости балки передней оси, то оси вращения колес пересекаются за пределами точек пересечения осей симметрии правого или левого задних колес, следовательно трактор поворачивается с большим радиусом. Из-за большего радиуса поворота, соответственно, большой поворотной полосы площадь топтания растений у четырехколесных тракторов будет больше чем у трехколесных, а для попадания одного из задних колес на то же междурядье трактор должен совершить грушевидный поворот, что, тем самым, еще больше увеличит площадь топтания растений. Все это в целом приводит к значительной потере продуктивных площадей в зоне разворотных полос на краях поливных участков с посевами хлопчатника и других культур и тем самым ограничивает диапазон применения четырехколесных универсально-пропашных тракторов. По этой причине они применяются в основном на транспортных работах, а междурядные обработки посевов хлопчатника до сих пор обрабатываются трехколесными тракторами, несмотря на их вышеперечисленные недостатки. Цель исследований Повышение поворотливости четырехколесного универсально-пропашного трактора, обеспечивающей минимальные потери продуктивных площадей в зоне разворотных полос на краях поливных участков с посевами хлопчатника и других культур. Материалы и методы В Конструкторско-технологическом центре сельскохозяйственного машиностроения проводятся работы по повышению маневренности четырехколесных универсально-пропашных тракторов за счет повышения поворотливости их направляющих колес [5]. Поворотливость трактора оценивается минимальным радиусом поворота, величина которого во многом определяется статическим радиусом поворота [8]. Для колесного трактора с двумя направляющими колесами номинальный (статический) радиус поворота rн определяется выражением: (1) где L - база трактора, м; αcp - среднее значение углов отклонения направляющих колес, градус; δ1, δ2 - уголы бокового увода передних и задних колес, градус. Среднее значение углов отклонения направляющих колес определяется выражением: (2) где αн - угол отклонения наружного направляющего колеса, градус; αв - угол отклонения внутреннего направляющего колеса, градус. Из выражения (2) видно, что при неизменных значениях угла бокового увода передних и задних колес величина статического радиуса поворота зависит от длины базы трактора и среднего значения угла отклонения направляющих колес. Если учесть, что длина базы трактора регламентируется габаритными размерами двигателя и трансмиссии, а управлять углами бокового увода передних и задних колес во время работы трактора практически не представляется возможным, то единственно управляемым параметром, влияющим на поворотливость трактора, являются углы отклонения направляющих колес. Предельные значения углов отклонения внутреннего и наружного направляющих колес зависят от конструкции рулевой трапеции рулевого привода [9, 10]. Следовательно, изменяя конструкцию рулевой трапеции рулевого привода, можно получить требуемые значения углов отклонения внутреннего и наружного направляющих колес трактора. Исходя из этих предпосылок, была разработана новая конструкция рулевой трапеции рулевого привода трактора. Результаты и обсуждение Новизной конструкции рулевой трапеции рулевого привода трактора является то, что в ней за счет увеличения углов поворота направляющих колес независимо друг от друга относительно неподвижной в горизонтальной плоскости балки переднего моста создаются условия для достижения минимального радиуса поворота трактора. В результате этого появляется возможность обеспечения при развороте трактора попадания одного и того же заднего колеса на то же междурядье, что и при предыдущем проходе агрегата. В Конструкторско-технологическом центре сельскохозяйственного машиностроения разрабатывается конструкция экспериментального универсально-пропашного трактора снабженного рулевой трапеции рулевого привода новой конструкции. Экспериментальный универсально-пропашной трактор (рис. 1) содержит рулевой привод, с рулевой трапецией новой конструкции, состоящий из неподвижной балки 13 передней оси, двух одинаковых рычагов 2, 8 поворотных цапф 9, 18 правого 10 и левого 1 направляю-щих колес связанных между собой передней разрезанной симметричной тягой 7, имеющей в месте разреза шарнир 5, к которому подключен центральный рычаг 14. К торцу каждой по-ловины «а» и «б» передней разрезанной симметричной тяги 7 к шарниру 5 прикреплена обойма 6, в которой расположен подпружиненный торцевой диск 4. При этом усилие сжатия пружины 3 должно быть равно максимальной силе удара, возникающей при столкновении направляющего колеса с препятствием. При силе сжатия пружины 3, меньшей, чем сила удара, торцевой диск 4 должен быть выполнен в виде (см. рис. 2) поршня-клапана 6 с выступом «Б», упирающимся под давлением пружины 4 на седло «С» отверстия 7 на дне обоймы. В самой обойме 5 полости «А» и «В» при этом заполнены жидкостью и сообщаются посред-ством двух отверстии 2, 7 и канала 1. Максимальные углы поворота рычагов поворотных цапф ограничивается с одной стороны ходом поршня 15 гидроцилиндра 16, а с другой - упорами 12, 17. За максимальный угол поворота рычагов поворотных цапф принимается такой угол поворота, при котором оси вращения правого и левого направляющих колес пересекаются с точкой пересечения осей симметрии заторможенного заднего правого 11 - «Цп» (при развороте «направо») - ли левого 19 - «Цл» (при развороте «налево») - колеса. Именно при таком исполнении рулевой трапеции универсально-пропашного трактора появляется возможность достижения крутого разворота вокруг одного из задних колес с минимальным радиусом. В этом и состоит основное отличие и преимущество новой конструкции рулевой трапеции универсально-пропашного трактора перед его известными аналогами. Это происходит следующим образом. Для разворота трактора направо затормаживает заднее правое колесо 11 и поворачивает рулевое колесо направо, при этом гидроцилиндр 15 посредством центрального рычага 14 перемещает шарнир 5 в направлении Nп до тех пор, пока рычаг 2 поворотной цапфы 18 левого 1 направляющего колеса не упирается упор 17. При этом ось вращения левого направляющего колеса 1 пересекается с точкой «Цп», и при дальнейшем вращении рулевого колеса за счет взаимного перемещения обоймы 6 и половины «а» разрезанной симметричной тяги 7, из-за возможности сжатия пружины 3 торцевым диском 4, положение левого 1 направляющего колеса остается неизменным. При этом другая половина «б» разрезанной симметричной тяги 7 поворачивает рычаг 8 поворотной цапфы 9 правого 10 направляющего колеса до тех пор, пока его ось вращения не пересечется с точкой «Цп» и трактор не совершит крутой разворот с минимальным радиусом вокруг правого 11 заднего колеса. Большое усилие сжатия пружины, за счет быстрого гашения ударных нагрузок и возможных колебаний направляющих колес после соударения их с препятствиями, обеспечивает надежность работы всей рулевой трапеции. Разворот трактора налево происходит по такой же схеме, но только при заторможенном заднем левом колесе 19. При усилии сжатия пружины меньшем, чем сила удара, как уже было сказано выше, обойма 6 и торцевой диск 4 выполняется в виде, представленном на рис. 2. При этом, как известно, во время столкновения направляющих колес с препятствием происходит удар. Возникающая при этом сила удара посредством рычага поворотной цапфы направляющего колеса и разрезанной симметричной тягой воздействует на поршеньклапан 6 с выступом «Б», который в зависимости от направления силы удара давит на дно обоймы 5 или же на жидкость, находящуюся внутри обоймы. Так как дно обоймы 5 и жидкость, находящаяся в обойме, не сжимаются и жидкость мгновенно не протекает через отверстия и канал в другую полость обоймы, то сила удара гасится ими, тем самым предотвращается возможность колебаний направляющих колес и обеспечивается надежность работы всей рулевой трапеции. Например, во время разворота трактора налево, когда рычаг поворотной цапфы правого направляющего колеса упирается об упор, при дальнейшем повороте рулевого колеса поршень-клапан 6 (рис. 2), сжимая пружину 4, постепенно вытесняет жидкость через отверстия 2, 7 и канал 1 из одной полости «В» обоймы 5 в другую полость «А». При этом шарнир посредством обоймы и другой половины «а» разрезанной симметричной тяги поворачивает рычаг поворотной цапфы левого направляющего колеса до тех пор, пока ось его вращения не пересечется с точкой «Цл», и трактор не совершит крутой разворот вокруг левого заднего колеса. Таким образом, при правильном подборе параметров конструкции рулевой трапеции можно обеспечить необходимые углы поворота внутреннего и наружного направляющих колес. При этом, согласно рис. 1, углы поворота наружного и внутреннего колеса определяются выражениями: (3) (4) где Вк - ширина колеи задних колес, м; - коэффициент соотношения длины передней балки lп к ширине колеи Вк задних колес. Тогда среднее значение углов отклонения направляющих колес будет: (5) Совместный анализ уравнений (1) и (5) показывает, что номинальный радиус поворота трактора зависит от базы, ширины колеи задних колес, длины передней балки и углов бокового увода передних и задних колес трактора. Следует отметить то, что при крутом развороте трактора вокруг одного из его заторможенных задних колес практический угол бокового увода задних колес будет нулевым. Тогда выражение (1) примет вид: (6) Следовательно, при определении величины номинального радиуса поворота угол бокового увода задних колес трактора не учитывается. Выводы Таким обзором, за счет увеличения углов поворота направляющих колес независимо друг от друга относительно неподвижной в горизонтальной плоскости балки переднего моста можно добиться минимального радиуса разворота трактора, следовательно минимальной ширины поворотной полосы на междурядной обработке посевов хлопчатника и других культур. При этом из-за крутого разворота можно обеспечить попадание одного того же заднего колеса на то же междурядье, что и при предыдущем проходе. Все это в целом обеспечивают минимальные потери продуктивных площадей в зоне разворотных полос на краях поливных участков с посевами хлопчатника и других культур. Рис. 1. Схема предлагаемого универсально-пропашного трактора в положении разворота направо: 1, 10 - управляемые колеса; 2, 8 - рычаги; 3 - пружина; 4 - торцевой диск, 5 - шарнир; 6 - обойма; 7 - передняя разрезанная симметричная тяга; 9, 18 - поворотные цапфы; 11 - заднее правое колесо; 12, 17 - упоры; 13 - балка; 14 - центральный рычаг; 15 - поршень; 16 - гидроцилиндр; 19 - заднее левое колесо Рис. 2. Схема работы торцевого диска и обоймы: 1 - канал; 2, 7 - отверстия; 3 - передняя разрезанная симметричная тяга; 4 - пружина; 5 - корпус обоймы; 6 - поршень-клапан Рис. 1. Схема предлагаемого универсально-пропашного трактора в положении разворота направо: 1, 10 - управляемые колеса; 2, 8 - рычаги; 3 - пружина; 4 - торцевой диск, 5 - шарнир; 6 - обойма; 7 - передняя разрезанная симметричная тяга; 9, 18 - поворотные цапфы; 11 - заднее правое колесо; 12, 17 - упоры; 13 - балка; 14 - центральный рычаг; 15 - поршень; 16 - гидроцилиндр; 19 - заднее левое колесо Рис. 2. Схема работы торцевого диска и обоймы: 1 - канал; 2, 7 - отверстия; 3 - передняя разрезанная симметричная тяга; 4 - пружина; 5 - корпус обоймы; 6 - поршень-клапан

About the authors

A. A Akhmetov

Tashkent State Technical University named after Islam Karimov

Email: tractor-v@mail.ru
DSc in Engineering Tashkent, Uzbekistan

B. A Kambarov

Research Institute of Agricultural Mechanization

Email: b_kambarov@rambler.ru
PhD in Engineering Yangiyul, Uzbekistan

D. U Kambarova

Tashkent State Technical University named after Islam Karimov

Email: tractor-v@mail.ru
Tashkent, Uzbekistan

References

Supplementary files