Comparison of traction and longevity of caterpillar driving machines of agricultural tractors

Full Text

Введение В настоящее время большинство производителей тракторов и комбайнов как в РФ, так и за рубежом, а также военных гусеничных машин ведут опытные разработки и серийный выпуск движителей с резиноармированными гусеницами (РАГ). Их применение позволяет в сравнении с колесной техникой снизить вредное воздействие на почву, повысить тяговые характеристики, проходимость и экономичность машин, а также обеспечить эффективную работу на тяжелых, переувлажненных и слабонесущих почвах. По сравнению с движителями на гусеницах с металлическими шарнирами и звеньями применение РАГ обеспечивает [1, 2]: · движение по дорогам с асфальтовым покрытием без его разрушения; · повышение транспортных скоростей машины до 40…50 км/ч; · снижение уровня шума и улучшение условий труда оператора; · повышение надежности. За рубежом сравнение тяговых показателей тракторов с колесным и гусеничным движителем с РАГ выполняется на специально подготовленной опорной поверхности в виде резинового полотна [3]. Использование такого полотна не позволяет сравнить тяговые показатели тракторов с металлическими гусеницами и РАГ. Методы конструирования и расчета РАГ подробно рассмотрены в работах [4-6]. Однако в них недостаточно внимания уделено тяговым показателям и долговечности РАГ. Цель исследования Целью исследования является сравнительная оценка тяговых показателей и долговечности гусеничных движителей сельскохозяйственных тракторов с различными типами гусениц. Оценка тяговых показателей тракторов с различными типами гусениц В качестве объекта исследования выбраны серийная металлическая гусеница с открытым металлическим шарниром (МГ с ОМШ) и РАГ с металлотросовым армирующим сердечником. Оценка тяговых показателей проводилась на тракторе ВТ-150 (рис. 1). РАГ разработана ОАО «НИИ стали» совместно с ОАО «ЦНИИСМ» и ООО «НТЦ НИИШП». Для сравнительной оценки эффективности применения гусениц различных конструкций была разработана программа-методика испытаний. Для повышения объективности оценки результатов испытаний в программе было предусмотрено проведение всего комплекса испытаний на одной машине, в одинаковых почвенно-климатических условиях, с применением единого комплекса контрольно-измерительной аппаратуры, с привлечением единого состава квалифицированных испытателей. Задачами испытаний, предусмотренных программой-методикой, являлись: · определение тяговых показателей трактора в соответствии с требованиями ГОСТ 30745-2001 «Тракторы сельскохозяйственные. Определение тяговых показателей» [7, 8]; · определение параметров воздействия движителей на почву в соответствии с требованиями ГОСТ 26955-86 «Техника сельскохозяйственная мобильная. Нормы воздействия движителей на почву» [9]. а) б) Рис. 1. Трактор ВТ-150 с различными типами гусениц: а - МГ с ОМШ; б - РАГ Испытания сравниваемых конструкций гусениц проводились Северо-Кавказской МИС и Северокавказской опытной станции Краснодарского НИИ сельского хозяйства Россельхозакадемии РФ. Тяговые испытания трактора ВТ-150 с различными типами гусениц проводились на стерневом фоне по ГОСТ 30745 с помощью тяговой лаборатории ТДТ-60 и измерительной информационной системы ИП-256М. Измерения расхода топлива осуществлялись с помощью расходомера ЕДМ-1404. Почвенно-климатические условия при проведении тяговых испытаний трактора ВТ-150 приведены в табл. 1, а тяговые характеристики трактора с различными типами гусениц на рис. 2 и рис. 3. Таблица 1 Почвенно-климатические условия при тяговых испытаниях трактора Показатель Тип гусениц МГ с ОМШ РАГ Тип почвенного фона стерня озимой пшеницы стерня озимой пшеницы Влажность в слое 0…15 см, % 9,4…13,5 18,2…21,3 Твердость в слое 0…15 см, МПа 1,18…3,66 1,14…2,41 Высота стерни, см 13,6 14,1 Температура воздуха, ˚С 23 25 Относительная влажность, % 70 80 Давление, кПа 100 101 На основе результатов испытаний установлено, что трактор ВТ-150 с МГ с ОМШ относится к классу 4 (по весу) с максимальной тяговой мощностью 92,7 кВт, развиваемой при работе на 2 передаче со скоростью движения 7,3 км/ч, тяговым усилием 45,2 кН, условным тяговым КПД 0,801 и удельным расходом топлива 251 г/(кВт·ч). Трактор ВТ-150 с РАГ относится к тракторам тягового класса 4 (по весу) с максимальной тяговой мощностью 90,5 кВт, развиваемой при работе на 3 передаче со скоростью движения 8,1 км/ч, тяговым усилием 40,2 кН, условным тяговым КПД 0,791 и удельным расходом топлива 257 г/(кВт·ч). В зоне номинальных тяговых усилий (36…45 кН) для тракторов класса 4 различие в тяговых мощностях незначительное и составляет 0,7...1,3 %. Снижение величин тяговых усилий при максимальных тяговых мощностях в сравнении с МГ с ОМШ составляет для РАГ 0,5 кН. Топливная экономичность трактора при работе в режиме максимальных тяговых мощностей, при тяговом усилии порядка 30 кН, практически одинакова для всех типов гусениц. При тяговых усилиях порядка 40…50 кН у трактора с РАГ установлено увеличение удельного расхода топлива на 10…35 г/(кВт·ч). Рис. 2. Тяговая характеристика трактора ВТ-150 на стерне озимой пшеницы при комплектации МГ с ОМШ: n - частота вращения вала двигателя; V - скорость трактора; N - мощность на крюке; G - часовой расход топлива; g - удельный расход топлива; δ - буксование движителя; 1-5 - включаемые передачи При работе трактора на 2 передаче (основная передача для выполнения пахотных работ) с тяговым усилием до 45 кН и работе двигателя при рекомендуемой частоте вращения коленчатого вала 1700…1900 мин-1 топливная экономичность трактора с РАГ в сравнении с МГ с ОМШ ухудшается на 21,5%, так как удельный расход топлива увеличивается на 54 г/(кВт·ч). Указанное увеличение удельного расхода топлива трактора с РАГ в диапазоне тяговых усилий выше номинального обусловлено проведением тяговых испытаний в условиях повышенной влажности почвы (практически в 2 раза выше, чем при испытаниях трактора с МГ с ОМШ). Как показывают результаты ранее проведенных тяговых испытаний трактора Т-250 с гусеницами с РМШ и опытными РАГ на стерне колосовых при одинаковой влажности почвы (8,90…9,45 %) трактор с РАГ имеет высокие тяговые показатели, сопоставимые с аналогичными показателями для трактора с гусеницами с РМШ. Так, значения удельной силы тяги на крюке и буксования для трактора Т-250 с РАГ составляют соответственно φкр = 0,210…0,706 и буксовании движителя δ = 0,26…6,96%, а для трактора Т-250 с РМШ φкр = 0,179…0,690 и δ = 0,077…6,83%. Рис. 3. Тяговая характеристика трактора ВТ-150 на стерне озимой пшеницы при комплектации РАГ: n - частота вращения вала двигателя; V - скорость трактора; N - мощность на крюке; G - часовой расход топлива; g - удельный расход топлива; δ - буксование движителя; 1-5 - включаемые передачи Сравнение тяговых показателей трактора с различными типами гусениц наиболее корректно проводить при работе в режиме номинальной частоты вращения коленчатого вала двигателя (или в указанном диапазоне частот вращения) в диапазоне тяговых усилий, соответствующих классу тяги трактора. Таким образом, трактор ВТ-150 с РАГ в зоне номинальных тяговых усилий 36…45 кН для тракторов класса 3 развивает максимальную тяговую мощность 90,5 кВт при скорости движения 8,1 км/ч, тяговом усилии 40,2 кН и буксовании 5,1%, что находится на уровне соответствующих показателей трактора с МГ с ОМШ. Оценка параметров воздействия движителей тракторов на почву с различными типами гусениц Оценка параметров воздействия движителей с различными типами гусениц на почву проведена на Северокавказской опытной станции Краснодарского НИИ сельского хозяйства Россельхозакадемии РФ в крытом песчаном канале. Установлено, что РАГ обеспечивают работу трактора при влажности почвы до 0,7 НВ в весенний период и до 0,9 НВ в летне-осенний. Основные характеристики трактора ВТ-150 с различными типами гусениц, а также результаты проведенных испытаний приведены в табл. 2. Таблица 2 Техническая характеристика трактора ВТ-150 с различными типами гусениц Показатель Значение МГ с ОМШ РАГ Масса машины эксплуатационная с балластом, кг 8265 8238 Распределение массы по бортам машины (левый/правый), кг 4200/4065 4205/4033 Число траков, шт 44 61 Шаг гусеницы, мм 170 126 Ширина гусеницы, мм 470 470 Масса комплекта гусениц, кг 1138 1111 Максимальное давление на почву (ГОСТ 26955-86), кПа 150,07 допускается работа при влажности 0,6 НВ в весенний и летний период 102,78 обеспечивает работу при влажности 0,7 НВ в весенний и при НВ свыше 0,9 в летний период Среднее давление на почву (ГОСТ 26955-86), кПа 52,42 46,14 Максимальное нормальное напряжение в почве σh на глубине 0,5 м (ГОСТ 26955-86), кПа 22,93 соответствует нормативу 23,67 соответствует нормативу Возможность движения по дорогам с искусственным покрытием не допускается допускается Долговечность, моточасы 1000…3000 с заменой 2-3 комплектов пальцев 2500…3000 без ремонта (на основании испытаний РАГ фирмы Бриджестоун) Возможность реализации тягового усилия в условиях повышенной влажности при промокании почвы _ сохраняется способность реализации тягового усилия в рабочем режиме Габаритные размеры машины (ширина и высота), мм 1790 3090 1790 3090 Анализ результатов испытаний трактора ВТ-150 с различными конструкциями гусениц показал, что применение РАГ на машине обеспечивает: · равенство тяговых показателей, в том числе КПД машины на РАГ и на МГ с ОМШ в зоне номинальных тяговых усилий для тракторов класса 3; · возможность выхода машины в поле в условиях повышенной влажности; · возможность движения машины по дорогам с твердым и усовершенствованным покрытиями без их разрушения в сравнении с МГ с ОМШ. Оценка долговечности различных типов гусениц, применяемых в конструкциях тракторов и сельскохозяйственных машин Результаты оценки долговечности МГ с ОМШ и РАГ трактора ВТ-150 приведены в табл. 2. При этом РАГ имеет преимущества по долговечности в сравнении с МГ с ОМШ. Результаты анализа долговечности различных типов гусениц на тракторах и комбайне Енисей-1200Р приведены в табл. 3 и 4. Из анализа результатов, представленных в табл. 3 и 4 следует, что гусеницы с РМШ имеют преимущества по долговечности по сравнению с МГ с ОМШ. Таблица 3 Долговечность гусениц сельскохозяйственных тракторов ДТ- 175С, Т-150 класса 3-4 Таблица 4 Долговечность гусениц сельскохозяйственных тракторов Т-250 (Т-404), НАТИ-04 (ЧН-6) класса 5-6 и комбайнов Енисей-1200Р Выводы 1. Разработанные отечественные конструкции и технологии изготовления РАГ для сельскохозяйственных машин обеспечивают равенство тяговых показателей трактора с серийной МГ с ОМШ и РАГ в зоне номинальных тяговых усилий для тракторов класса 3. 2. Отечественные образцы РАГ и их зарубежные аналоги имеют преимущества по долговечности по сравнению с МГ с ОМШ.

About the authors

N. A Shchel'tsyn

Scientific and research institute “NII Stali”

Ph.D.

V. D Beynenson

Scientific and research institute “NII Stali”

Ph.D.

R. S Fedotkin

Federal Scientific Agro-Engineering Center VIM

Email: frs89@bk.ru
Ph.D.

V. A Kryuchkov

Federal Scientific Agro-Engineering Center VIM

Ph.D.

I. F Belyy

North-Caucasian State Zonal Machine Testing Station

Ph.D.

V. Yu Revenko

State Scientific Institution North Caucasus Experimental Station of the Krasnodar Research Institute of Agriculture of the Russian Agricultural Academy

Ph.D.

References

Supplementary files