Comparison of traction and longevity of caterpillar driving machines of agricultural tractors
- 作者: Shchel'tsyn N.A1, Beynenson V.D1, Fedotkin R.S2, Kryuchkov V.A2, Belyy I.F3, Revenko V.Y.4
-
隶属关系:
- Scientific and research institute “NII Stali”
- Federal Scientific Agro-Engineering Center VIM
- North-Caucasian State Zonal Machine Testing Station
- State Scientific Institution North Caucasus Experimental Station of the Krasnodar Research Institute of Agriculture of the Russian Agricultural Academy
- 期: 卷 11, 编号 4 (2017)
- 页面: 81-88
- 栏目: Articles
- URL: https://journals.eco-vector.com/2074-0530/article/view/66873
- DOI: https://doi.org/10.17816/2074-0530-66873
- ID: 66873
如何引用文章
全文:
详细
全文:
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.作者简介
N. Shchel'tsyn
Scientific and research institute “NII Stali”Ph.D.
V. Beynenson
Scientific and research institute “NII Stali”Ph.D.
R. Fedotkin
Federal Scientific Agro-Engineering Center VIM
Email: frs89@bk.ru
Ph.D.
V. Kryuchkov
Federal Scientific Agro-Engineering Center VIMPh.D.
I. Belyy
North-Caucasian State Zonal Machine Testing StationPh.D.
V. Revenko
State Scientific Institution North Caucasus Experimental Station of the Krasnodar Research Institute of Agriculture of the Russian Agricultural AcademyPh.D.
参考
- Шарипов В.М. Конструирование и расчет тракторов. М.: Машиностроение, 2009. 752 с.
- Шарипов В.М., Дмитриева Л.А., Сергеев А.И., Шевелев А.С., Щетинин Ю.С. Проектирование ходовых систем тракторов. М.: МГТУ «МАМИ», 2006. 82 с.
- Городецкий К.И., Шарипов В.М., Каргальский А.А., Корольков Е.Ю. Тяговые характеристики тракторов с резиновыми гусеницами // Сборник материалов V Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы и достижения автотранспортного комплекса». Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2007. С. 49-51.
- Федоткин Р.С. Расчетно-экспериментальные методы оценки нагруженности и долговечности резиноармированных гусениц сельскохозяйственных тракторов: дис. … канд. техн. наук. М., 2015. 204 с.
- Федоткин Р.С., Бейненсон В.Д., Крючков В.А., Шарипов В.М., Щетинин Ю.С. Исследование жесткости резиноармированных гусениц сельскохозяйственных тракторов при растяжении и изгибе // Тракторы и сельхозмашины. 2015. № 12. С. 9-14.
- Федоткин Р.С., Крючков В.А., Бейненсон В.Д., Парфенов В.Л. Методика проектирования ведущих колес цевочного зацепления с резиноармированными гусеницами тяговых и транспортных машин // Тракторы и сельхозмашины. 2017. № 3. С. 24-32.
- ГОСТ 30745-2001. Тракторы сельскохозяйственные. Определение тяговых показателей. М.: Изд-во стандартов, 2002. 11 с.
- Купрюнин Д.Г., Щельцын Н.А., Бейненсон В.Д., Федоткин Р.С., Белый И.Ф., Ревенко В.Ю. Экспериментальное исследование сравнительных показателей гусеничных движителей сельскохозяйственных тракторов // Известия МГТУ «МАМИ». 2016. № 3(29). С. 16-24.
- ГОСТ 26955-86. Техника сельскохозяйственная мобильная. Нормы воздействия движителей на почву. М.: Изд-во стандартов, 1986. 7 с.