Разработка и обоснование параметров "гибких колес", используемых на сельскохозяйственной технике тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат технических наук Гавриков, Алексей Николаевич

• Гавриков, Алексей Николаевич
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Гавриков, Алексей Николаевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ «СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ - ОПОРНОЕ ОСНОВАНИЕ».

1.1. Воздействие ходовых систем на почву.

1.2. Особенности различных типов движителей и их воздействие на почву.

1.3. Анализ рекомендаций по совершенствованию движителей в научных работах.

1.4. Обоснование направления совершенствования колесного движителя для мобильных сельскохозяйственных машин.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ГИБКИХ КОЛЕС, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ СНИЖЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ НА ДЕФОРМИРУЕМОЕ ОПОРНОЕ ОСНОВАНИЕ ДО ДОПУСТИМОГО

УРОВНЯ.

4 2.1. Описание конструктивной схемы «гибкого колеса».

2.2. Расчет геометрических параметров «гибкого колеса».

2.2.1. Геометрический расчет диафрагменного «гибкого колеса».

2.2.2. Геометрический расчет «гибкого колеса» со свободными стойками.

2.3. Определение деформационных характеристик.

2.4. Оценка предельных нагрузок, ограничений.

ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ГИБКИХ КОЛЕС

С ДЕФОРМИРУЕМЫМ ПОЧВОГРУНТОВЫМ ОПОРНЫМ ОСНОВАНИЕМ.

3.1. Анализ силового воздействия «гибких колес» на деформируемое опорное основание.

3.2. Расчетная оценка тягово-сцепных показателей.

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ОБРАЗЦОВ «ГИБКИХ КОЛЕС».

4.1. Программа и методика. Объекты экспериментальных исследований. Испытательное оборудование.

4.2. Результаты экспериментальных исследований. Анализ полученных результатов.

ГЛАВА 5. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

ДВИЖИТЕЛЯ «ГИБКОЕ КОЛЕСО».

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и обоснование параметров "гибких колес", используемых на сельскохозяйственной технике»

Анализ данных о состоянии окружающей среды и влиянии на нее хозяйственной деятельности заставил человечество задуматься об уязвимости экосферы. Воздействие на нее антропогенного фактора (в том числе и мобильных средств различного назначения) ведет к необратимым изменениям климата, ландшафта, состояния водных ресурсов и почвы. С другой стороны, рост населения планеты ставит проблему обеспечения продовольствием в ряд наиболее актуальных. Роль почвы в решении этой задачи трудно переоценить.

Современные технологии возделывания сельскохозяйственных культур предусматривают многократные проходы машин по полю. Вследствие этого поля подвергаются за сезон двух.четырехкратному воздействию ходовых систем, а отдельные участки поля восьми.девятикратному. Исследования, выполненные отечественными и зарубежными учеными, показали, что по следу колесных тракторов урожайность основных сельскохозяйственных культур снижается на 8.25 % [52,18], сопротивление последующей обработке увеличивается на 40 % [34], переуплотнение приводит к деградации почв, разрушение структуры -к развитию ветровой эрозии [48]. Перечень негативных последствий можно продолжать.

Современные колесные тракторы имеют двигатели, мощность которых более чем достаточна для целей движения, и лимитирует И функциональные возможности трактора чаще всего движитель (ограничения по сцеплению, воздействие на почву, энергопотери на движение, скорость и плавность хода и, соответственно, производительность).

Низкая продуктивность полеводства, высокая энергоемкость механизированных работ в значительной мере являются результатом несоответствия ходовых систем условиям сельскохозяйственных опорных поверхностей. Эффективность движителей не может быть определена в ♦ отрыве от рассмотрения опорных поверхностей, на которых они должны работать. Оценивать можно только систему «движитель - опорное основание». Эффективность этой системы для дорожных машин повышается путем совершенствования обеих составляющих, включая строительство дорогостоящих дорог. Для трактора основным опорным основанием служит почва, и ее не только нельзя уплотнять в угоду движителю, но необходимо максимально беречь.

Негативные последствия носят кумулятивный характер, ведут к деградации почв, поэтому проблема допустимого воздействия движителей на почву приобретает все большую остроту.

Экономическая значимость проблемы настолько существенна, что даже ее частичное решение окажет заметное влияние на уровень эффективности сельскохозяйственного производства.

Усовершенствования пневмошин в течение длительного времени не дают радикального прогресса, поэтому представляется целесообразным рассматривать проблему более широко, с выходом за рамки конструктивной

• схемы пневмоколес.

В литературе приводятся отдельные рекомендации конструктивного плана по усовершенствованиям эластичных колес, но нет комплексных решений высокоэффективного движителя. Сложность процессов, многофакторность оценок работы движителя затрудняют обоснование оптимальных параметров колесных движителей для сельскохозяйственных полевых машин. Указанные аргументы свидетельствуют об актуальности научных работ в данном направлении.

Настоящая работа - вариант решения научно-технических задач создания движителя, обеспечивающего допустимое воздействие на почву при высокой функциональной эффективности.

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства механизации сельского хозяйства», Гавриков, Алексей Николаевич

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

На основании выполненного обобщения и анализа различных вариантов существующих колесных движителей, а также полученных результатов теоретических и экспериментальных исследований сформулированы следующие выводы:

1. Существующие колесные движители, используемые на современных тракторах и сельхозмашинах, не достаточно эффективны на деформируемых опорных основаниях, так как их работа, сопровождается существенными энергопотерями и нерациональным использованием предельных возможностей деформации почвы.

2. Снижение основных факторов негативного воздействия на деформируемые опорные поверхности и энергопотерь достигается при использовании «гибких колес», принципиальными особенностями которых являются: отсутствие внутренних предварительных напряжений, ленточный обод, величина нормальных деформаций до 40% от свободного радиуса.

3. Разработана математическая модель «гибких колес», позволяющая определять их выходные характеристики с учетом параметров структурных элементов: соотношения размеров ступицы и стоек обода, кривизны участков сопряжения.

4. Установлено, что движитель «гибкое колесо» в сравнении с пневмошиной равных габаритных размеров обеспечивает увеличение длины контакта колес с опорной поверхностью на 30.50% и повышение тягового КПД на деформируемых почвогрунтах на 15.20% при снижении коэффициента сопротивления качению в 1,5.2 раза и буксования в 3.4 раза.

5. Выполненные экспериментальные исследования подтвердили теоретические рекомендации по направлениям изменений конструктивных параметров движителей, обеспечивающим улучшение его тягово-сцепных возможностей и снижения негативного воздействия на почву.

6. На основе проведенных экспериментальных исследований образцов движителя «гибкое колесо» обоснованы варианты конструктивного исполнения движителя для различных уровней его загруженности. Разработаны основы комплексной оценки выбора типа движителя «гибкое колесо» для сельскохозяйственных машин, работающих в полевых условиях.

7. Разработанные номограммы позволяют определять габаритные размеры и тип колесного движителя в зависимости от нагрузки на него, с учетом допустимого уровня воздействия на почву. Эти номограммы, как справочный материал, могут использоваться при выборе комплектации машинно-тракторных агрегатов.

8. На основе комплексной оценки эффективности колесного движителя для деформируемых опорных поверхностей разработаны и переданы ФГУП «ФИИЦ СХМ» рекомендации, использованные при создании опытных образцов движителя «гибкое колесо».

9. Применение «гибких колес» в движителях сельскохозяйственных тракторов классов 0.6, 0.9, 1.4 обеспечивает повышение производительности МТА на энергоемких операциях (вспашка и др.) на 25.30% и снижение погектарного расхода топлива на 10. 15%. Экономический эффект от использования движителя «гибкое колесо» обеспечивает его окупаемость в течение 1,0. 1,5 лет.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Гавриков, Алексей Николаевич, 2004 год

1. Автомобильные шины / Бидерман B.JL, Гуслицер P.JL, Захаров С.П. и др. М.: Госхимиздат, 1963. - 384 с.

2. Агейкин Я.С. Вездеходные колесные и комбинированные движители. — М.: Машиностроение, 1972. 184 с.

3. Агейкин Я.С. Проходимость автомобилей. М.: Машиностроение, 1981.-232 с.

4. Алексейчик H.A. Использование машинно-тракторного парка на тофяно-болотных почвах. JL: Колос (Ленингр. отд-ние), 1978. - 240 с.

5. Бабков В.Ф., Безрук В.М. Основы грунтоведения и механики грунтов. М.: Высшая школа, 1976. - 328 с.

6. Бабков В.Ф. и др. Проходимость колесных машин по грунту. -М.: Автотрансиздат, 1959. 189 с.

7. Балабин И.В., Путин В.А. Автомобильные и тракторные колеса. -Челябинское книжное издательство, 1963. 336 с.

8. Баранов Д.С. Измерительные приборы, методика и некоторые результаты исследования распределения давлений в песчаном грунте. Научное сообщение. -М.: ЦНИИСК, 1959. Вып.7. - С.61.

9. Беккер М.Г. Введение в теорию систем местность машина. - М.: Машиностроение, 1973. - 520 с.

10. Бойков В.П., Белковский В.Н. Шины для тракторов и сельскохозяйственных машин. — М.: Агропромиздат, 1988. 240 с.

11. Бондарев А.Г. Прогнозная оценка уплотнения почв движителями // Техника в сельском хозяйстве. 1988. - №5. - С.13.

12. Бондарев А., Русанов В. Осторожно почва!//Сельский механизатор. - 1984. - №8. - С.22.23.

13. Бухин Б.Л., БойковВ.П., Сизова С.И., Чернявская Л.Е. Современные конструкции и перспективы развития шин для сельскохозяйственной техники: Обзорная информация. М.: ЦНИИТЭИтракторосельхозмаш, 1986.

14. Бухин Б.Л. Введение в механику пневматических шин. М.: Химия, 1988.-224 с.

15. Веденяпин Г.В. и др., Эксплуатация машинно-тракторного парка. -М.: Колос, 1968.

16. Веселов Н.Б., Рукавишников C.B. и др. Сравнительный анализ воздействия на почву пневматической и металлической гусениц трактора // Научные труды ВИМ, т.81. М.: ВИМ, 1978.

17. Водяник И.И. Воздействие ходовых систем на почву (научные основы). М.: Агропромиздат, 1990. - 172 с.

18. Водяник И.И. Улучшение работы тракторных шин//Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1985. - №9.

19. Вонг Дж. Теория наземных транспортных средств. М.: Машиностроение, 1982. - 281 с.

20. Вражнов A.B. Деформация почвы мощными тракторами. //Земледелие. 1965. - №12. - С.27-29.

21. Гавриков А.Н., Гавриков Н.П. Конструктивные особенности гибких колес мобильной техники // Научные труды ВИМ, том 139. М.: ВИМ, 2002. -С.66-68.

22. Гавриков А.Н. К созданию движителей, обеспечивающих допустимое воздействие мобильной техники на почвогрунтовое опорное основание // Научные труды ВИМ, том 134, часть П. М.: ВИМ, 2001. -С.76-97.

23. Гавриков Н.П., Зайцев С.Д., Бейненсон В.Д., Гавриков А.Н. Альтернативный движитель для колесного трактора // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2003. - № 6. - С.5-6.

24. Генних М.Э. Сцепление автомобильного колеса с деформируемым грунтом. «Проблемы повышения проходимости колесных машин». М.: Изд-во АН СССР, 1959.

25. Гуськов В.В. Оптимальные параметры сельскохозяйственных тракторов. (Выбор и обоснование некоторых параметров). М.: Машиностроение, 1966. - 196 с.

26. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта: (с основновами статистической обработки результатов исследований). — Изд. 4-е, перераб. и доп. М.: Колос, 1979. - 416 с.

27. Кацыгин В.В. Вопросы технологии механизированного сельскохозяйственного производства. Минск, БССР: Сельхозгиз, 1963.

28. Кацыгин В.В. Основы теории выбора оптимальных параметров мобильных сельскохозяйственных машин и орудий. В кн.: Вопросы земледельческой механики т. XIII. Минск: Урожай, 1964.- с. 5-147.

29. Кнороз В.И., Кленников Е.В., Шины и колеса. М.: Машиностроение, 1975.

30. Коробейников А.Т., Лихачев B.C., Шолохов В.Ф. Испытания сельскохозяйственных тракторов. — М.: Машиностроение, 1985. 240 с.

31. Косов Е.В. Интенсификация научных исследований и разработок. -М.: Экономика, 1983.

32. Ксеневич И.П., Ляско М.И. О нормах и методах оценки механического воздействия на почву движителей с.-х. техники // Тракторы и сельхозмашины. 1986. - №3. - С. 9. .15.

33. Ксеневич И.П., Скотников В.А., Ляско М.И. Ходовая система — почва урожай. -М.: Агропромиздат, 1985. - 304 с.

34. Куляшов А.П., Колотилин В.Е. Экологичность движителей транспортно-технологических машин. -М.: Машиностроение, 1993. 288 с.

35. Литвинов A.C. О причинах потерь мощности при качении ведущего колеса // Автомобильная промышленность. 1972. - №5.

36. Львов Е.Д. Теория трактора. Машгиз, 1952.

37. Маслов H.H. Прикладная механика грунтов. М.: Машиностроение, 1949.-413 с.

38. Машиностроительные материалы. Краткий справочник. Под ред. В.М.Раскатова, изд. 2-е пер. и доп. М.: Машиностроение, 1969.

39. Медведев В.В., Цыбулько В.Г., Слободюк П.И. Нормирование допустимых нагрузок ходовых систем МТА на почву // Научные труды ВИМ, т.118. М.: ВИМ, 1988. - С.57-67.

40. Петрушов В.А., Шуклин С.А., Московкин В.В. Сопротивление качению автомобилей и автопоездов. М.: Машиностроение, 1975.

41. Пигулевский М.Х. Отчет по испытанию тракторов в Персиановке. Часть III.-Л., 1929.- 191 с.

42. Полетаев А.Ф. Основы теории сопротивления качению и тяги жесткого колеса по деформируемому основанию. — М.: Машиностроение, 1971.-С.69.

43. Природно-сельскохозяйственное районирование земельного фонда СССР.-М., 1975.

44. Пупонин A.B., Матюк Н.С. Депрессия почвы при уплотнении и методы ее устранения // Земледелие. 1986. - №6.

45. Ревут И.Б., Соколовская H.A., Васильев A.M. Структура и плотность почвы основные параметры, кондиционирующие почвенные условия жизни растений. - В кн.: Пути регулирования почвенных условий жизни растений. - JL, 1971.

46. Результаты испытаний гибких колес на сельскохозяйственном тракторе тягового класса 0,9 и перспективы их применения для снижения воздействия на почву. Гавриков Н.П. и др. // Ходовые системы сельскохозяйственных тракторов: Тр. НПО НАТИ. М., 1991.

47. Рекомендации по снижению уплотняющего воздействия ходовых систем мобильной сельскохозяйственной техники на почву. Киев: Урожай, 1988.-40 с.

48. Рославцев A.B. Теория движения тягово-транспортных средств — М.: УМЦ «Триада», 2003.

49. Рукавишников C.B. Влияние некоторых конструктивных параметров снегоходной машины на сопротивление движению // Труды Горьковского политехнического института, т.31, вып.16. Горький, 1975.

50. Русанов В.А., Небогин U.C., Фиронов H.H. Изменение затрат энергии на обработку почвы при ее уплотнении различными ходовыми системами // Научные труды ВИМ, т.91. М., 1981. - С.69-78.

51. Русанов В.А. Проблема переуплотнения почв движителями и эффективные пути ее решения. -М.: ВИМ, 1998. 368 с.

52. Русанов В.А., Садовников А.Н., Юшков Е.С. Небогин И.С., Баутин В.М. Воздействие движителей тракторов на почву и ее плодородие // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1983. - №5.

53. Синеоков Г.Н., Панов И.М. Теория и расчет почвообрабатывающих машин. М.: Машиностроение, 1977. - 328 с.

54. Синкевич П.Н., Кункевич П.А., Быков H.H. Определение воздействия ходовых аппаратов машин на почву // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1985. - №4. - С.23-25.

55. Смирнов Г.А. Теория движения колесных машин: Учеб. для студентов автомобильных специальностей вузов. М.: Машиностроение, 1981.-271 с.

56. Спирин П.С., Кушнарев A.C. Проблемы экологии // Техника в сельском хозяйстве. 1989. - №1.

57. Справочник каталог по сельскохозяйственным шинам. В 2-х т. / Г.А.Клысак и др. - Днепропетровск: Лира, 2001.

58. Танклевский М.М. Снижение затрат энергии при взаимодействии ходовых устройств с почвой // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1984. - №11.

59. Транспортные средства на высокоэластичных движителях. / Н.Ф.Бочаров и др. М.: Машиностроение, 1974. - 208 с.

60. Тяговые характеристики сельскохозяйственных тракторов. — Альбом-справочник. -М.: Россельхозиздат, 1979. -240 с.

61. Хайлис Г.А., Ковалев М.М. Исследования сельскохозяйственной техники и обработка опытных данных. — М.: Колос, 1994. 169 с.

62. Хемминг Р.В. Численные методы для научных работников и инженеров./Пер. с англ. М.: Наука, 1968. - 400 с.

63. Цытович H.A. Механика грунтов. М.: Высшая школа, 1979. -272 с.

64. Чудаков Е.А. Качение автомобильного колеса // Труды OAJI Института машиноведения АН СССР, вып.9. М. - JL: Изд-во АН СССР, 1948.-200 с.

65. Шалягин В.Н, Ткаченко Д.И. К вопросу определения радиусов, сопротивления качению и КПД эластичного колеса // Сборник научных трудов МИИСП. М., 1979. - с.9-16.

66. Шалягин В.Н. Транспортные и транспортно-технологические средства повышенной проходимости: Теория рабочих процессов и системное проектирование. -М.: Агропромиздат, 1986. 254 с.

67. Шины для сельскохозяйственной техники / В.Н.Белковский, В.Н.Лаптев, А.А.Матвеев и др. -М.: Химия, 1986. 112 с.

68. Эффективность применения ходовых систем со сниженным уровнем воздействия на почву. A.A. Юшин, В.Г. Евтенко, Ю.Н. Благодатный // Научные труды ВИМ, т. 118. М.: ВИМ, 1988. - С. 174-181.

69. Яблонский О.В. Научные основы обоснования и установления предельно допустимого буксования колесных сельскохозяйственных тракторов: Автореф. дис. д.т.н. — Минск, 1981.

70. Hemingway P., Price I.S., Scoott I.O. A system to control traktor ture inflation pressure on the move // Agricultural Engineering. — 1982. N 4. - p. 109112.

71. Landtechnik und Uniwelt Herausforderung der 90er Jahre/ Eisenkrämer Kurt//Landtechnik. 1989. -№12. - S.504-506.

72. Soane B.D. The ground pressure of wheels and traks // Power Farm. -1970. V.44, X&4. - P.40-44.

73. Terra-Reifen Bodendruck. Jsensee Edmund, Sonderhoff Winfried // Landtechnik, 1985. № 9. - S.384-387.