4. Визначення зчіпної ваги та розподіл навантаження

по мостах повнопривідного трактора з шарнірно-з´єднаною рамою

Ефективність роботи повнопривідного трактора Т-150К з начіпними машинами значно залежить від зчіпної ваги і розподілу її по ведучих колесах. Саме це зумовлює необхідність аналізу силової дії начіпної машини на трактор та визначення характеру розподілу зчіпної ваги на опорах [4].

Аналітичні характеристики зміни зчіпної ваги і розподілу навантажень між передніми і задніми колесами та можливість поліпшення тягових властивостей трактора під час оранки визначали й раніше, але ці досліди проводили, в основному, з тракторами з одним ведучим мостом.

Максимально можливу дотичну силу тяги за умовами зчеплення коліс з ґрунтом для трактора за колісною формулою 4К2 визначають за рівнянням

, (4.1)

де У_к - нормальна реакція грунту на ведучі колеса;

φ - коефіцієнт зчеплення коліс з грунтом.

Для трактора з колісною формулою 4x4 дотичну силу тяги за умовами зчеплення можна виразити так

, (4.2)

де - зчіпна вага трактора.

Зчіпна вага трактора під час роботи його з начіпними машинами може бути значно більшою ваги самого трактора внаслідок силової дії на нього начіпної машини.

Визначимо зчіпну вагу повнопривідного трактора під час оранки з напівначіпним плугом. Для певної глибини оранки, тобто при вико­нанні заданого технологічного процесу обробітку грунту, зчіпна вага трактора дорівнюватиме сумі вертикальних навантажень на ведучі мости

, (4.3)

де У_п і У_к – вертикальні навантаження на мости трактора (відповідно передній, задній).

Нормальні сили дії грунту на ведучі колеса трактора (рис. 4.1) виразимо такими рівняннями

Рис. 4.1. Схема сил, що діють на колісний орний агрегат

у поздовжньо-вертикальній площині

Рис. 4.2. Вплив глибини оранки і ширини захвата плуга на зміну зчіпної ваги трактора Т-150К та розподіл її по ведучих мостах:

1,2,3 – відповідно n = 6,5,4 корпуси

(4.4)

(4.5)

де R_x – тяговий опір плуга;

У_н – нормальні сили грунту, що діють на опорне колесо плуга;

– результуюча вертикальних сил, що діяли на плуг;

h_r – глибина оранки;

L – поздовжня база трактора;

, – плечі сил;

, – статичне навантаження на мости трактора (відповідно передній, задній).

Результуючу вертикальних сил (G_п ± R_у), що діють на плуг, можна знайти через параметри, які визначають експериментально, використовуючи рівність, одержану з рівнянь моментів діючих на плуг сил, відносно миттєвого центра обертання (м. ц. о.) начіпної машини

(4.6)

де Х_к – сила опору коченню опорного колеса плуга;

h_x – відстань від м. ц. о. до опорної поверхні грунту (плече сили X_к); h_гв – плече дії сили R_x відносно м. ц. о.

Заміняючи у рівняннях (4.4), (4.5) вираз (G_n±R_у) його значенням з формули (4.6), після необхідних перетворень, одержимо

(4.7)

(4.8)

де , , , , – плечі сил.

Вирази (4.7), (4.8) можна записати і так

(4.9)

(4.10)

де А, В, С, Д – параметри, що залежать від глибини оранки, ширини захвата і кінематичних розмірів начіпного механізму трактора.

Враховуючи одержані значення нормальних сил дії грунту на ко­леса трактора, його зчіпну вагу визначимо так

(4.11)

де G_T – експлуатаційна вага трактора.

Рівняння (4.9…4.11) дають можливість визначити зчіпну вагу трактора та розподіл навантаження на ведучі мости залежно від умов роботи орного агрегату. Для цього слід експериментально встановити тяговий опір плуга і навантаження на опорне колесо, що не викликає утруднень. Параметри А, В, С, Д знаходимо графо-аналітичним методом за такими формулами

(4.12)

(4.13)

(4.14)

(4.15)

Під час оранки на встановлену глибину і ширину захвата визначаємо лінійні розміри , , , , , а потім за рівняннями (4.12…4.15) – параметри А, В, С, Д. При сталих глибині оранки та ширині захвата параметри А, В, С, Д також сталі. В цьому випадку вертикальні реакції грунту на мости трактора залежать лише від тягового опору R_x і навантаження У_н на опорне колесо плуга. Величини R_x тa У_н у свою чергу залежать від фізико-механічного складу грунту та швидкості руху агрегату.

Для визначення впливу напівначіпного плуга на динамічні показники повноприводного трактора експериментально досліджувалась силова дія плуга ПЛП-6-35 на трактор Т-150К в лісостеповій зоні (Київська область, Васильківський район). При цьому насамперед визначали вплив глибини оранки, ширини захвату і швидкості руху агрегату на величину зчіпної ваги трактора та розподіл її по ведучих мостах. Глибина оранки змінювалася у межах 18 – 33 см, ширина захвата – 140 – 210 см. При встановленій глибині оранки і ширині захвату проводили по вісім дослідів з поступовим збільшенням швидкості руху від 0,5 до 3,5 м/с.

Горизонтальну складову тягового опору плуга R_x знаходили за допомогою динамометричної рами, яка встановлювалася на плуг (рама сконструйована в Українському науково-дослідному інституті механізації та електрифікації сільського господарства). Вертикальну реакцію грунту на опорному колесі плуга У_н вимірювали за допомогою спеціальної тензометричної осі.

Для реєстрації необхідних параметрів використовували тензометричну лабораторію, змонтовану на базі автомобіля ГАЗ-66.

Залежності вертикальних навантажень на мости трактора від зміни глибини оранки при сталій швидкості руху 2,5 м/с і різній ширині захвата наведено на рис. 4.2 і в табл. 4.1. Зазначені залежності мають параболічний характер. Внаслідок збільшення ширини захвату відбувається перерозподіл навантаження на мости трактора у бік зменшення глибини оранки.

Додаткове підвищення зчіпної ваги трактора дає можливість збільшити дотичу силу його тяги на величину

(4.16)

Із збільшенням зчіпної ваги трактора зростає також сила опору перекочуванню трактора. Приріст цієї сили становить

(4.17)

де f – коефіцієнт опору перекочуванню трактора.

Різниця величин приросту дотичної сили тяги та сили опору перекочуванню становитиме приріст тягового зусилля трактора

(4.18)

Таблиця 4.1

Вплив глибини оранки на збільшення зчіпної ваги повнопривідного трактора і розподіл її по мостах (швидкість руху агрегату 2,5 м/с)

Глибина оранки, см	Ширина захвата, см	Тяговий опір плуга, кг	Зчіпна вага трактора , кг	Розподіл ваги трактора по мостах, кг		Довантаження зчіпної ваги ΔGзч, кг	Можливий приріст тягового зусилля, ΔPг, кг
				Уп	Ук
18	210	2360	8426	4755	3671	390	241
	175	1850	8367	4862	3505	331	206
21	210	2880	8568	4595	3973	532	328
	175	2080	8450	4778	3672	414	251
24	210	3320	8710	2425	4285	674	415
	175	2350	8553	4672	3881	517	319
27	210	3780	8875	4235	4640	839	516
	175	2650	8673	4551	4122	637	392
30	210	4350	9080	3996	5084	1044	640
	175	3000	8817	4403	4414	781	480
33	210	-	-	-	-	-	-
	175	3380	8980	4230	4750	944	580

Підставляючи у рівняння (4.18) значення виразів та з формул (4.16) і (4.17), матимемо

(4.19)

Замінюючи зчіпну вагу трактора за рівнянням (4.11), одержимо

(4.20)

Для розрахунку величини можливого приросту тягового зусилля від додаткового збільшення зчіпної ваги трактора необхідно при експериментальних дослідженнях знайти величини R_x та У_н. Методика вимірювання їх викладена вище.

З рис. 4.2. видно, що збільшення зчіпної ваги трактора у порівнянні з експлуатаційною його вагою від силової дії плуга при ширині захвату 210 см становить 390…1044 кгс, а при ширині захвату 175 см – 331…944 кгс. Із зміною глибини оранки від 18 до 33 см розвантаження переднього моста відповідно досягає 441…1200 кгс для шестикорпусного і 334…966 кгс – для п'ятикорпусного плугів. Довантаження заднього моста інтенсивніше і становить відповідно 841…2254 та 675…1920 кгс.

При коефіцієнті використання зчіпної ваги φ = 0,7 і коефіцієнті опору перекочуванню f = 0,09 завдяки такому збільшенню зчіпної ваги трактора на оранці дотична сила тяги використовується повніше.

З табл. 4.1 видно, що підвищення зчіпної ваги трактора викликає збільшення сили тяги відповідно на 241…640 кгс при ширині захвату плуга 210 см і на 206…580 кгс – при ширині захвату 175 см.

Таким чином, на підставі наведених розрахунків можна досить точно визначити зчіпну вагу трактора і розподіл її по ведучих мостах внаслідок силової дії плуга. Із збільшенням глибини оранки та ширини захвату агрегату довантаження трактора результуючою вертикальних сил, що діють на плуг, зростає, що викликає підвищення його зчіпної ваги.

Збільшення зчіпної ваги трактора дає можливість повніше використати дотичну силу тяги. Однак при вирівнюванні навантажень на мости тягові можливості трактора Т-150К обмежені недостатньою потужністю двигуна.

Питання для самопідготовки та самоконтролю

1. Як визначають максимально можливу дотичну силу тяги за умови зчеплення коліс з грунтом?

2. Чому дорівнює зчіпна вага трактора?

3. Як визначають величини нормальних реакцій грунту на передні і задні колеса повнопривідного трактора?

4. За якими залежностями визначаються параметри (А, В, С, Д), що залежать від глибини оранки, ширини захвату і кінематичних розмірів начіпного механізму трактора?

5. Як визначається горизонтальна складова тягового опору плуга R_x?

6. Як визначається вертикальна реакція грунту на опорне колесо плуга У_н?

7. Як здійснюється реєстрація параметрів роботи орного агрегата під час проведення випробовувань?

8. На яку величину можливо збільшити дотичну силу тяги при збільшенні зчіпної ваги трактора?

9. Чому дорівнює приріст сили опору перекочування коліс трактора при збільшенні зчіпної ваги?

10. Чому дорівнює приріст сили тяги на гаку при збільшенні зчіпної ваги?