Повышение тягово-сцепных свойств колесных движителей машинно-тракторных агрегатов

На правах рукописи

 

 

 

МАХМУТОВ  Мансур Магфурович

 

 

 

 

 

 

 

ПОВЫШЕНИЕ ТЯГОВО-СЦЕПНЫХ

СВОЙСТВ КОЛЕСНЫХ ДВИЖИТЕЛЕЙ

МАШИННО-ТРАКТОРНЫХ АГРЕГАТОВ

 

 

 

 

Специальность 05.20.01 – «Технологии и средства

механизации сельского  хозяйства»

 

 

 

 

 

 

А В Т О  Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание  ученой степени

доктора технических наук

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва 2011

 

Работа выполнена в  Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Российский государственный аграрный заочный университет» (ФГОУ ВПО РГАЗУ) и «Казанский государственный аграрный университет» (ФГОУ ВПО КГАУ).

 

Научный консультант	доктор технических  наук, профессор Славкин Владимир Иванович
Официальные оппоненты:	доктор технических наук, профессор Лобачевский Яков Петрович;   доктор технических  наук Имамов Имран Сабирович;   доктор технических наук, профессор Захарченко Анатолий Николаевич
Ведущая организация	ФГОУ ВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева»

 

Защита состоится «___» мая 2011 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 220.056.03 при ФГОУ ВПО «Российский государственный аграрный заочный университет» по адресу: 143900, МО, г. Балашиха 8, ул. Ю.Фучика, 1, ауд. 114

 

С диссертацией можно  ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Российский государственный аграрный заочный университет»

 

 

Автореферат разослан  «___» апреля 2011 г.

 

 

 

 

Ученый секретарь 

диссертационного совета     О.П. Мохова

 

 

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

 

Актуальность работы. Рост интенсивности сельскохозяйственного производства неразрывно связан с повышением производительности машинно-тракторных агрегатов (МТА) и необходимостью увеличения их тяговых свойств.

Известные способы улучшения тяговых характеристик колесных МТА догружателями ведущих колес, применением дополнительных съемных грузов, заполнением жидкостью камер ведущих колес увеличивают силу тяги трактора за счет повышения сцепной массы, однако, они повышают уплотняющее воздействие машины на почву и, как следствие, ведут к снижению урожайности сельскохозяйственных культур.

С увеличением конструктивных размеров колес и применением сдвоенных шин улучшаются функциональные свойства движителей, однако, существенно возрастают стоимость движителя, его габариты, усложняется управляемость МТА.

Оборудование движителей МТА быстросъемными зацепами, позволяющими снизить уплотняющее воздействие движителя на почву, представляется рациональным решением проблемы повышения тяговых характеристик ведущих колес. Это позволяет приблизить тяговые характеристики колесных машин к характеристикам движителей гусеничного типа за счет взаимодействия зацепов с более уплотненными слоями почвы подпахотного горизонта. При этом применение зацепов позволяет мобильной сельскохозяйственной технике с колесными движителями расширить диапазон ее использования.

Несмотря на большое  количество работ по повышению тяговых характеристик колесных агрегатов, вопрос эффективности съемных зацепов для улучшения тяговых характеристик не исследован в полном объеме. Поэтому проблема снижения уплотняющего воздействия ходовых систем МТА на почвах с низкой несущей способностью имеет важное народнохозяйственное значение и является актуальной.

Исследования проводились в соответствии с планами НИОКР ФГОУ ВПО РГАЗУ по госбюджетной теме № 48 «Усовершенствование технологии машинной уборки картофеля» в соответствии с постановлением Правительства РФ № 446 от 14.06.2007 – О государственной программе развития сельского хозяйства  на 2008-2012 годы, предусматривающей «…Ускоренный переход к использованию новых высокопроизводительных сельскохозяйственных машин и ресурсосберегающей технологии».

Цель работы: повышение тягово-сцепных свойств колесных движителей мобильных машинно-тракторных агрегатов путем использования устройств противоскольжения, снижающих уплотняющее воздействие колес на почву.

Объект исследования: колесный движитель сельскохозяйственных агрегатов, оснащенный съемными зацепами и устройствами противоскольжения.

Предмет исследования: процесс взаимодействия колесных движителей сельскохозяйственных агрегатов с пахотным слоем почвы.

На защиту выносятся:

1. Математические модели, позволяющие: 

- определить тяговые  свойства и сопротивление качению  колесного движителя МТА со съемными зацепами в зависимости от условий эксплуатации;

- оптимизировать параметры  колесного движителя по энергетическому критерию;

- определить величину  коэффициента объемного смятия  в зависимости от физико-механических свойств почвы и с учетом формы почвенного ядра в процессе сжатия ее штампом.

2. Основные закономерности процесса взаимодействия устройств противоскольжения с почвой и аналитический метод определения степени буксования колесного движителя при совместной работе шинных и съемных зацепов.

3. Конструкции перспективных образцов съемных зацепов колесных движителей МТА с оптимальными параметрами.

4. Результаты экспериментальных  исследований и производственной  проверки разработанных устройств  противоскольжения МТА и их технико-экономическая эффективность.

Методы исследования. Теоретические исследования выполнены с использованием методов математического моделирования и базировались на основе применения положений теоретической механики, теории вероятностей, математической статистики, численного анализа. При вычислениях использовались программные продукты MS EXСEL, MathCAD. При проведении экспериментальных исследований использованы методы тензометрирования, осциллографирования, теории планирования многофакторного эксперимента. Агротехнические, технико-экспериментальные, энергетические и экономические показатели определялись согласно соответствующим стандартам: ГОСТ 30745-2001, ГОСТ 3481-79, ГОСТ 7057-2001, ГОСТ 24026-80, ГОСТ 20915-75 и ГОСТ 8.207-76, ГОСТ 27247-87, ГОСТ 28268-89, ГОСТ 26953-86, ГОСТ 26954-86, ГОСТ 27593-88 (2005), ГОСТ 23730-88.

Обоснованность и достоверность  результатов исследований подтверждаются достаточным объемом экспериментальных исследований с использованием современных средств измерений; высокой степенью сходимости теоретических и экспериментальных данных; результатами сравнительных испытаний.

 

Научную новизну  работы составляют:

- теоретические и экспериментальные  модели, описывающие процесс формирования  сил сопротивления почвы сжатию; 

- аналитические модели  функционирования колеса со съемными  зацепами, повышающими тягово-сцепные и почвосберегающие свойства колесных движителей МТА;

- математические модели, позволяющие обосновать оптимальные  параметры движителя, съемных  зацепов и их количество на  ведущем колесе;

- методы оптимизации  параметров колесных ходовых  систем МТА, оснащенных съемными зацепами;

- результаты экспериментальных исследований опытных образцов съемных устройств противоскольжения к тракторам различного класса тяги, агрегатируемых с сельскохозяйственными машинами.

Практическая ценность и реализация результатов исследований.

Проведенные исследования позволили разработать научно-обоснованные рекомендации по снижению негативного воздействия колесных ходовых систем МТА на пахотный слой почвы. Предложены методы определения оптимальных параметров колесных движителей со съемными зацепами, применение которых в сельском хозяйстве позволяет повысить тяговые характеристики колесных агрегатов без увеличения плотности почвы. Разработанный способ повышения тягово-сцепных свойств колесного движителя и  устройство для его реализации защищены патентом РФ  № 2349460.

Рекомендации и технические решения используются ООО КЗ «Ростсельмаш» при разработке колесных ходовых систем, ОАО «ВИСХОМ» им. В.П. Горячкина при разработке высвобождаемого энергетического модуля ВЭМ-220 к машинам для возделывания и уборки зерновых и пропашных культур, приняты министерствами Республики Татарстан «Экология и природные ресурсы», «Сельское хозяйство и продовольствие», «Лесное хозяйство» для использования в сельскохозяйственных предприятиях, лесхозах и государственно-бюджетных учреждениях «Лес».  В 2004 году данная разработка награждена бронзовой медалью и дипломом третьей степени в рамках выставки «Золотая осень – 2004» (г. Москва).

Экспериментальные образцы устройств противоскольжения, установленные на колесных МТА, прошли производственные испытания и показали высокую эффективность в хозяйствах ООО «Сердинское и компания» Шаховского района Московской области, Республики Татарстан: ОАО «Апастовская ПМК Мелиорация», АСХК «Ярыш» и КФК «Колос» Апастовского района, ООО Агрофирма «Уныш» Атнинского района, КФК «Лутфуллин» Высокогорского района, КП «Искра» и «Рассвет» Мамадышского района, ООО «Мамадышская продовольственная корпорация», Зеленодольский, Кайбицкий, Кызыл-Юлдузский, Пригородный лесхозы, ГБУ «Ислетар лес» и «Бугульминское лесничество».

Техническая документация по разработанным устройствам противоскольжения различных конструкций заложена в фонды Татарского ЦНТИ и реализуются в ООО «Татагромаш–К», ООО «Гелиос АГРО», АК «АКОС» и ООО «Сельхозснаб-Апас».

Разработки по теме диссертации  используются  в учебном процессе ФГОУ ВПО «Московский ГАУ им. В.П. Горячкина», ФГОУ ВПО «Российский ГАЗУ», Татарского института переподготовки кадров агробизнеса, Научно-техническом центре по разработке прогрессивного оборудования, ФГОУ ВПО «Казанский ГАУ»,  ФГОУ ВПО «Башкирский ГАУ»,  ФГОУ ВПО «Марийский государственный университет», ФГОУ ВПО «Нижегородская ГСХА», ФГОУ ВПО «Ульяновская ГСХА».

Апробация работы. Результаты основных положений диссертации докладывались и обсуждались на кафедре «Тяговые машины и ремонт оборудования» МарПИ им. М. Горького (Йошкар-Ола, 1992), на ХХV научно-производственной конференции профессорско-преподавательского коллектива Ижевского СХИ (Ижевск, 1993),  на расширенном заседании кафедры «Тракторы и автомобили» Казанского ГСХА (1995), на расширенном заседании отдела механизации с.-х. производства НПО «Нива Татарстана» (Казань, 1995), на Республиканской научно-практической конференции «Молодые ученые – агропромышленному комплексу» (Казань, 1997), на научно-практической конференции вузов Поволжья и Предуралья «Совершенствование и развитие мобильной энергетики в сельском хозяйстве» (Чебоксары, 1998), на юбилейной конференции «50 лет факультету механизации сельского хозяйства Самарской ГСХА» (Самара, 1999), секциях НТС ОАО «ВИСХОМ» отделов комплексов машин для уборки и послеуборочной обработки корнеклубнеплодов и комплектов машин для уборки и обработки зерновых культур (Москва, 2000-2005), на Всероссийской научно-технической конференции «Агроэкологические проблемы сельскохозяйственного производства» (Казань, 2001), на международной научно-практической конференции «Автомобиль и техносфера» (Казань, 2003), на научно-практической конференции вузов Поволжья и Предуралья «Улучшение технико-эксплуатационных показателей мобильной техники» (Нижний Новгород, 2003), на международной научно-технической конференции «100 лет механизму Беннета» (Казань, 2004), на комбайновом заводе «Ростсельмаш» (Ростов на Дону, 2006), на научно-техническом семинаре инженерного факультета ФГОУ ВПО «Чувашская ГСХА» (Чебоксары, 2007), на международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства» (Йошкар-Ола, 2008), на Всероссийской научно-технической конференции «Повышение эффективности функционирования механических и энергетических систем», (Саранск, 2009), на итоговых научных конференциях  профессорско-преподавательского состава и аспирантов Казанского ГАУ (КГСХА) (1993-2009), на международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы развития аграрного образования и науки» (Москва, 2010).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 61 работе, из них 15 – в изданиях, указанных в списке ВАК РФ, одна монография, получены 2 авторских свидетельства и 7 патентов РФ, 3 заявки на изобретение с положительными решениями, опубликованные в бюллетенях № 32 (2009 г.), № 36 (2009 г.), № 32 (2010 г.), 6 свидетельств на программы для ЭВМ. Общий объем составляет 25,88 п.л., доля автора – 19,48 п.л.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 разделов, отражающих ее основное  содержание, списка использованных литературных источников из 274 наименований. В заключении диссертации приведены основные выводы и приложения на 102 страницах. Основная часть содержит 341 страницу машинописного текста, в том числе 141 рисунок и 69 таблиц.

 

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

 

Во введении изложено краткое состояние исследуемой проблемы, обоснованы ее актуальность, сущность выполненной работы, цель и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние проблемы и задачи исследования» рассмотрены условия функционирования движителей МТА по сезонам года и видам работ. Проведен анализ существующих мероприятий по повышению тягово-сцепных и почвосберегающих свойств движителя. 

В основу теории качения колеса и его контакта с почвой значительный вклад внесли В.П. Горячкин, В.И. Кнороз, А.С. Литвинов, Е.А. Чудаков, М.Г. Беккер и многие другие.

Исследования в направлении  повышения тягово-сцепных свойств машинно-тракторных агрегатов (МТА) отражены в работах Я.С. Агейкина, С.А. Алферова, В.Ф. Бабкова, М.И. Белова, П.И. Гаджиева, В.В. Гуськова, А.Х. Зимагулова, В.В. Кацыгина, Я.П. Лобачевского, В.И. Медведева, В.А Петрушова, В.И. Славкина, А.А. Сорокина, А.И. Чепурного, Д.А. Чудакова и др.

Исследования, направленные на создание конструкции  и типов движителей, обеспечивающих снижение вредного воздействия на почву, выполнены Я.С. Агейкиным, П.У. Бахтиным, В.Н. Белковским, В.П. Бойковым, В.Н. Болтинским, А.Г. Бондаревым, А.В. Васильевым, И.И. Водяником, В.С. Гапоненко, А.М. Гуревичем, А.Н. Захарченко, Д.И. Золотаревской, И.П. Ксеневичем, Г.М. Кутьковым, Г.В. Леонтьевым, А.А. Лопаревым, М.И. Ляско, И.М. Пановым, В.А. Русановым, В.А. Скотниковым, Р.Ш. Хабатовым и др.

В области энергоресурсосбережения МЭС значительный вклад внес-ли А.Н. Важенин, И.С. Имамов, А.П. Иншаков, В.М. Кряжков, Г.М. Кутьков, А.Б. Лурье, П.И. Макаров, Ф.Ф. Мухамадьяров, Э.Ю. Нугис, А.Н. Орда, А.В. Судаков, А.К. Юлдашев и др.

Глубокие научные исследования и практические разработки по повышению эффективности движителей МТА проводятся в НАТИ, ОАО «ВИСХОМ» им. В.П. Горячкина, ВИМ, НАМИ, НИИСХ Северо-Востока, ГНУ Татарском НИИСХ РАСХН, НИИ-21, в аграрных вузах Москвы, Санкт-Петербурга, Воронежа, Волгограда, Вятки, Казани, Нижнего Новгорода, Саранска, Челябинска, Чувашии и в других научных учреждениях.