CC BY
33
УДК 63 1.372.012.3.001.2
ОБОСНОВАНИЕ НОВОГО ТИПА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ШИНЫ
© 2013 г. ЯГ. Яровой, KB. Сергеев
Предложены зависимости для анализа скоростных и силовых потерь в шине. В дополнение к ним из данных по деформированию оболочек крупногабаритных тракторных шин установлено приоритетное внутреннее строение каркаса сельскохозяйственной шины. Натурные испытания таких шин показали их преимущества перед существующими аналогами.
Ключевые слова: шина, потери, оболочка, деформирование.
Dependences for the analysis of high-speed and power losses in the tyre are offered. In addition to them from data on deformation of covers of large-sized tractor tyres the priority internal structure of a skeleton of the agricultural tyre is established. Natural tests of the tyres have submitted their advantages.
Key words: tyre, losses, cover, deformation.
Требования к шинам мобильной сельскохозяйственной техники многообразны и зачастую противоречивы. Трактору общего назначения шины должны создавать высокие тягово-сцепные качества при допустимом уплотняющем воздействии на почву, пропашному трактору - минимальное воздействие и приемлемые тяговые качества. Являясь для подавляющего большинства сельскохозяйственных машин единственным элементом подвески, шины должны обеспечивать достаточную плавность хода.
Цель работы - обосновать такой тип шины, применение которого вместо существующих аналогов позволило бы получить более высокий уровень эксплуатационных показателей машин.
Выполнение отмеченных требований возможно лишь на основе главного свойства шины — способности деформироваться в радиальном (нормальном), окружном (тангенциальном), продольном и боковом направлениях. Причем деформироваться так, чтобы свести к минимуму скоростные и силовые потери. Первые определяются из выражения для скорости движения V, вторые — из равенства работ действующих на колесо сил.
Ограничившись равномерным движением и расширив уравнение кинематических связей известной модели [1] дополнительной связью от буксования, получим:
V = о, ■ г
1 -fi-P2-e- —
V
-V,
О J
где ги и л - радиус свободного (ненагру-
женного) колеса и продольная деформация шины; Рг - вертикальная (нормальная) нагрузка; сок и V- угловая скорость оси
и скорость буксования колеса; ¡ли £ — коэффициенты уменьшения
периметра шины соответственно от вертикальной и продольной нагрузок. Из уравнения работ следует:
^ _ ^седом
Р.. =
/
А/, - In -
/.........
где Р ¡\\ Рт - сила сопротивления
качению ведомого и сила тяги ведущего колеса; кедом и кед.щ~ работа трения качения за один оборот ведомого и ведущего колес вследствие внутреннего трения в материале шины, локального скольжения элементов контактной площадки и смятия почвы;
Ке,юм и длина периметра ведомого
и ведущего колес.
Конкретизация скоростных потерь из-за продольной деформации шины X и скорости ее буксования К, и силовых потерь, определяемых работой трения качения Кедом и ' и обоснование на этой основе мероприятий по снижению потерь, была осуществлена в результате экспериментального исследования деформирования шин.
Объект исследований - радиальные и диагональные шины 33я32, 30,5Ь32, 30,5Л32. Общая деформация оболочки шины как перемещения относительно обода произвольно взятой точки, расположенной на внутреннем слое каркаса, фиксировалась установленным внутри шины датчиком с тремя степенями свободы. Каждая из них позволяла перемещаться указанной точке каркаса относительно обода в трех направлениях: радиальном, окружном и боковом. Датчик контактного давления одновременно регистрировал длину контактной площадки, тензодатчик - экваториальную деформацию наружного слоя беговой дорожки, а угломер - потенциометр - угол поворота оси колеса.
На рисунке I в качестве примера приведены искомые зависимости для шины 33я32 модели Ф-147 (вертикальная нагрузка - 40,8 кН, внутреннее давление воздуха - 0,09 МПа, опорное основание - бетон). Отметим, что характер деформаций исследуемых шин идентичен и между ними существует определенная взаимосвязь. У радиальных шин радиальная деформация имеет только одно направление - к оси колеса. У диагональной шины радиальная деформация набегающей части перед контактом направлена сначала от оси («выпучивание»), затем к оси колеса. Работа трения качения от этого только возрастает.
При ведомом режиме качения радиальная деформация начинается еще до контакта протектора с опорным основанием и заканчивается после него. Относительно середины контактной площадки она практиче-
ски симметрична. У ведущего колеса радиальная деформация начинается возле контактной площадки, а заканчивается даже не в верхней точке шины, а уже за ней. Максимум деформации теперь не посредине контактной площадки, а в ее задней части.
Несомненно, чем больше радиальная деформация и охваченная ею зона, тем больше внутреннее трение в шине и, значит, больше работа Л и силовые потери при качении колеса. Однако для снижения уплотняющего воздействия машин на почву и лучшего сцепления с ней контактную площадку шин следует увеличивать и, естественно, за счет увеличения их радиальной деформации.
Следовательно, силовые потери можно снизить за счет уменьшения зоны, охваченной радиальной деформацией. Для этого очевидно необходимо по возможности устранить факторы, препятствующие изгибу шины относительно некоторого нейтрального слоя и, прежде всего, факторы, связанные со строением каркаса. Нити корда должны быть расположены так, чтобы они работали при радиальной деформации на изгиб и, тем самым, оказывали меньшее сопротивление развитию этой деформации.
Обширная зона радиальной деформации в задней части шины при ведущем режиме качения свидетельствует о том, что ось колеса смещается относительно ее положения в свободном состоянии не только вниз, но и назад, создавая тем самым продольную деформацию шины.
Величину последней можно уменьшить, если расположить нити корда в зоне контактной площадки так, чтобы они работали на растяжение. Для окружной деформации оболочки шины характерно другое.
При ведомом режиме качения она начинается в самой верхней точке шины, достигает максимума в начале контактной площадки, становится равной нулю в середине ее и возрастает до максимума в конце контакта, а затем возвращается к нулевому значению в верхней точке шины.
¿0 80 120
2^0 280
Сыграй
\160Д200 /
V
К_1
V
а
0
20 М 60 80 100 120
0
20 40 60 ао 100 Х.,1, мм
Рис. 1. Зависимость радиальной 2 и окружной Л'деформаций шины от угла поворота оси колеса а при ведомом (а) и ведущем (б) режимах качения
[к | оираа
30 70 110 150 190 230 270 310 350 390
У
При ведущем режиме качения и силе тяги, близкой к номинальной, окружная деформация начинается в передней части шины после верхней точки, достигает максимума перед контактной площадкой и становится равной нулю сразу после нее. По сравнению с ведомым режимом эта деформация в передней части шины значительно больше. Но и в том, и в другом варианте качения боковины каркаса подвергаются растяжению. Для ведущего режима это происходит только в передней (до контакта) части шины. После контактной площадки боковины каркаса остаются практически ненагруженными. Очевидно, окружное усилие, создаваемое крутящим
моментом и передаваемое с обода на шину, компенсирует ту часть вертикальной нагрузки, которая приходится на заднюю часть шины. То есть, при ведущем режиме качения и достаточно большой силе тяги остаются нагруженными только те нити корда, которые находятся в данный момент в передней части шины. Из чего следует, что желаемое расположение нитей корда в этой части шины должно быть под значительным углом к ее меридиану, а направление их от обода к бреккеру противоположно направлению вращения. Тогда сила, нагружающая нити, будет их растягивать, отчего уменьшатся окружная деформация шины и, вместе с ней, силовые потери.
Такой вывод дополняет предыдущие, с увеличенной в длину контактной пло-
и в результате принципиальная схема щадкой может быть представлена в виде,
внутреннего строения шины с уменьшен- изображенном на рисунке 2. ными скоростными и силовыми потерями и
Рис. 2. Принципиальная схема диагонально-параллельной шины
Таблица 1
Тягово-энергетические показатели трактора К-701М на стерне озимой пшеницы
Показатели
л на холостом ходу X Скорость движения км/ч Буксование, % с* с Удельный расход топлива, г/кВт ч
Варианты шин 30,5-32 г Ч" (и а- С л н о о О- ни о < Часовой расход, кг/ч и е Л ч к и ЭК и о ся Н
О й
2-1 8,4 17,1 78,0 5,6 27,1 0,548 407
Ф-81Р радиальная (угол в каркасе 5°) 2-2 3-2 3-3 10,0 11,0 13,1 18,0 18,4 19,0 69,0 64,0 54,5 7,4 8,2 10,3 20,4 16,6 11,2 0,641 0,658 0,704 364 356 322
2-4 14,4 19,4 49,5 11,5 9,2 0,714 319
2-1 8,9 14,6 72,5 6,7 20,8 0,605 363
Ф-81 ДП 2-2 10,5 14,8 70,0 7,4 18,4 0,660 358
диагонально- 3-2 11,4 15,6 65,0 8,4 14,2 0,685 336
параллельная 3-3 13,4 16,8 54,5 10,4 8,2 0,711 319
2-4 14,9 17,2 50,0 11,5 6,2 0,716 317
Таблица 2
Общетехнические показатели комбайна ДОН-1500 на стерне озимой пшеницы
Варианты шин 30,5-32 Скорость движения, км/ч Коэффициент сопротивления качению Давление масла в гидроприводе колес, МПа Расход топлива, кг/ч Вертикальные ускорения, м/с
Ф-136 диагональная 4,8 0,081 8,12 21,6 2,46
Ф-81Р радиальная (угол в каркасе 15°) 4,7 0,075 7,80 21,2 2,34
Ф-81 ДП диагонально-параллельная 5,0 0,069 7,11 20,5 2,07
Таблица 3
Параметры контакта шин с почвой (ДОЫ-1500, прямое комбайнирование озимой пшеницы)
Варианты шин Площадь Среднее Максимальное
30,5-32 контакта, см2 давление, кПа давление, кПа
Ф-136 диагональная 4540 147,4 431,6
Ф-81Р
радиальная (угол в каркасе 15°) 4680 143,4 417,9
Ф-81 ДП диагонально-параллельная 5300 126,8 376,7
Таблица 4
Показатели уплотнения почвы
Варианты шин 30,5-32 Максимальные нормальные напряжения, кПа (стерня озимой пшеницы) Удельное сопротивление при пахоте почвы после кукурузы Н/см (Фон-4,27)
Пахотный горизонт, см Подпахотный горизонт, см
0 10 20 30 40 50
Ф-136 диагональная 660 477 305 185 100 52 9,30
Ф-81Р радиальная (угол в каркасе 15°) 484 350 224 135 90 50 7,40
Ф-81 ДП диагонально-параллельная 508 290 200 138 88 50 6,58
Созданные по данной схеме в НИИ КГШ к.т.н. A.A. Борзовым шины были названы диагонально-параллельными [ 1, 2]. Опытная их партия прошла испытания, основные результаты которых представлены в таблицах 1, 2, 3, 4. Даже с интуитивно выбранными параметрами армирования оболочки эти шины превосходят существующие аналоги. Несомненно, что после доработки преимущество диагонально-параллельных шин будет еще большим.
Литература
1. Динамика системы дорога-шина-автомобиль-водитель / под ред. A.A. Хача-
турова. - Москва: Машиностроение, 1976. - 535 с.
2. A.C. 1706896 СССР МКИ4 В60 9/07. Пневматическая шина для сельскохозяйственного транспортного средства / ВН. Белковский, A.A. Борзов, А.Г. За-волжинский, В.В. Коптев, В.П. Пагев, В.Г. Яровой. - № 4223560/11; заявлено 11.02.87; опубликовано 23.01.92, Изобретения. - 1992.-№3,-С. 73.
3. Патент 2264922 RU МПК7 В60 С 9/06 Пневматическая шина / В.Г. Яровой, М.А. Коптев. - № 2004111313/11; заявлено 13.04.2004; опубликовано 27.11.2005, Бюл. №33.-5 с.
Сведения об авторах Яровой Виктор Григорьевич - канд. техн. наук, профессор кафедры тракторы и автомобили Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии (г. Зерно-град). Тел. 8(86359)43-6-51.
Сергеев Николай Викторович - канд. техн. наук, доцент кафедры тракторы и автомобили Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии (г. Зерно-град). Тел. 8(86359)43-6-51. E-mail: getm_vm@mail.ru.
Information about the authors Yarovoy Viktor Grigorievich - Candidate of Technical Sciences, professor of the tractor and automobile department, Azov-Black Sea State Agroengineering Academy (Zernograd). Phone: 8(86359)43-6-51.
Sergeev Nikolay Viktorovich - Candidate of Technical Sciences, associate professor of the tractor and automobile department, Azov-Black Sea State Agroengineering Academy (Zernograd). Phone: 8(86359)43-6-51. E-mail: getm_vm@mail.ru.
УДК 631.33.02
ИССЛЕДОВАНИЕ ПНЕВМОМЕХАНИЧЕСКОГО ВЫСЕВАЮЩЕГО АППАРАТА С ПЕРИФЕРИЙНЫМ РАСПОЛОЖЕНИЕМ ЯЧЕЕК ДЛЯ ТОЧНОГО ПОСЕВА
СЕМЯН ПРОПАШНЫХ КУЛЬТУР
О 2013 г. Е.В. Васильковская, Н.Н. Петренко, М.И. Васильковский
Проведены экспериментальные исследования нового пневмомеханического высевающего аппарата с периферийным расположением ячеек для посева семян пропашных культур. Результаты исследований свидетельствуют о возможности повышения эффективности точного посева.
Ключевые слова: высевающий аппарат, ячейка, точный посев, семена.
