CC BY
70
УДК 629.114.2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПОДЪЕМНО-НАВЕСНОГО УСТРОЙСТВА ТРАКТОРА «ХТЗ-16131-05», ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ЕГО АГРЕГАТИРОВАНИЕ С КОСИЛКОЙ-ПЛЮЩИЛКОЙ НАВЕСНОЙ КПН-6-Ф
В. Б. ПОПОВ
Учреждение образования «Гомельский государственный технический университет имени П. О. Сухого», Республика Беларусь
Введение
Универсальное энергетическое средство УЭС-2-280А создано для агрегатирования с адаптерами, предназначенными для уборки кормов. В их числе для уборки трав широко используется навесная ротационная косилка КПР-9. Косилка-плющилка навесная ротационная двухсекционная КПН-6-Ф предназначена для кошения зеленых сеяных и естественных трав с одновременным плющением и укладкой скошенной массы на стерню в два валка на равнинных полях с уклоном до 9° [1]. Она была разработана в Научно-техническом центре комбайностроения (бывшее РКУП «ГСКБ») в соответствии с заданием программы Союзного государства «Создание и организация серийного производства комплексов высокопроизводительных сельскохозяйственных машин на базе универсального мобильного энергосредства мощностью 200-450 л. с.». Российская сторона не выполнила обязательства по разработке универсального энергетического средства с двигателем мощностью от 210 до 280 л. с. (УЭС-210/280), предназначенного для агрегатирования, в том числе и с КПН-6-Ф, поэтому она агрегатируется с отечественным УЭС-2-280А.
Рис. 1. Колесный трактор «ХТЗ-16131-05», агрегатируемый с косилкой-плющилкой навесной ротационной
Другие мобильные энергетические средства (МЭС), в частности трактора «Бела-рус», уже используются для агрегатирования с КПР-9. Поэтому использование в качестве энергоносителя интегрального колесного трактора «ХТЗ-16131-05» (рис. 1) позволит навешивать КПН-6-Ф на МЭС как отечественного, так и зарубежного производства.
Целью работы является оценка по результатам вычислительного эксперимента возможности агрегатирования ХТЗ-16131-05 и КПН-6-Ф в режиме ее подъема (перевода из рабочего в транспортное положение).
Основная часть
Интегральный колесный трактор «ХТЗ-16131-05» оборудован задним подъемно-навесным устройством (ПНУ) с грузоподъемностью на оси подвеса механизма навески равной Gm = 50 кН [2], что существенно превышает вес КПН-6-Ф (Р6 = 33 кН).
Несмотря на этот факт, энергетическая обеспеченность подъема КПН-6-Ф при помощи ПНУ трактора «ХТЗ-16131-05» не очевидна, поскольку определяется как параметрами ПНУ, так и НМ [3]. Таким образом, паспортной информации по грузоподъемности ПНУ трактора для положительного заключения о возможности агрегатирования с КПН-6-Ф недостаточно.
Необходимыми и достаточными условиями, обеспечивающими агрегатирование ХТЗ-16131-05 и КПН-6-Ф, является одновременное выполнение следующих требований:
- расчетная минимальная грузоподъемность ПНУ МЭС, определенная для заданных веса и координат центра тяжести НМ, с учетом гидромеханических потерь в ПНУ, должна превышать вес НМ;
- управляемость машинно-тракторного агрегата во время транспортного переезда с полностью поднятой КПН-6-Ф должна быть обеспечена;
- в рабочем положении КПН-6-Ф обзор ее секций с рабочего места тракториста ХТЗ-16131-05 должен быть обеспечен;
- компоновочные ограничения для транспортного положения КПН-6-Ф, связанные с углом завала стойки, подлежат выполнению.
Для оценки энергетической обеспеченности подъема КПН-6-Ф из рабочего в транспортное положение были выполнены многовариантный анализ и синтез ПНУ на основе функциональной математической модели (ФММ) [3]. В результате выполнения этих процедур были получены расчетные значения для выходных параметров нагруженного ПНУ и его основного компонента - механизма навески (рис. 2).
¿У*
ЛУ#
П« П,
X
Рис. 2. Кинематическая цепь, состоящая из плоского аналога механизма навески ПНУ трактора «ХТЗ-16131-05» и аналога навесной машины КПН-6-Ф - L6
Результаты расчета основных геометрических, кинематических и силовых параметров ПНУ трактора «ХТЗ-16131-05» в процессе перевода КПН-6-Ф в транспортное положение представлены в табл. 1 и на рис. 3.
Таблица 1
Основные выходные параметры ПНУ трактора «ХТЗ-16131-05» при агрегатировании с КПН-6-Ф (В6 = 33 кН)
^м *56, м Ф6,° ф3', 1/м U63** !m Is6 F, кН ргц, МПа
0,560 * - - - - — - -
0,585 0,552 89,997 5,494 -0,015 4,072 3,985 131,5 12,81
0,610 0,653 89,933 5,320 -0,001 4,029 4,021 132,7 12,92
0,635 0,754 89,976 5,263 0,013 3,992 4,063 134,1 13,06
0,660 0,853 90,133 5,302 0,029 3,951 4,112 135,7 13,21
0,685 0,951 90,425 5,426 0,048 3,899 4,171 137,6 13,40
0,710 1,048 90,895 5,650 0,072 3,825 4,249 140,2 13,65
0,735 1,142 91,620 6,003 0,104 3,717 4,368 144,1 14,04
0,760 1,2233 92,747 6,54 5 0,150 37,556 4,578 151,1 14,71
0,785 1,319 94,579 7,421 0,222 38,308 5,006 165,2 16,09
0,810 1,397 97,808 9,0344 0,338 22,9956 6,005 198,2 19,30
"Подсоединение КПН-6-Ф выполняется!, когда высота оси подвеса МНЕ! - (У56) составляет 0,55 м; "безразмерная величина.
Здесь £ - обобщенная координата, отражающая ход поршня гидроцилиндра (АЗ); У56 - вертикальная координата оси подвеса (П56); ф6 - угол наклона звена Ь^ (стойки); фз' - аналог угловой скорости поворотного рычага Ь3, Ь34; 1т, ^ - передаточные числа МН на оси подвеса и в цтнтре тяжести НМ; Ц/63 - передаточное отношение угловых скоростей звеньев (Ьв, Ь3); F - приведенная к гидроцилиндру полезная нагрузка; ргц - давленит в рабочем гидр оцилиндре.
Рис. 3. Грузоподъемность базового ПНУ ХТЗ-16131-05 на оси подвеса механизма навески и при агрегатировании с КПН-6-Ф (Gm = 49.19 кН, GS = 33,34 кН; AGS = 0,01Р6)
Анализ результатов
Как было отмечено выше, возможность агрегатирования трактора «ХТЗ-16131-05» с косилкой-плющилкой навесной КПН-6-Ф (Р6 = 33 кН) была просчитана с помощью ФММ на ПЭВМ. В базовом варианте ПНУ запас грузоподъемности составил AGS = 1,0 % от веса косилки (рис. 3), а максимум угла наклона стойки в транспортном
положении Аф6 = 7,8°, что, с одной стороны, гарантирует полный подъем НМ, а с другой - удовлетворяет требованиям по стандарту [4]. Однако запас грузоподъемности явно недостаточен из-за известной нестабильности параметров ПНУ в процессе эксплуатации, и в первую очередь его КПД.
С целью повышения запаса грузоподъемности в соответствии с методикой, изложенной в работе [5], была выполнена модернизация исходных параметров механизма навески данного ПНУ. В результате параметрической оптимизации были получены результаты, представленные в табл. 2 и на рис. 4.
Таблица 2
Основные выходные параметры модернизированного ПНУ трактора «ХТЗ-16131-05» при агр=гатировании с КПН-6-Ф (Р6 = 33 кН)
S,m м Ф6,° ф3', 1/м U63** 5s6 F,KH 5гц, МПа
0,560 * - - - - - - -
0,585 0,550 89,999 5,494 -0,015 3,9311 3,827 126,3 12,30
0,610 0,648 89,934 5,320 -0,002 3,878 3,866 127,6 12,43
0,635 0,744 89,968 5,263 0,011 3,848 3,909 129,1 12,56
0,660 0,840 90,106 5,302 0,026 3,814 3,957 130,6 12,72
0,685 0,935 90,367 5,426 0,043 3,769 4,011 132,4 12,89
0,710 1,028 90,784 5,650 0,063 3,705 4,080 134,6 13,11
0,735 1,120 91 ,420 6,003 0,091 3,613 4Д80 137,9 13,43
0,760 1,209 92,338 6,545 0,127 3,478 4^47 143,4 13,97
0,785 1,293 93,914 7,421 0,182 3,23881 4,675 154,3 15,03
0,810 1,372 96,494 9,034 0,265 2,998 5,4359 179,5 17,48
Gm(S) Gs(S)
70
60
50
40
30
(0,55 0,6 0,65 0,7
0,75 0,8 0,85
S
Рис. 4. Грузоподъемность модернизированного ПНУ ХТЗ-16131-05 на оси подвеса МН и при агрегатировании с КПН-6-Ф (Gm = 51,19 кН; GS = 36,82 кН; AGS = 0,116Р6)
При увеличении размера L5, представляющего длину нижней тяги МН до ее контакта с раскосом до 750 мм, что больше чем у базового исполнения на 25 мм (рис. 2), и при высоте стойки L6 = 560 мм был достигнут необходимый рост грузоподъемности до GS = 36,82 кН. При этом ее запас составил AGS=11,6 %, а завал стойки несколько уменьшился и составил Аф6 = 6,49°. Дальнейшее увеличение L5
сопровождается уже не столь интенсивным ростом грузоподъемности.
Для устойчивости движения МТА во время транспортного переезда часть его веса, приходящаяся на мост управляемых колес МЭС, должна составлять не менее 20 % от общего веса МТА [6].
Рис. 5. Схема сил, действующих на машинно-тракторный агрегат с навесной машиной (КПН-6-Ф) в транспортном положении
Для расчета управляемости МЭС (рис. 5) было составлено уравнение равновесия моментов сил, действующих на компоненты МТА относительно точки опоры ведущих колес:
2М = Р1р(а + L) + РТрЬ - Р6X,6 - RAL = 0,
где Ргр - вес балласта; РТр - вес ХТЗ-16131-05; Р6 - вес КПН-6-Ф; RA - нагрузка, приходящаяся на мост управляемых колес; X,6 - горизонтальная координата центра
тяжести НМ в транспортном положении; Ь - база МЭС; а и Ь - расстояние от вертикальной проекции центра тяжести МЭС до вертикальных проекций центра тяжести балласта и оси моста ведущих колес, соответственно.
Разрешив уравнение моментов сил относительно реакции на управляемом колесе RA, получим:
RA =
= Рр(а + Ь) + РтрЬ - Р6 X, 6
Ь
Результаты расчетов по распределению веса МЭС и МТА на ведущие и управляемые колеса МЭС представлены в табл. 3.
Таблица 3
Развесовка МЭС и МТА по управляемому и ведущему мостам, %
МТА КПН-6-Ф
МЭС ХТЗ-16131-05 + КПН-6-Ф в транспортном положении
Реакции на колесах МЭС Rл Rв К К
ХТЗ-16131-05 60,53 39,47 21,86 78,14
Во всех вариантах на управляемые колеса ХТЗ-16131-05 с КПН-6-Ф в транспортном положении приходится более 20 % от его общего веса (табл. 3), даже без использования балласта (Р ), поэтому требования по управляемости МЭС удовлетворяются.
Заключение
Полный подъем КПН-6-Ф при навеске на ХТЗ-16131-05 вполне осуществим, т. е. в энергетическом аспекте агрегатирование ХТЗ-16131-05 с КПН-6-Ф с помощью минимально модернизированного ПНУ обеспечено.
Существующие требования по управляемости МТА с КПН-6-Ф в транспортном положении, связанные с перераспределением нагрузки на мостах ХТЗ-16131-05, удовлетворяются.
Компоновочные ограничения, касающиеся угла завала стойки в транспортном положении КПН-6-Ф, удовлетворяются как в базовом, так и модернизированном вариантах.
Заключение об обзорности секций навесной косилки-плющилки КПН-6-Ф с рабочего места тракториста в ее рабочем положении можно будет сделать после дополнительных исследований.
В целом проведенная работа полезна для рационального выбора и наладки параметров механизма навески ПНУ ХТЗ-16131-05, так как расширяет возможности агрегатирования как интегрального трактора, так и навесной косилки-плющилки КПН-6-Ф.
Литература
1. Косилка-плющилка ротационная двухсекционная навесная КПН-6-Ф «Палессе CH-60F». Руководство по эксплуатации. - Гомель : Гомсельмаш, 2009. - С. 78.
2. ХТЗ-16131-05. Характеристики трактора. - 2012. - Режим доступа: Ы;рр: //www.xtz.ua/tractor/xtz - 16131-05.
3. Попов, В. Б. Расчет грузоподъемности подъемно-навесного устройства универсального энергетического средства третьего поколения / В. Б. Попов // Вестн. Го-мел. гос. техн. ун-та им. П. О. Сухого. - 2012. - № 3. - С. 43-48.
4. ГОСТ 10677-2001. Устройство навесное заднее сельскохозяйственных тракторов классов 0,6-8. Типы, основные параметры и размеры (Межгосударственный стандарт). - Минск, 2002. - С. 8.
5. Попов, В. Б. Параметрическая оптимизация подъемно-навесного устройства универсального энергетического средства УЭС 290/450 «Полесье», агрегатируемого с навесным кормоуборочным комбайном КНК-500 / В. Б. Попов // Вестн. Гомел. гос. техн. ун-та им. П. О. Сухого. - 2013. - № 1. - С. 35-43.
6. ГОСТ 12.2.111-85. Система стандартов безопасности труда. Машины сельскохозяйственные навесные и прицепные. Общие требования безопасности (Межгос. стандарт). - Минск, 2006. - С. 10.
Получено 05.09.2014 г.
