Повышение эффективности работы машинно-тракторных агрегатов индивидуальным управлением ведущих колёс тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат наук Шутенко Владимир Витальевич

• Шутенко Владимир Витальевич
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Шутенко Владимир Витальевич

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Способы повышения тягово-сцепных свойств

1.2. Анализ методов повышения тягово-сцепных свойств тракторов

1.3. Обзор разработок в сфере автопоездов с активным приводом прицепной части

1.4. Принципы построения активных автопоездов

1.5. Мотор колёса

1.6. Преимущества мотор-колеса

1.7. Недостатки мотор-колеса

1.8. Основные принципы управления индивидуальным приводом колёс многоосной машины

1.9. Прицепные сельскохозяйственные машины, на которых рационально применение активного привода колёс

1.10. Выводы по главе

1.11.Цели и задачи исследования

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

2.1. Силы, действующие на трактор

2.2. Силы и моменты, действующие на ведущие колеса

2.3. Движение МТА с прицепными машинами и прицепами

2.4. Буксование и КПД ведущего колеса

2.5. Математическое моделирование различных схем привода

2.6. Методика моделирования различных схем привода

2.7. Результаты моделирования различных схем привода

2.8. Сравнительный анализ трёх типов привода (механического, ГОТ и электропривода)

2.9. Выводы по главе

3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ. ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

3.1. Цель эксперимента (задачи исследования)

3.2. Прототип

3.3. Создание физической модели

3.4. Проверка адекватности физической модели

3.5. Измеряемые величины

3.6. Методика проведения эксперимента по установлению адекватности физической модели

3.7. Результаты эксперимента и расчёт адекватности модели

3.8. Эксперимент по определению влияния разницы буксования колёс на создание тягового усилия и скорость движения МТА

3.9. Измерение и вычисление буксования, тягового усилия и линейной скорости

3.10. Условия проведения эксперимента

3.11.Алгоритм работы системы управления индивидуальным приводом для транспортно-технологического модуля

3.12. Входные параметры и измеряемые величины

3.13. Методика выявления зависимости поворота прицепа от угла поворота трактора

3.14.Выводы по главе

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1. Анализ результатов эксперимента по определению влияния разницы буксования колёс на создание тягового усилия и скорость движения МТА

4.2. Определение режима работы ведущего колеса

4.3. Анализ результатов графо-аналитического исследования

4.4. Принцип работы системы стабилизации МТА

4.5. Алгоритм работы САУ индивидуального привода МТА

4.6. Алгоритм распределения мощности и контроля за созданием тягового усилия

4.7. Алгоритм работы системы стабилизации ТТМ

4.8. Выводы по главе

5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРЕДЛОЖЕННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

5.1. Расчёт показателей производительности

5.2. Расчёт стоимости технологического процесса

5.3. Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности работы машинно-тракторных агрегатов индивидуальным управлением ведущих колёс»

ВВЕДЕНИЕ

Мощность двигателя современных тракторов постоянно возрастает, но при этом не происходит пропорциональный прирост производительности трактора. Повышение производительности тракторов отстаёт от роста мощности двигателя [1].

Одна из основных задач трактора создание тягового усилия на крюке при выполнении транспортных и технологических операций. Тяговое усилие на крюке прямо пропорционально зависит от силы тяги, создаваемой движителями трактора [33]. У большинства современных колёсных тракторов мощность двигателя не может быть полностью реализована в тяговое усилие в связи с высокой энергонасыщенностью [1].

Высокая энергонасыщенность характеризует трактора тягово-энергетической концепции [33]. Таким тракторам для полной реализации мощности двигателя необходимо сохранять оптимальное значение коэффициента сцепления с опорной поверхностью.

Одним из самых простых способов поддержания оптимального значения коэффициента сцепления является увеличение сцепного веса трактора [33]. Однако увеличение сцепного веса приводит к негативным последствиям, таким как повышенный расход топлива и увеличение давления движителей на почву. Это приводит к уплотнению почвы в подпахотном слое [17].

Поддержание оптимального значения коэффициента сцепления за счёт увеличение площади контакта с опорной поверхностью возможно только в том случае, если при выполнении технологических и транспортных операций нет ограничений по габаритам транспортных средств [13].

Самой эффективной и ресурсосберегающей технологией повышения производительности тракторов тягово-энергетической концепции является блочно-модульная схема МТА, когда трактор является энергетическим модулем, а к нему присоединяются технологические модули [14].

Актуальность исследований. Создание тягового усилия является одной из основных задач трактора. Большинство моделей современных тракторов обладают

высокой энергонасыщенностью, которую невозможно полностью использовать для создания тягового усилия в связи с низкими сцепными свойствами опорной поверхности и недостатком сцепного веса. Поэтому мощность двигателя используется не полностью.

Одни из наиболее эффективных способов использования мощности двигателя является применение транспортно-технологических модулей (ТТМ), которые представляют собой прицеп с ведущей осью. Увеличение количества ведущих осей позволяет улучшить тягово-сцепные свойства, однако при этом возрастают затраты мощности на преодоление кинематического несоответствия. Для снижения кинематического несоответствия необходимо удалить механическую связь между колёсами, то есть использовать индивидуальный привод ведущих колёс.

Степень разработанности темы исследования. Изучением повышения тягово-сцепных свойств и повышением проходимости в сельском хозяйстве за счёт увеличения количества ведущих колёс машинно-тракторного агрегата занимались следующие учёные: Кутьков Г.М., А.В. Рославцев, В.Г. Иванецкий, В.Т. Надыкто, В.Д. Черепухин, В.А. Хаустов, С.Л. Абдула, Е.Э. Гурковский, Осиненко П.В., М.В. Сидоров, В.Н. Сидоров, Е.М. Асманкин, А.А. Сорокин, В. В. Александрович, С.В. Щитов, И.В. Бумбар, С.А. Иванов, Е.Е. Кузнецов, Е.В. Панова, А.Т. Скойбеда, А.И. Бобровник, М.Л. Черетун, А.А. Сабадаш, И.В. Козловский, А.Е. Пешко, И. Д. Теменюк, З.Ф. Кривуца, О.А. Кузнецова, Е.С. Поликутина, Г.А. Таяновский, В.И. Миркитанов, А.М. Статкевич, В.Ю. Сидоренко, В.В. Теленченко.

В смежных отраслях, таких как автомобильный транспорт, аналогичные вопросы повышенной проходимости и колёсные машины для военно-промышленного комплекса рассматривали: И.Р. Шегельман, В.И. Скрыпник, А.С. Васильев, Г.О. Котиев, В.А. Горелов, А.В. Мирошниченко, А.В. Лепёшкин, Р.Х. Курмаев, С.Е. Бочаров, Д.С. Куру.

Общий анализ литературных источников определил состояние исследованности вопроса и показал, что метод увеличения количества ведущих осей позволяет эффективно повышать тягово-сцепные свойства тракторов. Однако,

в отличие от автомобильной техники и колёсных машин, применяемых в ВПК, к сельскохозяйственным машинам предъявляются более жесткие требования по давлению движителей на почву. Поскольку тягово-сцепные свойства трактора напрямую связанны со сцепным весом машины, то увеличение сцепного веса повышает тягово-сцепные показатели трактора, однако увеличивается давление движителей на почву. Давление движителей на почву зависит от двух параметров: сцепной вес и площадь контакта шины с опорной поверхностью.

Сельскохозяйственный трактор должен выполнять обработку культур, растущих с установленным агротехническими требованиями междурядьем и транспортные работы на дорогах общего пользования. Поэтому изменение конструкции или типа-размера шины для увеличения площади пятна контакта не всегда возможно.

Цель и задачи исследования.

Целью исследования является разработка алгоритма управления индивидуальным приводом ведущих колёс на основе двух подходов (равенства угловых скоростей и равенства моментов), для повышения эффективности работы МТА.

Задачи исследования:

- Провести теоретический анализ и расчетные исследования тракторов с различной организацией привода ведущих колес;

- Разработать алгоритм управления индивидуальным приводом ведущих колес;

- Создать экспериментальную модель МЭС с полным приводом для апробации алгоритма управления индивидуальным приводом.

Научная новизна. Научную новизну представляет статистический подход к исследованию эффективности тягообразованния трактора на основе сравнительного анализа касательной силы тяги, создаваемой каждым ведущим колесом МТА, который включает:

- создание алгоритма управления индивидуальным приводом ведущих колёс многоосного транспортного средства с прицепом, имеющим активный привод колёс (трактора, агрегатированного транспортно-технологическим модулем);

- выявление математических зависимостей: отклонения тягового усилия колеса от среднего тягового усилия МТА от разницы между буксованием колеса и средним буксованием МТА, зависимость отклонения буксования колеса от среднего буксования МТА от разницы линейной скорости колеса и средней скорости движения МТА.

Теоретическая и практическая значимость. На основе выявленных математических зависимостей была определена структура алгоритма управления и входные данные алгоритма управления индивидуальным приводом ведущих колёс трактора, агрегатированного прицепным сельскохозяйственным орудием (сельскохозяйственной машиной или ТТМ).

Практическая значимость работы заключается в создании физической модели для разработки микропроцессорной системы управления индивидуальным приводом ведущих колёс трактора, агрегатированного ТТМ.

Методология и методы научного исследования. Для выполнения поставленных задач применялись следующие методы: системный анализ, математическое и физическое моделирование, графо-аналитический метод, создание моделей с помощью САПР, создание физической модели путём печати на 3Э принтере, визуальный метод определения буксования, методы математической статистики (корреляционный анализ), статистические подходы обработки данных эксперимента, методики составления алгоритмов, с помощью алгебры логики и Булевой алгебры.

Положения, выносимые на защиту.

- Обоснование эффективности применения индивидуального привода ведущих колёс ТТМ.

- Методика выявления математических зависимостей необходимых для создания алгоритма САУ, на основе физической модели. (альтернативный вариант).

- Физическая модель трактора с ТТМ для проведения исследований по созданию алгоритма управления индивидуальным приводом ведущих колёс.

- Алгоритм управления индивидуальным приводом трактора с транспортно-технологическим модулем.

Степень достоверности и апробации результатов работы.

Достоверность результатов исследования подтверждается достаточным количеством экспериментов, современными методами исследования, которые соответствуют поставленным в работе целям и задачам. Результаты и выводы работы подкреплены убедительными фактическими данными, наглядно представленными в приведенных таблицах, графиках и рисунках. Подготовка, статистический анализ и интерпретация полученных результатов проведены с использованием современных методов обработки информации и статистического анализа.

Основные положения диссертации доложены, обсуждены и одобрены на: Международной научной конференции молодых учёных и специалистов, посвящённой 150-летию А.В. Леонтовича, проводившейся на базе ведущего аграрного ВУЗа страны - Российского государственного аграрного университета -МСХА имени К.А. Тимирязева 2019г., Международная научная конференция молодых учёных и специалистов, посвящённая 150-летию со дня рождения В.П. Горячкина, проводившаяся на базе ведущего аграрного ВУЗа страны - Российского государственного аграрного университета - МСХА имени К.А. Тимирязева, 2018 г., Международной научно-технической конференции «Цифровые технологии и роботизированные технические средства для сельского хозяйства» ФГБОУ ФНАЦ ВИМ 2019 г, ежегодном 15 семинаре «Чтения академика В.Н. Болтинского», РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева 2019 г., ежегодном семинаре «Чтения академика В.Н. Болтинского», РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева 2020 г.

Публикации Основные положения диссертации опубликованы в 9 печатных работах, в том числе в 2 изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 105 страницах, состоит из введения, основной части, содержащей 44 рисунка, 6 таблиц, заключения, списка литературы, включающего 77 наименования, в том числе 3 -на иностранном языке.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

В современном тракторостроении преобладает тягово-энергетическая концепция, которая характеризуется тенденцией к повышению энергонасыщенности тракторов [16].

У тракторов тягово-энергетической концепции мощность двигателя невозможно реализовать полностью через силу тяги из-за низких тягово-сцепных свойств трактора [16].

Как показали исследования, представленные в работах Кутькова Г.М., Макеевой Ю.Н., Журавлёва С.Ю., Припорова Е.В., Зезетко Н.И., Селиванова Н.И., Доржеева А.А., Седакова Д.А., Дидманидзе О.Н., Девянина С.Н., Парфёнова А.П., Перевозчиковой Н.В., Грибова И.В. современные производители прибегают к искусственному увеличению веса трактора (применению балластных грузов) для снижения энергонасышенности. Однако при применении балластных грузов возникает ряд негативных последствий, таких как, увеличение давления на почву, повышенный расход топлива при выполнении малоэнергоёмких операций и движения в транспортном режиме до поля, а также отсутствие возможности изменять сцепной вес трактора в соответствии с условиями движения. Поэтому необходимо рассмотреть и другие способы улучшения тягово-сцепных свойств, которые позволят реализовать мощность двигателя полностью [1,5,6,7,9,8,9,10,11].

1.1. Способы повышения тягово-сцепных свойств

У колесных тракторов повышение тягово-сцепных свойств можно разделить на две группы: первая группа - это способы в основе, которых лежит увеличение сцепления с опорной поверхностью, вторая группа - это способы увеличении сцепного веса трактора.

Повышения сцепления движителей с почвой возможно добиться, произведя рациональный подбор типа шин. Трактор, обычно, комплектуют различными шинами для ведущих колес (рисунок 1), это объясняется изменяющимися условиями работы и необходимостью выполнять работы в междурядьях пропашных культур. Так, например, использование широкопрофильных и арочных

шин позволяет повысить тягово-сцепные свойства трактора, на при влажности почвы свыше 40% буксование может достигать 100%. Однако, проведение работ по замене колес - это затраты энергии, денежных средств и времени [18].

Рисунок 1 - Различные типы протектора тракторных шин [35]

На тягово-сцепные свойства и проходимость колесных тракторов влияет выбор правильного давление воздуха в ведущих колёсах. Снижение давления в колёсах ведет к увеличению площади контакта колеса с опорной поверхностью и уменьшению удельного давления в контакте колеса с опорной поверхностью. Это даёт возможность значительно увеличить тяговое усилие на переувлажненных почвах, так при крюковом усилии 10 кН буксование снизится до 33%, при снижение давления воздуха в шине с 0,14 до 0,10 Мпа, а при снижение давления с 0,10 до 0,08 МПа — до 23% буксование упадёт до 23% [19]. Если работы выполняются на плотных почвах рекомендуется увеличивать давление в шинах, для снижения потерь на перекатывание. Данный способ позволяет достичь значительного повышения тягового усилия с минимальными затратами и часто применяется при эксплуатации сельскохозяйственной техники и колёсной техники повышенной проходимости. Однако снижении давления в шинах приводит к повышенному износу, а также, увеличивается вероятность проворачивание шины относительно обода.

Повышение проходимости колесных тракторов при работе на влажных и рыхлых почвах, и в зимний период может осуществляться путём перевода трактора на полугусеничный ход (рисунок 2, рисунок 3). Это позволяет увеличить тяговую мощность на рыхлой и влажной почве примерно на 50%, на 60% возрастает тяговое

усилие. Однако при применение полугусеничного хода значительно возрастает сопротивление повороту, это сильно ухудшает маневренность трактора, так же во время эксплуатации резинотканевые траки изнашиваются и вытягиваются, поэтому полугусеничный ход применяют только в те периоды, когда у трактора повышенное буксование или трактор оставляет глубокую колею. Не рекомендуется применять полугусеничный ход в остальное время года, а также, на твердых покрытиях, в связи с снижение технико-экономических показателей [20].

Рисунок 2 - МТЗ-50ПЛ с полугусеничным ходом 1983 год [36]

Рисунок 3 - Трактор CASE c полугусеничным ходом [37] Для повышения тягово-сцепных свойств иногда используются уширители колес (рисунок 4) или специальные металлические почвозацепы [21]. Уширители позволяют добиться тяговых показателей трактора на почве влажностью в 30% выше, чем на почве влажностью 15% без них, Однако существенная проблема уширителей - это их износ и повреждаемость при движении с одного поля на другое [22].

Рисунок 4 - Уширитель колеса [38]

Использование металлических почвозацепов (рисунок 5, рисунок 6) не позволяет снизить удельное давление на почву и уменьшить глубину следа. Поэтому их очень редко применяют при полевых работах, чаще всего их используют при движении по скользким, влажным грунтовым дорогам или в условиях гололедицы. Почвозацепы могут быть представлены тремя видами: накидные (цепи), выдвижные лопаточковые, расположенные сбоку колеса. По результатам испытаний накидные почвозацепы показали свою эффективность при применении их на укатанных зимних дорогах, на влажных и не плотных почвах (влажных грунтовых дорогах), применение накидных почвозацепов не целесообразно на рыхлом и влажном грунте, потому из-за залипания грязью тяговые качества трактора почти не повышаются. Выдвижные почвозацепы возможно применять только в тех случаях, когда ширина шины не ограничена шириной междурядий [23]. Использование уширителей и почвозацепов не нашло широкого применения, при сельскохозяйственных работах, в связи с их низкой надёжностью и маленьким ресурсом.

Рисунок 5 - Металлические почвозацепы [39]

Рисунок 6 - Колёсные цепи [40]

Сдваивание ведущих колес даёт возможность повысить мощность в зоне больших тяговых усилий при малой скорости движения. Для транспортных агрегатов характерны малые тяговые усилия и большие скорости движения, тяговая мощность агрегата на сдвоенных колесах будет меньше, чем на одинарных, из-за повышенного сопротивления качению. В данном случае увеличения тягового усилия происходит из-за увеличения сцепного веса от комплекта дополнительных колёс, проставок и других элементов комплекта, это подтверждается тем что при одинаковом буксовании коэффициент использования сцепного веса трактора со сдвоенными и с одинарными колёсами находится на одном уровне. Операция сдваивания колёс (монтажа и демонтажа дополнительных колёс) - трудозатратная операция [24].

На современных тракторах применяются блокировки межосевого и межколесных дифференциалов (автоматические и принудительные), их рекомендуют использовать кратковременную меру повышения проходимости при неблагоприятных условиях. Блокировка дифференциала позволяет значительно повысить тяговое усилие трактора. Однако, при включении межосевой блокировки в приводе возникает такой негативный процесс как циркуляция мощности (рисунок 7), из-за возникшего кинематического несоответствия. При блокировке

межколёсного дифференциала увеличивается радиус поворота машины и повышается износ резины при совершении маневров, поэтому рекомендуется отключать межколёсную блокировку во время манёвров. Так же внедрение блокировок дифференциалов в трансмиссию усложняет и удорожает конструкцию. Эксплуатация, ремонт и обслуживание такой трансмиссии требует более высокой квалификации механизатора.

Рисунок 7 - Циркуляция паразитной мощности в трансмиссии трактора [41] Ркр-тяговая сила на крюке трактора, Рк1-составляющая силы сопротивления движению, Рк2- толкающая реакция почвы.

Выпуск тракторов с двумя ведущими мостами позволяет добиться полного использования сцепного веса и повышения проходимости в трудных условиях. Наиболее распространены универсально-пропашные трактора с схемами привода 4К4а и 4К4б. При использование таких схем привода происходит равномерное распределение массы на оба ведущих моста в момент достижения номинального тягового усилия, что даёт возможность полностью использовать вес трактора для создания тягового усилия. При выполнении малоэнергоемких операций (при полевых и транспортных работах), целесообразно, для снижения сопротивления качению и повышению экономичности трактора, использовать только один ведущий мост. Для этого в конструкции трактора предусматривается возможность ручного или автоматического подключения переднего моста при движение по труднопроходимым участкам с повышенным буксованием [22]. Такая схема привода, позволяет сделать трактор наиболее универсальным, а повышение

тяговых свойств, позволяет расширить шлейф машин, которыми может агрегатироваться трактор.

Наиболее простой и распространенный вариант повышения сцепного веса трактора - балластирование. Для балластирования трактора применяются чугунные грузы, закрепленные на ведущие колеса (рисунок 8) или остов (рисунок 9), балластные жидкости, которыми наполняют шины трактора. Использование балласта на тракторах имеет отрицательные эффект. При переходе с больших тяговых усилий и низких скоростей на низкие тяговые усилия и высокие скорости балласт приводит к росту потерь на качение трактора и снижению его КПД. С увеличением сцепного веса трактора жесткость шины повышается, уплотнение почвы и глубина следа увеличиваются. Применение балластных жидкостей считается неперспективным, особенно при низких температурах и на высоких скоростях движения [18,26,74,75,76].

Рисунок 8 - Балластные грузы для колёс [42]

Рисунок 9 - Фронтальные балластные грузы [43]

Для улучшения тягово-сцепных свойств колесные трактора комплектуют различными устройствами. Одним из них является гидроувеличитель сцепного веса (ГСВ) (рисунок 10).

ГСВ - позволяет разгрузить опорные колеса навесных сельскохозяйственных орудий, поддерживая постоянным напор масла в основном силовом цилиндре, увеличив нагрузку на ведущие колеса трактора, повышается сцепление колёс с почвой [27]. Так же на тракторах применяется механический увеличитель сцепного веса, который при недостаточном сцеплении переносит часть веса навесного орудия на ведущие колёса трактора, уменьшая нагрузку на опорные колёса. Это происходит из-за смещения мгновенного центра вращения системы навесного орудия, путём изменения угла наклона центральной тяги [27]. Кроме того, существует множество решений по автоматической регулировке положения рабочих органов навесных сельскохозяйственных машин, которые позволяют переносить часть веса навесной машины переносить на задние колёса трактора. Применения увеличителей сцепного веса позволяет быстро изменять сцепной вес в соответствии с меняющимися условиями движения машинно-тракторного агрегата, при этом не трактор не приходится до оснащать дополнительными грузами.

Рисунок 10 - Схема работы гидросистемы и ГСВ тракторов МТЗ-80 и МТЗ-82: 1-пружинный гидроаккумулятор; 2-ГСВ; 3-силовой цилиндр; 4-распределитель;

5-масляный насос; 6-резервуар для масла [44] При применении прицепов, полуприцепов и прицепных сельскохозяйственных машин с активным приводом колёс повышаются тягово-сцепные свойства трактора из-за дополнительной тяги, создаваемой активной осью прицепа и приходящимся на нее сцепным весом прицепа. Подвод мощности к активной оси реализуется через вал отбора мощности (ВОМ) трактора. Прицепы с активным приводом колёс применяются военными при движении по заснеженным и труднопроходимым дорогам [28,12,15].

1.2. Анализ методов повышения тягово-сцепных свойств тракторов Проанализировав множество методов повышения тягово-сцепных свойств трактора был сделан вывод, что они сводятся к повышению веса трактора. Существенную часть массы машинно-тракторного агрегата (МТА) составляет сельскохозяйственная машина или орудие. В случае, когда в составе МТА используется навесное орудие, возможно использовать большую часть веса орудия для повышения сцепного веса и тягового усилия трактора. Если массо-габаритные характеристики, конструктивные особенности и другие условия требуют, чтобы сельскохозяйственное орудие или машина была прицепной и имела одну или

несколько осей, большая часть веса будет приходится на оси прицепа, и почти не будет происходить перенос веса прицепного орудия на ведущие колёса трактора.

Однако были попытки использовать вес прицепа для догружения ведущих колёс трактора. Так, например, группой учёных во главе с С.В.Щитовым был представлен патент на «Тросовый догружатель ведущего моста колесного трактора при агрегатировании с прицепами» [30]. В своих статьях А.В.Ворохобин описывает плавающие тягово-сцепные устройства (ТСУ), которые способны использовать массу прицепа или полуприцепа трактора для увеличения сцепного веса [29].

Но данными механизмами современные серийные трактора и прицепные машины не оснащаются. Возможно это связанно с тем, что перенос веса прицепа на ведущие колёса трактора приводит к увеличению нагрузки на заднюю ось трактора. Поэтому эффективнее всего будет использоваться вес прицепа для увеличения тягового усилия трактора, если прицеп будет иметь активный привод колёс.

Активный привод колёс полуприцепа был разработан в 1950-х советским автоконструктором Б.М. Фиттерманом. Необходимость создания прицепов с активным приводом была обоснована нуждами армии в транспорте способном перевозить тяжёлые ракетные комплексы по пересечённой местности. Позже исследованием активного привода прицепов и полуприцепов для колёсной техники повышенной проходимости занимались научные сотрудники университетов НАМИ и МАМИ. Ими был сделан вывод, что применение активного привода прицепного звена автопоезда, может значительно повысить проходимость и максимально преодолеваемый угол подъёма. Однако, использование силового привода с механической передачей, является не целесообразным по причине сложности конструкции и возникновения кинематического несоответствия в приводе, а также проблем оптимального распределения сил тяги и торможения между тягачом и прицепом [12,13,14,15].

Примером применения активного привода ведущих колёс прицепа в сельскохозяйственной технике является модульное энергетическое средство МЭС-200 и МЭС-300 (рисунок 11). Они были созданы в 80-х годах прошлого века

группой специалистов НАТИ, МГАУ, ХТЗ, ЮФ, ИМЭСХ, ХГПУ, в которую входили: Г.М.Кутьков, А.В. Рославцев, В.Г. Иванецкий, В.Т. Надыкто [31].

Рисунок 11 - Трактор с транспортно-технологическим модулем

Применение активного привода колёс прицепного орудия имеет ряд преимуществ, по сравнению с другими методами повышения тягово-сцепных свойств МТА:

- не требуется применение дополнительных технических изделий и приспособлений;

- не требуются дополнительных приспособлений и затрат времени на установку дополнительного оборудования;

- имеется возможность распределения и дозирования мощности в соответствии с дорожными условиями и изменяющейся массой прицепного орудия.

Исследования, активного привода в сельскохозяйственной технике, которые проводились на МЭС-300, показали высокую эффективность применения данного способа по сравнению с другими, но также выявили недостатки.

Одним из основных недостатков является снижение тягового КПД трактора, это связано с тем, что привод к ведущему мосту ТТМ в МЭС-300 механический и реализован от ВОМ (вала отбора мощности). Так как трактор из схемы привода 4К4

преобразуется в схему 6К6, увеличивается количество пар зацепления в трансмиссии, а, следовательно, и снижается КПД трансмиссии на 6-8% [104]. Так же увеличение количества ведущих колёс приводит к увеличению кинематического несоответствия в приводе, в связи с этим, потери тяговой мощности возрастают [33].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Шутенко Владимир Витальевич, 2022 год

Список литературы

1. Грибов, И.В. Мощность - основной показатель для трактора тягово-энергетической концепции / И.В. Грибов, Н.В. Перевозчикова // Техника и технологии АПК: Вестник №5 РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева. - 2017 - С. 18-21.

2. Акимов, А.П. Справочная книга тракториста-машиниста / А.П.Акимов, В.А. Лиханов - М.: КолосС, 1993.

3. Макеева, Ю.Н. Рациональное использование трактора «NEW HOLLAND T8.390» в производственных условиях ООО «АГРОСФЕРА» / Ю.Н. Макеева // Эпоха науки. - 2019. - № 20 - С.159-162.

4. Журавлев, С.Ю. Повышение эффективности использования колесных тракторов на операциях почвообработки. / С.Ю. Журавлев // Технические науки: процессы и машины агроинженерных систем - 2016 - С.205-209.

5. Зезетко, Н.И. Эксплуатационная и конструктивная массы проектируемого колесного трактора 4К4. / Н.И. Зезетко // Вестник Белорусско-Российского университета № 2 (43) - 2014. - С.26-36.

6. Припоров, Е.В. Пути повышения продольной устойчивости навесных агрегатов. / Припоров Е.В. // Известия Оренбургского государственного аграрного университета - 2017. - С.93-95.

7. Селиванов, Н.И. Балластирование колесных тракторов на обработке почвы. / Н.И. Селиванов, Ю.Н. Макеева // Вестник КрасГАУ - 2015. - № 5- С. 7781.

8. Селиванов, Н.И. Рациональное использование трактора versatile 2375 в технологиях почвообработки. / Н.И. Селиванов, Д.А. Седаков // Вестник КрасГАУ.

- 2019. - № 1 - С. 138-143.

9. Селиванов, Н.И. Рациональное балластирование энергонасыщенных колесных тракторов разной комплектации. / Н.И. Селиванов // Вестник КрасГАУ

- 2016. - № 8 - С. 123-129.

10. Дидманидзе, О.Н. Трактор сельскохозяйственный: вчера, сегодня, завтра. / О.Н. Дидманидзе, С.Н. Девянин, Е.П. Парлюк // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. - 2020 - № 21(1). - С. 74-85.

11. Парфёнов, А.П. Особенности построения конструктивных рядов тракторов ведущих производителей сельскохозяйственной техники. / А.П. Парфёнов // Известия Московского государственного технического университета МАМИ - 2018. - С. 83-91.

12. Коркин, С.Н. Применение активных колёсных модулей в автопоездах для перевозки крупногабаритных и тяжеловесных грузов / С.Н. Коркин, Р.Х. Курмаев, А.С. Крамер // Известия Московского государственного технического университета МАМИ - 2012. - С. 160-168.

13. Горелов, В.А. Разработка алгоритма распределения мощности в трансмиссии активного седельного автопоезда на основе анализа силовых факторов в сцепном устройстве / В.А. Горелов, Б.В. Падалкин, О.И. Чудаков // Наука и Образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. - 2016. - № 12. -С. 1-17.

14. Лепёшкин, А.В. Опыт использования и перспективы создания многоприводных колесных машин повышенной проходимости. / А.В. Лепёшкин // Известия Московского государственного технического университета МАМИ -2010. - С. 54-65.

15. Лепёшкин, А.В. Математическая модель установившегося движения автопоезда с активизированным прицепным звеном, позволяющая оценить потери в трансмиссии. / А.В. Лепёшкин // Известия МГТУ «МАМИ» № 2(12) - 2011. - С. 27-41.

16. Кутьков, Г.М. Балластирование тракторов. / Г.М. Кутьков, И.В. Грибов, Н.В. Перевозчикова // Тракторы и Сельхозмашины. - 2017. - № 9.

17. Ким, Ю.А. Влияние конструктивных параметров колесных движителей на изменение физико-механических свойств почвогрунта и тяговые качества трактора. / Ю.А. Ким, П.В. Зеленый, И.В. Франскевич. // Вестник Беларусско-Российского университета. - 2008. - 34 с.

18. Титоренко, А. Н. Способы повышения тягово-сцепных свойств тракторов. / А. Н. Титоренко // Сборник научных трудов СЗНИИМЭСХ. - Вып. 73 - 2002.

19. Кутьков, Г.М. Развитие технической концепции трактора. / Г.М. Кутьков // М.:КолосС, - 2019. - 27-35 с.

20. Емельянов, А.М. Повышение эффективности использования трактора тягового класса 1,4 за счёт треугольного гусеничного движителя / А.М. Емельянов, Е.М. Шпилев // Вестник Алтайского аграрного университета. - 2011. - № 12 (86).

21. Ульянов, Ф.Г. Исследование повышения проходимости колесного трактора на пневматиках с помощью почвозацепов : Автореферат дис. ... доктора технических наук / Ф.Г. Ульянов . - М.: Московский автомобильно-дорожный институт. - 1964. - 15 с.

22. Наумов, Е.С. Ходовые системы колесных тракторов (конструкция) / Е.С. Наумов А.П. Парфенов В.М. Шарипов - М.: Московский государственный технический университет «МАМИ». - 1999.

23. Поливаев, В.П. Тракторы и автомобили / О.И. Поливаев, В.П. Гребнев,

A.В. Ворохобин, А.В. Божко - М.: КНОРУС, 2016. - 252 с.

24. Бобровник, А.И. Улучшение эксплуатационных качеств ходовых систем тракторов «БЕЛАРУС» / А.И. Бобровник, Т.А. Варфоломеева, М.А. Струк // Мелиорация - 2015. - С. 173-186.

25. Лобах, В.П. Устройство автоматической блокировки межколесного дифференциала колесного трактора. / В.П. Лобах, В.В. Геращенко, Н.А. Коваленко // Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский политехнический университет» - 2017. - С. 3-7.

26. Поливаев, О.И. Теория трактора и автомобиля / О.И. Поливаев, В.П. Гребнев, А.В. Ворохобин - СПБ.: Издательство «Лань». - 2016. - 232 с.

27. Гребнев, В.П. Характеристика и эффективность применения силового регулятора навески на тракторе мтз-80 с буксирным устройством. / В.П. Гребнев,

B.И. Панин, С.В. Хвастунов, А.Ю. Бушков // Совершенствование процессов механизации в растениеводстве и животноводстве. - Воронеж. - 2000. - С. 146-151.

28. Щитов, С.В. Перераспределения сцепного веса между мостами трактора на ширину захвата, буксование и производительность машинно-тракторного агрегата. / С.В. Щитов, И.В. Бумбар, С.А. Иванов, Е.Е. Кузнецов, Е.В. Панова // АгроЭкоИнфо. - 2017. - С. 106.

29. Ворохобин, А.В. Результаты исследований усовершенствованной конструкции тягово-сцепного устройства трактора. / А.В. Ворохобин // Вестник Воронежского государственного аграрного университета. - 2016. - № 4 (51).

30. Тросовый догружатель ведущего моста колесного трактора при агрегатировании с прицепами. пат. 2590777 Рос. Федерация : МПК B60B 39/00, B62D 53/04, B62D 13/00 / Щитов Сергей Васильевич , Кузнецов Евгений Евгеньевич, Кривуца Зоя Федоровна, Кузнецова Ольга Александровна, Поликутина Елена Сергеевна; заявитель и патентообладатель федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный государственный аграрный университет», № 2015107815/11, 2015.03.05 ; заявл. 2015.03.05 ; опубл. 2016.07.10.

31. Кутьков, Г.М. Модульное энергетическое средство МЭС-300 кл. 3-5 / А.В. Рославцев, В.Г. Иванецкий, В.Т. Надыкто, В.Д. Черепухин, В.А. Хаустов, С.Л. Абдула, Е.Э. Гурковский // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1998. -№ 2.

32. Официальный сайт производителя тракторов Terrion [Электронный ресурс]: [веб сайт]. - URL: http://terrion.ru/ (дата обращения 20.04.2020).

33. Кутьков, Г.М. Тракторы и Автомобили. Теория и технологические свойства / Кутьков Г.М - М.: КолосС, 2004. - 504 с.

34. Шутенко, В.В. Математическое моделирование и оценка эффективности приводов транспортно-технологического модуля / В.В. Шутенко, Н.В. Перевозчикова // Электротехнологии и электрооборудование в АПК. - 2020. -Т. 67. №1(38). - С. 87-92.

35. Parts-euro [Электронный ресурс]: Каталог шин для трактора - Режим доступа.: http://parts-euro.tech/shiny (дата обращения 17.12.20).

36. Социальная сеть «Однлкласники» сообщество Легендарные автомобили СССР [Электронный ресурс]: МТЗ-50ПЛ с полугусеничным ходом 1983 год - Режим доступа.https://ok.ru/sovietcars/topic/65703549878317 (дата обращения 17.12.20).

37. AgroPRAVDA.com [Электронный ресурс]: Полугусеничный MagnumRowtrac испытали на полях Украины - Режим доступа.: http://agropravda.com/news/tractors/5430-polugusenichnyj-magnum-rowtrac-ispytali-na-poljah-ukrainy-foto (дата обращения 17.12.20).

38. Юла доска объявлений [Электронный ресурс]: Расширители колёс на квадроцикл - Режим доступа.: https://youla.ru/klimovsk/spetstehnika-moto/mototehnika-mototsikly/rasshiritieli-kolies-na-kvadrotsikl-5c81729976bdc2779908f9fd (дата обращения 17.12.20).

39. Tiu.ru [Электронный ресурс]: Грунтозацепы для мотоблока(железные колеса) ф 450/160 - Режим доступа.: https://moskva.tiu.ru/p434555603-gruntozatsepy-dlya-motoblokazheleznye.html (дата обращения 17.12.20).

40. Artzakaz.ru [Электронный ресурс]: Огромные тракторные шины с цепями - Режим доступа.: https://artzakaz.pro/foto_posteri/9623591-cepi-protivoskolzheniya-bolshegruznogo-transportnogo-sredstva(дата обращения 17.12.20).

41. Студопедия [Электронный ресурс]: Циркуляция мощности в трансмиссии - Режим доступа: https://studopedia.ru/27_32867_tsirkulyatsiya-moshchnosti-v-transmissii-avtomobilya.html(дата обращения 17.12.20).

42. Agro REVIEW [Электронный ресурс]: ХТЗ представил варианты балластирования своих тракторов - Режим доступа: https://agroreview.com/ru/news/htz-predstavyl-varyanty-ballastyrovanyya-svoyh-traktorov(дата обращения 17.12.20).

43. Группа компаний «Тим Трейд» [Электронный ресурс]: Фронтальный груз балласт противовес для трактора - Режим доступа.: https://tym-mitsubishi.ru/load?page=load&page=load(дата обращения 17.12.20).

44. Зерно Он-Лайнинформагенство [Электронный ресурс]: Навесная система тракторов МТЗ и ЮМЗ устройство и работа - Режим доступа.:https://www.zol.ru/n/15493 (дата обращения 17.12.20).

45. TrucksPlanet.com [Электронный ресурс]: Урал44201-862 - Режим доступа.: https://trucksplanet.com/updates/index.php?page=137#google_vignette(дата обращения 19.12.20).

46. КШСН4 [Электронный ресурс]: ВСЕ ТОЧКИ НАД I - Режим доступа.: https://kloch4.livejournal.com/2916.html?thread=50532 (дата обращения 19.12.20)

47. Колёса.ги [Электронный ресурс]: Секретный советский приоритет: активные военные автопоезда - Режим доступа.: https://www.kolesa.ru/article/sekretnyj -sovetskij -рпогйе^аМупуе-уоепдуе-а^орое7ёа(дата обращения 21.12.20).

48. Колёса.ги [Электронный ресурс]: МАЗ курганского «разлива»: первые военные тягачи КЗКТ - Режим доступа.: https://www.kolesa.ru/article/maz-киг§ашко§о-га21^а-ре1ууе^оеппуе^а§асЫ-к7к/ (дата обращения 21.12.20).

49. LIУEJOURNAL [Электронный ресурс]: Испытательный заезд - Режим доступа.: https://477768.livejournal.com/5704031 .html?amp=1(дата обращения 21.12.20).

50. НА ТОКЕ [Электронный ресурс]: Мотор-колесо для электромобиля: устройство, плюсы, минусы, известные разработчики - Режим доступа: https://natoke.ru/artic1es/218-motor-ko1eso-d1ja-e1ektromobi1ja-ustroistvo-p1yusy-minusy-izvestnye-razrabotchiki.html (дата обращения 21.02.21).

51. Силаев, Г.В. Тракторы в лесном хозяйстве: учебное пособие для среднего профессионального образования / Г.В. Силаев, Н.Д. Баздырев. М.: Издательство Юрайт. - 2020. - 342 с.

52. Кутьков, Г.М. Тракторы и Автомобили. Теория и технологические свойства. / Кутьков Г.М. - М.: КолосС. - 2004. - 504 с.

53. Т99. Тяговые характеристики сельскохозяйственных тракторов. Альбом-справочник. - М.: Россельхозиздат, 1979. -.240 с.

54. Стуканов, В.А. Основы теории автомобильных двигателей и автомобиля / В.А. Стуканов - М.: ФОРУМ: ИНФРА. - 2005. - 368 с.

55. Закин, Я.Х. Прикладная теория движения автопоезда / Закин Я.Х. -Изд-во «Транспорт». 1967. - 252 с.

56. Ляшенко, А.Ю. Опыт разработки виртуального лабораторного практикума на основе созданной физической модели одноковшового экскаватора. / А.Ю. Ляшенко // Известия вузов.- 2013. - № 2 - С. 113-117.

57. Chipster.ru [Электронный ресурс]: DC Мотор GM25 370 с энкодером, 912 V, 150PRM - Режим доступа.: https://chipster.ru/catalog/robotech/motors/5280.html (дата обращения 25.05.21).

58. IARDUINO [Электронный ресурс]: Драйвер мотора на 43А BTS7960 для Arduino - Режим доступа.: https://iardumo.ru/shop/Expansion-payments/drayver-motora-na-43a-bts7960.html (дата обращения 25.05.21).

59. IARDUINO [Электронный ресурс]: Mega 2560 REV3 на CH340G (Arduino совместимый) - Режим доступа.: https://iarduino.ru/shop/boards/dccduino-mega-2560-rev3-na-ch340g.html (дата обращения 25.05.21).

60. Схем.net форум по электронике [Электронный ресурс]: Принцип Работы Подтягивающего Резистора (Pull Down) - Режим доступа.: https://forum.cxem.net/index.php?/topic/164578-принцип-работы-подтягивающего-резистора-риП-down/ (дата обращения 25.05.21).

61. Схем.net форум по электронике [Электронный ресурс]: [Дневник] Сбор Ру Машнки С Нуля И Своими Руками. [Вопросы, Ответы, Мысли, Инфа] - Режим доступа.: https://forum.cxem.net/index.php?/topic/128110-дневник-сбор-ру-машнки-с-нуля-и-своими-руками-вопросы-ответы-мысли-инфа/ (дата обращения 25.05.21)

62. 4PDA [Электронный ресурс]: Blynk для Arduino, ESP8266,RPi - Режим доступа.: https://4pda.to/forum/index.php?showtopic=818763 (дата обращения 25.05.21).

63. Левшин, А.Г. Планирование и организация эксперимента: Учебное пособие / А.Г. Левшин, А.А. Левшин, А.Е. Бутузов, Н.А. Майстренко - М.: Изд-во РГАУ- МСХА. - 2015. - 65 с.

64. Юдин, Ю.В. Организация и математическое планирование эксперимента: учебное пособие / Ю.В. Юдин, М.В. Майсурадзе, Ф.В. Водолазский. - Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та. - 2018. - 124 с.

65. Звонарев, С.В. Основы математического моделирования / С.В. Звонарев. - Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та. - 2019. - 112 с.

66. Кузнецова, О.А. Эконометрика: практикум / О.А. Кузнецова, О.Н. Мазурмович. - Самара: Изд-во Самарского университета. - 2019. - 72 с.

67. Крохалев, В.Я. Статистика / В.Я. Крохалев, С.А. Скопинов, В.А. Телешев. - Екатеринбург : Изд-во УГМУ. - 2018. - 114 с.

68. Макаричев, Ю.А. Методы планирование эксперимента и обработки данных / Макаричев Ю.А., Иванников Ю.Н. - Самара: Самарский государственный технический университет, 2016. - 131 с.

69. Любченко, Е.А. Планирование и организация эксперимента: учебное пособие. Часть 1. / Любченко Е.А., Чуднова О.А. - Владивосток: Изд-во ТГЭУ, 2010. - 156 с.

70. Лунев, В.А. Математическое моделирование и планирование эксперимента / Лунев В. А. - СПб. - 2012. - 153 с.

71. Журавлев, С.Ю. Минимизация энергозатрат при использовании машиннотракторных агрегатов / С.Ю. Журавлев - Красноярск, 2014. - 256 с.

72. Кутьков, Г.М. Тяговый расчет трактора тягово-энергетической концепции / Г.М. Кутьков, В.Н. Сидоров В.Н., Сидоров М.В. - М.: Издательство, 2012. - 84 с.

73. Журавлев, С.Ю. Оценка эффективности использования МТА: учеб. пособие / С.Ю. Журавлев. - Красноярск, 2015. - 88 с.

74. Fowler G. Tractor Ballasting Tips and Options. Agricultural Review, November 2013.

75. Robert Grisso, Zane R. Helsel. Ballasting Tractors for Optimal Fuel Efficiency. Farm-energy, april 3, 2019.

76. Anna McConnell. Ballasting: the great balancing act, Successful farming, March 30, 2017.

77. Шутенко, В. В. Создание алгоритма управления индивидуальным приводом ведущих колес транспортно-технологического модуля / В.В. Шутенко, Н.В. Перевозчикова // Агроинженерия. - 2020. - № 5(99). - С. 10-15.