Структурный анализ механизма изменения базы четырехколесного трактора

Механизации полевых работ на горных и предгорных, а также на пустынных и полупустынных зонах имеют свои специфические особенности. Здесь поверхность земель не всегда ровная, а зачастую холмистая, из-за чего продольная и поперечная устойчивость серийных тракторов не всегда будет достаточной. В ООО «КТЦСМ» начаты работы по разработке трактора с изменяемой базой, отвечающего специфическим требованиям данной зоны. Для работы на холмистых участках со значительными неровностями и склонами, где требуется повышенная устойчивость, база у этого трактора устанавливается наибольшая. Для работы на небольших участках, где требуется минимальный радиус поворота, установка базы будет наименьшей. Структурный анализ механизма изменения базы, представляющего собой параллелограммный механизм, показал, что у него обеспечена определенность движения звеньев при одном ведущем звене.

Ключевые слова: трактор, база, колея, механизм, нагруженность, радиус поворота, устойчивость, управляемость, структурный анализ.

Механизация полевых работ на горных и предгорных, а также на пустынных и полупустынных зонах имеют свои специфические особенности [1, 2]. Здесь поверхность земель не всегда ровная, а зачастую холмистая, из-за чего продольная и поперечная устойчивость серийных тракторов не всегда будет достаточным [3]. У колесных тракторов продольная и поперечная устойчивость во многом зависит от базы и колеи трактора [4, 5].

С точки зрения устойчивости движения более благоприятно и безопасно работать с трактором с большей колеей, удлиненной базой и низким расположением центра тяжести [6, 7]. Поэтому при работе на неровных холмистых участках для обеспечения устойчивости трактора его база и колея должна быть наибольшими. В то же время для обработки междурядий, возделываемых в этих регионах на небольших участках культур, требуется минимальный радиус поворота трактора. Многими исследователями установлено [8–9], что обеспечение минимального радиуса достигается при наименьшей базе трактора. Однако применяемые в сельскохозяйственном производстве серийные отечественные, а также завезенные из зарубежья универсально-пропашные тракторы не имеют такой возможности. Для решения данной проблемы в ООО «Конструкторском технологическом центре сельскохозяйственного машиностроения» (КТЦСМ) начата разработка трактора, снабженного специальным механизмом изменения базы трактора [10]. Для оценки работоспособности разрабатываемого механизмаизменения базы трактора возникла необходимость в проведении структурного анализа данного механизма.

Цель исследования — проведение структурного анализа механизма изменения базы трактора.

Материалы и методы. При проведении структурного анализа механизма изменения базы трактора приняты общепринятые теории механизмов и машин [11], а также учтены отличительная особенность разрабатываемого трактора с изменяемой базой от серийных тракторов — наличие в нем механизма изменения базы.

Результаты и обсуждение. Для предварительной проверки работоспособности разрабатываемого механизма изменения базы трактора была разработана его 3D-модель (рис. 1).

Рис. 1. Механизм изменения базы трактора

Привод механизма изменения базы — гидравлический. Приводится в действие силовым гидроцилиндром 6, который принудительно поворачивает передние звенья 12 параллелограммного механизма вокруг шарнира (рис. 2 точка О ). Поворот вокруг точки О передних звеньев приводит к изменению положения всех 5 и 12 звеньев параллелограммного механизма, следовательно, балки 1 переднего моста трактора. При принудительном выдвижении штока 4 гидроцилиндра 6 производится наращивание базы трактора, если шток задвигается — уменьшение базы. Как показали замеры, максимальное приращение при этом базы трактора составляет 673 мм.

Изменение длины базы трактора происходит следующим образом.

При необходимости увеличения длины базы трактора с помощью гидроцилиндра 6 шток 4 выталкивается в наружном направлении. В свою очередь шток посредством шарнира 3 поворачивает закрепленные с нею звенья 12 и, тем самым перемещает шарнирно связанный с передними 12 и задними 5 звеньями брус 11 полурамы вперед до тех пор, пока он не упирается к упору 10. Положение бруса 11 полурамы после оперения в упор 10 фиксируется фиксатором 9. Такое перемещение относительно лонжерона 7 бруса 11 полурамы вперед увеличивает длину базы трактора, и она будет максимальной.

Для уменьшения длины базы трактора шток 4 втягивает внутрь гидроцилиндра 6. При этом связанный штоком шарнир 3 поворачивая закрепленный с ним звено 12, перемещает шарнирно связанный с передними 12 и задними 5 звеньями брус 11 полурамы назад до тех пор, пока он не упирается к упору 8. Положение бруса 11 полурамы после оперения в упор 8 фиксируется фиксатором 9. Такое перемещение относительно лонжерона 7 бруса 11 полурамы назад уменьшает длину базы трактора, и она будет минимальной.

Во избежание поломок, а также для обеспечения безотказной работы разрабатываемого механизма изменения базы трактора предварительно проверяют его наиболее ответственные узлы и детали на прочность. Для этого сначала проводят структурный анализ механизма изменения базы, и на его основе в дальнейшем определяют нагрузки, действующие в каждой кинематической паре в отдельности, а затем проверяют наиболее нагруженных деталей механизма изменения длины базы на прочность.

Структурный анализ механизма изменения базы (см. рис. 2), проведенный по известной методике [11], показал, что число степеней свободы равно

W = 3 n — 2 p ₂ — p ₁

где n — число подвижных звеньев;

р ₂ — число вращательных звеньев;

р ₁ — число кинематических пар, допускающих движение одного звена относительно другого

Рис. 2. Расчетная схема

Механизма изменения базы как уже было сказано, представляет собой параллелограммный механизм, состоящий из удлиненного лонжеронов шарнирно закрепленного к нему посредством двух передних и двух задних звеньев бруса. При этом передние и задние звенья совершает вращательное, а брус возвратно-поступательное движение, тогда

W = 3  3–2  4–0 = 1,

следовательно, в предложенном механизма изменения базы обеспечена определенность движения звеньев при одном ведущем звене.

Из расчетной схемы видно, что на механизм изменения базы действуют сила тяжести трактора, приходящийся на переднюю ось G _п , и сила сопротивления перекатыванию передних колес трактора P _f ., которые будут базовыми при определении нагрузок, действующих в каждой кинематической паре в отдельности.

Выводы. Таким образом, у разрабатываемого трактора с изменяемой базой для работы на холмистых участках со значительными неровностями и склонами, где требуется повышенная устойчивость, база устанавливается наибольшим. Для работы на небольших участках, где требуется минимальный радиус поворота его база, устанавливается наименьшим. Структурный анализ механизма изменения базы показал, что у него обеспечена определенность движения звеньев при одном ведущем звене.

Литература:

1. Джавакянц Ю. М. Технология обработки почвы в горных богарных садах и виноградниках Узбекистана. — Ташкент: Фан, 2004. — 43 с.
2. М. М. Жилейкин, Е. В. Ягубова.Обоснование принципов повышения устойчивости и управляемости колесных тракторов при движении на склоне в режиме вспашки // Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2014. — М. — #9 [654]. — С. 67–76.
3. Амельченко П. А., Ксеневич И. П., Гуськов В. В., Якубович А. И. Колесные тракторы для работы на склонах. — М., Машиностроение, 1978. — 248 с.
4. Тракторы: Теория: / В. В. Гуськов, Н. Н. Велев, Ю. Е. Атаманов и др.; Под общ. ред. В. В. Гуськова. — М.: Машиностроение, 1988. — 376 с.
5. Анилович В. Я., Водолажченко Ю. Т. Конструирование и расчет сельскохозяйственных тракторов. — М.: Машиностроение, 1976. — 456 с.
6. Пановко Я. Г. Введение в теорию механических колебаний. — М.: Наука, 1971. — 240 с.
7. Мамити Г. И., Льянов М. С., Плиев С. Х., Салбиева З. С. Устойчивость колесного трактора в повороте. Тракторы и сельхозмашины, 2011. — № 8. — с. 18–21.
8. Қамбаров Б., Холиқов Б., Сейтимбетова З. Тўрт ғилдиракли тракторнинг минимал бурилиш радиусини тадқиқ этиш // «Ресурстежамкор ва фермербоп қишлоқ хўжалик машиналарини яратиш ва улардан фойдаланиш самарадорлигини ошириш» мавзусида Республика илмий-амалий конференцияси илмий мақолалар тўплами. — Гулбаҳор: ҚХМИТИ, 2020. — Б. 37–43.
9. Ахметов А. А. Универсально-пропашные тракторы для междурядной обработки посевов хлопчатника. — Ташкент: Фан, 2017. — 210 с.
10. Ахметов А. А., Усманов И. И., Асамов С. Выбор конструкции универсально-пропашного трактора с изменяющейся базой // ФарПИ ИТЖ, 2017 й. — Том 21. — № 2. — С.132–135.
11. Артоболевский И. И. Теория механизмов и машин. — М.: Наука, 1988. — 640 с.