Тимошенко В. Я., к.т.н., доцент, Новиков А.В., к.т.н., доцент, Жданко Д. А., к.т.н., доцент, Кецко В.Н., ст. преподаватель, Шимчук В.С., студент (УО БГАТУ)

Аннотация

Рассмотрен вопрос буксировки тракторных прицепов в условиях бездорожья и предложена конструкция буксировочного устройства для обеспечения возможности автономного вытаскивания их при застревании в глубокой колее на рыхлом сминаемом грунте и снегу.

The question of the towing tractor trailers off-road conditions and proposed the construction of the towing device to enable autonomous pulling them when stuck in a deep rut on loose ground and crushes the snow.

Введение

Транспортные работы составляют значительную долю в общем объеме сельскохозяйственных работ. Особенно большой объем транспортных работ приходится на период уборки урожая. По количеству перевозимых грузов в сельском хозяйстве 60…80% работ производится тракторным транспортом.

Для выполнения транспортных работ в сельском хозяйстве чаще всего используются тракторные прицепы 2ПТС-4, 2ПТС-6, агрегатируемые с тракторами Кл.1,4, а также большегрузные прицепы, которые агрегатируются с энергонасыщенными тракторами.

Для успешной организации перевозок сельскохозяйственных грузов большое значение имеет проходимость транспортных агрегатов. При вывозке урожая, транспортировке удобрений и других грузов тракторные транспортные агрегаты перемещаются по полевым дорогам и полям, часто по очень влажным и рыхлым почвам. Определенная часть транспортных работ осуществляется в ранний весенний период и поздней осенью, когда влажность почвы высокая.

Трактор является основным подвижным энергетическим средством, выполняющим тяговые процессы в сельскохозяйственном производстве. Они как тяговые средства наиболее полно отвечают особенностям условий использования машин в сельском хозяйстве. Современные конструкции тракторов обеспечивают надежное сцепление ходовой части с почвой, а следовательно, и передвижение машин-орудий в любых условиях эксплуатации.

Передвигаясь по полю, дороге, трактор за счет сцепления ходового аппарата с почвой обеспечивает тягу машины-орудия. Способность трактора передвигаться в различных почвенных условиях с нагрузкой на крюке характеризуется тяговыми качествами трактора. Основными показателями тяговых качеств трактора являются: тяговая мощность, тяговое усилие, буксование и тяговый КПД.

Проходимость же трактора является важнейшей его агротехнической характеристикой, так как этот показатель существенно влияет на качество и сроки выполнения сельскохозяйственных работ, а в ряде условий эксплуатации определяет и возможность использования тракторов.

Проходимость трактора, т. е. способность передвигаться в различных условиях при выполнении сельскохозяйственных работ, зависит от создаваемого им давления на почву, дорожного просвета, радиуса горизонтальной проходимости, наибольшей величины местного препятствия, которое может преодолеть трактор, и устойчивости при работе на склонах [1]. В ряде случаев проходимость трактора зависит от сцепления движителей с почвой.

Увеличение давления на почву уменьшает проходимость трактора на рыхлом сминаемом грунте и одновременно резко увеличивает потери мощности на его передвижение [1]. Увеличение этих потерь вызывается тем, что возрастает глубина колеи, оставляемая трактором на почве, а значит, увеличивается работа на вертикальное прессование грунта [1].

Глубина колеи существенным образом сказывается на агротехнических показателях работы агрегатов. Глубокий след, оставляемый трактором па почве, приводит к неравномерности заделки семян по глубине, что обусловливает потери урожайности культур.

Основная часть

Перевозка с.-х. грузов по полям и проселочным дорогам часто приводит к застреванию прицепов в глубоких колеях, что требует больших затрат времени на их вытаскивание, даже в условиях наличия современной мобильной связи.

Анализ формул, устанавливающих зависимость между силой, напряжением и деформацией, показал, что наиболее полно основные закономерности процессов сжатия почвы отражены формулами, предложенными профессором В.В. Кацыгиным [1]:

(1)

где q – нормальное напряжение;

К₀ – коэффициент объемного смятия при скорости деформации, близкой к нулю;

P₀ –предел несущей способности при скорости деформации, близкой к нулю;

V₀ – скорость деформации;

с, m – эмпирические коэффициенты;

Н – вертикальная деформация.

Преобразовав зависимость (1) с учетом смещения почвы по кривой смятия получим

(2)

где Н– полная глубина погружения колеса;

h₀ – величина обратимой деформации;

h₁ – остаточная глубина колеи;

ν – коэффициент упругости почвы;

G_k – вертикальная нагрузка на колесо;

B, D – ширина и диаметр колеса.

Выражения (2) показывают, что на почвах с низким коэффициентом упругости глубина погружения колеса и остаточная глубина колеи прямо пропорциональна вертикальной нагрузке на колесо.

Известны некоторые устройства для повышения проходимости транспортных агрегатов, которые обеспечивают её за счет догрузки ведущей задней оси.

Вместе с тем, специальных устройств, которыми можно было бы оснащать колесные тракторы, работающие при перевозке грузов по бездорожью практически не известно, за исключением оснащения военных машин лебёдками.

Известно тягово-догружающее устройство колесных транспортных средств (рисунок 1) [2] при их агрегатировании с прицепами, содержащее жесткую силовую связь, соединяющую дышло прицепа со сцепным устройством трактора. Устройство (рисунок 1) выполнено в виде фланцевого полиспастного узла с подшипником кручения, установленного в срединной части торсионной направляющей оси, вваренной в дышло агрегатируемого прицепа и соединенного одной проушиной гибкой тросовой силовой связи через направляющий маховик со сцепным устройством буксирующего транспортного средства, а другой проушиной с догружающим силовым цилиндром, установленным на шаровой опоре на корпусе буксирующего транспортного средства.

Рисунок 1 — Тягово-догружающее устройство колесных транспортных средств:
а – схема тягово-догружающего устройства колесных транспортных средств при их агрегатировании с прицепами; б – профильный вид передней подвески прицепа с установленным тягово-догружающим устройством;
1– фланцевый полиспастный узел; 2 – подшипник кручения, 3 – срединная часть; 4 – торсионная направляющая ось; 5 – дышло; 6 – прицеп; 7 – проушина; 8 – гибкая тросовая силовая связь; 9 – направляющий маховик; 10 – сцепное устройство; 11 – буксирующее транспортное средство; 12 – другая проушина; 13 – догружающий силовой цилиндр; 14 – шаровая опора

Сотрудники Дальневосточного аграрного университета предложили тросопневматическое тягово-догружающее устройство прицепных систем колесных автопоездов (рисунок 2) выполненное в виде двух гибких тросовых силовых связей [3], одна их которых проушиной зафиксирована в болтовом узле крепления сцепного устройства прицепа, проходит через направляющие блоки, установленные на кронштейнах, расположенных на задней колесной оси, раме прицепа, и корректирующий талреп и установлена в фиксатор верхнего плеча вертикального кронштейно-шарнирного рычага, регулируемого пневморегулятором, которые закреплены на площадке в центре передней колесной оси прицепа. Другая тросовая силовая связь проушиной закреплена в средней части поперечины дышла прицепа, вблизи поворотных шарниров, проходит через вваренный в поперечину дышла прицепа направляющий блок с подшипником кручения и также зафиксирована в фиксаторе нижнего плеча вертикального кронштейно-шарнирного рычага, регулируемого пневморегулятором и передающего нагрузку прицепа на сцепное устройство и ведущие колеса буксирующего транспортного средства.

Рисунок 2 – Тросопневматическое тягово-догружающее устройство прицепных систем колесных автопоездов:
а – принципиальная схема тросопневматического тягово-догружающего устройства; б – профильный вид передней колесной оси прицепа с установленным тросопневматическим тягово-догружающим устройством прицепных систем колесных автопоездов.
1 – гибкая тросовая силовая связь; 2 – болтовой узел крепления сцепного устройства прицепа; 3 – прицеп; 4, 5 – направляющие блоки; 6 – задняя колесная ось; 7 – рама прицепа; 8 – корректирующий талреп; 9 – фиксатор; 10 – вертикальный кронштейно-шарнирный рычаг; 11 – пневморегулятор; 12 – площадка; 13 – тросовая силовая связь с проушиной; 14 – поперечина дышла прицепа; 15 – направляющий блок; 16 – подшипник кручения; 17 – фиксатор нижнего плеча вертикального кронштейно-шарнирного рычага; 18 – сцепное устройство; 19 – ведущие колеса буксирующего транспортного средства.

Известен автоматический корректор сцепного веса (рисунок 3) [4], выполненный в виде устанавливаемого на кронштейне, имеющем вид карданного шарнира с крестовиной, закрепленном на корпусе трактора выше его сцепного устройства, дополнительного гидроцилиндра, рабочей частью штока упирающегося в крепежный шарнир подвижного сочлененного дышла агрегатируемого прицепа и соединяемого с основной гидравлической системой трактора гидравлическими шлангами, датчики буксования и распределения усилий, автоматически регулирующие сцепной вес трактора и агрегата в зависимости от условий эксплуатации, установлены на ведущих колесах задней оси трактора.

Рисунок 3 – Автоматический корректор сцепного веса:
а – принципиальная схема автоматического корректора сцепного веса; б –автоматический корректор сцепного веса в работе;
1 – кронштейн; 2 – корпус трактора; 3 – сцепное устройство; 4 – дополнительный гидроцилиндр; 5 – рабочая часть штока гидроцилиндра; 6 – крепежный шарнир; 7 – подвижное сочлененное дышло; 8 – возвратная пружина; 9 – балка основного дышла прицепа; 10 – прицеп.

Существует буксирное устройство (рисунок 4) для повышения проходимости колесного трактора [5], шарнирно соединенного дышлом с двухосным прицепом, включающее гидронавесную систему трактора, датчик буксования ведущих колес, связанный с приводом золотника распределителя гидронавесной системы, согласно изобретению в гидросистему трактора включен силовой гидроцилиндр прицепа, который через систему рычагов связан с передней осью прицепа, а шарнирное соединение дышла с остовом прицепа выполнено с возможностью фиксирования.

Рисунок 4 – Буксирное устройство для повышения проходимости колесного трактора:
1 – прицепной крюк; 2 – дышло прицепа; 3 – прицеп; 4, 5 – шарнир; 6 – передняя ось прицепа; 7 – силовой гидроцилиндр; 8 – шток гидроцилиндра; 9 – рычаг; 10 – датчик буксования; 11 – гидрораспределитель; 12 – поршень гидроцилиндра; 13 – ось.

Так как расстояние от оси задних колес до гидрокрюка незначительное, то дополнительная вертикальная нагрузка, переносимая на гидрокрюк, создает малый опрокидывающий момент вокруг задней оси, который практически не оказывает влияние на сцепление передних колес трактора с почвой, сохраняя его управляемость и устойчивость.

Известно сцепное устройство для соединения колесного трактора с прицепом (рисунок 5) [6], содержащее жесткую силовую связь, соединяющую дышло прицепа с гидрокрюком трактора, и гибкую силовую связь, соединяющую поперечину нижних продольных тяг навески трактора с передней осью прицепа, снабжено дополнительной упругой силовой связью, включающей в себя пружину, зафиксированную на поперечине и связанную через соединительное звено и обратную связь с силовым регулятором, соединенным с гидроцилиндром, при этом поперечина кинематически соединена с датчиком, связанным через обратную связь с позиционным регулятором.

Рисунок 5 – Сцепное устройство:
а – общий вид колесного трактора с прицепом, оснащенного сцепным устройством; б – узел соединения гибкой силовой связи с поперечиной, устанавливаемой на нижние продольные тяги механизма навески трактора.
1 – дышло прицепа; 2 – прицеп; 3 – гидрокрюк; 4 – трактор; 5 – поперечина; 6 – нижние продольные тяги; 7 – трос; 8 – ролик; 9 – тяга; 10 – пружина; 11 – опорная шайба; 12 – гайка; 13 – соединительное звено; 14 – обратная связь; 15 – силовой регулятор; 16 – гидроцилиндр; 17 – рукоятка настройки; 18 – датчик; 19 – обратную связ.

Недостатком в работе всех известных устройств является то, что застрявшую в глубокой колее (грязи) прицепную машину не представляется возможным вытащить за счет догрузки заднего ведущего моста, создаваемой с их помощью, а также применимость их только к тракторным (автомобильным) прицепам.

Для обеспечения возможности автономного вытаскивания тракторных прицепных машин, застрявших в глубокой колее по весеннему и осеннему бездорожью предлагается буксировочное устройство (рисунок 6), содержащее жесткую силовую связь дышла прицепной машины с гидрокрюком заднего навесного устройства трактора, где дышло прицепной машины и остов трактора дополнительно соединены круглопрядильной стропой через самонаматывающий барабан и цанговый гидроуправляемый зажим.

Рисунок 6 – Буксировочное устройство:
1 – трактор; 2 – гидрокрюк; 3 – самонаматывающийся барабан; 4 – круглопрядильная стропа; 5 – цанговый гидроуправляемый зажим; 6 – прицепная машина с дышлом.

Устройство работает следующим образом. При полном буксовании ведущих колес трактора 1 и остановке агрегата, трактор отсоединяется от прицепной машины путем открытия гидрокрюка 2 навесного устройства. Отсоединенная прицепная машина 6 не создает тяговую нагрузку на крюке 2 трактора и он получает возможность проехать вперед на длину круглопрядильной стропы 4, которая разматывается из самонаматывающего барабана 3. Выехав на более твердое основание, с помощью гидросистемы трактора 1 выключается гидравлический цанговый зажим 5. При этом круглопрядильная стропа 4, соединенная одним концом с дышлом прицепной машины 6, соединяется с навеской трактора 1, который, продолжая движение, тянет за собой прицепную машину 6 и вытягивает ее из глубокой колеи на твердое основание. После выезда прицепной машины 6 из глубокой колеи трактор 1 соединяется с ней через гидрокрюк 2. Для этого включается цанговый зажим 5, трактор сдает задним ходом, круглопрядильная стропа 4 сама наматывается на барабан 3 и подъёмом гидрокрюка 2 обеспечивается жесткое соединение трактора с дышлом прицепной машины 6.

Заключение

Применение предлагаемого устройства позволит избежать длительных простоев тракторов с прицепами, застрявших в глубокой колее проселочной дороги или поля на почвах с низким коэффициентом упругости.

Список цитированных источников

1. Алексейчик, Н.А. Повышение проходимости сельскохозяйственных машин / Н.А. Алексейчик, Ю.В. Будько, Б.А. Терехов. –Минск : Ураджай, 1979. – 134 с.

2. Тягово-догружающее устройство колесных транспортных средств при их агрегатировании с прицепами: пат. RU2496674 МПК7 B62D53/04, B60D1/00, A01B59/04 / С.В. Щитов, Е. Е. Кузнецов, З.Ф. Кривуца, О.А. Кузнецова; заявитель Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный государственный аграрный университет»; опубл. 27.10.2013.

3. Тросопневматическое тягово-догружающее устройство прицепных систем колесных автопоездов: пат. RU2493018 МПК7 B62D53/04, B60D1/00, A01B59/04 / З.Ф. Кривуца, С.В. Щитов, Е. Е. Кузнецов, О.А. Кузнецова; заявитель Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный государственный аграрный университет».

4. Автоматический корректор сцепного веса для увеличения проходимости и повышения производительности колесных тракторов при их агрегатировании с прицепами: пат. RU2482974 МПК7 B62D53/04, B60D1/00, A01B59/04 / С.В. Щитов, Е. Е. Кузнецов; заявитель Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный государственный аграрный университет».

5. Устройство для повышения проходимости колесного трактора с двухосным прицепом: пат. RU2456194 МПК7 B62D53/04, B60D1/00, A01B59/04 / В.Д. Бурдыкин; заявитель Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Воронежский государственный аграрный университет имени К.Д. Глинки» (ФГОУ ВПО ВГАУ имени К.Д. Глинки).

6. Сцепное устройство для соединения трактора с прицепом: пат. RU2297938 МПК7 B62D53/04, B60D1/00, A01B59/04 / В.П. Гребнев, В. И. Панин, А.В. Ворохобин; заявитель Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Воронежский государственный аграрный университет имени К.Д. Глинки» (ФГОУ ВПО ВГАУ имени К.Д. Глинки). – 2005138232/11; заявл. 08.12.2005; опубл. 27.04.2007.