Проблемы срвременного сельскохозяйственного тракторостроения

ПРОБЛЕМЫ
СОВРЕМЕННОГО
СЕЛЬСКО
ХОЗЯЙСТВЕННОГО
ТРАКТОРОСТРОЕНИЯ
ПРОБЛЕМЫ
СОВРЕМЕННОЮ
СЕЛЬСКО
ХОЗЯЙСТВЕННОГО
ТРАКТОРОСТРОЕНИЯ
Допущено Главным управлением высшего и среднего сельскохозяйственного образования Министерства сельского хозяйства СССР в качестве учебного пособия для факультетов повышения квалификации руководящих кадров колхозов и совхозов и специалистов сельского хозяйства
МИНСК «ВЫШЭЙШАЯ ШКОЛА» 1983
ББК 39.34 П78
УДК 631.372:629.114.2.002(078)
Авторы: В. А. Скотников, А. А. Мащенский,
М. А. Разумовский, Л. К. Чучалин
Рецензенты: кафедра «Тракторы н автомобили» Челябинского института механизации и электрификации сельского хозяйства; В. Ф. Суханов, профессор, заведующий кафедрой «Тракторы н автомобили» Саратовского института механизации сельского хозяйства
Проблемы современного сельскохозяйственного П78 тракторостроения: [Учеб. пособие для фак. повышения квалификации руководящих кадров колхозов и совхозов и специалистов сел. хоз-ва/ В. А. Скотников, А. А. Мащенский, М. А. Разумовский, Л. К. Чучалин]. — Мн.: Выш. школа, 1983. — 208 с., ил.
В пер.: 60 к.
Повышение энергонасыщенности и скорости движения тракторов связано с необходимостью решения ряда проблем: созданием бесступенчатых и регулируемых передач, повышением сцепных свойств без увеличения массы трактора, автоматизацией управления трактором и др. В книге приводится теоретическое обоснование и основные пути решения этих проблем.
Пособие предназначено для слушателей факультетов повышения квалификации специалистов сельского хозяйства.
„ 3603030000—049    ББК 39.34
П М304(05)—83 99—83
Валерий Александрович Скотников, Александр Александрович Мащенский, Михаил Аркадьевич Разумовский, Леонид Климентьевич Чучалин
ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОГО СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ТРАКТОРОСТРОЕНИЯ
Зав. редакцией В. Г. Самарина. Редактор Э. Н. К а п р о в а. Мл. редактор А. П. Берлина. Худож. редактор Ю. С. С е р г а ч е в. Техн. редактор Г. М. Ромаячук. Корректор Л. А. Е р к о в и ч.
Сдано в набор 24.06.82. Подписано в печать 21.03.83. АТ 16053. Формат 84X108732. Бумага тип. № 3. Гарнитура литературная. Высокая печать. Уел. печ. л. 10,92. Уел. кр.-отт. 11,235. Уч.-изд. л. 12,97. Тираж 3500 экз. Зак. 2578.
Цена 60 коп.
Издательство «Вышэйшая школа» Государственного комитета БССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли. 220048. Минск, проспект
Машерова, 11.
Типография «Победа», г. Молодечно. 222310. ул. Тавлая, 11.
(©Издательство «Вышэйшая школа», 1983.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Научно-технический прогресс в современном тракторостроении характеризуется двумя главными взаимосвязанными тенденциями, способствующими значительному повышению производительности труда и снижению издержек производства в полеводстве, — увеличением энергонасы* щенности (мощности) и рабочих скоростей тракторов.
В предлагаемом учебном пособии излагаются соврв' менные тенденции в тракторостроении, вызвавшие появление ряда научно-технических проблем, противоречий, без разрешения которых невозможно повышение, производительности труда машинно-тракторных агрегатов. Это проблемы реализации мощности и скорости трактора, создания бесступенчатых и регулируемых передач, повышения агротехнической проходимости и тягово-сцепных свойств без увеличения массы агрегата, повышения надежности трактора и улучшения условий труда тракториста, автоматизации управления машинно-тракторным агрегатом.
В пособии излагаются объективные причины возникновения основных перечисленных проблем в современном тракторостроении, теоретически обосновываются некоторые пути их решения и даются отдельные технические решения.
Знание современных тенденций и проблем, теоретических возможностей и практических решений поможет правильно эксплуатировать тракторы и, в конечном итоге, обеспечить наибольшую эффективность использования новой техники.
Учебное пособие написано с учетом проблемного метода обучения и предназначено для слушателей факультетов повышения квалификации (ФПК) сельскохозяйственных вузов (руководящие кадры и инженерно-технические работники колхозов и совхозов, Госкомсельхозтехники, Гос-сельтехнадзора, преподаватели вузов, техникумов и профессионально-технических училищ).
В имеющихся учебных пособиях, как правило, материал излагается в традиционной форме (описание конструкции отвлеченного трактора — принцип работы элементов и механизмов — краткие теоретические сведения — основы расчета), отсутствует проблемный подход к изучаемым явлениям. Такое изложение учебного материала не учитывает уровня подготовки слушателей ФПК й не нацеливает их на активное решение проблем, поиск путей совершенствования конструкций современных тракторов и улучшения их использования. Учитывая, что проблемы современного сельскохозяйственного тракторостроения связаны с решением широкого круга задач самого различного направления, авторы остановились только на основных из них, имеющих наиболее важное значение.
Авторы выра&ают глубокую благодарность рецензентам: сотрудникам кафедры «Тракторы и автомобили» Челябинского института механизации и электрификации сельского хозяйства и профессору, заведующему кафедрой «Тракторы и автомобили» Саратовского института механизации сельского хозяйства В. Ф. Суханову за весьма ценные замечания при рецензировании учебного пособия, способствовавшие его значительному улучшению.
Главы 1, 6 и заключение написаны д-ром техн. наук, проф. В. А. Скотниковым и канд. техн. наук А. А. Мащен-ским, глава 3 — В. А. Скотниковым, главы 2, 4, 7 —
А. А. Мащенским, глава 5 — канд. техн. наук Л. К. Чуча-линым; параграф 5.3.7 — канд. техн. наук М. А. Разумовским.
А. А. Мащенский
Глава 1. РАЗВИТИЕ ТРАКТОРОСТРОЕНИЯ
1.1. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ
СЕЛ ЬСКОХОЗЯ ИСТВЕН НОГО ТРАКТОРОСТРОЕН ИЯ
Трактор (от лат. traho — тащу) был изобретен в XIX в. (1880 г.) русским механиком Федором Блиновым. Первый в ‘мире трактор имел паровой двигатель и гусеничный ход. Ввиду несовершенства конструкции (паросиловые установки были тяжелы, тихоходны и неэкономичны) трактор Блинова не получил распространения, но оказал большое влияние на развитие тракторостроения.
Первые тракторы предназначались для замены конной тяги и мускульной силы человека. Но из-за сезонности сельхозработ их стали использовать и на других работах: расчистке полей, рытье каналов, лесопилении и др. Это были тракторы с карбюраторным керосиновым двигателем внутреннего сгорания, работающим по циклу Отто.
Появление и использование тракторов вызвало увеличение производительности труда в сельском хозяйстве. Рост производительности труда произошел главным образом благодаря увеличению ширины захвата орудий, агре-гатируемых с трактором. Следует отметить, что сами орудия — плуги, бороны были той же конструкции, что и при конно-воловьей тяге.
Ученик Федора Блинова Я. В. Мамин в 1911 г. изготовил колесный трактор с дизелем мощностью 18,4 кВт («русский трактор»). В результате его испытаний и переделки появился трактор с двигателем мощностью 39,7 кВт. На Балаковоком заводе до 1914 г. было выпущено более 100 таких тракторов.
Кроме Балаковского, еще несколько заводов России, в том числе в Ростове-на-Дону, Харькове, Коломне, Брянске, приступили к производству тракторов. Перед Великой Октябрьской социалистической революцией в сельском хозяйстве страны было всего 165 тракторов.
В марте 1918 г. по указанию В. И. Ленина конструктор Я. В. Мамин был направлен за границу для закупки оборудования для строящегося в Саратовской области тракторного завода «Возрождение», на что в то трудное для страны время было выделено 100 тыс. руб. золотом. На этом заводе выпускались тракторы «Карлик» конструкции Я. В. Мамина с двигателем мощностью 8,8. кВт. Другие заводы небольшими сериями выпускали тракторы различных конструкций типа «Могул», «Коломенец-1» конструкции Е. Д. Львова.
Производство первых советских тракторов было мелкосерийным. На Петроградском заводе «Большевик» (1918 г.) выпускались гусеничные тракторы мощностью 15, 30 и 55 кВт, а на Коломенском, Брянском и Запорожском заводах — колесные мощностью 18... 22 кВт.
В. И. Ленин первый отметил не только техническое, rfo и политическое значение широкого применения тракторов, обратив внимание на то, что трактор как мощная и дорогая машина может быть эффективно использован только в условиях кооперативного сельского хозяйства. В марте 1919 г. на VIII съезде партии В. И. Ленин произнес широко известные слова: «Если бы мы могли дать завтра 100 тысяч первоклассных тракторов, снабдить их бензином, снабдить их машинистами (вы прекрасно знаете, что пока это — фантазия), то средний крестьянин сказал бы: «Я за коммунию (т. е. за коммунизм). Но для того, чтобы это сделать, надо сначала победить международную буржуазию, надо заставить ее дать нам эти тракторы, или же надо поднять нашу'производительность настолько, чтобы мы сами могли их доставить. Только так будет верно поставлен этот вопрос» [1.1, с. 204].
Революционизирующее техническое и экономическое значение тракторов, в деле перевода сельского хозяйства на социалистические рельсы также было подчеркнуто
В. И. Лениным: «Тракторы — важнейшее средство для радикальной ломки старого земледелия и для расширения запашек» [1.2, с. 112].
Разруха в стране после гражданской войны, необходимость быстрого подъема хозяйства и отсутствие Опыта крупнопромышленного производства тракторов- привели к необходимости использования зарубежного опыта. Специальная инженерно-техническая комиссия, работавшая по заданию В. И. Ленина, пришла к выводу, что Советской России следует иметь 200 тыс. тракторов мощностью 15 кВт. После испытания ряда зарубежных тракторов в условиях России было решено закупить у Форда колесный трактор «Фордзон» мощностью 15 кВт, провести эскизиро-вание его деталей и организовать производство на одном из заводов.
Этот трактор отличался простотой конструкции, был наиболее дешевым и совершенным (Форд начал его выпускать в 1917г.). Серийное производство трактора «Ф. П.» (Фордзон-Путиловец) было налажено на Путиловском (ныне Кировском) заводе в Ленинграде. В 1924 г. было выпущено 74 трактора, в 1925 г. — 422, а в 1931 г. — уже 32 тыс. тракторов. Таким образом, тракторостроение как отрасль промышленности родилось в нашей стране в 1924 г.
Опыт эксплуатации трактора «Ф. П.», ряда отечественных, колесных и гусеничных тракторов иностранного производства, разработка советскими учеными основ теории трактора, а .также результаты испытаний и исследований тракторов, проведенных в 1927 г. в Персиановке (под Ростовом-на-Дону), — все это позволило установить дальнейшие пути научно-технического прогресса в тракторостроении: создание тракторов с большей силой тяги, чем у «Ф. П.», и с большей надежностью в работе. Производство тракторов «Ф. П.» было прекращено в 1932 г.
Основной тенденцией совершенствования тракторов оставалось увеличение ширины захвата орудий, агрегатируе-мых с трактором. Требовались гусеничные и колесные тракторы с высокими тягово-сцепными свойствами. Выпуск тракторов был связан и с другой технической проблемой — увеличением надежности и долговечности деталей и механизмов. Решением этих проблем было создание и производство отечественных тракторов «Универсал», СТЗ-ХТЗ и С-60.
В 1930 г. были построены Сталинградский, а в 1931 г. Харьковский тракторныё заводы, которые приступили к выпуску колесного трактора СТЗ-ХТЗ мощностью 23,8 кВт и массой 3100 кг. В 1933 г. Челябинский тракторный завод приступил к выпуску гусеничного трактора С-60 мощностью 53 кВт и массой 9500 кг. На Путиловском (Кировском) заводе в 1934 г. был налажен выпуск трактора «Универсал-1» мощностью 16 кВт при массе 2050 кг. В результате уже в 1935 г. в СССР было выпущено 115 тыс. тракторов. Имелись три типа тракторов, которые положили начало трем тяговым классам: 9 кН («Ф. П.», «Универсал»), 14 кН (СТЗ-ХТЗ) и классу 60 кН (С-60).
Развитие тракторостроения в СССР в довоенные годы сдерживалось отсутствием в сельской местности дорог с твердым покрытием и растянутостью по времени посевных и пахотных работ. Ставился вопрос о преимущественном использовании гусеничных тракторов. Кроме того, обеспечение надежности, экономичности и простоты обслуживания было возможно только при замене карбюраторных, керосиновых двигателей дизельными.
Советские инженеры и ученые блестяще справились с этой задачей. В 1936—1937 гг. был создан и поставлен на серийное производство гусеничный тряктор АСХТЗ-НАТИ класса 30 кН мощностью 37 кВт (будущий ДТ-54), а также С-65 класса 60 кН мощностью 55 кВт и массой 4120 кг.
С последней модели в тракторостроении начался переход на дизельные двигатели.
Таким образом, к началу второй мировой войны в СССР эксплуатировались тракторы четырех тяговых классов. Тракторный парк страны в 1940 г. насчитывал 523 тыс. тракторов.
Великая Отечественная война приостановила развитие тракторостроения. В период 1941—1945 гг. было выпущено всего 39 тыс. тракторов. Это были тракторы класса 14 кН (СТЗ-ХТЗ), которые из-за нехватки дизельного топлива снабжались газогенераторной установкой, работающей на дровах, и специальной приставкой для подвода горючего газа к цилиндрам двигателя.
В 1944 г. был восстановлен Сталинградский, а в 1945 г. Харьковский тракторные заводы, которые продолжили выпуск гусеничных тракторов АСХТЗ-НАТИ. В 1949 г. этот трактор был модернизирован путем установки дизельного двигателя мощностью 40 кВт и получил новую марку ДТ-54.
В 1944 г. построенный на базе эвакуированного Харьковского тракторного завода (ХТЗ) Алтайский тракторный завод (АТЗ) начал выпускать трелевочные тракторы, а на вновь построенном Владимирском тракторном заводе в 1945 г. был начат выпуск колесных тракторов «Универсал». Липецкий тракторный завод (ЛТЗ) начал производство гусеничных тракторов КД-35. В 1946 г. Челябинский тракторный завод (ЧТЗ) наладил выпуск новой модели гусеничного трактора класса 60 кН — С-80 (мощность 66 кВт, масса 11400 кг). Благодаря этому уже в 1950 г. в СССР был достигнут довоенный уровень производства тракторов.
Однако в стране не хватало универсально-пропашных тракторов класса 14 кН (трактор СТЗ-ХТЗ был снят с производства в 1937 г. как устаревший), не было тракторов для работы в лесной промышленности, для обработки виноградников, свеклы, хлопка и др. В связи с этим было начато строительство Минского, Онежского тракторных и Харьковского тракторосборочного заводов. В 1953 г. на Минском тракторном заводе (МТЗ) был впервые выпущен колесный трактор класса 14 кН на пневмошинах «Беларусь» (МТЗ-1 и МТЗ-2) мощностью 27,7 кВт и массой 3200 кг. В 1951 г. началось производство самоходных шасси класса 6 кН на Харьковском тракторосборочном заводе. С 1958 г. Онежский завод стал выпускать трелевочные тракторы типа ТДТ.
Главной тенденцией в тракторостроении в период с 1945 по 1960 г. оставалось обеспечение повышения производительности путем увеличения захвата орудий, т. е. путем создания тракторов новых тяговых классов и улучшения тягово-сцепных свойств выпускаемых тракторов. Особое внимание уделялось повышению надежности и долговечности тракторов, унификации сборочных единиц, механизмов, модификаций тракторов, упрощению их технического обслуживания. Результаты эволюции отечественных тракторов к 1960 г. показаны в табл. 1.1.
Табл. 1.1. Развитие тракторостроения в СССР
Мощность
(кВт) и модель базовых тракторов
Тяговый класс, кН
17,6...20,6
(У-2, У-3, У-4)
(Т-40АМ)
27 2 (МТЗ-2)
(МТЗ-50)
(МТЗ-80)
(ДТ-75М)
110.3 (Т-150)
121.3 (Т-150К)
95,6; 117,6 (Т-100М)
(ДЭТ-250)
Годовой выпуск всех моделей, шт.
115 тыс.
20 тыс.
150 тыс.
330 тыс.
531 тыс.
К 1960 г. в СССР численность сельского населения стала равна численности городского и продолжала уменьшаться. Число же тракторов непрерывно увеличивалось. К этому же периоду возможности роста производительности тракторов путем увеличения их массы и ширины захвата орудий резко сократились: габариты машин стали такими, что дальнейшее их увеличение было нецелесообразным из-за снижения КПД, качества работы и других факторов.
В СССР, например, остались нереализованными тракторы класса 40 кН, которые позволяли повысить производительность путем увеличения захвата орудий. Начиная с 1960 г., во всем мире основным направлением увеличения производительности труда становится рост рабочих скоростей тракторов и сельскохозяйственных машин. Поэтому в период с 1960 по 1965 г. создаются тракторы всех тяговых классов с двигателями повышенной, мощности (табл.
1.1, 1964 г.), работающие соответственно на повышенных скоростях движения (в пределах 5...9 км/ч), — первое поколение скоростных тракторов.
В 1971 г. промышленность приступила к серийному производству второго поколения скоростных (9...15 км/ч) тракторов (табл. 1.1, 1974 г.), обеспечивающих увеличение производительности в 1,5 раза против агрегатов со скоростными тракторами первого поколения. Номенклатура современных тракторов десяти тяговых классов приведена в табл. 1.2.
Табл. 1.2. Номенклатура серийно выпускаемых отечественных тракторов (по состоянию на 1982 г.)
Предприятие-
изготовитель
Модель
класс,
базовая
модификации
Кутаисский завод малогабаритных тракторов
Т-16ММЧ; Т-16МТ (модификации Т-16М)
Харьковский завод тракторных самоходных шасси (ХЗТСШ)
ПО «Владимирский тракторный завод»
Ташкентский тракторный завод
Т-28Х4М;
МТЗ-80Х
Липецкий тракторный завод
Т-40АМ;
Т-40АНМ
Окончание
ПО «Южный машиностроительный завод» (ЮМЗ) -
ЮМЗ-6АМ/6АЛ
ПО «Минский трак
МТЗ-80/80Л
МТЗ-82/82Л;
торный завод»
МТЗ-50/50Л
МТЗ-82Н/82НЛ;
МТЗ-52/52Л
Кишиневский тракторный завод (КТЗ)
Т-70С (мод. МТЗ-80)
Павлодарский тракторный заво/Г
ДТ-75М «Казахстан»; К-701П
ПО «Волгоградский
ДТ-75В/75МВ;
ДТ-75К°;
тракторный завод» (ВГТЗ)
ПО «Харьковский тракторный завод»
ДТ-75БВ
Т-150; Т-74
Т-150К; Т-158; Т-157
Онежский тракторный завод
ТДТ-55А
ТБ-1; ЛХТ-55
ПО «Алтайский тракторный завод»
Т-4А (сельскохозяйственный)
Т-4АП2; ТТ-4
ПО «Кировский завод» (ЛКЗ)
К-700А; К-703
ПО «Челябинский тракторный завод»
Т-130.1.Г-1
Т-130.1.Г-3
ДЭТ-250М
ПО «Брянский автомобильный завод»
Чебоксарский завод промышленных тракторов
Примечание. Буквы после цифр означают тип выполняемых работ: Ч — на чайных плантациях; Т — w теплицах и на транспорте; К — хлопководческий; Н — низкоклиренсный; А — колесная формула 4X4; Л—с пусковым двигателем; С — свекловичный; К® — круто-склонный; Б — болотоходный.
Об изменении энергонасыщенности сельскохозяйственных тракторов дают представление экспонаты ежегодного Парижского агросалона. Так, если в 1966 г. тракторы мощностью до 36 кВт составляли 69%, 36...47 кВт — 25%,
47....58 кВт — 5% и 58 кВт — 1%, то уже в 1978 г. аналогичных по мощности тракторов было представлено соответственно 21, 21, 19 и 18%, тракторов мощностью 73...88 кВт — 10%, 88...102 кВт — 4% и свыше 102 кВт — 7,%-
Таким образом, научно-технический прогресс в современном тракторостроении характеризуется двумя главными взаимосвязанными тенденциями: увеличением энергонасыщенности (мощности); ростом рабочих скоростей движения тракторов.
Наиболее трудными и важными на пути решения этих проблем являются задачи: реализации мощности и скорости тракторов; повышения тягово-сцепных свойств движителей тракторов и агротехнической проходимости; создания бесступенчатых и регулируемых силовых передач трактора с разрывом и без разрыва потока мощности; улучшения условий труда тракториста; автоматизации управления агрегатом; обеспечения надежности тракторов.
Еще большее развитие получают такие направления, как создание равнопрочных и долговечных деталей, широкая унификация сборочных единиц тракторов и упрощение технического обслуживания. Этими проблемами в нашей стране наряду с учеными и НИИ занимаются 17 тракторных заводов и промышленных объединений. Эти специализированные предприятия в соответствии с типажом (минимально необходимый, экономически и технически обоснованный ряд тракторов) выпускают серийно 44 модели тракторов мощностью 18...238 кВт, в том числе 19 базовых и 25 модификаций.
Типоразмерный ряд базовых моделей состоит из универсально-пропашных (классов от 6 до 20 кН), сельскохозяйственных (пахотных) общего назначения (классов 30, 40, 50 кН), лесопромышлейных (классов 30 и 40 кН) и промышленных (классов 100 кН и более) тракторов.
Готовятся к серийному производству новые современные тракторы, в том числе тягового класса 20 кН (табл. 1.3). В 11-й пятилетке предполагается расширить типоразмерный ряд тракторов до 60...65 моделей и довести мощность тракторных двигателей на отдельных моделях до 370 кВт. Начнется серийное производство гусеничных тракторов мощностью 185...259 кВт на Чебоксарском заводе промышленных тракторов (ЧЗПТ), колесных тракторов мощностью 368 кВт в производственном объединении «Кировский завод».
Новые типы тракторов разрабатываются с учетом всего комплекса агротехнических требований и обеспечения комплексной механизации сельскохозяйственного производства применительно к условиям и природным особенностям разных зон нашей страны. Современный трактор может агрега-тироваться с широкозахватными почвообрабатывающими и посевными устройствами, двигаться на высоких скоростях (до 40км/ч). К 1990г. производительность машинно-тракторных агрегатов (МТА) должна возрасти в 1,5...2 раза благодаря увеличению скоростей, ширины захвата, совмещению операций, а также сокращению потерь рабочего времени и автоматизации управления МТА.
Табл. 1.3. Краткие технические характеристики современных и перспективных отечественных тракторов
Движитель
Двигатель (четырехтактный дизель)
Скорость
класс,
Модель
Завод-
изгото
витель
база»
колес
модель
ность,
частота вращения, мин “1
охлаждение
чество
ред/на
передви
жения
макси
мальная,
Масса
конст
рукции,
Колесный
Рядный
Воздушное
Жидкост
V-образ-
Воздушное
Г усенич-ный
Рядный
Жидкост
Гусенич
Колесный
Гусенич
Колесный
Рядный
Жидкост
V-ббраз-
ступен
чатая
Рядный
V-образ
Окончание
Г усенич-ный
Рядный
V-образ
Гусенич
V-образ
Жидкост
чатая
Воздушное
Примечание. Выпускаются серийно малогабаритное тракторы (мотоблоки) тягового класса 2 кН: «Риони-2» Кутаисским заводом малогабаритных тракторов (мощность двигателя 2 кВт); МТЗ-0,5 — Минским тракторным заводЪм (мощность двигателя 3,7 кВт).
«Мы ставим своей задачей в будущей пятилетке, — сказал Л. И. Брежнев в докладе «О дальнейшем развитии сельского хозяйства СССР» на Пленуме ЦК КПСС в июле 1978 г., — завершить комплексную механизацию возделывания всех важнейших сельскохозяйственных культур и гораздо выше поднять уровень механизации животноводства. В этих целях следует и в дальнейшем всемерно увеличивать поставки сельскому хозяйству тракторов, грузовых автомобилей, комбайнов и всех других сельскохозяйственных машин. Производство тракторов и грузовых автомобилей у нас растет и сельское хозяйство должно получать весомую долю этого прироста.
... Серьезно отстает выпуск необходимого шлейфа машин для загрузки тракторов и внедрения в производство новых технологий. Поэтому в планах на оставшиеся годы этой пятилетки и на 1981—1985 годы надо предусмотреть ряд крупных мер по повышению технического уровня сельскохозяйственного машиностроения.
Речь идет прежде всего о структуре производства тракторов. Имеется в виду обеспечить поставку колхозам и совхозам наиболее эффективных энергонасыщенных тракторов с необходимым набором навесных и прицепных машин и орудий. Большое значение в связи с этим мы придаем ускорению реконструкции Волгоградского, Павлодарского, Липецкого тракторных заводов» [1.3, с. 12... 13].
«В новой пятилетке надо, просто необходимо, — подчеркнул Л. И. Брежнев в речи на Октябрьском Пленуме ЦК КПСС (1980 г.), — создать и начать выпуск такого пропашного трактора и такого зернового комбайна, которые по своим характеристикам отвечали бы самым высоким современным требованиям. Это позволило бы сделать крупный шаг вперед в повышении эффективности сельского хозяйства».
Как видим, в области сельскохозяйственного тракторостроения Коммунистической партией и правительством нашей страны поставлены большие и ответственные конкретные задачи. Главный вопрос любого производства — это вопрос о производительности труда. Опыт эксплуатации техники и исследования экономистов показывают, что рост производительности труда зависит на 3/4 от уровня и состояния техники и на 1/4 от организационных и прочих факторов. Поэтому прежде всего необходимо заботиться об ускорении научно-технического прогресса, совершенствовании конструкций тракторов при одновременном росте их количественных и качественных показателей.
1.2. ПРОИЗВОДСТВО И ПАРК ТРАКТОРОВ В СТРАНАХ — ЧЛЕНАХ СЭВ И РАЗВИТЫХ КАПИТАЛИСТИЧЕСКИХ СТРАНАХ
Производство тракторов в социалистических странах характеризуется устойчивой тенденцией роста их выпуска в соответствии с программой интеграции. За период с 1960 по 1980 г. производство тракторов в странах СЭВ и Югославии выросло в 2,6 раза, в то время как в развитых капиталистических странах всего в 1,5 раза.
Производство, экспорт и парк тракторов в сельском хозяйстве некоторых стран мира характеризуются показателями, приведенными в табл. 1.4 [1.4; 1.5].
Табл. 1.4. Основные показатели тракторного парка
Страна
Производство тракторов, тыс. шт.
Экспорт тракторов в 1977 г., тыс. шт.
Парк тракторов в сельском хозяйстве на конец 1977 г.
Средняя мощность трактора в парке в 1977 г., кВт
Количество тракторов на 100 га пашни, шт.
среднегодовое за период с 1960 по 1980 г.
Англия
Франция
Италия
Япония
Примечание. *) Данные за 1976 г. •*) Данные за 1974 г. ***) Данные за 1979 г. ♦***) Данные за 1975 г.
На рубеже 60—70-х гг. в сельском хозяйстве мира работало более 15 млн. тракторов, в 1982 г- — 26 млн. тракторов. При площади пахоты свыше 1.25 млрд. га на 100 га пахоты приходилось примерно 1,2 трактора, в 1982 г. — 2,1 трактора. Этим показателем часто характеризуется развитие механизации сельского хозяйства отдельных государств и регионов.
Из табл. 1.4 видна неравномерность насыщенности тракторами по отдельным странам. Однако еще большую неравномерность этого .показателя имеют регионы так называемого третьего мира. Наиболее высокие значения (16,7 трактора на 100 га пашни) этот показатель имеет в ФРГ, а в целом для таких континентов, как Африка, Латинская Америка и Азия, он равен соответственно 0,6; 0,57 и 0,11 трактора на 100 га пашни [1.5].
Однако этот показатель определяет только количественную, а не качественную сторону механизации. Если рассматривать качественную сторону механизации, т. е. такой показатель, как средняя мощность трактора, то он в странах СЭВ в 1,5...2 раза превосходит аналогичный показатель в наиболее развитых капиталистических странах. Рост средней мощности трактора в странах СЭВ обусловлен концентрацией и специализацией сельскохозяйст-. венного производства в целях увеличения выпуска сельскохозяйственной продукции, повышением производительности труда, рационализацией технологических процессов.
По сравнению с капиталистическими странами у стран СЭВ лучше и второй качественный показатель тракторного парка — срок использования. Средний возраст трактора в странах СЭВ — 4,6...7 лет. В странах Запада этот показатель составляет 7... 12 лет с тенденцией к увеличению.
Следует отметить также и еще одну качественную сторону тракторного парка стран — членов СЭВ, а именно их высокую экономичность и тягово-сцепные свойства. Так, в результате испытаний в штате Небраска (США) новых советских тракторов T-150K и К-701 установлено следующее [1.6]. Двигатель СМД-62 трактора T-150K показал самые высокие результаты по среднему удельному расходу топлива [296 г/(кВт-ч)] в сравнении с другими двигателями той же мощности [322...347 г/(кВт-ч)], в том числе с двигателем трактора «Deutz» ДХ-160, считавшимся чемпионом по экономичности. Средняя экономичность двигателя трактора К-701 [291 г/(кВт-ч)] также значительно выше, чем у других тракторов этой же мощности [299...339 г/(кВт-ч)].
На подавляющем большинстве испытанных тракторов ведущих зарубежных фирм установлены сдвоенные шины. Тракторы T-150K и К-701 снабжены одинарными шинами. Несмотря на это, тракторы в своем тяговом классе имели лучшие показатели по тяге — самые высокие тяговые усилия (соответственно 86 и 137,2 кН) — и коэффициенту
использования сцепного веса (0,97 и 0,95) при буксовании, меньшем на 1,5...2%. Аналогичные результаты получены и при испытании в штате Небраска трактора МТЗ-80.
При разработке новых конструкций тракторов зарубежные фирмы и отечественные тракторные заводы в ос* новном сохраняют или улучшают традиционную классическую компоновку, для того чтобы сохранить преемственность производства. Конструктивные решения по улучшению традиционных компоновочных схем при разработке новых моделей тракторов направлены на улучшение тягово-сцепных свойств, проходимости, условий труда и безопасности водителя, универсальности использования, маневренности.
Тракторы большой мощности создаются, как Правило, на базе существующих апробированных сборочных единиц и агрегатов по двум основным направлениям: масштабным увеличением параметров без изменения существующей компоновки трактора; модульным сочленением двух или более автономных секций, каждая из которых представляет систему двигатель — силовая передача — ведущая ось.
Универсальность тракторов достигается путем установки фронтальной навесной системы; установки переднего ВОМ, реверсивного рулевого управления; размещения поста управления в средней или передней части трактора; установки управления всеми колесами на тракторах с двумя ведущими осями и одинаковыми по размеру колесами.
1.3. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ
К СОВРЕМЕННОМУ ТРАКТОРУ
Современные тракторы работают с широким шлейфом сельскохозяйственных машин (до 260 машин). Разнообразны и условия их эксплуатации. Поэтому трактор должен обладать следующими важнейшими эксплуатационными качествами.
1. Технико-экономические качества. К ним прежде всего относятся производительность и экономичность. Производительность сельскохозяйственных машин зависит от ширины захвата и скорости движения трактора, т. е. от тяговых и скоростных качеств, а также от конструктивных и эксплуатационных факторов. Экономичность трактора определяется себестоимостью выполняемых работ и зависит от расхода топлива, смазочных материалов и их стоимости, расходов на техническое обслуживание и ремонт, срока службы деталей и других факторов. При этом топливная экономичность зависит, например, от удельного расхода топлива двигателей при различных режимах работы, от потерь, возникающих при движении трактора, от подбора передач и других конструктивных и эксплуатационных факторов.
2.    Качества, присущие трактору как мобильной машине. Это прежде всего управляемость и безопасность движения. Возможность их удовлетворения зависит от конструктивных особенностей трактора — от поворачиваемости, тормозных качеств и плавности хода.
3.    Общетехнические качества. К ним относятся прочность й надежность, удобство технического обслуживания и ремонта.
4.    Специальные эксплуатационные качества. Это прежде всего агротехнические, которые определяют приспособленность трактора к технологическим требованиям сельскохозяйственного производства.
ЛИТЕРАТУРА
1.1.    Ленин В. И. Доклад о работе в деревне 23 марта. — Поли, собр. соч., т. 38, с. 187—205.
1.2.    Ленин В. И. Доклад о концессиях на фракции РКП (б) VIII съезда Советов 21 декабря. — Поли. собр. соч., т. 42, с. 91—117.
1.3.    Брежнев Л. И. О дальнейшем развитии сельского хозяйства СССР: Докл. на Пленуме ЦК КПСС 3 июля 1978 г. — М.: Политиздат, 1978. — 64 с.
1.4.    Либцис С. Е., Парфенов А. П. Тракторы стран — членов СЭВ. — Тракторы и сельхозмашины, 1980, № I, с. 34—38.
1.5.    Парфенов А. П. Тракторостроение за рубежом. Тракторы и сельскохозяйственные машины и орудия: Серия «Итоги науки и техники». — М.: ВИНИТИ, 1979, т. 2. — 108 с.
1.6.    Хрулькевич О. А. Сертификатные испытания советских тракторов К-701 и Т-150К в университете штата Небраска. — Тракторы и сельхозмашины, 1980, № 8, с. 33—36.
Глава 2. РЕАЛИЗАЦИЯ ЭФФЕКТИВНОЙ МОЩНОСТИ И СКОРОСТИ ТРАКТОРА
2.1. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА СОПРОТИВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЮ ТРАКТОРА
Повышение единичной мощности трактора — основной источник роста производительности МТА и энерговооруженности полеводства. При этом главная трудность состоит не в создании трактора с высокой единичной мощностью, а в рациональном использовании этой мощности.
Чрез
Рис. 2.1. Схема сил, действующих на МТА с рабочими органами: а — пассивного типа; б — активного типа
Для процессов, выполняемых машинно-тракторным агрегатом «трактор — сельскохозяйственное орудие» по принципу тяги, в общем случае неустановившегося движения уравнение тягового баланса трактора имеет вид (рис. P*=Pf+PfH ±Pi+P"+R*±G sina±GHsina, (2.1) где-Р* — касательная сила тяги, развиваемая движителями трактора, Н; Pi, PfH — сила сопротивления движению соответственно трактора и сельскохозяйственного орудия, Н; Pi — сила инерции, возникающая вследствие неравномерности прямолинейно-поступательного движения, Н; Р*> — сила лобового сопротивления воздуха, Н; Rx — технологическое сопротивление, создаваемое агрега-тируемой машиной или орудием, Н; G, G„ — вес трактора и сельскохозяйственного орудия, Н; a — угол уклона местности. Учитывая, что Pi=fG cosa и Р/ц=^нОн cosa, где f,fH — соответственно коэффициенты сопротивления качению для трактора и орудия, приведенное сопротивление местности Pq=G(f cosa± sina) + GH (f„ cosa ± sina). При малых уклонах местности cosa=l, а sina=t. P+=G(f±i) + GH(f»±i)> где i — уклон местности, %о. Силы инерционного сопротивления где g — ускорение свободного падения, м/с2; б Вр.т, Ь вр.я — соответственно коэффициенты учета вращающихся масс трактора и орудия; dv/dt — изменение скорости движения v за время t Сила лобового сопротивления воздуха Р„=kwFv2, где k» — коэффициент сопротивления воздуха, равный 0,5...0,7 Н-с2/м4; F — площадь лобовой поверхности, м2. Коэффициент бвр зависит от моментов инерции вращающихся масс, передаточного числа и механического КПД силовой передачи, радиуса качения колес, массы орудия и трактора. При установившемся движении Р/=0. Пренебрегая сопротивлением воздуха (учитывается при скоростях движения свыше 15 м/с (50 км/ч)), получаем Р* — Р^-\- R‘-^.P сц» или
Р*=Р$+R* <■ GK<f, где Рсц — сила сцепления с грунтом; X — коэффициент нагрузки ведущих колес, для гусеничных и колесных тракторов 4X4 равен 1, а для колесных тракторов 4X2 — 0,75...0,8; ф — коэффициент сцепления движителя с почвой. Табл. 2.1. Энергетические показатели сельскохозяйственных машин и орудий при обработке средних почв по принципу тяги Модель сельскохозяйственной машины или орудия Технологическое сопротивление, кН Тяговая мощность, кВт , Трактор для агрегатирования Вид работы захвата Ь, м Скорость движения, м/с класс, модель Пахота на глубину: 18...20 см Плуг ПЛН-3-35+звено бороны БЗТС-1 или кольчато-шпо-ровый каток 8,3... 12,5 19,7...34,8 20...22 см Плуг ПТК-9-35 24,5...38,2 66,1...108,9 Плуг ПН-8-35+3 звена бо 21,5...33,4 50,7...93,5 22...25 см роны БЗТС-1 Плуг ПЛП-6-35+3 звена БЗТС-1 или каток с захватом 2,3 м Плуг ПЛП-6-35 19,2...30,5 44,2...77,7 Т-150/150К 18,4...28,9 51,5...93,9 28...30 см Плуг ПЛП-6-35 22,5...34,7 60,8... 100,6 ДТ-75С; Лущение стерни на глубину: 4... 10 см Лущильник ЛДТ-5 24Д..ЗЗ Т-150К МТЗ-80/82 Лемешный лущильник 43,2...67,2 Т-150/150К ППЛ-10-25 Лущильник ЛД-20 79,2... 110 10...12 см ППЛ-10-25 (задняя сек 24,0...39,6 МТЗ-80/82 ция)+2 звена бороны БЗСС-1 Сплошная культивация почвы на глубину 10... 12 см Культиватор КПГ-4
Культиватор КПС-4+4 зве на БЗСС-1 Сцепка СП-11 +два КПС-4 (2 КПГ-4+8 БЗСС-1) Сцепка СП-16+четыре КПС-4+шестнадцать БЗСС-1 Сцепка СП-16+четыре КПС-4+шестнадцать БЗСС-1 Сцепка СП-11+два КПС-4+ +восемь БЗСС-1 Борона дисковая    БД-10 Дискование на глубину 10... 12 см Боронование
Борона дисковая    БДТ-7 Борона дисковая    БДТ-7 (4 секции) Сцепка СГ-21+18 звеньев борон БЗСС-1 Сцепка СГ-21 + 12 звеньев БЗСС-1 Сцепка СГ-21+21 звено БЗСС-1 Сцепка СГ-21+25 звеньев БЗСС-1 Продолжение 2,4 ...2,8 19,2...25,2 МТЗ-80/82 2,1 ...2,8 9,6... 10,5 МТЗ-80/82 2,5 ...2,7 51,8...56,7 Т-150/150К 2,1 ...2,4 38,8...42,9 81,5... 103 2,5 ...2,7 38,8...42,9 .97 ...115,8 2,4 ...2,8 20,8...25,6 50 ...71,7 2,8 ...3,2 70 ...102,4 3,2 ...3,7 70,4...96,2 1,7 ...2,5 10 ...13,5 17 ...33,8 МТЗ-80/82 21 ...31,5 МТЗ-80/82 Т-150/150К Прикатывание СГ-21+2 кольчато-шпоровьгх катка ЗККШ-6+1 отдельный каток СГ-21+2 катка ЗКВГ-1,4+ +отдельный каток СГ-21+3 катка ЗКВГ-1,4+ +2 отдельных катка СГ-21+три ЗККШ-6+2 отдельных звена Посев зерновых Сцепка СП-11+2 сеялки СЗУ-3,6 или СЗ-3,6 Сцепка СП-11+три СЗУ-3,6 (три СЗП-3,6, шеренговое соединение) Сцепка СП-16+пять СЗП-3,6 Сцепка СП-11+три СЗУ-3,6 Окончание 9,5... 13,5 16,2...40,5 МТЗ-80/82 2,2*...2,5 15,4...38,5 МТЗ-80/82 9,5... 15,5 14,2...40,3 МТЗ-80/82 Т-150/150К МТЗ-80/82 Т-150/150К 81 ...101,5 в
Таким образом, сопротивление движению трактора определяется в основном технологическим сопротивлением на рабочем органе агрегатируемой машины или орудия. Технологическое сопротивление зависит от многих факторов. Из формул, предложенных для определения технологического сопротивления плуга [2.2] и удельного сопротивления фрезерованию К (Н/см2) для активных рабочих органов [2.4] Rt=\iGH-\-kiab + ^obv2,    (2.2) -£-]мА. видно, что Rx и К зависят от физико-механических свойств разрабатываемых почв (коэффициента трения почвы о материал рабочего органа ц; коэффициента kt удельного сопротивления почвы; коэффициента £, характеризующего инерционные свойства почвы; твердости Я и удельного веса у почвы; ширины захвата (ширины разрабатываемого вруба) Ь\ глубины разработки почвы (толщины фрезеруемой стружки) а; скорости v движения орудия пассивного типа (скорости резания vp для фрез); геометрических и кинематических параметров орудия — угла резания, типа режущих элементов и способа деблокирования стружки, учитываемых соответственно коэффициентами k в , kT, Лд и коэффициентами А\, Аь т, и, i. Так как для большинства технологических сельскохозяйственных операций глубина обработки а определяется агротехническими требованиями и практически постоянна (изменяется в незначительных пределах, как и другие факторы, учитывающие параметры конкретного орудия), то наибольшее влияние на технологическое (а, следовательно, и тяговое) сопротивление оказывают ширина захвата и скорость движения орудия (технологическое сопротивление пропорционально квадрату скорости). Технологическое тяговое сопротивление, как видно из табл. 2.1, может изменяться в широких пределах. Так, увеличение ширины захвата лущильника с 10 до 20 м (при постоянной рабочей скорости и глубине обработки) приводит к увеличению технологического тягового сопротивления в 1,8...2 раза, для агрегатирования требуются тракторы с различной силой тяги на крюке, т. е. различных тяговых классов. Путем увеличения ширины захвата при сохранении скорости движения на основных операциях на уровне скорости конно-воловьей тяги на протяжении многих лет достигалось повышение производительности агрегатов. Для работы с широкозахватными агрегатами создавались более мощные и тяжелые тракторы, развивающие большие тяговые усилия. Однако дальнейшее увеличение ширины захвата привело к возрастанию массы как рабочих машин, так и тракторов, а также к ухудшению маневренности агрегатов и снижению коэффициента использования времени смены. Кроме того, увеличение ширины захвата ограничивает применение навесных орудий, имеющих ряд преимуществ перед прицепными. Рис. 2.2. Зависимость производительности П МТА от ширины захвата Ь: 1 — пахота; 2 — посев зерновых; 3 — культивация сплошная; 4 — боронование зубовое
Рис. 2.3. Динамическая характеристика трактора Т-130Б (спец-шасси) в агрегате: а — с плужным каналокопателем КМ-1400; б — с двухфрезерным каналокопателем ЭТР-125 (ЭТР-172)
Как видно из рис. 2.2, построенного по данным НАТИ и ВМСХОМ [2.8], с ростом ширины захвата производительность агрегатов увеличивается до определенных пределов, а затем начинает уменьшаться. С ростом энергонасыщенности возникло явление «убывающей эффективности», заключающееся в том, что повышение производительности отстает от прироста мощности двигателей тракторов. По мере увеличения абсолютной мощности тракторного двигателя разница в приросте мощности и производительности возрастает.
Поэтому академиками В. П. Горячкиным, В. Н. Бол-тинским было обосновано направление повышения производительности МТА путем увеличения рабочих скоростей движения. Увеличение скоростей способствовало также более рациональному использованию мощности энергонасыщенных тракторов. Современные сельскохозяйственные орудия работают, как правило, на скоростях 2...3.5 м/с и имеют значительную (до 20 м и более) ширину захвата, что привело к резкому увеличению тягового сопротивления движению и появлению нового поколения скоростных энергонасыщенных тракторов с увеличенной номинальной силой тяги на крюке. В последнее время создаются, например, пропашные сельскохозяйственные тракторы класса 20 кН, не имеющие аналогов в мировой и отечественной практике тракторостроения (МТЗ-142, ЛТЗ-145). Повышение сопротивления движению трактора связано и с увеличением массы МТА, а также уплотнением почв движителями тракторов и сельскохозяйственных машин. О характере изменения технологического тягового сопротивления сельскохозяйственных орудий с изменением скорости движения можно судить по рис. 2.3. Скорость движения определяет и энергетические показатели. Так, увеличение скорости движения плуга ПН-3-3,5 в 1,36 раза приводит к росту мощности двигателя с 29,4 до 43,7 кВт, т. е. в 1,5 раза. Выбор скорости движения и ширины захвата должен соответствовать условиям работы, обеспечивать агротехнические требования и способствовать достижению наивысшей производительности при минимальных затратах на выполнение единицы работы. Отсюда вытекает ряд дополнительных требований к трактору: повышения тягово-сцепных свойств, энергоемкости, грузоподъемности навесной системы; наличия свободного пространства на раме трактора для установки технологических емкостей; наличия системы управления и контроля сцепкой (перевод в транспортное положение); облегчения управления МТА, а в отдельных случаях автоматизации управления; улучшения условий труда тракториста путем обеспечения плавности хода, шумо- и термоизоляции. Тенденция к увеличению ширины захвата и рабочих скоростей движения требует применения более тяжелых и мощных тракторов с увеличенным тяговым усилием и повышенным уплотнением почвы. Динамика изменения тягового усилия показана на примере тракторов шести фирм США и Канады (табл. 2.2) [2.6]. Табл. 2.2. Динамика изменения тягового усилия тракторов Фирма-изготовитель Диапазон тяговых усилий, кН Аллис-Чалмерс 20,7 ...71,16 20,7 ...91,5 20,4 ...80,37 22,84...81,77 23,2 ...119,5 Джон Дир 19,26...67,72 19,26... 102 21 ...119,8 Форд Мотор 20,17...63,37 19 ...55,28 И,93...120 Интернэшнл Харвестер 16,06...88 16,06... 104,82 16,4 ...126,82 Массеу-Фергю- 15,62...64 19,06...83,5 16,83...85,08 Характер зависимости массы и удельной материалоемкости <7УД от мощности двигателя Ne показан на рис. 2.4. Повышение мощности и реализация ее через тягу связаны с увеличением массы трактора- Этот процесс при сохранении ширины междурядий пропашных культур приводит к изменению структуры почвы за счет повышенных давлений на нее (площадь опорной поверхности остается примерно постоянной). Рис. 2.4. Зависимость массы G и удельной материалоемкости дул = = G/Ne колесных универсальнопропашных тракторов (схема .4X2) от мощности Ne
Решение возникших проблем, вызванных требованиями повышения производительности сельскохозяйственных агрегатов, связано прежде всего с поиском путей уменьшения тягового сопротивления машин и орудий. 2.2. ПУТИ УМЕНЬШЕНИЯ СИЛ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ Итак, на сопротивление движению машинно-тракторного агрегата влияют как конструктивные, так и эксплуатационные его параметры. Уменьшая моменты инерции вращающихся масс силовой передачи, снижая механические потери при передаче мощности, увеличивая диаметр ведущих колес, уменьшая передаточные числа силовой передачи и массу агрегата, снижая скорости движения, уменьшая ширину захвата орудий, можно уменьшить сопротивление движению. Но при снижении скорости движения и ширины захвата прямо пропорционально снижается производительность сельскохозяйственных машин. А рост ширины захвата орудий и энергонасыщенности тракторов также не позволяет снизить массу агрегата и удельные нагрузки на грунт. Препятствием для применения тяжелых тракторов на пропашных работах являются ограничения, обусловленные шириной междурядий и определяемые связью междурядье — масса трактора — тяговое усилие. Перечисленные противоречия доказали необходимость передачи части энергии от двигателя к исполнительным органам через вал отбора мощности (ВОМ). Все это привело к появлению сельскохозяйственных машин активного и комбинированного (активно-пассивного) типов и, как результат, к резкому увеличению диапазона максимальных значений мощности трактора на ВОМ. Динамика этого изменения показана на примере тракторов шести фирм США и Канады [2.6] и отечественных (табл. 2.3). Табл. 2.3. Динамика изменения мощности на ВОМ Фирма или завод-изготовитель Диапазон мощности на ВОМ, кВт Аллис-Чалмерс Джон Дир Форд Мотор Интернэшнл Харвестер Массеу-Фергюсон Волгоградский трак торный Харьковский трактор Челябинский трактор Минский тракторный Мощность на ВОМ трактора максимального типоразмера с 1970 по 1978 г. увеличилась на тракторах фирм Аллис-Чалмерс и Хасе в 1,8...1,9 раза, Дир энд К0 и Мас-сеу-Фергюсон — в 1,5...1,6, отечественных — в 1,7...2,78 раза. Использование активных рабочих органов позволяет загрузить двигатель как посредством увеличения скорости, когда это позволяют условия движения, так и за счет увеличения ширины захвата агрегата или использования комбинированных агрегатов. Рассмотрим схему сил, действующих на сельскохозяйственный агрегат с активным рабочим органом фрезерного типа (рис. 2.1,6). При передаче части мощности к рабочему органу (фрезе) в направлении М вед (попутное фрезерование) технологическое сопротивление Rx действует в ту же сторону, что и касательная сила тяги Р* на движителях трактора, т. е. рабочий орган выполняет роль движителя. Условие движения агрегата в данном случае имеет вид Р*/=Рц)—Rx'^Ghy. Как видно из уравнения, суммарное тяговое сопротивление агрегата с рабочими органами — движителями значительно меньше, (на величину R*') сопротивления агрегата с пассивными рабочими органами, для которых Р*= = Р* + /?*. Для комбинированного (активно-пассивного) агрегата Рк"—Р Rx—/?./■< GX<p. В общем случае величина Р*" может принимать значение P"kmax=^>* при R'x=0, т. е. когда агрегат имеет только пассивные рабочие органы, и Р"*=0 при P$+R*=R'*, когда движение агрегата будет осуществляться за счет реакций, создаваемых на рабочих органах — движителях. В этрм случае вся мощность двигателя может использоваться для привода движителя. На рис. 2.6 показана зави- Лл// симость технологического cb-противления Rx при отрывке осушительных каналов одинаковых размеров рабочими органами пассивного 3, активного/и комбинированного (активно-пассивного) 2 типов. Рис. 2.5. Зависимость технологического сопротивления Rx при отрывке осушительных каналов площадью поперечного сечения 1,7 м2 в грунтах твердостью Н каналокопателями с рабочими органами: / — активным двухфрезерным; 2 — комбинированным (активно-пассив-ным); 3 — пассивным плужным
Технологическое сопротивление рабочих органов пассивного типа при прочих равных условиях в 6...20 раз выше, чем у рабочих органов активного типа. Для случая бесступенчатого изменения касательной силы тяги Р* на движителях трактора при постоянном значении коэффициента сцепления с почвой на рис. 2.3 даны динамические характеристики каналокопателей с пассивными и активными рабочими органами, агрегатируемыми с гусеничным болотоходным трактором Т-130Б при прокладке каналов одинакового поперечного сечения. При этом наблюдаются три характерные зоны. Первая АВ характеризуется нарушением условий движения по сцеплению движителей с почвой, вторая ВС определяет диапазон нормальной работы в пределах допустимой величины буксования движителей (5...8% для гусеничного трактора), третья CD является ограничительной по двигателю, так как здесь суммарное сопротивление поступательному движению больше касательных усилий, развиваемых на движителях трактора. Как видно из рис. 2.3, а, плужные каналокопатели с пассивными рабочими органами, требующими больших тяговых усилий, имеют малую зону нормальной работы. Для фрезерных каналокопателей с активными рабочими органами (рис. 2.3, б) она больше. Для расширения зоны нормальной работы плужные каналокопатели агрегатируются с двумя—четырьмя тракторами Т-1 ЗОБ или со специальными тяговыми лебедками. Как правило, каналокопатель при тяге одного трактора класса 60 кН может прокладывать каналы глубиной до 0,5 м, двух — до 0,8 м и трех — до 1м. Рациональным способом снижения технологического сопротивления плужных каналокопателей является совмещение операций прокладки каналов и разбрасывания вынутого грунта комбинированным рабочим органом. Каналокопатель с комбинированным рабочим органом примерно 1/3 мощности потребляет через ВОМ, а 2/3 — через навесное устройство. В результате тяговое сопротивление снижается в 2...3 раза по сравнению с каналокопателем с пассивным рабочим органом плужного типа. Машины и орудия с активными и комбинированными рабочими органами широко используются для основной и предпосевной обработки почвы и на других сельскохозяйственных работах. Так, плуг трехкорпусный навесной с вращающимися отвалами ПВН-3-35 (отвал укорочен, а на месте крыла его расположен ротор, выполненный в форме усеченного конуса) по сравнению с комплексом машин, состоящим из обычного отвального плуга, культиватора и бороны, позволяет снизить затраты труда на 6,5... 11 %, тяговое сопротивление до 9% и получить годовой экономический эффект 532 руб. [2.1]. Плуги с активными ротационными рабочими органами ПР-2, ПР-2,7, ПР-3, имеющие ось вращения, перпендикулярную к направлению движения, способствуют продвижению агрегата вперед, что уменьшает буксование, снижает расход топлива и увеличивает производительность. Из табл. 2.4 видно, что удельное сопротивление сельскохозяйственных орудий с активными рабочими органами в 2...7 раз меньше, чем у аналогичных орудий с пассивными рабочими органами. Табл. 2.4. Энергетические показатели некоторых сельскохозяйственных агрегатов с рабочими органами пассивного и активного типов [2.8] Удель сопро тивле Почвеннь’П Машины рость Операции и орудия движе движе орудия, сыщен- ность, кость, Пахота Стерня Лемешный плуг Плуг с активным отвалом Ротационный Бороно Борона зубовая вание Борона с вращающимися или качающимися зубьями Культива Культиватор па ция сплош ровой Стерня Культиватор фрезерный Посев Поле под посев Зерновая сеялка Кукурузная се Комбинирован ный агретат (фре- за+сеялка) Между Культиватор рядная об Культиватор работка фрезерный пропашной Убороч Стерня Косилка рота ные работы ционная Косилка- измельчитель
Примечание. Металлоемкость и удельное сопротивление даны на 1 м ширины захвата орудия.
2. Зак. 2578    33
2.3. ПУТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ
В общем случае уравнение баланса мощности имеет вид
Ne = NTP+Nb + Nf±Ni -\-Nj-\-Nкр + Л^Пр + Nпр~ЬNBOM.
Таким образом, мощность, развиваемая тракторным двигателем, затрачивается на преодоление следующих сопротивлений: Nтр — механических потерь в агрегатах силовой передачи трактора от коленчатого -вала двигателя до ведущих органов движителя; N 6 — буксования ведущих органов движителя; Nt — качения трактора; Ni — преодоления подъемов; N/ — изменения скорости тракторного агрегата; NKP — создания тяги рабочих машин и орудий, буксируемых трактором на крюке или иным способом; N Пр — механических потерь в приводе ВОМ; Nbom — вращения механизмов, присоединенных к ВОМ.
Входящие в уравнение баланса мощности составляющие могут быть определен^ по выражениям:
NTi>=NH (1 г|тр) =ЛГН[1—ЛчпцЛк"к (1 Ж1Г") ’
где Ntt — номинальная мощность двигателя, кВт; г)Тр — механический КПД силовой передачи; г]ц, цк — КПД соответственно цилиндрической и конической зубчатой пары; Яц, пк — количество соответственно цилиндрических и конических зубчатых пар; | — множитель, показывающий, какая часть номинального крутящего момента Мп теряется при холостом прокручивании коленчатого вала; g = 0,03... 0,05; Мк — крутящий момент, развиваемый двигателем.
N6=Nk6= [А^н—А^н(1—Птр)]6, где N к — мощность двигателя для реализации на движителях трактора, кВт:
nk= 10-3Рку= 10-3РкМ1—6);
6 — буксование ведущих органов движителя,
Nt= lO~3Ptv= lO~3fGvT(l—6), где и, vT — соответственно действительная рабочая и теоретическая скорость движения трактора, м/с.
Мощности, расходуемые на преодоление сил инерции и уклона дороги,
M=10-3P/tr#
Ni= 10_3G sinau.
Как видим, расходуемая трактором мощность зависит от множества факторов. Главными среди них являются масса трактора, буксование (тип и состояние движителя), количество зубчатых пар, включенных при движении, и
сама скорость движения, а также состояние двигателя и тип навесного или прицепного орудия, присоединенного к ВОМ.
Слагаемые Ni и Ni принимаются с разными знаками в зависимости от того, идет трактор на подъем или под уклон, совершается разгон или происходит снижение скорости движения. При подъеме и разгоне они берутся со знаком плюс, при спуске и замедлении — со знаком минус.
Отношение
"Ь N ВОМ 4    ЛГе
при установившемся движении (Л// = 0) на горизонтальном участке (М = 0) называется общим КПД трактора, а отношение
^ТЯГ_ Ne—(N„p+NB<m) ’ определяемое при тех же условиях движения, — тяговым КПД.
При работе трактора без использования ВОМ
N кр    Р крУ
Чтяг--NT -p*Vr/4rP ЧтрП'Лв.
где КПД, учитывающий потери на качение,
_ Ркр_ Ркр
л'~ ~Т\~ Ркр+РГ
КПД, учитывающий буксование ведущих органов движителя,
v vT(1 6) , Л =-- —--= 1—0,
Vt    Vt
Ркр — усилие тяги на крюке, Н.
Максимальный тяговый КПД трактора получается, очевидно, в том случае, если произведение коэффициентов полезного действия буксования и качения достигает наибольшего значения, т. е. сумма мощностей, затрачиваемых на качение и буксование, имеет минимальное значение. В зависимости от почвенных условий, буксования движителей и скорости движения соответствующая максимальному КПД сила тяги на крюке может иметь различные значения.
Из уравнения баланса видно, что нормальная загрузка двигателя (85...90%) определяется мощностью, затрачиваемой на тягу рабочих машин и орудий, и мощностью, затрачиваемой на вращение механизмов, присоединенных к ВОМ.
Эффективная мощность (за вычетом NTp, N6i Nt, Ni, Ni и Nпр) для создания тяги рабочих машин и орудий, буксируемых трактором на крюке,
N/e = NKr>=\0-3PKpV, где NKр — крюковая мощность, кВт; v — скорость передвижения агрегата, м/с.
Использовать в данном случае мощность энергонасыщенного трактора и обеспечить его нормальную загрузку можно путем повышения скорости движения и увеличения силы тяги на крюке за счет использования широкозахватных орудий.
Однако на лущении стерни и дисковании почвы машины ЛДГ-15, БД-10, БДТ-7 и некоторые другие имеют агротехническое ограничение рабочих скоростей до 2,8 м/с. Для большинства современных плугов рациональной считается скорость 2,4...2,7 м/с. Рост рабочих скоростей приводит к резкому увеличению тягового сопротивления и соответственно крюковой мощности. Так, увеличение рабочих скоростей от 2,1 до 3 м/с приводит к увеличению тягового сопротивления плуга ПЛН-5-35 на 8...15 % [2.3].
Агротехническое ограничение рабочих скоростей имеет место и для ряда других операций. При первой междурядной обработке скорость не должна превышать 1,6...2 м/с в целях предупреждения засыпки растений. При второй, а также последующих междурядных обработках повышение скорости (более 2,8 м/с) увеличивает опасность подрезания растений, ухудшается и качество обработки почвы (распыливание, разбрасывание, неравномерность по глубине обработки).
Использование скоростных агрегатов при наличии в пахотном слое даже небольшого количества камней нередко приводит к поломкам корпусов, лемехов и других деталей сельскохозяйственных орудий. Снижение скорости движения пахотного агрегата со скоростными плугами ниже
1,94...2,22 м/с приводит к недообороту пласта, что повышает гребнистость пашни. Поэтому недопустимо использование скоростных плугов ПЛП-6-35, ПЛН-5-35 на полях, засоренных камнями. Для работы в таких условиях необходимы специальные плуги.
Эффективность скоростной техники выше на полях правильной конфигурации при большой длине гонов. На малых участках затраты на переезды, повороты и перестроение агрегатов составляют 30...70 % времени смены, на 25 % снижается выработка и повышаются расходы на содержание техники. Так, например, в БССР общая площадь пашни, где возможно существенное повышение производительности скоростных машинно-тракторных агрегатов с тракторами К-700 (К-701), Т-150 и Т-150К, равна примерно 3,84 млн. га, что составляет только 64 % всех пахотных полей на минеральных почвах [2.3].
Использование посевных агрегатов на повышенных скоростях допустимо только в том случае, если качество подготовки почвы под посев соответствует существующим агротехническим требованиям. Основными причинами малой эффективности таких агрегатов являются большие потери времени на переезды, перестроение, заправку семенами и удобрениями.
Прогнозируемый специалистами уровень скоростей на почвообработке достигает 2,2...3,3 м/с, а на посеве и внесении удобрений — 2,7...4,2 м/с. Уровень рабочих скоростей очень высок, но поскольку остается не решенной проблема сохранения структуры и плодородия почвы, повышающуюся интенсивность труда оператора и возрастающие трудности обеспечения требуемого комфорта водителя и техники безопасности при управлении скоростными МТА, для предположений о дальнейшем их повышении нет оснований.
Опыт показал, что интервал повышенных рабочих скоростей 2,7...4,2 м/с, установленный в агротехнических требованиях к многим тракторам, создаваемым в последнее время, экономически не обоснован [2.5]. Хотя и удалось создать тракторы, у которых максимальный тяговый КПД соответствует этому интервалу скоростей, выполнение пахоты и других энергоемких операций на скоростях 2,7 м/с и более оказалось экономически невыгодным, так как тяговое сопротивление орудий значительно возрастает, вследствие чего перерасходуется топливо.
При государственных испытаниях тракторов Т-150, Т-150К, имеющих первую рабочую скорость 2,7 м/с, установлено, что эта скорость чрезмерно высока. Конструкцию тракторов в ходе производства пришлось изменять в сторону диапазона уменьшения скоростей. У нового гусеничного пахотного трактора класса 50 кН диапазон рабочих скоростей составляет 1,4...4,2 м/с.
Реальный путь повышения крюковой мощности пропашных сельскохозяйственных агрегатов — увеличение ширины захвата. Так, для работы с энергонасыщенным трактором МТЗ-80/82 производится 12-рядная система машин для предпосевной подготовки почвы и междурядной обработки (культиваторы УСМК-5,4А и КГС-4,8), 8-ряд-ные широкозахватные машины для посадки картофеля и др. Кроме того, имеется около 40 машин, выполняющих сельскохозяйственные операции на скоростях 2,5...4,2 м/с при 6...8-рядной системе обработки.
Для обеспечения высокой загрузки и эффективности мощных тракторов К-700, К-701, Т-150К на раздельном бороновании и прикатывании почвы ширина захвата агрегатов увеличивается до 35 м.
Однако использование широкозахватных агрегатов связано с некоторыми проблемами. Так, достижение высокой эффективности таких агрегатов в значительной мере зависит от условий их применения. Например, производительность односеялочных агрегатов выше, чем двухсеялочных на участках до 10 га, а на участках менее 15...20 га выше, .чем трехсеялочных. Использование широкозахватных агрегатов в этом случае нецелесообразно, так как производительность их повышается незначительно, а потребность в сельскохозяйственных орудиях возрастает в 2...3 раза.
Определенные трудности возникают и при внедрении в производство широкозахватных сцепок СП-16, СП-11 и других из-за недостаточной приспособленности их для переездов, отсутствия простых в обслуживании маркеров с дистанционным управлением. По этой причине на перестройку посевных и культиваторных агрегатов затрачивается до 15...20 % рабочего времени. Кроме того, составление и перестройка агрегатов, особенно с неисправными механизмами подъема, связаны со значительными трудностями. Трудоемкость выполнения технологических процессов повышается на 15...20 %. При увеличении ширины захвата, особенно при возделывании пропашных культур, возникают трудности обеспечения точности движения МТА на поле. В подтверждение приведем характерный пример.
В настоящее время значительная часть операций по внесению удобрений под полевые культуры выполняется штанговыми опрыскивателями и подкормщиками. Можно рассчитать, что при стоимости удобрения 200...300 руб. за
1 т и норме его внесения 0,3 т/га пересев только на 1 % площади приводит к непроизводительным расходам в размере 0,6...0,9 руб. на 1 га. На необработанных площадях снижается урожай, сохраняются очаги вредной флоры или фауны. Выборочные замеры показывают, что при отсутствии ориентировки на повторных гонах полевых агрегатов перекрытия и пропуски достигают десятков процентов общей площади. Таким образом, обеспечение широкозахватных агрегатов специальными следоуказателями превращается в серьезную научно-техническую задачу.
Для полной загрузки трактора К-700 или К-701 на посеве зерновых требуется не менее пяти сеялок типа СЗП-3,6 в одном агрегате. Однако большая ширина захвата (18 м) и оборудование самоустанавливающимися маркерами делают агрегат недостаточно маневренным и непригодным для работы в сложных полевых условиях.
У МТА с шириной захвата 10,8...21 м относительные затраты времени на переезды с участка на участок составляют 29...88 %, что определяется прежде всего большими потерями времени на перестройку из транспортного положения в рабочее и наоборот; на заправку семенами и удобрениями при посеве зерновых уходит до 42 % времени, а потери на холостые повороты и заезды составляют 15...20 % [2.8].
Поэтому рост ширины захвата машин без увеличения коэффициента использования времени смены не повышает эффективность новой техники. По этой причине, например, 18-рядная система машин в небольшой мере, а 24-рядная с серийными туковысевающими аппаратами и подкормщи-ком ПОУ значительно уступают по экономическим показателям 12-рядной.
Для обеспечения поворотов широкозахватных агрегатов в пределах поля по краям необходимо оставлять поворотные полосы значительной ширины. Например, если в составе агрегата с трактором К-700 будет плуг ПН-8-35 и два звена зубовых борон БЗСС-1,0 (всего 10 борон), то ширина поворотной полосы равна 30 м.
При рабочих скоростях 2,2...3,3 м/с на почвообработке и 2,7...4,2 м/с на посеве и внесении удобрений предельная энергонасыщенность тракторов общего назначения составит 18...19кВт/т, универсально-пропашных — 10...14 кВт/т (табл. 2.5). Для последних этот уровень уже достигнут.
При дальнейшем повышении энергонасыщенности мощность трактора на операциях, выполняемых простым агрегатированием с применением пассивных рабочих органов, не будет расходоваться целиком. Более высокая энергонасыщенность может быть использована лишь в случае передачи значительной части или всей мощности через ВОМ, т. je. при применении активных почвообрабатывающих рабочих органов, а также комбинированном агрегатировании трактора и работе с уборочными машинами.
В области создания машин с активными рабочими органами наша страна стоит на передовых позициях. Еще в 1955 г. был создан комбинированный агрегат АЗУ-2 для ускоренного залужения. За оДин проход агрегата производилось фрезерование почвы, внесение минеральных удоб-
Табл. 2.5. Группировка сельскохозяйственных операций и требуемый уровень энергонасыщенности трактора [2.8]
Номер
группы
Сельскохозяйственные операции
Оптимальная энергонасыщенность, кВт/т
Посев пропашных культур и корнеплодов, междурядная обработка культиватором с пассивными рабочими органами, уборка картофеля картофелекопателем и комбайном, уборка кормовых корнеплодов копателем
Пахота, лущение, боронование, культивация сплошная, посев зерновых, разбрасывание минеральных, органических и жидких органических удобрений
Пахота плугом с активным отвалом, посев комбинированным агрегатом, подборка валиков сена с прессованием тюков, уборка ботвы ботвоуборочной машиной
Боронование бороной с активными рабочими органами, междурядная обработка фрезерным культиватором, опрыскивание, кошение трав, подборка валиков с измельчением, пахота ротационным плугом
Фрезерование почвы, заделка соломы с культивацией и фрезерованием, уборка силоса
рений, выравнивание, прикалывание, посев семян и уплотнение почвы. Подобное назначение имеют и более поздние отечественные агрегаты фрезерного типа АПЛ-1,5, АПЛ-2 и АЛС-2,5.
Для вспашки используются уже упоминавшиеся плуги ПР-2, ПР-2,7 и другие с активными ротационными рабочими органами. Для предпосевной обработки почвы применяются выравниватель-измельчитель ВИП-5,6, вращающиеся игольчатые диски ротационной мотыги которого разбивают глыбы и рыхлят почву после прохода трактора.
Культиватор фрезерный глубокорыхлитель КФГ-3,6 предназначен для рыхления почвы без оборота пласта, фрезерования верхнего ее слоя и выравнивания неровностей. Он имеет и пассивные рабочие органы — стрельчатые культиваторные лапы, устанавливаемые спереди и сзади фрез барабана-
При агрегатировании тракторов даже с широкозахватными орудиями, оснащенными активными рабочими органами, усилие на крюке определяется только мощностью, расходуемой на самопередвижение МТА, а большая часть мощности (до 80...85 %) отбирается на привод орудий. Трактор выступает, таким образом, в качестве мобильного энергетического средства.
К основным недостаткам машин с рабочими органами фрезерного типа относится то, что они имеют сравнительно высокую энергоемкость, плохо заделывают растительные остатки (особенно дернину) и непригодны для почв, засоренных камнями.
О ш 800 то Гб002000!\^/ч
Рис. 2.7. Зависимость потребной мощности на рабочем органе от производительности каналокопателей:
1 — плужного пассивного без разравнивания кавальеров; 2 — то же с разравниванием кавальеров; 3 — комбинированного активно-пассивного; грунт — суглинок (Я=2,..3 МПа)
Рис. 2.6. Зависимость потребной мощности N на рабочем органе от производительности П двухфрезерного ка-налокопателя при разработке грунтов: / — торфяно-болотных (Я = 80 ..100 кПА); 2 — суглинистых (// = 2...3 МПа); 3 — суглинистых (Я = 4...5 МПа)
Об энергоемкости машин с активными рабочими органами (на примере мелиоративных сельскохозяйственных машин для отрывки осушительных каналов) можно судить из рис. 2.6, 2.7 и 2.8. Таким образом, увеличение только силы тяги орудий или только мощности, передаваемой через ВОМ, не позволяет эффективно использовать возможности скоростных энергонасыщенных тракторов в разнообразных почвенных условиях. Более прогрессивным направлением является комплексное использование мощности и силы тяги тракторов, т. е. создание комбинированных сельскохозяйственных агрегатов активно-пассивного типа.
Рис. 2.8. Зависимость удельной энергоемкости Муд от производительности каналокопателей: / — двухфрезерного (КФН-1200А; ЭТР-125, ЭТР-172); 2 — плужного пассивного без разравнивания кавальеров; 3 — то же с разравниванием кавальеров; 4 — комбинированного активно-пассивного 2.4. КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СИЛЫ ТЯГИ И МОЩНОСТИ Комбинированные активно-пассивные агрегаты часть мощности потребляют через ВОМ, а часть через навесное устройство. В результате снижается тяговое сопротивление, уменьшается буксование, увеличивается производительность. Так, отечественный плуг ПВН-3-35 и польский плуг-фреза ПФ-335 имеют лемеха нормальной ширины, за которыми установлены роторы с ножами. Привод последних осуществляется от ВОМ трактора. Во время работы пласт почвы поднимается лемехом и по укороченному отвалу подается к ножам ротора, который оборачивает и измельчает его. Улучшается качество обработки почвы, более рационально используется мощность трактора, уменьшается его буксование и распыление почвы. Так как комбинированные плуги заменяют ряд машин для основной и предпосевной обработки почвы, снижаются затраты труда, расход топлива, а также значительно ускоряется подготовка почвы к посеву. Это позволяет закончить ее в агротехнически благоприятные сроки. В агрегатах из фрезы, катков и сеялки, применяемых при совмещении основной обработки почвы с посевом, для коренного улучшения лугов и пастбищ (АПЛ-1,5, АЛ С-2,5 и др.) также комплексно используются сила тяги и мощность трактора. Энергетические показатели комбинированных сельскохозяйственных агрегатов по силе тяги и мощности на при- Показатели Гип машины Модель потребная мощность двигателя на ВОМ при разработке грунтов, кВт технологическое сопротивление (кН) на рабочем органе в грунтах Глубина разраба тываемого торфяных минераль торфяных минераль вруба, мм Ланалокопа- ълужные 120... 180 тассивные КМ-1200; двухфре зерные активные ЭТР-172 100... 105 сомбини- эованные КТЙВНО- шссивные Канало- •чистители: роторные скребко фрезер Д-908 КОБ-1,5; <осилки МР-16 МСР-1,2 оторные Хротодре- {ажные 4ЭШИНЫ Машины для укладки тластмассо- ых дре-{ажных (тягач) 100... 120 140... 160 120... 180 мере мелиоративных машин и орудий приведены в табл. 2.6. Из табл. 2.4 и 2.6 видно, что энергонасыщенность агрегатов с активными рабочими органами в 2...3 раза выше, чем с пассивными. В то же время определенная часть мощности трактора (до 7з) используется и на создание силы тяги. Особенно важно использование мощности двигателя через ВОМ для мелиоративных агрегатов, работающих на слабых болотных грунтах. Коэффициент сцепления гусениц с таким грунтом наиболее низок (0,3...0,4). Этот же коэффициент на сухой грунтовой дороге составляет 0,6...0,8, на стерне — 0,8...1, а на снежной целине — 0,25...0,35. Коэффициент сопротивления качению для тех же грунтов соответственно равен 0,2...0,3; 0,06...0,08; 0,1...0,12; 0,15...0,25. Поэтому создать значительное тяговое усилие, т. е. использовать мощность двигателя через навесное устройство при работе на таких грунтах, практически невозможно. Как результат, в мелиоративном строительстве получили наибольшее распространение машины с активными и комбинированными рабочими органами, технологическое сопротивление которых в работе не превышает 50...60 кН (см. табл. 2.6). Возможно создание комбинированных агрегатов, сочетающих в себе несколько орудий последовательной обработки почвы на тракторе с передней и задней навеской. Так, на базе трактора T-150K составляется комбинированный агрегат, включающий удобритель УН-3,6, навешенный впереди, и фрезерный культиватор-сеялку КФС-3,6, монтируемую на навесной системе сзади трактора. За один проход такой агрегат выполняет пять технологических операций: внесение минеральных удобрений, фрезерование почвы, предпосевное выравнивание ее микрорельефа, посев сельскохозяйственной культуры, прикатывание почвы после посева. Комбинированные агрегаты, предназначенные для трактора одного и того же тягового класса, как правило, требуют различной энергонасыщенности. Идеальным решением вопроса с точки зрения рационального использования мощности и топливной экономичности двигателей тракторов было бы применение специализированных тракторов разной энергонасыщенности. Однако это нецелесообразно ввиду недостаточной годовой загрузки таких тракторов и увеличения материалоемкости парка машин. Более эффективный путь — изменение энергонасыщенности тракторов ступенчато, в зависимости от характера выполняемой операции. Для преодоления противоречий между повышением энергонасыщенности, с одной стороны, и увеличением ширины захвата МТА, с другой, а также в целях решения проблемы «убывающей эффективности» НАТИ предлагается модульный принцип построения энергетических средств [2.8], позволяющий комплексно использовать силу тяги й мощность. Мобильное энергетическое средство, построенное по этому принципу, состоит из энергетического и нескольких технологических модулей. Энергетический модуль — это мобильная энергосиловая установка (с энергонасыщенностью 22...60 кВт/т), энергия которой несколькими потоками передается на привод собственных движителей и соответствующей системы технологических модулей. Технологические модули обеспечивают необходимое тяговое усилие агрегата, оснащены механизмами для присоединения навесных и полунавесных орудий, заправочными емкостями для зерна, удобрений и гербицидов, а также другим технологическим оборудованием. По сравнению с традиционными МТА агрегаты, построенные на базе мобильных энерготехнологических средств, обеспечивают возможность достижения оптимального соотношения между тягово-сцепными и мощностными параметрами агрегата и ряд других преимуществ. Например, на фрезеровании почвы, когда почти вся мощность передается через ВОМ, можно использовать только один энергетический модуль, на пахоте плугом с активно-пассивным рабочим органом (активный отвал) — энергетический модуль с одним технологическим, а на культивации с пассивными рабочими органами — энергетический модуль с двумя или более технологическими. Таким образом, основной путь решения проблемы использования мощности и скорости тракторов — создание принципиально новых типов сельскохозяйственных машин и орудий (широкозахватных, скоростных, активных и комбинированных). Создание широкозахватных сельскохозяйственных машин и орудий возможно при использовании специальных сцепок. При этом их применение зачастую ограничено конкретной моделью трактора: только К-700 (К-701) или только Т-150 (T-150K). Для их загрузки и эффективной работы необходима четкая организация: требуется, например, подбирать участки с ровным рельефом больших размеров; сог кращать до минимума переезды агрегатов, заранее планировать и составлять маршруты их передвижения; заблаговременно подготавливать дороги и переезды, а также смен?' ные участки полей. Необходимо разработать и внедрить новые скоростные рабочие органы. Эта крупная научно-техническая проблема вызвана к жизни появлением высокоскоростных тракторов. Однако даже при рациональных параметрах скоростных агрегатов их потенциальные возможности не будут использованы, если затраты времени на повороты, простои и переезды не снизятся. Поэтому применение более совершенной скоростной техники вызывает необходимость существенного повышения уровня организации ее работы: внесменного технического обслуживания, тщательной подготовки полей для работы, бесперебойного обеспечения семенами и удобрениями при посеве, правильного выбора длины гона и участков полей соответствующей конфигурации. Создание рабочих органов активного типа, позволяющих полнее использовать мощность трактора, также представляет собой определенную проблему. Их внедрение требует подготовки кадров более высокой квалификации, учета природно-климатических условий зоны, очистки полей от камней и других-препятствий. Наконец, комбинированные рабочие органы, позволяющие максимально использовать как скорость движения, так и тяговое усилие, требуют повышения грузоподъемности трактора и его силы тяги. Создание таких агрегатов часто связано со специальной компоновкой механизмов и агрегатов трактора, существенно отличающейся от классической. Перспективно применение сельскохозяйственных машин, выполненных по «мостовой схеме», когда движители устанавливаются на значительном расстоянии друг от друга-(до 15...20 м) и соединяются общей рамой («мостом»), на которой крепятся сменные сельскохозяйственные орудия. В этом случае выполнение различных агротехнических приемов при возделывании сельскохозяйственных культур сопровождается меньшим уплотнением почвы. При использовании, например, пропашных сельскохозяйственных тракторов с классической компоновкой (колея 1.5...2 м) их движители проходят по каждому участку поля два раза и более, способствуя значительному уплотнению почвы и появлению плотных глыб и пылеватых фракций. В результате ухудшается водно-воздушный и пищевой режим почв, снижается всхожесть и выживаемость культурных растений. Все это в конечном итоге ведет к снижению урожая. Уплотняющее воздействие движителей на почву при «мостовой схеме» может быть полностью исключено, если для прохода трактора через 15...20 м оставлять незасевае-мые полосы на ширину колес или гусениц. Очевидно, что в этом случае недобор урожая из-за уплотнения почвы движителями будет значительно ниже. При использовании таких машин размеры защитных зон, ограждающих растения от повреждений движителями, могут быть минимальными из-за значительного просвета под «мостом» трактора и значительного абриса трактора. Повреждаемость растений в междурядьях также будет минимальной. Таким образом, при использовании машин с «мостовой схемой» может быть значительно (или полностью) снижено уплотняющее воздействие на почву, уменьшена возможность повреждаемости растений в междурядьях и тем самым значительно повышена урожайность пропашных культур. Следует, однако, напомнить и о существенном недостатке «мостовой схемы», заключающемся в непропорциональном увеличении материалоемкости, вызванном увеличением ширины колеи — «пролета моста», большим изменением касательных сил тяги на ведущих органах и вследствие этого необходимостью повышения жесткости конструкции. ЛИТЕРАТУРА 2.1.    Белов Г. Д., Дьяченко В. А. Комбинированные машины и агрегаты для возделывания сельскохозяйственных культур. — Минск: Ураджай, 1980. — 200 с. 2.2.    Горячкин В. П. Рациональная формула для силы тяги плугов конных и тракторных. — Собр. соч. в 3 т. — М.: Колос, 1965, т. 2, с. 59—103. 2.3.    Кацыгин В. В., Кринко М. С., Мельников Е. С. Скоростные энергонасыщенные тракторы. — Миног: Ураджай, 1979. — 176 с. 2.4.    Мащенский А. А. Графический метод определения удельного сопротивления фрезерованию грунтов. — Строительные и дорожные машины, 1979, № 2, с. 24—25. 2.5.    Орлов Н.* М., Сафронов В. С., Трепененков И. И. Пахотные тракторы и сельскохозяйственные машины к ним в десятой пятилетие. — Тракторы и сельхозмашины, 1977, № 1, с. 4—7. 2.6.    Парфенов А. П. Тракторостроение за рубежом. Тракторы и сельскохозяйственные машины и орудия: Серия «Итоги науки и техники». — М.: ВИНИТИ, 1979, т. 2. — 108 с. 2.7.    Чудаков Д. А. Основы теории и расчета трактора и автомобиля. — М.: Колос, 1972. — 384 с. 2.8.    О создании сельскохозяйственных агрегатов на основе мобильных энерготехнологических средств: Труды НАТИ. — М.: ГОНТИ, 1979, вып. 267. — 86 с. Глава 3. УЛУЧШЕНИЕ ТЯГОВОСЦЕПНЫХ И АГРОТЕХНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТРАКТОРОВ 3.1.    ТЯГОВО-СЦЕПНЫЕ СВОЙСТВА ТРАКТОРОВ 3.1.1.    Определение касательной силы тяги Возможность движения машины и, в частности, тяговосцепные свойства определяются соотношением касательной силы тяги Рк (2.1) и силы Rx сопротивления движению. Как показывает опыт, для обеспечения движения необходимо и достаточно, чтобы Pk=Rx. С увеличением скорости движения, как известно, возрастает сила Ра> и может увеличиться сила Pt. Рост скорости движения и ширины захвата орудий увеличивает сопротивление Rx почвы обработке (тяговое сопротивление рабочего орудия). Это следует как из рациональной формулы (2.2) академика В. П. Горячкина, так и из формул академика А. Н. Зеленина [3.5], оценивающих сиду резания-землеройных орудий: где Тх — тяговое сопротивление орудия; С — твердость грунта, определяемая ударником ДорНИИ; h — глубина обработки почвы; арез — угол резания; F — площадь сжатия почвы в горизонтальном направлении; А4; kb’, ксж — характеристики сопротивляемости почвы (удельные сопротивления резанию); q — объем почвы в призме волочения; рст> р — угол трения в покое и в движении; SH — толщина лезвия. Ходовые системы тракторов и сельхозмашин уплотняют почву, повышая ее твердость, которая характеризуется числом ударов С ударника ДорНИИ или усилием вдавли-виния штампового твердомера (Ревякина, ВИСХОМ и др.). Из формулы А. Н. Зеленина следует, что повышение твердости приводит к росту сопротивления почвы обработке. Это наглядно иллюстрируется кривыми на рис. 3.1. Таким образом, основные способы повышения производительности машинно-тракторных агрегатов (увеличение скорости движения, ширины захвата, массы МТА) вызывают рост тягового сопротивления орудий и требуют повышения тягово-сцепных свойств и касательной силы тяги трактора. Грез, кН Рис. 3.1. Зависимость усилия резания Ррез от твердости (число ударов С) и влажности грунта W (по А. Н. Зеленину): / — песок речной; 2 — песок в залежи на поверхности; 3 — песок в залежи на глубине 1м\ 4 — супесь пылеватая рыхлая; 5 — супесь пылеватая легкая; 6 — супесь пылеватая; 7 — супесь пылеватая тяжелая; 8 — суглинок средний; 9 — легкая глина; 10 — тяжелый суглинок; 11 — глина; 12 — глина (каолин); 13 — юрская глина Движитель преобразует мощность двигателя Ne и касательные силы инерции Pi вращающихся частей силовой передачи в касательную силу тяги Р* машины. Тяговосцепные свойства трактора тем выше, чем больше касательная сила тяги, которую способен развить движитель, и чем меньше сила сопротивления перекатыванию машины Pf. Поэтому тягово-сцепные свойства трактора оцениваются КПД их движителей. КПД колесных движителей P*—Pf w v __ Pk— (Pj + PTHCT) Vr—V e ♦)движ.к pk a    -pk    —- 11 двнж.к — tltf) 8 Для гусеничных движителей _ Po—Pt у JV_ _
v (P,+/>„) — (Pl + Pa + P гист) v> 'Пдвиж.гус —П/Лв.
X
ъ    P^TK    Л
где Vt, v — соответственно теоретическая и действительная скорости движения машины; РГИСт , /гист — соответственно сила и коэффициент, отражающие г-истерезисные потери в шинах и в материале гусениц; v6 — скорость с учетом буксования (скольжения) движителя по грунту; Qcu — текущее значение нормальной нагрузки на движитель (сцепной вес); фсц — коэффициент сцепления, равный отношению наибольшего значения касательной силы тяги к сцепному весу; фсц — Р k max /Qcu', (3.3)
Q — нормальная нагрузка на ходовую часть машины; фисп — коэффициент использования сцепного веса машин; фисп—7=5- ; О-Сфисп ^фсц! б — коэффициент буксования (буксование движителя); Р0 — окружное усилие на ведущих звездочках гусениц; Рм, fм — соответственно сила и коэффициент, отражающие внутренние потери в гусеничном движителе (на трение в шарнирах, в осях катков, на качение катков по беговым дорожкам, на удары звеньев о колеса и т. д.); Рп, fn — соответственно сила и коэффициент, отражающие потери на преодоление сопротивления мятию грунта (почвы). Анализ выражений (3.1), (3.2) позволяет выявить измерители тягово-сцепных свойств тракторов и сделать некоторые выводы относительно вида движителей и рациональных соотношений этих измерителей. Так, измерителями тягово-сцепных свойств колесных движителей служат коэффициенты фИСп , f=fn+f гИСт > б и отношение Q/Qcn, а гусеничных движителей — коэффициенты фнсп , f=fn+ + /м + /гист И 6. Гусеничный движитель по сравнению с колесным имеет источник внутренних потерь, оцениваемых коэффициентом U и силой Pm=/mQ. Но при этом значение коэффициента /гист у гусеничного движителя ничтожно мало (за исключением пневмотракового движителя), /гист^О. Тяговосцепные свойства гусеничного движителя не зависят от отношения Q/Qcu. Они, при прочих неизменных условиях, зависят, как показывает формула (3.2), от соотношения компонентов /„ и f„ при f=fH+fn = const. На рис- 3.2 показано, как меняется коэффициент Рис. 3.2. Зависимость коэффициента ту от коэффициента использования сцепного веса фнсп и соотношения компонентов f„ и fa
фисп-/п ^ ™—ГГ » фисп-г/м учитывающий потери на качение гусеничной машины, в зависимости от соотношения компонентов /и И fn при постоянном коэффициенте сопротивления перекатыванию /=0,25. Заштрихованная площадь определяет границы возможных значений коэффициента ту. Так, например, при фнсп=0,3 этот коэффициент может принимать, как показано штрихпунктирными линиями со стрелками, значения от 0,17 до 0,55 в зависимости от соотношения между коэффициентами fM и /п. Особенно большие колебания коэффициента ту отмечаются при малых значениях фИсш характерных для работы машин на слабых грунтах. Из графика следует также, что для повышения значений ту при /== = const эффективнее принимать меры по снижению /п, а не /м. Это значит, что для повышения тягово-сцепных свойств гусеничного движителя необходимо снижать потери на прессование почвы (грунта) даже за счет увеличения внутренних потерь в движителе. Некоторые значения измерителей тягово-сцепных свойств машин приведены в табл. 3.1. Касательная сила тяги Р* единичного движителя в теории колесных и гусеничных тракторов оценивается по выражениям: Табл. 3.1. Значения коэффициентов сопротивления качению f и сцепления фсц тракторов [2.7] Тип пути Тракторы на пневматических шинах Гусеничные тракторы Грунтовая сухая ПЛПЛГО 0,03...0,05 0,05...0,07 0,9... 1,1 дорога Целина, плотная 0,05...0,07 0,06...0,07 залежь Залежь 2...3-летняя, 0,06...0,08 0,06...0,07 0,9... 1,1 скошенный луг Стерня 0,08...0,1 0,06...0,08 Вспаханное поле 0,12...0,18 0,08...0,10 Поле, подготовлен 0,16...0,18 0,09...0,12 ное под посев Болотно-торфяная 0,11...0,14 целина осушенная Укатанная снеж ная дорога 0,03...0,04 0,06...0,07 где х* — касательное напряжение, действующее в точке на поверхности скольжения почвы под пятном контакта движителя с почвой; F — площадь пятна контакта движителя с почвой; b, Lon — соответственно ширина и длина пятна контакта (в предположении, что пятно контакта — прямоугольник); т (Зац — напряжение среза в грунте, действующее по боковым граням зацепа; 5 — скольжение движителя на расстоянии L от начала контакта до рассматриваемой точки; S = bL; hi3m — высота почвозацепа; ц.— коэффициент трения материала почвозацепа о почву; Т i упор— упорная реакция грунта, возникающая на одном почвозацепе; п — число боковых граней почвозацепов. i упор >    (3.6) i-= 1
Pk — [iQcu+S T
Формула (3.6) используется для оценки касательной силы тяги при почвозацепах, не полностью погруженных в почву (т. е. на твердых почвах). Формула (3.4) практически не применяется, так как до сих пор неизвестен закон распределения напряжении т* по площади пятна контакта. Формула (3.5) позволяет оценивать силу тяги трактора при следующих допущениях: 1) пятно кон-такта движителя с почвой имеет форму прямоугольника шириной Ъ и длиной Lon] 2) касательные напряжения т* неизменны в поперечном сечении пятна контакта, а напряжения тср — постоянны по высоте зацепа; 3) касательные напряжения %х для данной почвы зависят только от скольжения S точек движителя в пятне контакта, от нормального напряжения р в этих точках и могут быть определены по формулам Кулона и проф. Г. И. Покровского: Tmax= (c+ptgp) (1— е~ ft ); %*=(cie°2S + Cb) (1—ec4S), где с — связность — сцепление почвы; р — угол внутреннего трения грунта; S — скольжение рассматриваемой точки почвы, которое принимается равным скольжению соответствующей точки движителя; Си с2, Сэ, с4 — эмпирические коэффициенты, характеризующие свойства почвы; k — показатель деформируемости грунта. Формулы Кулона и Г. И. Покровского в последние годы были преобразованы. Так, проф. В. В. Кацыгин, используя гиперболические функции, предложил следующее выражение [3.6]: М» прив \ т*=Цск р (1 + chf_I    (3.7) А. В. Васильевым [3.3] предложена формула S    П    _в Хх= [ (c+ptgp) +(c+eptgp)    aS° + lilL j(l— =Tmax[Ae as0 +T-^-|(l-e~ s, |. (3.8) Tmax
Проф. Я. С. Агейкин, учитывая разное давление щ>д почвозацепами и между ними, предложил формулы [3.1]: т* = р[тцР+ (1—т) (ц+-^-|](1— е 5^); (3.9) ____т    (1—т) Т*~~ j t    1 , Г (3.10) • 7ГТ5    по P\\ip EpS Р2 |i + c£ ES где p=mpi+ (1—т)р2; цпРив=2,55(**та•~|Ас—). 0,825
\ |Аск / В формулах (3.7) ...(3.10) цСк, |im»x — коэффициенты сцепления — трения грунта (определяемые экспериментально с помощью сдвиговых пластин) соответственно при скольжении и покое; кх— коэффициент деформации; **0,4/зац; Лзац, ?зац — соответственно высота и шаг почво-зацепов; е — коэффициент бокового давления почвы; 8*0,5—1,52 с/p; m — доля опорной поверхности, занятая почвозацепами; S0 — скольжение почвозацепа — штампа (сдвиговой пластины), при котором обеспечивается т*— =Ттах; А — коэффициент; -густ — установившееся значение касательного напряжения; ц/> — коэффициент трения материала движителя о грунт; ри р2 — нормальное напряжение в почве под зацепами и между ними; Ер, Е — модуль сдвига материала движителя по грунту и грунта по грунту; £=0...1 — коэффициент, учитывающий неодновре-менность сдвигов. Зависимости вида (3.7)...(3.10) получают при проведении опытов со сдвиговыми пластинами — штампами натурных размеров при скорости скольжения и темпе нагружения пластины нормальными нагрузками, близкими к натурным. Иначе возможны значительные погрешности в оценке текущих и максимальных значений касательных напряжений т*, действующих под натурными движителями. Для оценки касательной силы тяги движителей по формулам (3.4)...(3.6) в выражения для т* обычно подставляется значение среднего нормального напряжения р=рср, хотя известно, что нормальное напряжение площади пятна контакта не остается постоянным. Например, О. В. Яблонский предлагает определять характер распределения нормальных напряжений под колесными движителями на минеральных почвах по выражению (рис. 3.3) р = ae~bxsin сх—А у2, где х, у — координаты точки на площади пятна контакта; а, Ь, с, А — эмпирические коэффициенты; при работе трактора класса 14 кН (скорость 1,1 м/с, давление воздуха в шинах — 0,12 МПа (оба моста ведущие)) на вспашке соответственно равны 11,65; 0,0355; 0,063; 0,007; при посеве — 2,1; 0,0355; 0,063; 0,0013. Заметим, что эта формула дает р=—АЬ2/4 при х=0 и у=Ь/2. Это противоречит физической картине. Для оценки Ры О. В. Яблонский использовал формулы (3.4) и (3.7) в предположении прямоугольной формы пятна контакта колеса с почвой. Целесообразно решать интегралы (3.4)...(3.6) графоаналитическим способом, учитывая малое значение коэффициента А. Проведем построение эпюр касательных реакций почвы для гусеничного движителя. Допустим, что угловых поворотов звеньев на опорной ветви нет и буксование гусениц определяется скольжением S звеньев. Выберем форму эпюры нормальных напряжений в грунте в зависимости от Рис. 3.3. Эпюра нормальных давлений под колесом (по О. В. Яблонскому)
типа ходовой части: при /к/^эв>2,5 эпюра будет волнообразной с пиками давлений под осями опорных катков; при /к/*зв<1,7 она имеет линейный характер — треугольноподобный или трапецеидальный (в зависимости от положения центра давления). Учитывая шаг, конструкцию звена и свойства грунта, принимаем зависимость T3B=f(p, S) = =x*bt3B касательной реакции грунта *от перемещения S одного звена. Здесь b и /зв — ширина и шаг гусеничного звена. После обоснования и выбора эпюры нормальных напряжений и зависимости вида T3B—f(p, SJ по формулам (3.8) строим эпюру нормальных напряжений и под ней графики T3B=xxbt3B при различных значениях скольжения S звена, т. е. при различном буксовании гусениц. На рис. 3.4, а показаны три линейные эпюры нормальных напряжений, соответствующие рср=23 кПа и коэффициенту смещения центра давления v=—0,09 (линия 1), v=0 (линия 2) и v=0,09 (линия 3). Под эпюрами нанесены графики T3B=f(p, S) при скольжении звена (t3в= = 140 мм, Ь = 260 мм, Лзац = 40 мм), равном соответственно 125 мм (рис. 3.4, в) и 500 мм (рис. 3.4 6), применительно к болотному грунту с дерноЁым покровом. Если теперь, например, из точки I одной из эпюр нормальных напряжений (р=13,7кПа) опустить перпендику» ляр на кривую 8 T3B—f(p,S) (рис. 3.4, в), получим значение Тзв касательной реакции грунта, действующей на звено в точке / опорной ветви гусеницы. Отложим это значение на эпюре касательных реакций грунта (рис. 3.4,г). Проделав такие же операции в точках II, III, IV и других, получим соответственные значения касательных реакций в тех же точках гусеницы. Геометрическое место всех указанных точек, отложенных от горизонтальной линии на рис. 3.4, г, составит эпюру касательных реакций грунта, действующих на гусеницу, при S=125 мм. Если из тех же точек эпюр нормальных напряжений опускать в том же порядке перпендикуляры на кривые T3B = f(p, S) при 5 = = 500 мм (рис. 3.4,6), получим соответственные эпюры касательных реакций (рис. 3.4,5). а р,кПа Рис. 3.4. Способ построения эпюр касательных реакций грунта, действующих на гусеницы при линейных эпюрах нормальных давлений: 1...3 — при коэффициенте смещения центра давления v, равном соответственно — 0,09; 0 и 0.09; 4 ..8 — при нормальных давлениях р, равных соответственно 55; 41,2; 27,5; 20 и 13,7 кПа u2u 60 100 W170200    JOO    WO Smat Та.*» 0 20 W 60 80 too 120 150 ПО 200 S.rn ' и с. 3.5. Расчетные эпюры касательных реакций грунта на звенья гусениц трактора ТМЛ-4: ,2 — смещение центра давления хд , равное соответственно 115 н —230 мм; 3...6 — при нормальных давлениях р, равных соответственно 1,2; 27,5; 20 и 13,7 кПа; 7...10 — при скольжении S, равном соответственно 500; 250, 125 и 62,5 мм Рис. 3.6. Способ построения эпюр касательных реакций грунта, действующих на звенья гусеницы при волнообразной эпюре нормальных давлений: i...5 — при нормальных давлениях р, равных соответственно 55; 41,2; 27,5; 20 и 13,7 кПа На рис. 3.5 показано построение эпюр касательных реакций грунта по экспериментальным эпюрам нормальных напряжений под гусеницами трактора ТМЛ-4 (при Lryc= — 4300 мм). Зависимость TaB=f(p,S) соответствует звену /зв=140 мм, ft = 260 мм и А3ац = 40 мм. На рис. 3.6 показано построение эпюр касательных реакций грунта (при той же зависимости T3B=f(p, S)) при смещении центра давления хА=—l/6Lryo *д=0 и лсд= = 1 /6 Lryc ММ. Для анализа зависимости силы тяги гусениц от формы эпюры нормальных напряжений и буксования подсчитаем силу тяги при различных скольжениях звена и эпюрах нормальных напряжений и построим соответствующие трафики вида 2Тза=[(хя\ lK/t3B; 6; рсР)- Сила тяги гусениц (кН) находится из эпюр касательных реакций по выражению Р*=27зв = 2^2—г ц, где Fan и /эп — соответственно площадь и длина эпюры касательных реакций грунта; г — число звеньев на длине Lryc опорной ветви гусениц; р — масштабный коэффициент, кН/мм. На графике рис. 3.7, а приведены кривые изменения силы тяги гусениц в зависимости от буксования при линейных эпюрах нормальных напряжений. На рис. 3.7, б показано изменение силы тяги гусениц длиной 4300 мм и 2500 мм при экспериментальных эпюрах нормальных напряжений, приведенных на рис. 3.5. Кривые изменения силы тяги гусениц длиной 2500 мм при волнообразных эпюрах нормальных напряжений (рср=26 кПа) показаны на рис. 3.6. Здесь же для сравнения приведена кривая изменения силы тяги тех же гусениц при линейной (прямоугольной) эпюре нормальных напряжений. Анализ графиков сил тяги гусениц позволяет сделать следующие выводы: 1.    Сила тяги гусениц зависит от положения центра давления, отношения шага катков к шагу звеньев, от давления, длины и буксования гусениц и от свойств грунта. 2.    Наибольшая возможная сила тяги гусениц (на связных грунтах) обеспечивается при линейной эпюре нормальных напряжений со, смещением центра давления назад ДО Хд,/Lryc = v 0,1. 3.    Смещение центра давления вперед по ходу движения снижает силу тяги гусениц на 10...12 %. 4.    При волнообразной эпюре нормальных напряжений (7к//3в>2,5) сила тяги гусениц при прочих равных условиях меньше, чем при линейной, на 8%. 5.    При волнообразной эпюре нормальных напряжений смещение центра давления назад не оказывает существенного влияния на силу тяги гусениц. 6.    На связных, в частности торфяных грунтах, наибольшие значения силы тяги соответствуют 3...10 % буксования гусениц. Дальнейший рост буксования не увеличивает сил тяги. Рис. 3.7. Графики зависимости силы тяги гусениц от буксования, положения центра давления, длины гусениц и формы эпюры нормальных давлений: а — при L гус =43(Ю мм и линейных эпюрах нормальных давлений; 6 — при L гус    мм и волнообразных и линейной эпюрах нормальных давлений! 1 — центр давления смещен назад; 2 — нулевое смещение центра давления; 3 — центр давления смещен вперед; 4 — при линейной эпюре нормальных давлений и нулевом смещении центра давления; 5 —* нулевое смещение; 6 — центр давления смещен вперед; 7 — центр давления смещен назад относительно середины опорной ветви гусениц Таким образом, наряду с конструкцией звена и нормальной нагрузкой на него, существенное влияние на силу тяги гусениц оказывают такие параметры, как смещение центра давления, отношение шага катков к шагу звеньев. Другой вывод о зависимости силы тяги гусеничной машины от положения центра давления сделал М. И. Ляско [3.7]. Он считает, что максимальное значение силы тяги соответствует равномерной эпюре нормальных напряжений. Используя зависимость (3.8) и видоизмененную зависимость Кулона вида Ттах = а(р + Н)т, где а — показатель функции; Н — показатель связности грунта; т< 1, В. И. Ляско принял, что на длине шага звена нормальное напряжение равно среднему под звеном, и сила тяги машины одного звена должна определяться по выражению A=27’f3s;7'i3B = W3B jtjr~=bf x*^~’ (1—ОМзв (1“0Л*зв где i — номер звена на длине опорной ветви гусеницы; б — коэффициент буксования гусеницы. Кривые вида Тэ*=!(р, S) (см. рис. 3.4, б, в) и эпюры касательных реакций грунта, действующих на гусеницы (см. рис. 3,4, г, <?), были получены при условии, что угловые повороты звеньев на опорной ветви гусениц равны Рис. 3.8. Эпюра углов азв поворота звеньев на гусеничном обводе трактора ДТ-55 нулю. В сдвиговых приборах, позволяющих получать зависимость T3B=f(pcp, S), это условие легко обеспечивается конструктивными мерами. В реальных же гусеницах звенья поворачиваются на опорной ветви относительно друг друга на угол а3в, при этом могут создаваться отрицательные реакции почвы. Например, исследования трактора ДТ-55А показали, что наибольший угол поворота звеньев достигает 20...30° (рис. 3.8). Поэтому реальные эпюры касательных реакций грунта, действующих на гусеницу, должны быть волнообразной формы (рис. 3.9, б) даже при прямоугольной эпюре нормальных напряжений (рис. 3.9, а). Рассмотрим возможное влияние кинематики движения звеньев опорной ветви на касательные реакции грунта. Выше было показано, что звено на опорной ветви совершает сложное движение: скользит в горизонтальном направлении и поворачивается вокруг шарнира. Так как все звенья опорной ветви находятся в различных положениях относительно горизонтальной линии, то горизонтальное перемещение звеньев не будет одинаковым. Например, когда звено 6 (рис. 3.9, в) переместится под действием силы Тх на ASb звенья 5 и 4 не получат горизонтального перемещения или оно будет значительно меньше, чем ASi. Вследствие того, что AS3«0, под звеньями 5 и 4 могут не возникнуть касательные реакции грунта или они будут значительно меньше, чем под звеном 6. Если сила тяги звеньев, лежащих за третьим звеном, недостаточна для передвижения машины, произойдет дальнейшее буксование гусениц такое, что звенья 4, 5 тоже получат скольжение AS<>0 и AS5>0, а звено 6 переместится больше чем на ASi. Рис. 3.9. Теоретические эпюры касательных реакций грунта: а — без учета угловых поворотов звеньев; б — с учетом угловых поворотов; в — вероятный характер скольжения гу сеничных звеньев по поверхности грунта под действием силы Г зв; 1 — действительное значение; 2 — усредненное значение; 3...6 — звенья гусеницы Таким образом, сила тяги гусениц зависит от положения центра давления, от отношения шага катков к шагу звеньев, от среднего давления, от длины гусениц и их буксования, а также от свойств грунта и конструкции гусеничного звена. 3.1.2. Процесс образования касательной силы тяги, пути ее увеличения и роль почвозацепов Изучение факторов, определяющих касательную силу тяги машин, позволяет сделать вывод, что она зависит: а) от свойств грунта (почвы); б) от конструкции колеса и гусеницы (площади пятна контакта, формы и размеров почвозацепов, материала движителя, давления воздуха в шинах). Это отражено в формулах для оценки Р* такими показателями, как Лзац, b, t3B, Р"> а также с, ц, которые характеризуют не только свойства грунта, но и частично свойства движителя (сдвиговой пластины, кольцевого прибора или рейки).; в) от режима работы машины (значения коэффициента буксования б); г) от сцепного веса машины и от равномерности распределения нормальных напряжений по площади пятна контакта (Qcu, р, *д, /кЛзв, т). Большинство перечисленных показателей определяются экспериментально и используются для оценки Р* при допущениях, которые не вносят существенной погрешности. Рассмотрим процесс и условия образования касательной силы тяги, например, у гусеничной машины. Известно, что звенья гусеницы сдвигаются не только вместе с поверхностным слоем грунта, но и скользят относительно этого слоя на некоторое расстояние Si (рис. 3.10). Из рисунка следует, что полное скольжение звеньев Sполн составляет часть от общего перемещения гусеницы L о относительно глубоких неподвижных слоев грунта. Величина Lt определяет буксование гусениц. Глубина деформирования грунта в горизонтальном направлении больше, чем высота почвозацепа. На глубине, равной высоте почвозацепа, происходит разрыв грунта из-за сдвига почвенного слоя толщиной в высоту зацепа. Рис. 3.11. Условия работы грунтозацепа: а — схема работы; б — режущего профиля без пригрузки; / — уплотненное ядро Величина 5ПОлн влияет как на значение касательных реакций почвы, так и непосредственно на глубину погружения гусениц и колес в грунт. Рассмотрим влияние скольжения звена ка касательные реакции грунта, действующие на одно звено. Сопротивление грунта сжатию и сдвигу при взаимодействии с существующими конструкциями гусеничных звеньев используется далеко не полностью. Под гусеницами, звенья которых имеют почвозацепы, в конечном итоге происходит резание грунта в условиях, специфичность которых обусловлена четырьмя причинами (рис. 3.11): 1) наличием нормальной пригрузки грунта силой Q3B со стороны звена (и силой Qcu со стороны движителя в целом); 2) замкнутым объемом грунта (Vk = h3but3Bb), сдвигаемого силой Тзв = Рк/п (где п — число грунтозацепов в пятне контакта) в сторону так называемой «открытой стенки»; 3) предварительным разрушением части грунтового объема V4 равного объему зацепа Vaau при его внедрении в грунт; 4) непостоянством значения и точки приложения силы Q3b, т. е. непостоянством нормального напряжения в грунте. Существование нормальной пригрузки Q3B по площади Ызь создает боковое давление в грунте и не позволяет грунту выпирать вверх при сдвиге — резании его почвоза-цепом, как это происходит при резании грунта плоскими профилями (рис. 3.12). Существование замкнутого объема Рис. 3.12. Характеристика сдвига — среза грунта: а — плоским профилем (по А. Н. Зеленину); б — звеном гусеницы (по А. В. Васильеву) Vk с «открытой стенкой», в сторону которой происходит сдвиг, ограничивает сопротивление грунта. Внедрение почвозацепа в замкнутый объем грунта V* разрушает часть этого объема и делает неопределенным распределение нормальных напряжений между нижней кромкой зацепа и поверхностью между зацепами. Рассмотрим влияние названных причин-факторов на создание касательной силы тяги при работе трактора на различных грунтах. Если грунтозацепов нет, Р* создается лишь силой трения — сцепления материала движителя с грунтом или грунта с грунтом (если сцепление материала с грунтом’ превосходит сцепление внутри грунта). При этом напряжения трения — сцепления в грунте распространяются на-, некоторую глубину и вызывают сдвиг слоев грунта. При грунтозацепах процесс создания силы тяги усложняется. Существуют разные мнения о роли грунтозацепов в создании силы тяги. Общепринятой считается схема, при которой сила тяги обязательно связана с сопротивлением грунта срезу по трем поверхностям: по нижней поверхности на глубине, равной высоте погружения грунтозацепа, где действует условное напряжение т*, и по двум боковым поверхностям почвозацепа по площади Лзац^ац, где действует напряжение среза тср (см. формулу (3.5)). Верхняя поверхность, как и в случае, когда нет зацепа, нагружена силами Q3B и n.Q3B, где р, — коэффициент трения — сцепления материала движителя с грунтом; на торцевую поверхность пятого почвозацепа действует сила Гупор, а шестой, расположенный напротив пятого, ничем, кроме бокового давления почвы, не нагружен. Такова схема нагрузки «почвенного кирпича» со стороны движителя и реакций грунта от этой нагрузки. А. Р. Риис считает, Что назначение почвозацепов состоит в том, чтобы сдвигать грунт с более глубоких и, значит, более плотных поверхностей. Он полагает, что при внедрении зацепа в грунт последний в объеме V*=bt3ah3ац разрушается, заполняя этот объем. Происходит сдвиг грунта по неразрушенной поверхности, лежащей на глубине расположения нижней кромки зацепа (и, конечно, по двум боковым поверхностям). Некоторое сопротивление оказывает и трение — сцепление с грунтом нижней и боковых кромок почвозацепа. В связи с этим А. Р. Риис рекомендует делать суммарную площадь нижних кромок почвозацепов не более 4 % общей опорной .рлощади пятна контакта у гусеничных движителей и 24 % у колесных. Этот взгляд А. Р. Риис подтвердил опытами на несвязном и малосвязном-(с<7 кПа) песке, показав, что зацепы высотой 152 мм увеличивают наибольшее значение силы тяги беззацепочной гусеницы, соответственно на 11 и 20 %. Другими словами, по Риису сила 2ГуПорА! (0,11...0,2)Р* даже при очень больших зацепах. Этот рост вызван главным образом увеличением трения грунта на глубине зацепов. Проанализируем это с учетом того, что шаг зацепов обычно не превышает 200 мм. Из равновесия сил, действующих на «почвенный кирпич» (рис. 3.13), следует: Qcu. + Т упор = X*bt3a -(- 2тср^зв^зацУ Тувор шах = Т*6/зв + 2тср^звЛаац — РсрЦ^зв = = Cc+Pcptgp^6^3B + 2(C+ ePcptgp) t3Bh3au—Pcp\lbt3n — — bt3B [с+Pcptgp — РсрЦ+2(c+ePcptgp)—jj—~J. Если H»tgp, 8*0 И C*0, TO ^ynopmax^, т. e. на не-связных грунтах при \i>-tgp зацеп не нужен. ЕСЛИ сф0, 8— 0, JA^tgrp» jo Гупортах — Ы3в(С-\-2с g— = Ct3B(b + 2/l3au^ т. е. сила Тупортгх преодолевает только силы внутреннего сцепления связного грунта. Рис. 3.13. Схема нагружения «почвенного кирпича» Если погружение зацепов в грунт неполное и весь вес машины передается через зацеп, Тупор шах = bt3B [c+Aptgp+2(c+eAptgp)-^-l, т. е. сила Гупортах зависит от сцепления с и веса грунта между почвозацепами. Если е«0,5, tgp>p, и сФО, то 7'упор=^^зв [c+Рср (tgp—ji) + 2(c-t-0,5pcptgp)    (3.11) т. е. сила Т^пор на почвозацеп (при шаге зацепов t3*< <200 мм) может быть создана в таких связных грунтах,, у которых сцепление с достаточно велико, возможно обра-зование бокового давления и которые на глубине, равной высоте зацепа, имеют коэффициент внутреннего трения больший, чем коэффициент трения ц материала движителя о грунт. Так как обычно ц и tgp мало отличаются друг от друга, главную роль в создании Гупор играет сцепление с. Это подтверждается и опытами И. С. Кавьярова. Например, на мерзлых грунтах касательную силу тяги определяют по выражению P*=nQcu+2 Ti где т — число почвозацепов. И. С. Кавьяровым показано, что при высоте грунтозаце-па /tSau=18 мм сила тяги трактора типа Т-100 возросла на 57 % по сравнению с силой тяги без почвозацепов (на мерзлом грунте) при шаге гусеницы 203 мм. Однако для внедрения почвозацепа в мерзлую почву необходимо обеспечить высокое нормальное напряжение в почве. Рассмотрим механизм образования касательной силы тяги одного гусеничного звена. Грунт в объеме У*=Мзац<зв и глубже находится в сложном напряженном состоянии под действием сил Тав и Q»в. От силы Q3B грунт между зацепами 1 и 2 (рис. 3.14) v Рис. 3.14. Плоскостная схема нагружения грунта между двумя соседними грунтозацепами нагружается с нормальным напряжением р, которое вызы-вает в слое грунта ОП напряжения сжатия. На силу Тзь грунт реагирует реакцией цУсц и касательными реакциями хл= (c+ptgp), распределенными по глубине сжимаемого слоя ОП по закону треугольника. Примерно по такому же закону грунт деформируется в горизонтальном направлении. Кроме этих двух полей напряжений (а и т*), при скольжении AS зацепа возникают локальные напряженные зоны, где действуют и другие напряжения. При буксовании 6<100% можно предположить существование минимум трех локальных зон между двумя зацепами, которые показаны на рис. 3.14. Первая зона — это зона сжатия — уплотнения грунта зацепом в горизонтальном направлении за зацепом 1. В механике грунтов считается, что до начала сдвига — среза «почвенного кирпича» происходит его компрессионное сжатие в горизонтальном направлении силой Тупор=ОтЬзацЬ, где От — напряжение сжатия грунта. В этой же зоне, вблизи нижней кромки зацепа /, происходят сдвиги — срезы грунта, непосредственно соприкасающиеся р плоскостями нижней и боковых кромок зацепа. Сопротивление грунта сжатию — уплотнению в этой зоне нарастает по мере увеличения скольжения AS зацепа (участок So на рис. 3.12) до значения S=S0, после чего происходит сдвиг всего объема V* = бЛзац^зв «почвенного кирпича». Вторая зона — это основная зона между зацепами. Здесь действует напряжение от, вызванное нормальным напряжением р, и касательные напряжения T*=(c+<xtgp)X g X (1—е~ "37)»вызванные трением о грунт материала движителя между зацепами. Влияние напряжений от в этой зоне невелико, если S<S<>. Третья зона — это зона А (АД) у заднего зацепа 2. Под действием рит<в грунте у зацепа образуется поверхность обрушения в объеме, равном А. Этот объем при ото-движении зацепа 2 (как подпорной стенки) обрушивается при увеличении пористости грунта и оказывает небольшое давление на зацеп 2. При дальнейшем скольжении зацепов 1 и 2 начинает обрушиваться объем АД также с увеличением пористости грунта. Поэтому давление грунта на зацеп 2 не может быть большим и им можно пренебречь. Таким образом, при увеличении скольжения зацепа от: нулевого значения до S=S0 в передней части (у зацепа 1) происходит уплотнение грунта, а в задней (у зацепа 2) — разрушение, сопровождающееся увеличением пористости грунта. Можно предположить, что это явление должно вызвать дополнительное погружение обоих зацепов в грунт. При скольжении S = S0 реакция Ту„0р=ОтЬк3ац достигает значения, при котором по плоскости сдвига «почвенного кирпича» образуются касательные напряжения т*2=[стах+ + (р+Ар)‘tgpmax]+2тСр, равные пределу прочности грунта, где Ар — давление от веса грунта на глубине Лзац. При S=S0+AS начинается сдвиг всего «кирпича» по поверхности с и боковым поверхностям из-за нарушения сцепле- ния — связности. При дальнейшем скольжении зацепов все связи — сцепления грунтовых частиц (молекулярные, капиллярные, адсорбционные) по поверхности с от зацепа 1 до зацепа 2 разрушаются и сдвигающая сила Тзъ уменьшается до значения, соответствующего силам внутреннего трения в грунте: Тупор = (p+Ap)tgpbt зв + ТсрЛзацЬ-По мнению М. Г. Беккера [3.2], А. А. Жвиренаса и А. В. Васильева [3.3], грунтозацепы могут вызвать реакцию грунта на площади bh3aц благодаря созданию сопротивления на поверхности шестого почвозацепа. Однако для этого нужно разнести почвозацепы на расстояние примерно 2<зв>,5|1олн, при котором не сказывается влияние «открытой стенки», т. е. близкого расположения соседнего зацепа. Конструктивная схема гусеницы М. Г. Беккера [3.2] с разнесенными (или прерывистыми, по А. В. Васильеву) зацепами показана на рис. 3.15. Эта гусеница позволила при прочих равных условиях создать тяговое усилие, равное удвоенному весу гусеничной машины. Рис. 3.15. Конструкция гусеницы с разнесенными почвозацепами (по М. Г. Беккеру) Подобную расстановку почвозацепов целесообразно применять на болотоходных машинах с широкими резино-металлическими гусеницами. Особенность гусеницы М. Г. Беккера в том, что между зацепами имеется грунт, не нагруженный силой Q3в, и открытое пространство /0Ткр (рис. 3.15). Вследствие этого грунт в объеме /0ткрЬЛзац перед каждым зацепом может сопротивляться сжатию — срезу в горизонтальном направлении, т. е. нагружать шестую поверхность «почвенного кирпича». В замкнутом объеме У* = 6*звЛ3ац обычных сплошных гусениц грунт лишен такой возможности, и шестая поверхность П не нагружена (см. рис. 3.13). Сопротивление сжатию — сдвигу грунта на шестой поверхности «почвенного кирпича» при разнесенных зацепах может быть оценено по формулам В. П. Горячкина или А. Н. Зеленина как сопротивление резанию плоским профилем высотой Аэац и шириной b (с учетом расположения «открытой стенки» на длине /откр). Тогда на каждом зацепе возникает дополнительная упорная реакция Д7'уПор= = kbh3ац> где k — удельное сопротивление грунта разрушению: 10...400 кН/M2. АТ упор = Л&Лзац ИЛИ АГупор» «СЛ Van (1+2,6Ь) 1,7+6Л3ацЛ (по А. Н. Зеленину). Тогда при числе зацепов т в пятне контакта Л= JJ т*dF-f 2тсрАF + ЕДГупордаг [СЛлц1,7(1 Ч-2,6Ь) + F    +bh3^k]~l    (3.121 Расстояние между зацепами, высота зацепа и толщина его нижней кромки — эти параметры движителя выбираются также с учетом свойств грунта. На грунтах сыпучих и малосвязных (с<7 кПа) увеличение высоты почвозацепа, как было показано ранее, не дает существенного роста силы тяги. Такие же данные получил А. В. Васильев [3.3] при опытах на слежавшемся песке при зацепах 80 мм (*зац=140 мм). На связных и связных задернелых грунтах, как следует из выражения (3.11), высота зацепа играет существенную роль. Однако она должна быть не более толщины дернового покрова или прочного слоя почвы. На таких почвах (как и на всех мерзлых) значительную роль играет выбор шага почвозацепов. Площадь FK нижней кромки зацепа и общая их площадь 2FK в пятне контакта также влияют на силу тяги машины. Соотношение Si7* и Fon определяет степень равномерности распределения нормальных напряжений в пятне контакта. На рис. 3.16 показана схема распределения нормальных и касательных напряжений в грунте под кромкой почвозацепа и между почвозацепами в моменты внедрения зацепа в грунт и при скольжении на AS звена с внедренным почвозацепом под действием силы Тзь. При внедрении почвозацепа под его нижней кромкой длиной /кр (рис. 3.16, а) образуется значительное давление мс зв—Р зац£}*кр Рзац, часть давления рм з = —7-77— . .—распределяется 0\t зв—/.кр) по межзацепочной части пятна контакта (если грунт настолько плотный и прочный, что зацеп не полностью вдавливается в грунт, то р м.з=0). При значительном буксовании движителя зацеп скользит на AS (рис. 3.16,6). Если AS>/KP, зацеп соскальзывает с ранее (при внедрении в грунт) уплотненного ядра Я и попадает на грунт, нагруженный давлением рм.з<Рзац. Это вызывает дополнительное погружение Ah зацепа и всего звена в грунт. При этом должно произойти перераспределение нормальных напряжений на кромки зацепов и между ними, р м.3 и р3*ц становятся одинаковыми (рис. 3.16, в).
Рис. 3.16. Схема распределения нормальных и касательных реакций грунта под кромкой зацепа и между зацепами
3.1.3. О влиянии нормального напряжения на коэффициент сцепления и силу тяги одиночного движителя Давление р движителя на грунт оказывает влияние на все показатели тягово-сцепных свойств, в частности на коэффициент использования сцепного веса фисп и на коэффициент сопротивления качению f. Рассмотрим влияние давления р на коэффициент (р„сп и силу тяги Рк при следующих допущениях: 1) эпюра нормальных давлений под пятном контакта имеет форму прямоугольника в продольных и поперечных сечениях; 2) скольжение всех элементов движителя в пятне контакта одинаково и т*=тт»х-Из формулы Кулона следует: T=c+ptgp; <Pci»=-^ + tgp, т. е. с ростом нормального напряжения р значение <рсц уменьшается и находится в пределах -£- + tgp < фсц < -----1- tgp «tgp, (3.13) р О    р max где Ро — природное, начальное напряжение в грунте,-обусловленное капиллярными и гравитационными силами (для торфа Ро«2,5кПа); ртах — наибольшее нормальное напряжение на поверхности сдвига грунта под движителем (или сдвиговой пластиной). Значения связности с и угла трения р для некоторых грунтов, по данным М. Г. Беккера [3.2], В. В. Гуськова [3.4] и А. В. Васильева [3.3], приведены в табл. 3.2. На- Т а 6 л. 3.2. Физико-механические свойства грунтов Почвенный фон р, град с, кПа V, кН/м3 Глина мокрая Глина влажная Глина сухая Песок мокрый Песок влажный Суглинок мокрый Суглинок влажный Суглинок сухой Болото Заболоченный луг Песок слежавшийся 0,5... 1,5 Почвенный фон Р, град с, кПа V, кН/м* Супесь (США) Стерня (США) Пахота (США) Целина (США) Суглинок (США) Глина тяжелая
Супесь (США)
Супесь*
Суглинок*
Торфяник
* — при р=20...50 кПа.
званные показатели механических свойств грунта изменяются в широких пределах в зависимости от влажности грунта (а значит, от времени года и погоды).
Графическая зависимость фсц—f(p) для различных грунтов, построенная по выражению (3.13) с использованием данных табл. 3.2, показана на рис. 3.17. Из графика
Рис. 3.17. График расчетной зависимости коэффициента сцепления фсц от давления на почву и ее фрикционных свойств
следует, что коэффициент сцепления <рСц может принимать значения 0,27...7,5 в зависимости от сцепления с и угла трения р грунта.
На графике показаны четыре зоны. Зона 1 соответствует грунту со сцеплением с=2кПа, зона 2 — 7 кГХа, 3 —
12 кПа и 4 — 17 кПа. Верхние границы каждой из четырех зон соответствуют углу трения 15°, а нижние — 35°.
Из графика видно, что для получения, например, коэффициента сцепления в пределах 1 <<рСц<2, необходимо ,обе: спечивать давление движителя на грунт не более 15...30 кПа. Лишь для связных грунтов, например сухих глин (с=15...20 кПа), возможно <рСц>1 при давлениях до 60 кПа. Большие значения фСц>1...7,5 соответствуют малым нормальным напряжениям (р«£15 кПа) при значительном сцеплении грунта (с>7 кПа), малые значения (фСц*£0,3...0,7) — малой связности почвы (с<7кПа), сыпучим сухим грунтам и нормальным напряжениям />>30 кПа.
Таким образом, по расчетным данным <рСц резко возрастает при давлении ниже 30 кПа практически на всех видах грунтов и может достигать значений много больше единицы.
Эксперименты подтверждают эту закономерность. Так, на рис. 3.18 показаны экспериментальные зависимости коэффициента сцепления от давления, вычисленные по отношению фсц = Р*тах/фсц ДЛЯ Некоторых ГруНТОВ И ДВИЖИ-телей.
Из формулы Кулона следует, что причиной роста коэффициента сцепления при снижении давления р является увеличение доли общего сцепления с грунта в значении коэффициента сцепления и силы тяги Р* движителя.
Сцепление, с грунта, по Н. И. Маслову, включает две составляющие:
с=с»е+с«,
где- CwE — сцепление водноколлоидной природы восстановимого характера; эта часть сцепления способна возрастать при уплотнении грунта и вследствие коллоидных процессов тиксотропии и синерезиса; се — структурное сцепление жесткого^ хрупкого характера, невосстановимое по своей природе. ~
При больших нормальных напряжениях в грунте, вибрациях и деформациях грунта в «почвенном кирпиче» с* приближается к нулю , и тогда сдвиг зависит лишь от Из этого следует, что при изменении нормального напряжения сцепление также может изменяться в пределах
Есть два главных пути снижения давления на почву: увеличение площади опорной поверхности движителя при неизменном сцепном весе и уменьшение сцепного веса при неизменной площади опорной поверхности.
Оценим влияние на силу тяги каждого из этих способов. Расчеты показывают, что наибольшая касательная сила тяги Р* движителя растет, если при неизменном или мало меняющемся сцепном весе (?Сц увеличивать площадь опорной поверхности F. Допустим, что имеются два движителя с Qcm = Qcn2. Во всех точках пятна контакта т*= =Тшах. Тогда
Рч= (c+Pitgp)Fi= CiFi + Qcutgp;
Р k2= (с + p2tgp) F 2= C2^2+Qcutgp.
Если Fx>Fb то PkX = Pk2+c(Fi—F2), a
фсц1 = фсц2 + ^(^ 1—F 2) /Qcu,>
т. e. сила тяги PkX первого движителя с наибольшей опорной площадью Fx возрастает пропорционально разности Fx—F2 площадей опорных поверхностей сравниваемых движителей. Причем PkX>Pk2, если выдерживается соотношение
(F1 F 2,)>tgp(Qcm Qcu,2)/c'
Таким образом, увеличение площади опорной поверхности F движителя — это эффективный путь повышения не только коэффициента сцепления, но и касательной силы тяги движителя, особенно при работе на связных почвах и грунтах (большое значение сцепления с). На практике увеличение площади опорной поверхности осуществляется путем сдваивания колес, увеличения ширины пневмошин в их диаметра, снижения давления воздуха в шинах, ушире-ния и удлинения гусениц, применения многоосных машин.
Для оценки влияния второго способа допустим, что имеются два движителя, у которых F1=F2=F, но Р\<Рг, т. е. Qcul<Qcu2-Тогда
,фсщ = cF/Qcm + tgp; Pki — cF+Qcmtgp; фсц2 = cF/Qcu,2~\~ tgp; Pk2~ CFQcii2tgP-Преобразуя эти выражения, получим
фсц^фсцг + С^ V)1*2 ^СЦ1>фсц2>
Р*1 = Р*2—^ёР (Qcu2—Qcm)<P*2>
т. е. при одинаковых площадях опорных поверхностей -сравниваемых движителей максимальная касательная сила тяги больше у движителя с большим сцепным весом.
Однако эта закономерность касается только максимальной силы тяги Рк гаах при одинаковом наибрльшем буксовании. При неодинаковом буксовании б (скольжении) движителей их силы тяги могут быть равными или принять любое значение от 0 до Р* max. Это следует, например, из формул:
,    . ... _ЬЬ оп .
т*= (c+/?tgp) (1— е -щ—);
Q    6L Qf|
фисп= ( —■+tgp) (1—t?—'—Щ~).
Кроме того, закономерность, выраженная формулой (3.13), получила достаточное экспериментальное подтверждение только при сравнительно больших нормальных напряжениях (р»15кПа); она справедлива при предположении, что показатели с и tgp не зависят от нормального напряжения и времени взаимодействия движителя с грунтом. На самом деле указанные показатели зависят от напряжения.
При анализе влияния давления р на коэффициент сцепления движителя предполагалось, что коэффициент трения tgp и сцепление с не зависят от времени. Но и это не так.
Например, Н. И. Маслов предлагает при оценке сопротивляемости грунта сдвигу использовать зависимость
Xxt = ptgp/ + c<,
где т*< — касательное напряжение за время t взаимодействия движителя с грунтом; р<, а — соответственно угол трения и общее сцепление грунта при его плотности и влажности, достигнутой под нагрузкой р на время Т (период взаимодействия).
Из этого следует, что коэффициент сцепления <рСц зависит от скорости движения машины и длины пятна контакта движителя с грунтом.
Для учета скорости движения при оценке фсц всей машины К. П. Агафонов, используя реологическую модель грунта, составленную из параллельно соединенных пружины Гука, тела Сен-Венана и поршня Ньютона, предложил выражение, в котором скорость движения учитывается через мощность Ne двигателя:
фтах—М ' П Т1тр'
/Шзац ^сц
где г)=v/z — объемный коэффициент вязкости грунта; v — вязкость грунта; z — глубина распространения сдвиговых деформаций в грунте; k — коэффициент объемного сжатия грунта; г)тр — КПД силовой передачи машины.
К сожалению, К. П. Агафонов в достаточной степени не обосновал модель грунта и реологическое уравнение этой модели.
Таким образом, имеет силу закон: уменьшение сцепного веса при постоянной площади опорной поверхности движителя вызывает рост коэффициента сцепления, но сила его тяги при этом будет увеличиваться только при таком увеличении буксования (что достигается повышением мощности, подводимой к этому движителю), что
б, = -^->-^- = б2.
Из этого следует, что одним из способов повышения коэффициента сцепления и касательной силы тяги является повышение энергонасыщенности движителя, т. е. одновременное снижение массы (при неизменной площади опорной поверхности движителя) и увеличение мощности, подводимой к движителю.
Все предыдущие рассуждения справедливы в предположении, что во. всех точках пятна контакта движителя с грунтом действует одинаковое постоянное давление (р= =Рср=const) и что все контактные точки скользят (буксуют) одинаково (6=1). У реального движителя это не так: у него все точки скользят по-разному (от нулевого значения до Smax = bon) и нагружены по-разному (от нуля до р=ртах). Поэтому коэффициент сцепления реального движителя является математическим ожиданием мгновенного значения коэффициента сцепления в отдельных п точках пятна контакта:
фсц.движ =2 фсц'/я.
В общем виде мгновенное значение коэффициента сцепления в точке пятна контакта может быть оценено по выражению
/ Р . . .    оп.
фсц =\“^+tgp‘)(1—15 — где р — нормальное напряжение в рассматриваемой точке; б< — буксование рассматриваемой точки пятна контакта.
Обычно коэффициент сцепления реального движителя оценивают по выражению (3.3). При этом Р* тах определяют по выражениям вида (3.4...3.6) или, графоаналитическим способом.
3.1.4. Пути повышения касательной силы тяги
движителя и трактора
Из выражения (3.12) для определения касательной силы тяги одиночного движителя следует, что существует несколько путей повышения этой силы.
1.    Увеличение коэффициента использования сцепного веса благодаря снижению нормального напряжения в пятне контакта путем увеличения опорной площади F при постоянном сцепном весе. Этот путь достигается сдваиванием колес, установкой широкопрофильных, арочных и других колес; переходам на гусеничный ход; созданием многоосных (многоколесных) ходов.
2.    Эффективное использование прочностных свойств грунта, т. е. увеличение касательных реакций х*, тСр и А7уп путем создания соответствующих конструкций грунтозацепов и их расположения по площади пятна контакта и вие ее (разнесенные почвозацепы на гусенице М. Г. Беккера; специальные грунтозацепы А. В. Климанова и А. В. Пономарева к трактору К-700; высокие и неширокие почвозацепы тракторных шин).
3.    Увеличение сцепного веса при обеспечении допустимого нормального напряжения в почве.
4.    Увеличение буксования движителя без снижения его КПД, т. е. путем одновременного снижения потерь на сопротивление перекатыванию движителя.
5.    Комбинирование названных способов.
Для повышения силы тяги трактора в целом также существует несколько способов.
1.    Увеличение сцепного веса путем перехода на полноприводные колесные ходовые системы (4X4; 6X6; 8X8).
2.    Эффективное использование прочностных свойств грунта путем применения регулируемой блокировки колес и осей, рационального распределения веса по осям (выбор положения центра давления).
3.    Уменьшение силы сопротивления перекатыванию.
3.2. АГРОТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТРАКТОРОВ
3.2.1. О влиянии уплотнения почвы
ходовыми системами машин на плодородие почв
и сопротивление обработке
Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве обеспечивается механизацией и автоматизацией всех процессов. В растениеводстве механизация осуществляется (и в обозримом будущем будет осуществляться) путем все большего использования мобильных машин. Растет число машин, работающих на полях, масса каждой машины и кратность их проходов по полю (до 2 раз по одному месту). В результате плотность почвы увеличивается в 1,06... 1,2 раза, ухудшается ее структура (уменьшается содержание комков размером 0,25... 1 мм и увеличивается глыбистость, отмечается распыление поверхностного слоя почвы).
Как следствие снижается урожайность на площади следов колес (гусениц) и увеличивается сопротивление обработке почв рабочими органами машин.
Таким образом, налицо противоречие: механизация и рост производительности неразрывно связаны с увеличением числа и массы мобильных машин и увеличением площади, уплотняемой колесами (гусеницами). А последнее при существующих параметрах ходовых систем приводит к снижению биологического урожая сельскохозяйственных культур и к удорожанию обработки почв. Разрешение этого противоречия лежит в выборе таких ходовых систем, которые при движении машин по полю не ухудшают физико-механических и биологических свойств почв. И второй путь — это использование широкозахватных рабочих орудий, что позволит уменьшить число проходов машин по полю и площадь следов колес (гусениц). Наиболее благоприятно сочетание обоих путей.
Воздействие ходовых систем машин на почву стало предметом изучения сравнительно недавно. Поэтому целесообразно систематизировать те данные, которые получены в последние 10...15 лет по оценке агротехнических свойств существующих машин.
3.2.2. Факты изменения некоторых агрофизических и механических свойств минеральной почвы под воздействием ходовых систем мобильных машин
Изменение структуры почвы. В ряде исследований отмечено, что после однократного и многократных проходов колесных и гусеничных тракторов изменяется структура почвы; увеличивается содержание агрегатов (комков) крупнее 10 мм и уменьшается содержание агрегатов размером 0,25... 10 мм. Определение количества таких комков ведется методом сухого просеивания фракций почвы, вспаханной после прохода трактора, в сравнении с почвой, по которой не проходили колеса или гусеницы трактора. Отмечено, что количество комков размером более 10 мм увеличивается в почве после прохода колес или гусениц на
15...20%. Такое изменение структуры почвы наблюдается до глубины 30...60 см (в зависимости от массы трактора, кратности проходов по одному следу, типа и состояния почвы).
Кроме того, в ряде опытов отмечено резкое увеличение частиц менее 0,25 мм, т. е. распыление почвы после прохода машин. В отдельных опытах зафиксировано увеличение количества водопрочных комков размером 0,25... 1 мм.
Изменение плотности почвы. Колеса и гусеницы машин уплотняют почву на глубину до 50 см. Наиболее сильно уплотняются верхние слои почвы — до 20 см. Отмечено, что повышенная степень уплотнения сохраняется 1...3 года в слоях почвы, не подвергающихся обработке, и увеличивается при последующих проходах машин. Например, на дерново-подзолистой почве мягкопластичного состояния проход тракторов типа МТЗ, Т-150К и К-700 вызывает увеличение плотности почвы в слое до 10 см на 0,08...0,25 г/см3 и даже на 0,35 г/см3.
В слоях почвы, находящихся на глубине 15...30 см, прирост плотности после одного прохода трактора составлял
0,02...0,04 г/см3. Последующие проходы существенно повышали плотность только нижних слоев.
Обычно плотность не уплотненной машинами почвы в слое до 20 см находится в пределах 1...1.41 г/см3. Из этого следует, что машины повышают плотность почвы в верхних слоях на 6...20%. В нижних слоях при многократных проездах машин плотность грунта возрастает еще больше.
На черноземных землях Сибири получены такие же результаты, как и на дерново-подзолистых почвах.
Отмечено также, что уплотнение крупнопылеватых суглинков связано с влажностью. При влажности, равной
45...50 % полной полевой влагоемкости, уплотняющее действие колес и гусениц не проявляется. Степень уплотнения почвы одними и теми же тракторами зависит от гранулометрического состава и влажности почвы.
Б. А. Доспехов и А. И. Пупонин провели исследования по определению оптимальной (для развития зерновых и пропашных культур) плотности почв различных типов. Результаты приведены в табл. 3.3. Оптимальная плотность
Табл. 3.3. Оптимальная плотность почв (по Б. А. Доспехову и А. И. Пупонину)
Плотность, г/см3
Почва
Механиче
оптимальная
ский состав
равно
весная
зерновых
пропашных
Дерново-подзо
Песчаная
листая
связная
Супесча
1,2 ...1,35
Суглини
1,35... 1,5
1,1 ...1,3
Дерново-карбо-
стая То же
1,1 ...1,25
натная
Дерново-глеевая
1,2 ...1,4
Луговая пой
менная
Болотная
Степень
0,17...0,18
0,23...0,25
Серая лесная
разложения торфа 35...40 % Тяжело
1,15... 1,25
Чернозем
суглинистая
Суглини
1,2 ...1,3
Каштановая
стая То же
1,1 ...1,3
Серозем
для развития растений сравнивается с равновесной плотностью (плотностью естественного сложения) для данного типа почвы.
Анализ данных таблицы показывает, что в большинстве случаев для оптимального развития зерновых и пропашных культур на почвах разных типов необходимо снижать равновесную плотность почвы. Достигается это, как известно, путем рыхления. При взаимодействии ходовых систем машин с почвой происходит обратный процесс — процесс уплотнения, что отрицательно сказывается на росте и развитии растений.
Изменение твердости почвы. Изменение плотности на
6...20 % в слое почвы до 20 см приводит к существенному росту ее твердости. В среднем на дерново-подзолистых почвах и черноземах твердость почвы в слое до 10 см после одного прохода тракторов типа МТЗ, Т-150К и К-700 возрастала в 1,8...5 раз. При увеличении кратности проходов твердость почвы еще более растет. Твердость уплотненной колесами тракторов почвы достигала 2000...5000 кПа.
При обработке пропашных культур твердость почвы от посева к третьей культивации возрастает вдвое.
Изменение пористости почвы и скорости фильтрации влаги. Уплотнение почвы ходовыми системами машин происходит за счет уменьшения ее пористости, что приводит и к снижению ее фильтрационной способности. Так, И. К. Макарец отмечает, что изменение плотности тяжелосуглинистой каштановой почвы с 1,06 до 1,17 г/см3 снижает ее фильтрационную способность на 30 %, а дальнейшее увеличение плотности до 1,34 г/с'»3 уменьшает фильтрационную способность в 20 раз. По данным И. Б. Ревута, скорость фильтрации может уменьшиться в 5000 раз. Из этого следует, что небольшое изменение плотности почвы может привести к существенному снижению доступа в нее влаги и воздуха. Н. А. Качинский установил, что корневые волоски растений не могут расти, если поры в почве меньше 10 мкм, и что поры менее 3 мкм недоступны для микроорганизмов, обитающих в почве [3.8].
Сопротивление почвы резанию (обработке). Из теории резания грунтов известно, что сопротивление резанию прямо пропорционально твердости грунта (почвы). Например, для суглинка усилие резания фрезой определяется по выражению
Р рез = 18,5+3,8С.
При резании почвы плоскими ножами
Ppea = Ch'f (1 + 0,1бн) (1--
где С число ударов, характеризующее твердость почвы; ftp — глубина резания; Ь„ — толщина ножа; а — угол резания, град; k р — коэффициент, учитывающий угол заострения ножа.
Отсюда следует, что уплотнение почвы (увеличение числа С) крлесами и гусеницами машин приводит к увеличению сопротивления резанию почвы, т. е. к возрастанию энергетических затрат на обработку почвы (см. рис. 3.1).
Изменение количества биомассы в почве. В почве обитает значительное количество живых организмов, активно участвующих и в рыхлении и в образовании гумуса. Это бактерии, клещи, улитки, кивсяки-многоножки, дождевые черви и др. Что происходит с ними при деформации почвы колесами и гусеницами машин? Можно сделать некоторые предположения. Наибольшее давление от колес и гусениц в пятне контакта с почвой составляет 50...500 кПа и создается в течение долей секунды. Такое же давление (напряжение) действует в слое почвы до 50 мм, снижаясь с увеличением глубины. При таких давлениях гибнут черви, улитки и многие другие мелкие организмы, обитающие в верхних слоях почвы. Значит, объем биомассы, населяющей почву, после прохода машин должен уменьшиться, а это вредно отражается на плодородии почвы.
Изменение урожайности сельхозкультур по следу колес и гусениц. Колеса и гусеницы ухудшают механические и биологические свойства почвы и повреждают часть растений. Даже эти факторы позволяют предположить, что плодородие почвы должно уменьшиться. Так, по данным Г. Э. Белова и А. П. Подолько, при однократном проходе трактора МТЗ-80 урожай ячменя по следу колес снизился на 2,8%, а при пятикратном — на 14,8% по сравнению с неуплотненными (контрольными) участками. По опытным данным, при сплошном укатывании поля однократным проходом тракторов МТЗ-80, Т-150К и К-700 урожай ячменя снизился в первый год на 2,7 %, а при трехкратном укатывании — на 11 %. Почва была дерново-подзолистая.
Проход трактора Т-150К по влажной почве через шесть дней после посева снизил урожай ячменя по следу колес на 37,4% (23,8 ц/га против 37,9 ц/га вне следа). Имеется много данных других исследователей, свидетельствующих об уменьшении урожайности культур по следу колес и гусениц на 5...30 % по сравнению с урожайностью на контрольных участках [3.8].
3.2.3. О влиянии соотношения ширины захвата орудия
и ширины следа колеса (гусеницы)
на допустимое давление в пятне контакта
Если задаться допустимым снижением урожая на данном поле, то можно определить допустимый процент потери урожайности по следу в зависимости от соотношений ширины захвата 5 орудия и ширины следа 6 колес или гусениц. Соотношение между биологическим урожаем Б поля, фактическим урожаем Ф и потерей П урожая на следах имеет вид
Б—П=Ф,    (3.14)
где Б = У1Вп, Ь„ = Вп; П=кУтЬп1; Ф=ДБ\ У — урожайность культуры; I — длина поля; п — число проходов машины по ширине поля при выполнении агротехнической операции; 6„ — ширина поля; £ — искомый допускаемый коэффициент потери урожайности по следу колеса или гусеницы, зависящий от давления на почву в пятне контакта; т — число следов, оставляемых машиной; Д — принятое допустимое снижение урожая для данного поля.
Допустим, что т = 2 и что между коэффициентом £ и давлением на почву существует прямо пропорциональная зависимость. Пусть Д=0,99, тогда
Б—Ф=/7; 0,01 5 = £т6 = 2£6, или £= ^^=0,005
В этом случае, если 6 = 0,055, то £=10 %; если 6 = 0,15, то £=5%; если 6 = 5, то /е=0,5 %.
При m= 1, если 6 = 0,55, то £ = 20 %; если 6=0,15, то £=10%; если 6 = 5, то £=1 %.
Из этого следует, что один и тот же урожай культур на данном поле может быть получен при давлении колес (гусениц) на почву, отличающемся в 20 раз (£ = 0,5 % и £=10 %) друг от друга. Но для этого необходимо соответственно выбрать соотношение между шириной захвата 5 орудия и шириной b колес или гусениц. При сплошном укатывании поля (5 = 6) к колесам и гусеницам предъявляются высокие требования: потери £ урожайности по их следу должны быть не более 0,5 % урожайности вне следа (при заданном снижении Д=0,99) при т = 2 и не более 1 % при т= 1.
Таким образом, применение широкозахватных орудий для обработки почвы и растений и уменьшение числа следов тп, оставляемых машиной, — это эффективные способы уменьшения вредного воздействия ходовых систем машин на урожай сельскохозяйственных культур. При той же колее машин и тех же колесах (гусеницах) целесообразно увеличивать ширину захвата орудия (увеличивать число обрабатываемых рядов пропашных культур, ширину жаток и т. д.). Машина с односледовым гусеничным движителем предложена в НАТИ.
3.2.4. Урожайность культур при «мостовой» схеме работы
Машины, работающие с широкозахватными орудиями, могут иметь (теоретически) ширину колеи В* от нуля (односледовая машина) до Вь=(В + Ъ) (рис. 3.19). В послед-
*7
Рис. 3.19. «Мостовая» схема работы машин и соотношение площадей под сельскохозяйственными культурами и под следами машин
нем случае («мостовая» схема работы) возможно уменьшение числа следов колес (гусениц) на поле благодаря повторному прохождению по следу, но при этом выпадает из севооборота площадь следов машины. Определим допустимое снижение урожая из-за уменьшения посевной площади поля за счет площади следов. Пользуясь обозначениями на рис. 3.19 и формулой (3.14), получим Б—Ф=П; У1(В + Ь) (1—Д) =У1Ьт,
откуда
д—____1_
л В + Ь 1 + Ь/В'
Фактический урожай Ф—ДБ зависит от отношения b/В. При 6/В = 0,05 1—Д = 4,8 %•
«Мостовая» схема работы не требует ограничений давления колес (гусениц) на почву и при достаточно широких захватах орудий (5>20м при 6/5=0,0125) обеспечивает такой же фактический урожай культур, как и при использовании машин с низкими давлениями на почву при обычной технологии работы.
При «мостовой» схеме работы машин возможно получение урожая со всей площади поля. Но тогда следует ограничить давление на почву и кратность проходов по следам. Вероятно, также потребуется рыхление почвы в следе в процессе прохода машин. При таком применении «мостовой» схемы возможно увеличение фактического урожая благодаря добавлению урожая, снимаемого с площади еле-
дов, т. е. с площади, равной S built.
3.2.5. Пути уменьшения и методы изучения вредного
уплотняющего воздействия ходовых систем на почву
Использование широкозахватных орудий, односледовых машин, «мостовых» схем машин и обработки почвы и растений — все это-направлено на уменьшение площади следов колес (гусениц) в общей площади поля.
При существующей и перспективной системах сельскохозяйственных тракторов большое внимание необходимо уделять также снижению их уплотняющего воздействия на почву. Должна решаться проблема замены существующих колес и гусениц на такие, которые меньше деформируют и уплотняют почву, не портят рельеф поля и не истирают почву. Опытные данные говорят о том, что гусеничные тракторы типа Т-74, ДТ-75 наиболее подходят для работы на полях в весенний период. Так как указанные тракторы оказывают на почву давление гораздо меньшее, чем другие колесные тракторы и сельскохозяйственные машины, и буксуют меньше (при прочих неизменных условиях), можно сделать вывод о необходимости снижения давления колес хотя бы до уровня давления на почву гусениц названных тракторов.
Влияние уплотнения на свойства почв может быть двояким. С одной стороны, воздействие колес и гусениц на почву приводит к образованию на полях по трассе движения машин уплотненных почвенных зон, которые могут стать зонами повышенного притока и испарения почвенной влаги. Эта влага с растворенными в ней питательными веществами перемещается в зоны уплотнения капилляр* ными силами из соседних менее плотных участков или из глубинных слоев почвы. Поэтому, например, на южных малогумусных тяжелосуглинистых черноземах на поверхности таких уплотненных зон урожай сельскохозяйственных культур может быть выше за счет снижения урожая на соседних участках, из которых забирается вода с питательными веществами. Ширина этих участков не превышает 0,6...0,8 м.
С другой стороны, при воздействии колес и гусениц на почву возможно такое распыление и разрушение структурных комков почвы, ее уплотнение, что образуются очень мелкие поры, которые не позволяют нормально развиваться корням растений, увеличивают период всхожести семян, уменьшают подачу питательных веществ к прорастающим растениям. Из-за этого урожай культур и плодородие почвы на следах колес и гусениц снижаются. Подобные случаи отмечались машинно-испытательными станциями на южных остаточно-солонцевых тяжелых суглинках влажностью 26...28 % и на дерново-подзолистых суглинистых почвах Могилевской области после прохода тракторов К-700. ДТ-75 и МТЗ-80.
Степень уплотнения почвы колесами и гусеницами машин и влияние этого уплотнения на урожай зависят от влажности почвы, ее гранулометрического состава и в значительной мере от числа проходов машин по одному следу.
На урожай культур влияет соотношение глубины заделки семян и глубины уплотняющего воздействия колес и гусениц, а также последовательность операций посева семян и уплотнения почвы.
Степень уплотнения почвы и разрушения ее структурных комков может быть оценена плотностью почвы, заме--оенной после прохода машин в период посева семян. Плотность почвы после посева семян (колошение, уборка) повышается под действием естественных внешних факторов (усыхание, гравитация и т. д.). Значение допустимой плотности почвы в период посева зависит от типа и состояния почвы. По имеющимся данным эти значения находятся в пределах, указанных в табл. 3.3.
Плотность почвы измеряется двумя методами: по «сухому» веществу и с учетом влаги. Наиболее распространен второй способ. Более правильно оценивать плотность почвы по «сухому» веществу и определять ее влажность по горизонтам 0...5; &...10; 10...15 см.
Для ориентировочного (расчетного) определения плотности почвы после прохода машины Н. А. Ордой предложена формула вида
Yn= Yo(l + «PcPe -,г),
где 7о — плотность почвы до прохода машины; рср — среднее давление колес или гусениц на почву; п, i — опытные коэффициенты, зависящие от типа и состояния почвы; г — глубина рассматриваемого слоя почвы.
Использование этой формулы ограничивается тем, что требуется предварительное определение коэффициентов п,
i и плотности почвы.
За рубежом в 1976 г. было предложено другое выражение для оценки плотности почвы после прохода машины:
Ycy *=А + BlnP-^°CT- + С1п У. од.
Для песчаных и супесчаных грунтов эта формула имеет вид
Ycy*= 1,438+ 0,008551п-^- + 0,3124 1пИ7ВОД(
где Ycyx — плотность почвы по «сухому» веществу, г/см3; А, В, С — постоянные коэффициенты, зависящие от вида и состояния почвы; р — среднее давление в пятне контакт
ОИ
АфттьфЛъ Рис. 3.20. Поля напряжений: под гусеницей (/) и под отдельными ее участками (//) при взаимодействии с почвой та при одном проходе, кПа; р0Ст — остаточное давление в почве (до прохода машины); WBOA — масса воды в единице объема почвы, г/см3; п — число проходов. НАТИ предложен более сложный показатель уплотняющего воздействия ходовых систем на почву. Как следует из этих выражений, степень уплотнения почв зависит от их влажности и от давления ходовых аппаратов. Известны следующие способы уменьшения давления ходовых систем на почву. Рис. 3.21. Пневмобашмак гусеницы (конструкции УкрНИИместпрома) 1.    Использование гусениц вместо колес. При этом (как показывают расчеты, проведенные по формуле Б. Ж. Бус-синеска) уменьшаются контактные давления и напряжения по глубине. На рис. 3.20 показана эпюра напряжений в почве на глубине 300 мм под гусеницами трактора Т-100МБ. Видно, что увеличение давлений на смежных участках гусеницы повышает несущественно напряжение в почве. 2.    Применение многоколесных ходовых систем. Этот способ близок к вышеназванному, но при одинаковых средних давлениях позволяет уменьшать влияние колес на напряжение в толще почвы. 3.    Применение широких колес большого диаметра (арочные, широкопрофильные, сдвоенные, строенные и т* п.). -4. Ликвидация или усовершенствование почвозацепов, создающих высокие местные давления на почву. По данным Даллейне давление на почву под почвозацепами колес часто бывает в два раза выше, чем под основанием шины. Под почвозацепами гусениц давление еще больше отличается от давления между зацепами. В связи с этим в последнее время ведутся работы по созданию пневмотраков с широкими и низкими почвозацепами (рис. 3.21). ЛИТЕРАТУРА 3.1.    Агейкин Я. С. Вездеходные колесные и комбинированные движители. Теория и расчет. — М.: Машиностроение, 1972. — 184 с. 3.2.    Беккер М. Г. Введение в теорию систем местность — машина. — М.: Машиностроение, 1973. — 520 с. 3.3.    Васильев А. В., Уткин-Любовцев О. Л., Докучаева Е. Н. Влияние конструктивных параметров гусеничного трактора на его тягово-сцепные свойства. — М.: Машиностроение, 1969. — 192 с. 3.4.    Гуськов В. В. Оптимальные параметры сельскохозяйственных тракторов. — М.: Машиностроение, 1966. — 196 с. 3.5.    Зеленин А. Н. Основы разрушения грунтов механическими способами. — М.: Машиностроение, 1968. — 376 с. 3.6.    Кацыгин В. В. О закономерности сопротивления почв сжатию. — Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства, 1962, № 4, с. 28—31. 3.7.    Ляско М. И. и др. Влияние ходовых систем сельскохозяйственных тракторов на уплотнение йочвы и урожайность ячменя. — Тракторы и сельхозмашины, 1979, № 12, с. 4—6. 3.8.    Скотников В. А., Пономарев А. В., Климанов А. В. Проходимость машин. — Минск: Наука и техника, 1982. — 328 с. Глава 4. ПРОБЛЕМА СОЗДАНИЯ БЕССТУПЕНЧАТЫХ И РЕГУЛИРУЕМЫХ СИЛОВЫХ ПЕРЕДАЧ ТРАКТОРА С РАЗРЫВОМ И БЕЗ РАЗРЫВА ПОТОКА МОЩНОСТИ_ 4.1. ПРОТИВОРЕЧИЕ МЕЖДУ ТЕНДЕНЦИЕЙ К ПОВЫШЕНИЮ РАБОЧИХ СКОРОСТЕЙ ТРАКТОРА И КОНСТРУКЦИЕЙ СТУПЕНЧАТЫХ СИЛОВЫХ ПЕРЕДАЧ Силовая передача трактора объединяет сборочные единицы и механизмы (муфта сцепления, коробка передач, механизм поворота, конечная передача), передающие ведущим колесам или звездочкам крутящий момент двигателя и изменяющие его частоту вращения по значению и направлению. Силовая передача трактора, кроме того, используется для передачи части мощности двигателя агре-гатируемой с трактором машине и включает сборочные единицы и детали привода вала отбора мощности: торсионный вал, карданную передачу, редуктор и др. К не0 предъявляется ряд требований как общего характера: высокий КПД, возможность индивидуального регулирования частоты вращения колес, низкая металлоемкость, так и специального характера: высокая надежность, возможность привода агрегатов с большим относительным перемещением, независимость размещения силовой установки, возможность дробления мощности, группового и индивидуального привода ходовых систем, приспособленность к колебаниям тяговых нагрузок, способность передавать мощность на значительные расстояния, широкий диапазон регулирования силовых и скоростных параметров. Одним из главных требований, предъявляемых к современным силовым передачам, является требование передачи и изменения крутящего момента и частоты вращения без остановки трактора и без разрыва потока мощности при максимально возможном использовании мощности двига-гателя. Трактор создавался как средство для замены конноволовьей тяги при работе с простейшими сельскохозяйственными машинами и орудиями. В этих условиях скорости его передвижения хотя и превышали скорости при работе на конно-воловьей тяге, но интервал их изменения был не широк, а количество передач не превышало двух-трех. Механическая силовая передача отличалась компактностью и простотой. Учитывая также отставание в развитии элек-тро- и гидрооборудования для силовых передач, отсталость технологической и технической баз по его производству, на заре тракторостроения проще было создать трактор с механической силовой передачей, которая и получила наиболее широкое развитие. Разнообразие условий работы и выполняемых трактором технологических процессов, стремление повысить степень использования мощности двигателя и коэффициента эксплуатационной загрузки трактора, а также непрерывное увеличение рабочих скоростей движения, т. е. стремление достигнуть наиболее высокой производительности МТА, потребовали создания многоступенчатых коробок передач с широким диапазоном скоростей. Число передач (ступеней) тракторных коробок передач составляет 5...32, а диапазон основных скоростей движения переднего хода — 0,5...10 м/с и выше. В настоящее время только 1 % сельскохозяйственных тракторов имеет до шести передач, 4 % — семь-восемь, 31% — восемь-двенадцать, 64%—свыше двенадцати передач [4.6]. Это затрудняет правильный выбор передач при ручном их переключении и вызывает необходимость в частых остановках трактора для переключения передач, что соответственно снижает коэффициент использования рабочего времени тракторного агрегата и приводит к снижению его производительности на сельскохозяйственных работах. В .качестве показателя, характеризующего выбранный ряд ступенчатых передач, применяются обычно минимальные значения коэффициентов загрузки двигателя на разных передачах. Рассмотрим, как загружается двигатель в граничных точках, т. е. точках, где становится возможным переход с одной передачи на другую. В зависимости от развиваемой касательной силы тяги Р* крутящий момент двигателя Мк при работе на разных передачах меняется, как показано на рис. 4.1. Точка Ь' пересечения луча лервой передачи с горизонталью Mk min минимально допустимой загрузки двигателя (обычно не меньше 80% номинальной мощности) является граничной точкой перехода на вторую передачу. При касательной силе тяги Р'к, соответствующей данной точке, переход на следующую более высокую передачу повышает крутящий момент двигателя до номинального значения М„ при одновременном увеличении скорости трактора. Точка с' — граничная точка перехода со второй на более высокую третью передачу и т. д. Чем больше число передач, тем шире возможность выбрать такую скорость, которая соответствует оптимальной загрузке двигателя, а значит, высокой производительности и экономичному расходу топлива. Рк Р"к РкW Рис. 4.1. Диаграмма загрузки двигателя при использовании ступенчатых механических коробок передач На современных тракторах широко используются валь-ные ступенчатые коробки передач 5 (рис. 4.2) вместе с другими редуцирующими механическими агрегатами: понижающим редуктором 4, редукторами 3 и 11 привода независимых ВОМ — соответственно заднего 9 и бокового 12, ходоуменьшителем 13, дифференциалом 7, главной, 6 и конечной 8 передачами. Коробки передач и редуцирующие механические агрегаты имеют, как правило, скользящие, а также неподвижные или постоянного зацепления шестерни. При переключении передач скользящими шестернями поток мощности от двигателя 1 к ведущим элементам движителя 10 (см. рис. 4.2) разрывается на время tn (рис. 4.3) от момента выключения муфты сцепления 2 (см. рис. 4.2) до начала роста скорости при включении муфты. Время tn зависит от конструктивных особенностей коробки передач, квалификации оператора и находится в пределах 1.2...15 с. При этом возможны два случая переключения передач. В первом при переключении передач гусеничного или колесного трактора на вспашке и других тяжелых работах, требующих повышенного тягового усилия, после выключения муфты сцепления скорость агрегата изменяется по Ж
Рис. 4.2. Кинематическая схема механической силовой передачи трактора МТЗ-80
1— г-l I
линии 1—2 (рис. 4.3, а) до полной остановки. После стоянки в течение /0 (линия 2—3) включается муфта сцепления, агрегат трогается с места и за время tp (линия t 3—4) разгоняется до скорости V2- Во втором случае при работе колесных тракторов с незначительной силой тяги на крюке (транспортные работы) после выключения муфты сцепления из-<■ менение скорости агрегата характеризуется линией 1—2 (рис. 4,2 б). Однако агрегат не успевает остановиться до начала включения муфты сцепления, и дальнейший разгон начинается со скорости V3 (линия 2—3). В работе [4.6] показано, что наименьшее время замедления 13 = =0,2...0,5 с имеют агрегаты с малой массой и большим сопротивлением движению, а наибольшее /з=Ю...15с — агрегаты с большой массой и малым сопротивлением движению. Рис. 4.3. Процесс переключения передач современных тракторов
По данным работы [4.2], время разгона гусеничного трактора класса 30 кН на IV—V передачах (без увеличителя крутящих моментов — УКМ) на различных сельскохозяйственных работах составляет 4,1...10 с. Таким образом, потери времени только при одном переключении передач скользящими шестернями механических коробок передач составляют 5...25 с. Если учесть, например, что при работе трактора выполняется до 20 поворотов в течение часа и что в условиях рядовой эксплуатации количество переключений в час может достигать 30...40    и более [4.6], то потери времени, связанные с переключением передач скользящими шестернями, за час рабочего времени могут достигнуть 150...1000 с и более, или 4.5...28%.    В свою очередь это приводит к пропорциональному снижению производительности МТА. Таким образом, тенденция к повышению рабочих скоростей трактора вступает в явное противоречие с конструкцией механических ступенчатых силовых передач. Частичное разрешение этого противоречия найдено при создании ступенчатых механических передач тракторов с УКМ. 4.2. СТУПЕНЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ ТРАКТОРОВ С УВЕЛИЧИТЕЛЯМИ КРУТЯЩИХ МОМЕНТОВ В силовых передачах отечественных и зарубежных тракторов находят применение механические и гидравлические УКМ. Механические УКМ, как правило, представляют собой понижающий планетарный редуктор, способный осуществлять на каждой ступени перевод работы трактора с основной передачи на пониженную и обратно без разрыва потока мощности (рис. 4.3, в). Таким образом преодолеваются временные повышенные сопротивления движению трактора без переключения коробки передач, что повышает производительность МТА на различных сельскохозяйственных операциях от 1 до 4 % [4.2] и более. Так, на вспашке и сплошной культивации работа с УКМ обеспечивала повышение производительности тракторного агрегата на 5...6 %, на транспортных работах — до 11 % [4.1]. Полнее используется мощность двигателя, уменьшаются перегрузки. Коэффициент падения частоты вращения двигателя составляет 1,22... 1,43 с УКМ и 1,39... 1,68 без УКМ [4.2]. Разгон агрегата осуществляется на повышенной скорости, уменьшаются длина пути и время разгона. Облегчается трогание с места трактора под нагрузкой. Наряду с улучшением разгонных качеств трактора применение УКМ снижает динамические нагрузки в силовой передаче и способствует уменьшению числа включений муфты сцепления и коробки передач, а следовательно, и утомляемости водителя. За рубежом с самого начала применения коробок с переключением под нагрузкой (50...60-е гг.) и до настоящего времени большинство этих коробок оснащается УКМ, что объясняется сравнительной простотой его конструкции и тем, что УКМ часто можно было встроить в существующую силовую передачу без значительных ее изменений. Так как УКМ предназначен для преодоления временных сопротивлений, время его использования составляет примерно 15...20 % общего времени работы трактора. Следует помнить, что достижение эффекта в повышении производительности трактора возможно при соблюдении определенных условий применения УКМ в процессе работы. Так, для трактора ДТ-75 выключение УКМ должно осуществляться по истечении 6 с с момента начала разгона, так как дальнейшее движение агрегата ведет к неоправданному снижению его рабочей скорости. Использование УКМ для преодоления перегрузрк на рабочем гоне или повороте эффективно, когда участки, вызывающие перегрузку двигателя, по длине не превышают 150...200 м, а время их преодоления не превышает 80...100 с. На рис. 4.4 показаны схемы УКМ современных отечественных тракторов. УКМ трактора ДТ-75 (рис. 4.4, а) позволяет увеличивать тяговое усилие на 25 % на всех пере- Рис. 4.4. Схемы силовых передач с УКМ современных отечественных тракторов: а-ДТ-75; б-МТЗ-50 дачах. Он состоит из ведущего 1 и ведомого 6 центральных колес, водила 3 с тремя двухрядными сателлитами 2. Посредством фрикционной муфты 4 водило 3 соединяется с ведомым центральным колесом 6. Между водилом и неподвижным корпусом установлен механизм свободного хода 5 (МСХ). При включенной муфте 4 все звенья планетарной передачи вращаются с одинаковой скоростью как одно целое. Для включения увеличителя в работу фрикционная муфта 4 выключается, в результате чего водило 3 разобщается с центральным колесом 6 и автоматически останавливается с помощью МСХ. Планетарная передача с остановленным водилом работает, как понижающий двухступенчатый редуктор с неподвижными осями. Устройство и принцип работы УКМ трактора МТЗ-50 (рис. 4.4, б) аналогичны УКМ трактора ДТ-75. Таким образом, в указанных увеличителях МСХ выпол* няет функцию автоматического останова одного из звень-ев, что обеспечивает работу увеличителя с заданным передаточным числом. При работе трактора на основной передаче (увеличитель выключен) МСХ вращается свободно. В момент включения увеличителя механизм заклинивается. Для увеличителей    1 2
тракторов как отечественного, так и зарубежного производства имеются различные конструкции МСХ. Увеличители тракторов ДТ-75, МТЗ-50 (рис. 4.5) имеют МСХ с наружной неподвижной звездочкой 2 и внутренней вращающейся обоймой 1. За рубежом получили широкое распространение УКМ С ГИДроуправ- Рис. 4.5. Механизмы свободного ляемымн МНОГОДИСКОВЫ- хода тракторов ДТ-75; МТЗ-50 С ми фрикционными муф-тами. Структурная схема трактора с гидравлическим УКМ показана на рис. 4.6. Мощность от вала двигателя 1 через главную муфту сцепления 2 подводится к валу 3 диффе- ренциала 4. Далее в дифференциале происходит разделение мощности на два параллельных потока: первый идет от выходного вала 5 дифференциала на первичный вал коробки передач 6 и через силовую передачу 7 подводится к движителям 8; второй через вал 12 подводится к насосу 9 с постоянным рабочим объемом. Насос подает масло из бака 13 к предохранительному клапану 10 и дросселю 11 с регулятором, который задает постоянный расход масла на сливе независимо от нагрузки на крюке трактора. При этом в зависимости от заданного регулятором расхода устанавливается определенная скорость вращения вала насоса и скорость движения трактора. Таким образом, при плавном изменении оператором настройки дросселя 11 с регулятором можно получить бесступенчатое изменение кинематического передаточного числа дифференциала, а следовательно, и скорости трактора. На некоторых сельскохозяйственных операциях общее количество переключений передач и включений — выключений муфты сцепления в результате применения УКМ уменьшается иногда в 1,5...2 раза: на транспортных работах с 36,1 до 24,5, на вспашке с 17,8 до 13,9 [4.1]. Так как УКМ используются с механическими коробками передач со скользящими шестернями, агрегаты работают до 80... 85 % всего времени при переключении передач с разрывом потока мощности. Для переключения передач без разрыва потока мощности используются ступенчатые механические коробки с фрикционными муфтами. 4.3. СТУПЕНЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ С ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ БЕЗ РАЗРЫВА ПОТОКА МОЩНОСТИ В ряде отечественных (Т-150, Т-150К, К-700, К-701, МТЗ-100, МТЗ-142 и др.) и зарубежных тракторов используются силовые передачи с переключением без разрыва потока мощности. Широко применяются коробки передач, у которых имеется несколько групп (ступеней), переключаемых под нагрузкой, и несколько диапазонов передач, переключаемых обычным способом (диапазонные коробки передач)- В каждой группе — равное число (3—4) передач. Переключение передач с шестернями 1 постоянного зацепления в пределах каждой группы проводится на ходу трактора фрикционными муфтами 2 (рис. 4.7, а), управляемыми от гидравлической системы, показанной на рис. 4.8. Масло через сетчатый заборный фильтр 15 (рис. 4.8) поступает из поддона коробки к насосу 12, продавливается через нагнетательный фильтр 14 и далее поступает к перепускному клапану 6, распределителю 23, радиатору 3 и в бак 1. Из.распределителя масло попадает в кольцевой канал гильзы включаемой передачи, против которого установлен раздающий паз вращающегося золотника 24. Далее через кольцевую канавку и каналы вторичного вала 22 оно THfe
i!m to
ВОМ
Рис. 4.7. Ступенчатые передачи с переключением без разрыва потока мощности: а — принципиальная схема классической передачи; б — то же планетарного типа; в — схема процесса переключения передач попадает в рабочие цилиндры (бустера) 19 соответствующей гидроподжимной муфты 16, 17, 20 или 21 и сжимает фрикционные диски 18. При наполнении бустера маслом перебросные клапаны 8, 10, 11 устанавливаются в такое положение, при котором гидроаккумулятор 9 присоединяется к бустеру включенной передачи и заряжается. После зарядки гидроаккумулятора масло, нагнетаемое насосом, сбрасывается через перепускной клапан 6, отрегулированный на давление 0,9+0*05 МПа, и по трубопроводу направляется в радиатор и бак 1. Часть масла по трубопроводу попадает к торцу вторичного вала 22, затем через дозирующий дроссель 25, центральные смазочные каналы — на смазку фрикционных дисков 18 и подшипников гидроподжимных муфт. Холодное густое масло, имеющее повышенную вязкость, проходит через клапан 2 непосредственно в бак, минуя радиатор 3. После входа в коробку происходит разветвление потока масла: большая часть поступает в поддон, а меньшая — в смазочную магистраль втулок шестерен раздаточной коробки. Заливка масла в бак 7- /ток осуществляется через горловину 4 с сетчатым фильтром 5. В системе имеются также два предохранительных клапана У коробки передач с гидроподжимными муфтами ранее включенная передача, например I, выключается в тот момент, когда включается другая передача, например II (точка А на рис. 4.7, в). В этом случае раздающий паз устанавливается против канала передачи II, а дроссельное отверстие — против канала передачи I. Пока наполняется бустер передачи II (участок ВА на рис. 4.7, в), муфта передачи I включена, так как в ней поддерживается давление р гидроаккумулятором, который постепенно разряжается и давление в нем падает (участок СА). В тот момент, когда давление в бустере и каналах муфты передачи II превышает давление в гидроаккумуляторе, бустере и каналах муфты передачи I, что происходит обычно при давлении 0,44...0,5 МПа (рис. 4.7, в), перебросные клапаны переместятся и гидроаккумулятор отсечется от бустера и каналов передачи I и соединится с бустером и каналами передачи II. Гидроподжимная муфта передачи I прекратит передачу крутящего момента (участок АЕ). Давление в бустере передачи II будет продолжать повышаться, а гидроаккумулятор будет восстанавливать свой заряд (участок AD), в то время как бустер передачи I полностью опорожнится через дроссельное отверстие, а остатки масла будут выброшены через открытый центробежный клапан. По истечении времени /2=0,3...0,5 с переключение на ходу с одной передачи на другую завершается, гидроаккумулятор полностью заряжается, а давление в системе повышается до 0,95 МПа, что контролируется манометром 7 (см. рис. 4.8). Время t\ перекрытия передач, когда включены передачи I и II, составляет 0,2...0,3 с. Фрикционные гидроподжимные муфты устанавливаются на вторичном (трактор Т-150 и Т-150К) или на первичном (К-700, К-701) валу. Первая схема (рис. 4.9) позволяет использовать фрикционные муфты в качестве механизма поворота (Т-150), а вторая — заменить сцепление (К-701). Изменение скорости агрегата в процессе переключения передач имеет характер, показанный на рис. 4.3, б, в. Применение коробок с переключением передач на ходу без разрыва потока мощности по сравнению с механическими коробками, переключаемыми каретками, позволяет в 2...4 раза и более уменьшить количество выключений муфты сцепления: на транспортных работах с 42,9 до 9,4 весной и с 38,8 до 22,7 летом, на сплошной культивации с 20,1 до 6,2 [4.1], снизить в 2,3 раза динамические на- / -- муфта сцепления; 2 — торсионный вал независимого привода ВОМ; 3 —коробка передач с ходоуменьшителем; 4 — раздаточная коробка; 5 — карданная передача ВОМ, б — редуктор ВОМ; 7 —задний мост; 8 — карданная передача к заднему мосту; 9 — карданная передача к переднему мосту; 10 — передний мост; //«—планетарный колесный редуктор грузки при переключении передач; повысить производительность трактора на пахоте на 6... 14 %, на транспортных работах — на 20 %. В условиях работы с частым переключением передач (уборка картофеля, вспашка с боронованием и др.) производительность повышается на 15 %. При этом значения КПД силовой передачи практически не отличаются (меньше на 2...3%) от значений КПД силовой передачи тракторов с обычными механическими коробками передач. Следует, однако, отметить, что применение механических коробок передач с переключением на ходу и специальных устройств типа УКМ делает такие силовые передачи чрезвычайно сложными, особенно при переключении всех передач под нагрузкой. Значительно повышается их масса и габаритные размеры, увеличивается стоимость производства и эксплуатации. Например, планетарная копобка такого типа в 2 раза дороже классической коробки передач. Силовые передачи этого типа непрерывно совершенствуются. Так, гусеничный трактор Т-150 имеет двухпоточную силовую передачу (рис. 4.10), которая позволяет при прочих равных условиях уменьшить его массу. Эта силовая передача характеризуется рядом особенностей. Коробка передач имеет два вторичных вала 6, каждый из которых приводится от промежуточного вала 8 (для упрощения схемы на рис. 4.10 показан один). На вторичных валах установлены фрикционные, муфты 7 и тормоза ленточного типа, при помощи которых осуществляется поворот трактора. Фрикционные муфты выполняют двойную роль — обеспечение переключения передач и поворот трактора. От вторичных валов 6 крутящие моменты раздельным потоком передаются карданными передачами 2 к двум главным передачам 4, которые размещаются в заднем мосту 3 и далее через конечные передачи 5 — к гусеницам. Тенденция к росту скоростей передвижения и работа в различных условиях приводят ко все более значительному усложнению силовых передач. Чаще применяются усовершенствованные механические коро’бки передач планетарного типа с переключением передач при помощи гидравлически управляемых фрикционных муфт и ленточных тормозов. На рис. 4.7, б показана принципиальная схема планетарной коробки передач «Пауэр-Шифт» колесного трактора «Джон Дир» модели 4020 (Ne=73,5 кВт). Коробка передач «Пауэр-Шифт» имеет четыре степени свободы, и для получения одной передачи необходимо одновременное включение трех фрикционных элементов. Например, на Рис. 4.10. Схема механической силовой передачи гусеничного трактора Т-150: 1 — вал заднего хода и ходоуменыиителя; 2 — карданная передача; 3 — задний мост; 4 — главные передачи; 5 — конечная передача; 6 — вторичный вал; 7 — фрикционная муфта; 8 — промежуточный вал; 9 — первичный вал; 10 — коробка передач; И — сцепление; J2 — привод ВОМ III передаче включаются фрикционы Фз, Ф$ и Т\. Коробка обеспечивает восемь передач переднего и четыре заднего хода и состоит из двух составляющих планетарных передач, имеющих общее водило, четырех дисковых тормозов Т...Т4 и четырех фрикционов Ф1...Ф3, Ф&. Кроме того, имеется еще один фрикцион Ф4 для включения ВОМ. Управление фрикционами и тормозами гидравлическое, одним рычагом. Для регулирования скорости трактора имеется также ножная педаль. Первая (передняя) составляющая коробки передач — пятиступенчатая, вторая (задняя) — трехступенчатая (две ступени переднего и одна ступень заднего хода). Пятиступенчатая составляющая имеет четыре понижающих и одну прямую ступень, трехступенчатая — одну прямую, одну повышающую прямого хода и одну повышающую заднего хода. На основании данных работы [4.5] оценим описанные выше ступенчатые силовые передачи тракторов по затратам времени на переключение передач на различных сельскохозяйственных операциях (табл. 4.1). Табл. 4.1. Сравнительный анализ ступенчатых механических силовых передач тракторов Время переключения передач, с Изменение Тип силовой передачи пахота транспортные работы скорости пределы среднее пределы среднее изменения значение изменения значение Обычная со сколь 0,91...9,68 0,42...4,9 шение зящими шестернями 0,1...0,32 0,02...0,8 С индивидуальны-ными фрикционными муфтами 0,05... 1,27 Обычная со сколь жение зящими шестернями —0,19... С индивидуальными фрикционными муфтами 0,6... 1,05 При переключении передач для повышения скорости применение индивидуальных фрикционных муфт уменьша- ет потери времени на одно переключение на пахоте на 3,2 с, при транспортных работах — на 1,8 с, что составляет соответственно 82 и 84 % по сравнению с обычной механической силовой передачей со скользящими шестернями. Использование УКМ в тех же условиях уменьшает потери времени на одно переключение на 3,75 с, или на 96%, а при транспортных работах — на 1,95 с* иди на 91 %. Такое снижение потерь времени при применении УКМ объясняется автоматическим перераспределением моментов между передачами в процессе переключения, обеспечиваемым МСХ. Отрицательные значения потерь времени на переключение, полученные при Понижении скоростей, показывают, что средняя скорость агрегата за время переключения была больше скорости на включаемой передаче. Увеличение потерь времени при переключении с понижением скоростей с помощью индивидуальных фрикционных муфт на транспортных работах объясняется торможением агрегатов двигателем. Аналогичные результаты получены при исследовании затрат времени на переключение передач в работе [4.6]. Так, у трактора МТЗ-50 в зависимости от сложности манипуляций рычагом управления при переключении передач средние затраты времени на одно переключение составляли от 1,9 до 4,4 с, а затраты времени на переключение ступеней УКМ — 0,1 с. У трактора Т-150К, оборудованного коробкой передач с переключением на ходу, среднее время одного переключения составило 0,2 с, а трактора, оборудованного коробкой передач с ручным переключением, — от 5,6 до 6,4 с, в зависимости от используемых передач. Неустановившийся характер момента сопротивления движителя, воздействующий на элементы механической силовой передачи и двигатель, а также крутильные колебания, передаваемые от двигателя на силовую механическую передачу, не обладающую защитными и демпфирующими свойствами, ухудшают условия работы механизмов и ограничивают срок службы. По указанным причинам механическая силовая передача существенно ограничивает возможности высокоэффективного использования скоростных тракторов и препятствует в известной степени дальнейшему улучшению таких важных эксплуатационных показателей, как производительность, надежность, удобство управления и др. Расчеты показывают, что условия создания долговечной и работоспособной механической силовой передачи для скоростного гусеничного трактора класса 30 кН на современном уровне развития техники требуют повышения массы такого трактора не менее чем на. 30...35 % по сравнению с массой выпускаемой стандартной модели, что снижает уровень необходимой энергонасыщенности трактора и переводит его в другой тяговый класс. Таким образом, увеличение энергонасыщенности и повышение рабочих скоростей современных тракторов при условии применения ступенчатых механических силовых передач не обеспечивает повышения производительности труда, снижения себестоимости сельскохозяйственной продукции и улучшения условий работы оператора. Эта задача может быть успешно решена путем создания бесступенчатых автоматизированных силовых передач. 4.4. БЕССТУПЕНЧАТЫЕ СИЛОВЫЕ ПЕРЕДАЧИ ТРАКТОРОВ Поскольку основным критерием оценки силовых передач является степень их приближения по свойствам к идеальной силовой передаче, позволяющей всегда загружать двигатель на номинальную мощность путем автоматического изменения скорости движения в соответствии с изменением тяговой нагрузки, сравним различные силовые передачи с точки зрения их удовлетворения основным требованиям, предъявляемым к идеальным передачам. Для сравнения примем за основу требования к идеальной передаче, изложенные в работах [4.3; 4.4.]. Эти требования и возможности их удовлетворения при использовании различных типов реальных силовых передач (механической (МП), гидромеханической (ГМП), гидрообъемной (ГОП), электрической постоянного тока (ЭП) и электрической переменного тока (ЭПП)) приведены в табл. 4.2. Табл. 4.2. Сравнительные показатели различных типов силовых передач реальной силовой передачи Требования к идеальной силовой передаче Технические: использование полной первичного двигателя мощности приспособленность к рабочих органов режимам бесступенчатость передачи мощности автоматизация регулирования мощности дистанционное управление рас пределением потока мощноети по движителям обеспечение максимального диа пазона регулирования скорости и тягового усилия Конструктивные: независимость размещения сило вой установки свобода компоновки привода движителей отбор регулируемой мощности на рабочие органы минимальная масса минимальный объем перспективность улучшения характеристик существующих сбо рочных единиц и элементов Экономические: минимальная стоимость то же, % максимальный КПД то же, % многофункциональность степень промышленного освоения максимальная унификация и стандартизация максимальный расход дефицитных материалов максимальная производительность МТА то же, % Эксплуатационные: ремонтоспособность долговечность надежность простота обслуживания минимальные расходы эксплуатационные и на техническое об служивание то же, % Возможность торможения Экономические: оценка бесшумности работы влияние на окружающую среду автоматизации управления машиной улучшение условий труда оператора Примечание: 2 — неудовлетворительно; 3 — удовлетворительно; 4 — хорошо; 5 — отлично. Как видно из табл. 4.2, из 29 требований к идеальным передачам механическая силовая передача удовлетворяет только 12, гидромеханическая — 21, гидрообъемная — 24, электрическая.постоянного тока — 23 и электрическая переменного тока — 25 требованиям. Очевидно, что гидрообъемные и электрические силовые передачи очень близки к свойствам идеальной передачи. Однако этим же передачам свойственны и недостатки (значительная масса и габаритные размеры, пониженный КПД, сравнительно высокая стоимость, повышенный расход дефицитных материалов), которые в значительной степени сдерживают их широкое применение в тракторостроении. Остановимся более подробно на анализе бесступенчатых силовых передач. Применение различных типов автоматических бесступенчатых передач — один из наиболее эффективных способов улучшения тяговых свойств и повышения производительности МТА. Рассмотрим потенциальную тяговую характеристику (рис. 4.11) трактора, имеющего бесступенчатую силовую передачу, которая позволяет загружать двигатель на номинальную мощность путем автоматического (без участия оператора) изменения скорости движения v в соответствии с изменением тяговой нагрузки Ркр. Для такой передача зависимость мощности на крюке NKP и тягового КПД^тяг от Ркр носит гиперболический характер, что обеспечивает работу трактора с высоким тяговым КПД Лтяг в широком диапазоне изменения нагрузки Ркр на крюке и скорости движения V. При этом двигатель трактора, как правило, постоянно работает на повышенной мощности, соответствующей пониженным значениям крутящего момента, чтш положительно сказывается на его надежности и экономичности. Применение бесступенчатых силовых передач обеспечивает более высокую производительность трактора на всех видах работ.
ступенчатой (механической) силовой передаче; заштрихованные участки показывают потери мощности при переключении передач с разрывом потока мощности На рис. 4.11 (штриховые линии) показана также типичная реальная тяговая характеристика трактора с механической силовой передачей. Здесь максимальной скорости движения трактора и4 соответствует наименьшее тяговое усилие Ркр—Р'в. Увеличение тягового усилия требует изменения передаточного отношения между двигателем и ведущими колесами трактора, т. е. переключения с четвертой на третью или еще более низкую передачу. Даже идеально выбранная для данных условий передача может в связи с изменением Ркр в последующий момент оказаться невыгодной и повлечь за собой перегрузку или недогрузку двига-
и »1, V2, *>3. V4 — то же при
NkpVp
Ркр'Рнк Рис. 4.11. Потенциальная (сплошные линии) и реальная (штрихпунктирные линии) тяговые характеристики трактора: #кр (Я тяг)» VP —соответственно изменение мощности на крюке (тягового КПД) и скорости передвижения трактора при бессгу* пенчатой (электрической» гидрообъемной, гидромеханической) силовой передаче в зависимости от тягового усилия Ркр на крю
N
ке; N,
кри
крз,
кр2
кр*
теля. Оператор не в состоянии непрерывно следить за изменением Ркр преодолеваемых трактором внешних сопротивлений и подбирать наиболее выгодный скоростной режим работы путем изменения передаточного отношения силовой передачи и подачи топлива в цилиндры двигателя. Таким образом, любые усложнения и усовершенствования ступенчатых механических силовых передач не могут устранить основного их недостака — неприспособленности к непрерывному и быстрому изменению тяговых усилий и Рис. 4.12. Принципиальная схема гидротрансформатора: а — простейшего; б — комплексного блокируемого; / — турбинное колесо; 2 — насосное колесо; 3 — реактор; 4 — муфты свободного хода скорости движения в соответствии с изменением внешних воздействий. В значительно меньшей мере этот недостаток присущ, как уже отмечалось, бесступенчатым (электрическим, гидрообъемным, гидромеханическим) силовым передачам. Так, гидромеханическая силовая передача в определенном интервале осуществляет автоматическое бесступенчатое изменение передаточного числа в зависимости от внешних сопротивлений движению и позволяет плавно производить разгон трактора без прекращения подвода мощности к ведущим колесам при переключениях передач (см. рис. 4.11). Таким образом, применение ГМП оказывает существенное влияние на динамику трактора. Простейший гидротрансформатор (ГТР) состоит из центробежного насоса 2 (рис- 4.12), вращаемого коленчатым валом двигателя, турбины /, соединенной механическим приводом с ведущими колесами или звездочками, и реактора 3, включающего одно или несколько колес с лопатками, установленных на муфте свободного хода 4. Три колеса гидротрансформатора — насосное, турбинное и ре-акторное — образуют замкнутую полость, т. е. круг циркуляции, в котором происходит непрерывное движение жид- кости от насоса к турбине, из турбины на лопатки реактора и обратно в насос. Безразмерная характеристика комплексного гидротрансформатора, показывающая, как изменяются его коэффициент трансформации k„ и КПД Цгт,. %м с изменением передаточного отношения irT гидротрансформатора соответственно при работе в режиме преобразования крутящего момента и в режиме гидромуфты, показана на рис. 4.13. 2.0 1.0
Рис. 4.13. Безразмерная характеристика комплексного гидротрансформатора
При вращении насоса в режиме преобразования крутящего момента, когда последний на ведущих элементах движителя отличается от развиваемого двигателем, рабочая жидкость под действием центробежной силы перемещается вдоль лопаток насоса и, попав на лопатки турбины,, приводит ее во вращение. Из турбины жидкость попадает на лопатки реактора. Реактор неподвижен — его вращению противодействуют ролики муфты свободного хода. В реакторе направление вращательного движения жидкости меняется на противоположное и насосу передается увеличенный крутящий момент. Этим воздействием реактора на поток жидкости достигается преобразующее действие ГТР, и крутящий момент на валу турбины возрастает до суммарного момента, создаваемого насосом и реактором.
При малых нагрузках момент сопротивления вращению турбины снижается, а частота вращения возрастает. Жидкость поступает на лопатки реактора под измененным углом, и создаваемый реактором момент уменьшается, а следовательно, снижаются моменты на валах насоса и турбины. Когда падение нагрузки достигает определенного предела, выходящий из турбины поток жидкости будет действовать на лопатки реактора в направлении вращения двигателя, насоса и турбины. Поэтому ролики муфты свободного хода расклиниваются, и реактор начинает свободно вращаться на подшипниках: ГТР переходит на режим работы гидромуфты (точка А на рис. 4.13). В этом случае к„ постоянен и равен 1.
Если бы такого перехода не было, то при увеличении 1гт, характеризующегося отношением пт/пл (см. рис. 4.12), КПД гидротрансформатора быстро снижался (пунктирный участок кривой tirr на рис. 4.13). В этих же условиях КПД на режиме гидромуфты, наоборот, быстро возрастает (участок кривой т)гм, показанный сплошной линией). Таким образом, у комплексного гидротрансформатора зона высоких КПД существенно расширилась по сравнению с гидротрансформатором обычного типа.
Основным недостатком современных гидромеханических передач является более низкий КПД по сравнению с механическими передачами, что объясняется главным образом более низким КПД гидротрансформатора (не превышает 92 %). Это приводит к ухудшению тяговых и топливно-экономических характеристик тракторов с ГМП. Поэтому повышение КПД ГМП •— одно из главных условий дальнейшего успешного их применения.
Наиболее эффективным путем повышения общего КПД ГМП является выведение рабочих режимов гидротрансформатора в область высоких значений КПД, а также разработка и реализация специальных требований к характеристикам и конструктивным особенностям гидротрансформаторов. Первая задача' может быть решена только путем увеличения диапазона передаточных чисел механического редуктора ГМП до значений, равных или близких к диапазону передаточных чисел обычных механических силовых передач.
Такой способ позволяет осуществить преобразование крутящих моментов на эксплуатационных режимах главным образом при помощи механического редуктора при высоких значениях КПД. Гидротрансформатор, который преобразует крутящий момент с более низкими КПД, чем механический редуктор, на эксплуатационных режимах выводится в область работы с высоким КПД (на режим работы гидромуфты и близкие к ней).
Таким образом, для обеспечения эффективной работы ГМП требуется также наличие достаточного количества передач в механическом редукторе ГМП. Применение ГМП — шаг вперед по сравнению с механической силовой передачей. ГМП имеет небольшую массу и невысокую стоимость, не требует значительных эксплуатационных расходов на техническое обслуживание. Однако в случаях, когда
требуется бесступенчато регулировать частоту вращения в широком диапазоне, приводить несколько рабочих органов, механические и гидромеханические силовые передачи становятся сложными, металлоемкими и ненадежными, а при передаче мощности на большие расстояния, для привода систем, имеющих большие относительные перемещения, и трудно осуществимыми.
Большинства недостатков механических силовых передач лишены электрические и гидрообъемные передачи. Они регулируются и легко поддаются автоматизации, с их помощью достаточно просто может быть осуществлен групповой и индивидуальный привод. КПД лучших образцов гидрообъемных передач достигает 0,9, но резко изменяется в зависимости от нагрузки и в диапазоне регулирования 1 :2 КПД снижается до 0,8...0,83 (см. изменение г^тяг на рис. 4.11).
КПД однопоточной электрической передачи несколько ниже — 0,75...0,8. Однако некоторое преимущество по КПД гидрообъемных передач исчезает при удлинении и усложнении коммуникационных связей между гидроагрегатами (что необходимо при рассредоточенном приводе сельхозмашин и увеличении числа потребителей), применении, масляных радиаторов и емкостей. Кроме того, показатели работы гидропривода в значительной степени изменяются при колебаниях температуры воздуха [4.3].
Удельная материалоемкость гидрообъемных передач находится в пределах 0,5...10,5 кг/кВт, гидромеханических — 9...15 кг/кВт. У электрической передачи с машинами постоянного тока этот показатель составляет 9,5...
Из электрических наиболее низкую удельную материалоемкость (3,5...5,5 кг/ кВт) имеют электромеханические (многопоточные) передачи. Но у высокоскоростных машин, как электрических, так и гидрообъемных, этот показатель доведен до 4 кг/кВт (удельная материалоемкость механи-400 J7S мнд.'вт ческих силовых передач перспективных тракторов составляет 8... 12 кг/кВт) (рис. 4.14).
17,5 кг/кВт.
Уь'дкг/кВт Рис. 4.14. Зависимость удельной материалоемкости силовых передач от мощности двигателя: 1 - ЭПП; 2 - ГОП; 3 - МП; 4-ГМП; 5 - ЭП
По всем остальным показателям электрическая передача лучше гидрообъемной. Диапазон регулирования электрических передач значительно шире, в них легко может быть получена гиперболическая характеристика, идеальная- для тягового привода, при которой трактор автоматически приспосабливается к изменению нагрузки (см. рис. 4.11). Конструкции электрических передач проще, надежнее и долговечнее (см. табл. 4.2). Регламентируемая долговечность в 5000...6000 ч для гидрообъемных передач в полевых условиях является недостижимой, в то время как электрические работают более 25000 ч в аналогичных условиях. Поставлена задача повысить доремонтный ресурс механических силовых передач до 8000 ч. Конструкции гидрообъемных передач более отработаны (прогресс в основном связан с технологическим совершенствованием производства), и поэтому эти передачи чаще применяются на тракторах и транспортных средствах. С освоением промышленностью полупроводниковых элементов для передачи больших мощностей (диодов, тиристоров и интегральных микросхем) открылись новые перспективы для применения .электрических передач. С учетом рассмотренных предпосылок большое число специалистов считают, что гидрообъемную передачу целесообразно использовать при числе потребителей энергии, не превышающем двух. Для энергонасыщенного трактора с развитой системой бесступенчатого отбора мощности при трех потребителях энергии и более найдут применение электрические силовые передачи. Основой широко используемых в СССР и за рубежом электрических силовых передач в многоприводных автопоездах, тяжелых самосвалах и промышленных тракторах высоких тяговых классов обычно являются машины постоянного тока с довольно высокой удельной материалоемкостью (8...10 кг/кВт). Использование электрических передач в системе отбора мощности в МТА возможно лишь при применении электрических машин с повышенной частотой вращения. Наиболее приемлемы для системы электрического отбора мощности электрические силовые передачи переменно-постоянного и переменного тока: с тяговыми двигателями постоянного и переменного тока. В обоих случаях используется синхронный генератор повышенной частоты (200...400 Гц). Наиболее низкую материалоемкость 0,36...0,5 кг/кВт имеют электропередачи на переменном токе повышенной частоты (400 Гц). Частота их вращения достигает 12...14 тыс. и даже 24 тыс. мин-1. С высокоскоростными двигателями хорошо компонуется волновой редуктор, который может иметь передаточное отношение одной ступени от 60 до 300 при довольно высоком КПД (0,8...0,9). Применение переменного тока на мобильных агрегатах становится возможным благодаря разработке преобразователей частоты с использованием силовых полупроводниковых вентилей и микросхем [4.3]. Высокоскоростные тяговые машины переменного тока и их системы регулирования позволили создать образцы ЭПП, которые по массе и размерам приближаются к МП (при одинаковой мощности), а зачастую и превосходят их по этим показателям (см. рис. 4.14). Такие передачи в настоящее время еще дороги (см. табл. 4.2) и имеются лишь их опытные образцы. В настоящее время электрические передачи широко применяются на карьерных самосвалах грузоподъемностью З0...75т, строительных и дорожных машинах, колесных и гусеничных тракторах. Так, гусеничный трактор ДЭТ-250М имеет бесступенчатую однопоточную электромеханическую силовую передачу постоянного тока, показанную на рис. 4.15, а. Силовая передача включает: первичный дизельный двигатель 1 с центробежной фрикционной муфтой сцепления 2, обеспечивающей автоматическое включение — выключение приводных валов 3, 8 и вала 17 отбора мощности, а также вала 16 привода гидросистемы; редуктор 6 привода силового генератора 5 с возбудителем 4\ тяговый электродвигатель 7 с соединительной, муфтой 9. Вместе с редуцирующими механическими агрегатами (конической парой 10, планетарными механизмами поворота (ПМП) 13, бортовыми передачами 11) силовая передача обеспечивает автоматическое бесступенчатое изменение тягового усилия и частоты вращения ведущих колес 12, т. е. скорости движения трактора в соответствии с изменяющимся внешним сопротивлением. Масляный насос 19 силовой передачи имеет привод от раздаточного редуктора 18. Управление трактором осуществляется с помощью ПМП, снабженного тормозом 15, а также остановочного тормоза 14. Наибольшее распространение на колесных тракторах и тягачах получила конструктивная модификация электрической передачи — индивидуальный мотор-колесный привод. Колесо получает вращение от тягового электродвигателя через планетарный редуктор, встроенный в ступицу колеса. На колесном тракторе (тягаче) с электрической силовой передачей (рис. 4.15, б) устанавливается двигатель 1 внутреннего сгорания, приводящий во вращение якорь те* нератора 5 постоянного тока и ротор генератора 20 переменного тока. Первый питает тяговые электродвигатели 7, встроенные в колеса 22 трактора и объединенные с колесными редукторами 11, составляющими механическую часть силовой передачи. Это обеспечивает компактность конструкции и высокую проходимость трактора, так как на каждое колесо подводится крутящий момент, не зависящий от момента на любом другом из них. Генератор переменного тока питает электродвигатели 21 вспомогательных механизмов. Использование постоянного тока для электрических силовых передач тракторов, несмотря на его известные недостатки в сравнении с переменным током, объясняется трудностями бесступенчатого регулирования частоты вращения и нагрузки асинхронных двигателей переменного тока. Электропривод для мобильных машин привлекает бесшумностью, безвредностью и еще многими другими преимуществами, ле присущими тепловым двигателям. «Электромобильный бум> только начался. Получены первые результаты: серийный электромобиль грузоподъемностью до 1 т сейчас вполне конкурентоспособен с машинами с механическими силовыми передачами и ДВС. Что касается средних и более тяжелых грузовых автомобилей и тем более тракторов, то здесь прогресса нет. И только на большегрузных автомобилях БелАЗ и тракторе ДЭТ-250М (мощностью свыше 185...220 кВт) используется электропривод. К недостаткам электрических силовых передач следует отнести относительно высокую массу и низкий КПД, особенно при передаче малых мощностей (25 % максимальной), равный 0,75...0,82 и обусловленный двойным преобразованием энергии; большой расход цветных металлов и др. Так, для трактора мощностью 185...220 кВт с четырьмя мотор-колесами суммарный расход меди для ЭП составляет 400 кг, для ЭПП — 250 кг. Большим преимуществом таких передач является то, что мощность на ведущие оси подается без перерыва во всем диапазоне скоростей движения, а также удобство компоновки, так как элементы силовой передачи размещаются независимо друг от друга. Уход за электропередачей очень прост. Для этой силовой передачи не существует проблемы обеспечения заднего хода машины: достаточно изменить направление тока, поступающего в тяговые двигатели. В табл. 4.3 приведены сравнительные показатели тракторов тягового класса 250 кН ДЭТ-250М с электрической и Т-220 (Т-250) с гидромеханической силовыми передачами средней мощности, а в табл. 4.4 — тягачей скреперов большой единичной мощности с вместимостью ковша 25 м3 с электрической (ДЗ-67) и гидромеханической (ДЗ-107) силовыми передачами. Из приведенных таблиц и рис. 4.14 видно, что на тракторах и тягачах средней мощности (150...400 кВт) лучшие показатели достигаются при применении гидромеханических передач. На машинах большой единичной мощности (свыше 450 кВт) наиболее эффективно применение электрических силовых передач. При этом уменьшаются масса машины (на 10...15 %) и габаритные размеры, упрощается привод и обслуживание. Что касается механических силовых передач, их по-прежнему целесообразно использовать на тракторах и автомобилях малой мощности (до 150 кВт). Гидрообъемные силовые передачи в отечественном тракторостроении из-за отсутствия соответствующих гидро- Рис. 4.15. Схемы тракторов с бесступенчатыми силовыми передачами: а — кинематическая гусеничного дизель-электрического трактора ДЭТ 250М; б — принципиальная колесного трактора (тягача) с электрической силовой передачей; в — то же с гидрообъемной силовой передачей Табл. 4.3. Сравнительные показатели тракторов с электрическими и гидромеханическими силовыми передачами Показатели ДЭТ-250М Т-220 (Т-250) Тяговый класс, кН Мощность двигателя, кВт Масса эксплуатационная, кг Скорость движения, км/ч: рабочий режим 2,3...12,5 транспортный режим Габаритные размеры, мм: длина ширина высота Табл. 4.4. Сравнительные показатели скреперов с гидромеханической и электрической передачами Показатели Тяговый класс, кН Грузоподъемность, т Мощность двигателя, кВт 404,5X2 = 809 Наибольшая толщина отсыпаемого слоя, мм Масса эксплуатационная, кг Скорость движения, км/ч: рабочая транспортная Габаритные размеры, мм: длина ширина высота агрегатов (не имеется эффективных конструкций насосов и гидромоторов, обеспечивающих удовлетворительные показатели по КПД, долговечности и массе) в ближайшем будущем не получат распространения, хотя область применения этих передач чрезвычайно широка. Так, четыре регулируемых гидромотора 23 (рис. 4.15, в) при одном насосе 19 позволяют сконструировать трактор с четырьмя полностью независимыми колесами 22. Такой трактор может двигаться в любом направлении, т. е. перемещаться параллельно собственной продольной оси, поворачиваться на месте, однако затраты на создание гидрообъемной ко* робки передач для одного трактора в 2...3 раза выше по сравнению с классической механической коробкой передач при повышении производительности всего на 20...25 % (см. •габл. 4.2). Несмотря на это, гидрообъемные передачи получают все более широкое распространение на комбайнах и других самоходных машинах. Для оценки эксплуатационных показателей тракторов с прогрессивными бесступенчатыми и переключаемыми на ходу силовыми передачами воспользуемся данными, приведенными в табл. 4.5 [4.1], которые были получены при одинаковых общей массе и сцепном весе, мощности двигателей и прочих равных условиях. При использовании бесступенчатых силовых передач, как видно из табл. 4.5, наблюдается значительное увеличение коэффициента загрузки двигателя (на 7...11 %). Чем выше загрузка двигателя, тем больше производительность, что обеспечивается более высокой средней скоростью движения МТА. Бесступенчатые силовые передачи позволяют более гибко маневрировать скоростью движения, полностью исключают потери времени на переключение передач, улучшают разгонные качества и т. д. Расчеты показывают, что возможное повышение производительности бесступенчатых силовых передач в зависимости от вида работ составляет 15...45 % [4.1]. Время холостых переездов составило соответственно 25,4; 23,1; 21,1; 17,23 % от времени движения в борозде у тракторов: серийного, с УКМ, с переключением передач на ходу и гидрообъемной силовой передачей. Таким образом, использование трактора с коробкой передач, переключаемой на ходу, уменьшает время на холостые переезды по сравнению с серийным в среднем на 17 %, а трактора с гидрообъемной силовой передачей — на 32 %. При испытании трактора МТЗ-80 с гидрообъемной передачей получена экономия топлива 10...22 % по сравнению с таким же трактором с МП. При испытаниях трактора ДТ-75С, оборудованного гидродинамической блокируемой силовой передачей, установлено, что ГМП уменьшает пиковые значения нагрузок на валу ведущего колеса в 1,1...1,2 раза, двигателя — в 1,2 раза, других элементов— в 1,1...1,5 раза по сравнению с трактором с механической силовой передачей при одинаковой скорости движения. На пахоте неравномерность тягового усилия, оцени- Модель трактора и тип КПД силовой передачи Условный 7]тяг Производительность на различных сельскохозяйственных работах Коэффициент силовой передачи значение значение загрузки двигателя Трактор МТЗ-50: серийный 0,546....2,35 0,634...0,892 с КП, переключаемой на ходу 0,684...2,6 100 ...114,2 0,654...0,91 0,556...2,49 100 ...106 0,626...0,946 с гидромеханической силовой передачей 0,766....2,35 с гидрообъемной силовой передачей 0,587...0,788 98,5... 107,6 0,894...0,953 Шасси: Ш-101 с механической силовой передачей 1,75 ...2,98 0,415...0,82 111-104 с гидрообъемной силовой передачей 2,01 ...3,68 92,9... 123,5 0,55 ...0,9 ваемая среднеквадратичным отклонением, была в 2,5...3 раза меньше, чем у трактора с механической силовой передачей. В настоящее время многие крупные тракторные фирмы имеют отработанные промышленные образцы трактороё средней и большой мощности с ГОП. Однако их серийное производство освоено лишь в США в основном фирмой «Интернэшнл Харвестер», которая выпускает ежегодно до 10 тыс. тракторов семи моделей с мощностью двигателя 35...83 кВт. Проведенные этой фирмой испытания трактора класса 14 кН (модель 656) с ГОП показали увеличение производительности на различных видах сельскохозяйст-ных работ на 7,4...28,9 % по сравнению с аналогичным образцом трактора, оборудованного МП. Фирмы США выпускают с ГОП более 30 моделей малогабаритных тракторов с мощностью двигателя 6...14,3 кВт, массой 177...590 кг и максимальной скоростью движения до 4,7 м/с (16,8 км/ч). Гидрообъемный привод на тракторах и других сельскохозяйственных машинах находит применение и в европейских странах, в частности в ФРГ, Англии. Вышеизложенное позволяет сделать вывод о несомненной перспективности применения на тракторах наряду с силовыми передачами, переключаемыми на ходу, прогрессивных бесступенчатых силовых передач (гидромеханических, гидрообъемных и электрических). ЛИТЕРАТУРА 4.1.    Бойков П. И. и др. Эксплуатационные показатели тракторов с прогрессивными трансмиссиями. — Тракторы и сельхозмашины. 1967, № 7, с. 3—6. 4.2.    Занцевич В. П., Богомолов Ю. А. Эффективность использования УКМ на тракторе ДТ-75 в условиях Подмосковья. — Тракторы и сельхозмашины, 1969, № 3, с. 6—9. 4.3.    Кацыгин В. В. и др. Перспективные мобильные энергетические средства (МЭС) для сельскохозяйственного производства. — Мн.: Наука и техника, 1982. — 272 с. 4.4.    Титов В. С. Перспективы применения электрических передач в тракторных и машинно-тракторных агрегатах. — Тракторы и сельхозмашины, 1977, Nb 2, с. 5—7. 4.5.    Щербина В. И. Затраты времени на переключение передач трактора класса 1,4 т с различными механизмами переключения. — Тракторы и сельхозмашины, 1969, № 8, с. 14—16. 4.6.    Исследование трансмиссий с переключением передач под нагрузкой и их узлов: Труды НАТИ. — М.: ГОНТИ, 1979, вып. 264. — 52 с. Глава 5. ЭРГОНОМИКА И КОНСТРУИРОВАНИЕ ТРАКТОРОВ 5.1. ЗАДАЧИ И НАПРАВЛЕНИЯ ИЗУЧЕНИЯ ТРУДОВОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ МЕХАНИЗАТОРОВ Эргономика в сфере конструирования сельскохозяйственных тракторов начала свое развитие в конце шестидесятых годов и прошла этап становления и признания как важная научно-прикладная область создания машин. Решение эргономических вопросов в рамках социально-экономических проблем механизированного сельскохозяйственного производства имеет важнейшее значение и направлено на: повышение эффективности сельскохозяйственного производства (достижение высоких показателей производительности тракторов и качества выполнения сельскохозяйственных работ) за счет обеспечения высокой работоспособности механизаторов и удобства выполнения ими трудовых функций; сохранение здоровья механизаторов за счет создания комфортных и безопасных условий их работы- В соответствии с основополагающими принципами (5.2) эргономика применительно к созданию сельскохозяйственных тракторов рассматривается как научная дисциплина, изучающая процессы и закономерности взаимодействия механизатора и сельскохозяйственного агрегата (на базе трактора), проявляющиеся в конкретных условиях производственной среды. При этом предметом эргономических исследований является трудовая деятельность механизатора (прежде всего операторская деятельность), а объектом — система «механизатор — сельскохозяйственный агрегат — производственная среда». Цель эргономики при создании сельскохозяйственных тракторов заключается в оптимизации трудовой деятельности механизаторов путем обоснования и внедрения технически достижимых и экономически оправданных методов и средств операторской деятельности (функций управления сельскохозяйственными агрегатами) и деятельности по техническому обслуживанию и ремонту тракторов и агрегатируемых с ними орудий и сельхозмашин. Изучение трудовой деятельности механизаторов в аспекте конструирования тракторов направлено на решение следующих основных задач: разработку эргономических требований к конструкции тракторов различного назначения и класса; разработку и обоснование методов и средств оптимизации трудовой деятельности механизаторов в соответствии с эргономическими требованиями; разработку методов проектирования и оценки тракторов для реализации эргономических требований на всех стадиях их создания. ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЙ ВИДЫ ОПЕРАТОРСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ МЕХАНИЗАТОРОВ Изучение конструктивных факторов Эргономические исследования Изучение технологических и эксплуатационных факторов
I
Тракторы и сельхоз--машины Рабочее место механи затора Оценка конструкций элементов рабочего месте механизатора I Оценка 1 1 воздейст-1 |вия неблгН го приятных факторов! на механм затора | Оценка напряжен ности механиза техноло гических операций Факторы внешней среды Физиологические Психологические Гигиенические Антропометрические ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ Комплексные и единичные показатели операторской деятельности и определяющих ее факторов Рис. 5.1. Общая структура изучения операторской деятельности механизаторов сельскохозяйственных тракторов Общая структура изучения операторской деятельности механизаторов, показанная на рис. 5.1, отражает факторы формирования операторской деятельности, направления и результаты исследований. Взаимосвязанные направления изучения операторской деятельности включают: изучение конструктивных факторов (выявление свойств конструкции машин, взаимосвязанных со свойствами человека); изучение технологических и эксплуатационных факторов (установление особенностей функциональных задач механизатора в процессе реализации полевых сельскохозяйственных работ и отдельных технологических операций с учетом влияния факторов производственной среды); эргономическую оценку средств и условий операторской деятельности. Результаты комплексных работ по указанным направлениям составляют научную базу для оптимизации операторской деятельности механизатора (обоснование методов, средств и требований) и формирования эргономических основ проектирования сельскохозяйственных тракторов. 5.2. ЭРГОНОМИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К КОНСТРУКЦИИ И ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ТРАКТОРОВ Общая структура формирования эргономических требований и показателей показана на рис. 5.2. Эргономические требования — требования к конструкции машины, основанные на свойствах человека и выражаемые через показатели, характеризующие взаимодействие свойств человека и машины при выполнении функциональных задач. Эргономические показатели согласно действующему стандарту (ГОСТ 16456—80 «Качество продукции. Эргономические показатели. Номенклатура») включают: антропометрические (размеры, форма тела и распределение массы человека); физиологические (силовые, скоростные и энергетические возможности человека); психофизиологические (зрительные, слуховые, осязательные, обонятельные и вкусовые возможности человека); психологические (закрепление и формирование навыков, восприятие и переработка информации); гигиенические (показатели, связанные с защитой оператора от воздействия вредных и опасных факторов производственной среды). Эргономические требования могут выражаться в физических (Н, м, град и др.) и относительных (баллах, долях единицы) единицах. Эргономические параметры представляют собой те свойства конструкции машины, которые непосредственно отражают взаимосвязь их со свойствами че- ловека. На базе выявленных эргономических параметров формируются эргономические требования. Эргономические требования с учетом конструктивно-технологических идру< гих требований регламентируются в нормативно-технической документации. Рис. 5.2. Структура формирования эргономических требований к конструкции и показателей качества тракторов Эргономические показатели качества сельскохозяйственных тракторов формируются на базе нормативных эргономических требований и используются для оценки машин [5.9] при: аттестации их по категориям качества; выборе наилучшего варианта конструктивного решения машины и ее отдельных узлов и механизмов, а также отдельных параметров; планировании показателей их качества; контроле качества. В конечном итоге на базе совокупности, эргономических показателей дается оценка уровня качества машины путем сравнения показателей оцениваемой машины с показателями базового образца (эталона) как отечественного, так и зарубежного производства (базовый образец — реально достижимая совокупность значений показателей качества, принимаемых для сравнения и определяемых эргономическими требованиями). В настоящее время номенклатура единичных эргономических показателей качества сельскохозяйственных тракторов регламентирована ГОСТ 4.40—74 «Система показателей качества продукции. Тракторы сельскохозяйственные. Номенклатура». Следует отметить, что этот етандарт не отражает всего комплекса регламентированных эргономических требований к конструкции по действующим отечественным и зарубежным стандартам. Номенклатура эргономических показателей не включает комплексных показателей, что затрудняет определение качества машины в целом и по отдельным группам эргономических показателей, отражающих специфику функциональных составляющих деятельности механизатора. В соответствии с содержанием и особенностями дея: тельности механизатора на сельскохозяйственных тракторах установлена номенклатура комплексных эргономических показателей качества этих машин (рис. 5.3). Наиболее важным обобщенным эргономическим показателем качества сельскохозяйственного трактора является «удобство и эффективность управления», отражающий совокупность эргономических свойств трактора применительно к функциональным задачам операторской деятельности механизатора. Эргономический показатель «эффективность защиты оператора от воздействия факторов производственной среды» отражает совокупность свойств конструкции, обусловленных гигиеническими требованиями. Гигиенические требования направлены на предотвращение отрицательного воздействия на механизатора факторов производственной среды и предупреждение профессиональных и общих заболеваний. Обобщенный эргономический показатель «удобство обслуживания» отражает совокупность свойств конструкции применительно к функциям технического обслуживания и ремонта (доступ к местам обслуживания, операции технического обслуживания и ремонта). Групповые эргономические показатели устанавливаются по данным единичных эргономических показателей (регламентированных в стандартах) и отражают совокупность свойств отдельных средств деятельности механизатора на сельскохозяйственных тракторах, отличающихся друг от друга функциональным назначением. ТЕХНИЧЕСКИЕ
ЭРГОНОМИЧНОСТЬ ТРАКТОРА (ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ) ОБОБЩЕННЫЕ 1 1 ПОКАЗАТЕЛИ Удобство и эффективность управления Эффективность защиты оператора от воздействия факторов производственной среды Удобство обслуживания ГРУППОВЫЕ г
ПОКАЗАТЕЛИ Г“
-“I
u
j
L.
J
I U-
I
П
Удобство и эффективность пользования органами управления и средствами отображения информации
Удобство размещения оператора в кабине
Обзорность с рабочего места оператора
Удобство доступа оператора на рабочее место
Удобство посадки оператора на сидении
Ы- Микроклимат в кабине    W К Шум в кабине и внешний шум LJ трактора_ ,
Вибрации на рабочем месте
Искусственное освещение
Загазованность в кабине
Запыленность в кабине
Удобство доступа оператора к местам технического обслуживания
Удобство выполнения операций технического обслуживания
Рис. 5.3. Комплексные (интегральный, обобщенные и групповые) эргономические показатели качества
сельскохозяйственных тракторов Единичные эргономические показатели количественно характеризуют выявленные отдельные эргономические параметры конструкции трактора. В табл. 5.1 приведена номенклатура единичных показателей, составленная в соответствии с номенклатурой эргономических параметров, значения которых регламентируются требованиями ГОСТ 12.2.019—76 «ССБТ. Тракторы и машины самоходные сельскохозяйственные. Общие требования безопасности». Табл. 5.1. Номенклатура единичных эргономических показателей качества сельскохозяйственных тракторов Групповые эргономические показатели Единичные эргономические показатели (единицы) Удобство доступа оператора на рабочее место Удобство размещения оператора в кабине Удобство посадки оператора на сиденьи Обзорность с рабочего места оператора Удобство и эффективность пользования органами управления и средствами отображения информации Микроклимат в кабине Шум в кабине и внешний шум трактора Размеры подножек, лесенок, лестниц, площадок, поручней, ручек (мм) Размеры зон прохода от дверных проемов к сиденью оператора (размер в свету) (мм) Размеры дверных проемов и люков кабины (мм) Внутренние размеры кабины (мм) Размеры подушки сиденья, спинки и подлокотников (мм) Линейные и угловые размеры установки посадочного места и его элементов (мм и град) Размерные параметры зон обзора объектов наблюдения (град или м) Размерные параметры размещения органов управления и их регулиро-вания (мм и град) Размеры рукояток рычагов и опорных площадок педалей (мм). Ход педалей (мм) Силы сопротивления перемещению органов управления (Н) Размерные параметры размещения контрольно-измерительных приборов и других средств индикации (град и мм) Температура воздуха в летний и зимний периоды и внутренних поверхностей кабины (°С) Относительная влажность воздуха (%) Подвижность воздуха (м/с) Уровень звука шума (дБ) Уровень звукового давления в октавных полосах (дБ) Запыленность воздуха Загазованность воздуха Искусственное освещение Вибрации на сиденьи и (или) полу кабины (среднеквадратическое значение ускорения, м/с2) Вибрации на органах управления: среднеквадратическое значение скорости, м/с; уровень скорости, дБ Концентрация пыли в кабине (мг/м3) Вибрации на рабочем месте
Концентрация окиси углерода в кабине (мг/м3) Освещенность зон обзора вне кабины (лк) Освещенность контрольно-измерительных приборов в кабине (лк) Интегральный эргономический показатель «эргономичность сельскохозяйственного трактора» в целом характеризует эргономический уровень качества трактора. В соответствии с методическими рекомендациями [5.9] комплексные и единичные эргономические показатели должны оцениваться в долях единицы с использованием четырех категорий оценки качества, приведенных в табл. 5.2. Табл. 5.2. Критерий оценки эргономических показателей качества машины Критерий оценки показателя Соответствие фактических показателей нормативным или эталонным Соответствуют или превышают (отлично) нормативные или эталонные Близки к нормативным или эта (хорошо) лонным Условно допустимы (требуется эр (удовлетвор ительно) гономическая доработка машин) 0,1 и ниже Недопустимы (плохо) Эргономические требования и показатели разрабатываются применительно к тем конструктивным элементам сельскохозяйственных тракторов, с которыми механизатор непосредственно взаимодействует в процессе трудовой дея- тельности: рабочему месту оператора (размещение на тракторе; средства доступа на рабочее место; кабина и ее оборудование; сиденье оператора, органы управления и средства отображения информации); техническим устройствам трактора, с помощью которых осуществляются функции управления движением и рабочими органами (типы и конструкция приводов управления, визиры и ориентиры движения, средства искусственного освещения рабочей зоны); узлам и механизмам, требующим технического обслуживания и ремонта (места обслуживания и доступ к ним, периодичность, операции обслуживания и ремонта, используемый инструмент). 5.3. РАБОЧЕЕ МЕСТО ОПЕРАТОРА 5.3Л. Общие положения Рабочее место оператора сельскохозяйственного трактора — место, оснащенное средствами, обеспечивающими выполнение механизатором функций управления сельскохозяйственными агрегатами, а также защиту его от воздействия неблагоприятных факторов производственной среды. Конструктивные элементы рабочего места включают: средства доступа оператора на рабочее место; кабину и ее оборудование; пост управления (органы управления и средства отображения информации); сиденье оператора. Эргономические требования к рабочему месту и его элементам разрабатываются с целью обеспечения удобства и эффективности выполнения операторской деятельности с учетом следующих общих критериев: возможность и условия обзора объектов наблюдения; доступ на рабочее место; пространство рабочего места; посадка оператора на сиденьи; управляющие действия оператора; защита оператора от воздействия факторов производственной среды, гарантирующая сохранение здоровья и высокую работоспособность оператора. В настоящее время эргономические требования к рабочему месту оператора сельскохозяйственных тракторов регламентированы ГОСТ 12.2.019—76, рекомендациями и стандартами СЭВ, а также международными стандартами (ИСО). 5.3.2. Обзорность с рабочего места оператора Под обзорностью понимается совокупность конструктивных свойств машины, характеризующих возможность и условия обзора объектов наблюдения с рабочего места Рис. 5.4. Структура взаимосвязей факторов Метеорологические условия (дождь, снег, температура) Низкочастотные колебания ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ СРЕДА
Работа в темное время суток Углы обзора функциональных зон и объектов зрительного внимания
Временные и коли- мест венные характеристики распределения и переключения зрительного внимания Характеристики движении глаз применительно к формированию требований к обзорности оператора в процессе управления машиной. Эргономические требования к конструкции сельскохозяйственных тракторов но показателю «обзорность» не нормируются в действующем стандарте. Оценка обзорности производится субъективным методом и методом сравнения при испытаниях машин. В ГОСТ 4.40—74, регламентирующем эргономические показатели качества сельскохозяйственных тракторов, показатель «обзорность» не имеет размерности. Рис. 5.5. Положение точек в пространстве рабочего места относительно сиденья (ТОС), по которым определяются угловые ' параметры зон обзора Выработаны методические основы разработки эргономических требований к конструкции по показателю «обзорность» для сельскохозяйственных тракторов. На базе принципов эргономики установлена структура взаимосвязей конструктивных, технологических (функциональных) и человеческих факторов применительно к задачам формирования требований к обзорности (рис. 5.4). В качестве основного оценочного показателя обзорности приняты угловые параметры функциональных зон обзора (в пределах которых размещаются объекты наблюдения), соизмеримые с психофизиологическим показателем — углами зрения оператора. Кроме того, этот показатель удобен при расчетах, графических и инструментальных измерениях. Отсчет угловых параметров зон обзора производится из двух точек пространства рабочего места (рис. 5.5), соответствующих положению глаз оператора относительно сиденья (точка О по ГОСТ 20062—81) при обзоре передней и боковых К, а также задней К' зон (рис. 5.6). Координаты точек К и К' установлены по значениям соответствующих антропометрических признаков [5.3] с учетом рабочей позы оператора (положение головы и туловища). Передняя зона обзора 1 — оптимальная (обзор обеспечива- Р и с. 5.6. Зоны обзора с рабочего места оператора и их угловые параметры ется в пределах оптимальных углов зрения и за счет допустимых поворотов головы), боковые 2 и 2' — допустимые (обзор обеспечивается за счет предельных поворотов головы), задняя зона обзора 3 — предельно допустимая (обзор обеспечивается за счет предельных поворотов головы и туловища). В вертикальной плоскости эти зоны ограничены оптимальным ро, допустимым Pi и p'i и предельными Рг и р'г углами зрения.оператора (рис. 5.6). Значения угловых параметров указанных зон являются базовыми критериями человеческого фактора для оценки обзорности, отражающими психофизиологические (углы зрения оператора) и физиологические (рабочая поза оператора — положение головы и туловища) свойства человека. В качестве базовых критериев человеческого фактора при оценке обзорности также используются: пространственные и временные характеристики распределения и переключения зрительного внимания оператора-механизато-ра (психофизиологические показатели приема зрительной информации, необходимые для оценки значимости функциональных задач зрительной деятельности механизатора при выполнении различных технологических операций); характеристики движений глаз (длительность фиксации, частота, скорость и амплитуда) оператора в процессе управления сельскохозяйственным агрегатом (психофизиологический показатель, используемый при оценке сложности поиска зрительной информации для обеспечения заданной точности вождения машины в процессе реализации конкретной технологической операции). Характеристики распределения и переключения зрительного внимания определяются по данным кино- или телесъемки (перспективный метод). По данным киносъемки можно также получить характеристики рабочих поз механизатора. Движения глаз механизатора рекомендуется фиксировать с помощью метода электроокулографии. При формировании требований к обзорности учитываются также технологические (функциональные) и конструктивные факторы. Технологические факторы включают: виды выполняемых технологических операций; рабочие скорости движения сельскохозяйственных агрегатов; агротехнические требования к выполнению технологических операций; функциональные зоны и объекты зрительного внимания, видимость которых обеспечивает возможность управления машиной и соответственно выполнение комплекса технологических операций. Функциональные зоны и объекты зрительного внимания непосредственно формируют функциональные задачи зрительной деятельности механизатора.
manmnrttimft
1312 >1 10 д 8 7 6 5 * 3 *
Угловые параметры зон зрительного внимания являются функциональным критерием обзорности. На рис. 5.7 в качестве примера приведены функциональные зоны зрительного внимания: 1,2 — зоны, используемые для оценки состояния и рельефа участка поля, а также изменения направления края скашиваемого участка растений; 3 — зона управления, видимость которой обеспечивает восприятие информации о необходимости изменения или выдержива- Р и с. 5.8, Базовые параметры сельскохозяйственных колесных тракторов и параметры размещения рабочего места оператора на тракторе, определяющие показатели обзорности ния направления движения; 4 — зона контроля, видимость которой обеспечивает оценку положения передних колес относительно растений; 5 — зона расположения рабочих органов; 6 — зона положения сцепных и прицепных устройств; 7 — зона габаритная силосоуборочной машины; 8 — зона выгрузки технологического продукта. Конструктивные факторы отражают возможность реализации требований к обзорности в конструкции трактора соответствующего назначения и тягового класса. Анализ конструкций сельскохозяйственных тракторов позволил выявить те конструктивные параметры, которые взаимосвязаны с показателями обзорности: базовые параметры (на рис. 5.8 приведены параметры колесных универсальнопропашных тракторов тягового класса 0.6...2 кН, где L\ — продольная база, В\ и В2 — ширина колеи соответственно передних и задних кодес, Dt и £>2 — диаметры колес, В3 и В4 — ширина колес, Нi — высота капота над уровнем земли, Li — длина капота, В5 — ширина капота, В$ — расстояние между нишами задних колес, L3 и Яз — расстояние от задних колес до нижних точек задней навески); параметры размещения рабочего места оператора на тракторе (Н2 — высота пола кабины относительно уровня земли, Н4 — расстояние от точки отсчета сиденья (ТОС) до пола кабины, L4 и Ls — расстояния от ТОС до осей соответственно передних и задних колес, Le — расстояние от ТОС до передней кромки капота, ei — смещение продольной оси кабины относительно продольной оси трактора, 8г — смещение продольной оси сиденья относительно продольной оси трактора); параметры конструкции кабины (внутренние размеры кабины, площадь остекления, ширина перемычек или стоек между стеклами и их расположение); параметры, характеризующие размещение других конструктивных элементов трактора в пределах зон обзора. Важнейшей задачей при проектировании тракторов является определение таких конструктивных параметров, которые могут быть реализованы в конструкции трактора с обеспечением эргономически обоснованных параметров обзорности. Определение конструктивно-достижимых параметров обзорности (углов обзора с рабочего места) должно осуществляться на всех стадиях проектирования с использованием как графоаналитических методов, так и методов макетирования. Оценка обзорности только на стадии испытания опытных образцов не может гарантировать реализации требований к обзорности, так как конструкция трактора в целом уже практически отработана, и, как правило, перекомпоновка рабочего места приводит к увеличению сроков создания машины при значительных дополнительных затратах. Для реализации методов оценки обзорности на первоначальных стадиях проектирования необходимо выработать нормативные требования к обзорности для сельскохозяйственных тракторов различного назначения и класса (серийных и перспективных). 5.3.3. Доступ оператора на рабочее место Удобство доступа оператора на рабочее место — важный эргономический показатель сельскохозяйственных тракторов. Значение его возрастает при необходимости частых входов в кабину и выходов из нее. Для обеспечения доступа оператора на рабочее место на сельскохозяйственных тракторах предусматриваются: подножки; лесенки (при высоте порога кабины относительно земли более 850 мм); лестницы и площадки (при высоте порога кабины относительно земли более 2 м); поручни, ручки, перила; свободное пространство для прохода оператора к дверным проемам; дверные проемы; свободное пространство для прохода оператора от дверных проемов к сиденью. Требования к эргономическим параметрам средств доступа оператора на рабочее место для сельскохозяйственных тракторов регламентируются в отечественном (ГОСТ 12.2t019—76) и международных (СТ СЭВ 1851—79, ИСО 3789) стандартах. Размеры подножек, лесенок, лестниц я перил (на базе обобщения-всех регламентированных данных) приведены в табл. 5.3. Табл. 5.3. Эргономические параметры средств доступа оператора на рабочее место Параметры Подножки Лесенки Лестницы Высота первой ступеньки от носительно поверхности земли, Ширина ступеньки, мм (не менее) Глубина ступеньки, мм (не менее) Интервал (по высоте) меж ду ступеньками, мм Интервал (по высоте) N меж ду последней ступенькой и порогом дверного проема ка бины, мм Угол наклона лестницы от носительно горизонтальной плоскости, град 800... 1200 Высота перил, мм Для сельскохозяйственных тракторов не регламентируются размеры свободного пространства в кабине для прохода к сиденью. Эти размеры (в свету) нормируются для рабочего места самоходных сельскохозяйственных машин по ГОСТ 16527—80. Важную роль для обеспечения удобства доступа имеют, такие параметры, как теплопроводность захватных элемен:- тов (ручек и поручней) и их покрытия, а также рифление ступенек, площадок и использование рифленых резиновых коврикоа на полу кабин. Критериями человеческого фактора при обосновании эргономических параметров средств доступа являются физиологические (физическая нагрузка и рабочие позы, быстрота доступа), антропометрические (размеры тела человека с учетом одежды в зимний период) и психологические (формирование стереотипа движений оператора прц входе и выходе) показатели. В процессе проектирования тракторов (на стадии эскизного проекта) следует использовать макетирование средств доступа на рабочее место для окончательного выбора оптимального решения. При этом для оценки вариантов рекомендуются как субъективный (опрос испытуемых), так и объективные методы (кино- или телесъемка, хронометрирование, электромиография, электрокардиография и др.). 5.3.4. Кабина и ее оборудование Кабина предназначена для защиты оператора от воздействия метеорологических факторов (температура воздуха, снег, ветер, солнечные лучи) и факторов производственной среды (пыль, отработанные газы двигателя, тепловое излучение от двигателя и других узлов, ядохимикаты, шум двигателя и других узлов, аварийные ситуации — опрокидывание трактора или столкновение с другими объектами). Кабина — конструктивный элемент, снижающий удобство выполнения операторских функций (ограничивает пространство рабочего места, создает помехи для обзора объектов наблюдения, находящихся вне кабины; ухудшает удобство доступа оператора на рабочее место). Первоочередной задачей конструирования кабины является определение значений эргономических параметров, обеспечивающих оптимальное рабочее пространство для размещения оператора в рабочей позе сидя (внутренние габаритные размеры кабины относительно сиденья). Внутренние размеры кабин (рис. 5.9) определяются в соответствии с антропометрическими данными (для 90 % мужчин) [5.3] и характеризуют положение ног оператора (относительно пола, передней стенки кабины и других элементов — Н, #4, L\, L$, L&, а), головы (относительно потолка и задней стенки кабины — Яь Н2, #3, L3, La, В3, В а, Въ, В 6), рук и плеч (относительно боковых стенок кабины — В\, В2, Нъ и #6). Многие из этих размеров регламентируются в отечественных и международных стандартах. Размеры кабины также должны обеспечивать возможность размещения органов управления, средств отображения информации (при необходимости с учетом реверсивного управления машиной) и элементов оборудования кабины. Размеры и расположение стекол кабин определяются требованиями обзорности с рабочего места оператора. Рис. 5.9. Эргономические параметры, характеризующие размещение оператора в кабине Современные кабины тракторов включают следующее оборудование: стеклоочистители передних и задних стекол (требования к размерам очищаемой зоны стекол нормируются ГОСТ 22893—77 для грузовых автомобилей и автобусов); солнцезащитные устройства (козырьки в кабине, шторки, жалюзи, тенты над крышей кабины); омыватели передних стекол; устройства, исключающие обледенение и запотевание передних и задних стекол; плафоны внутреннего освещения; дополнительное сиденье (при необходимости); аптечку первой помощи; термос для питьевой воды объемом не менее Зл; зеркала заднего вида (одно внутри кабины и два снаружи), обеспечивающие общий обзор боковых и задней зон; устройства для крепления радиоприемника, наружной антенны и средств пожаротушения; крючок для одежды и место для размещения личных вещей оператора. В двухместных кабинах дополнительное сиденье, как правило, такое же, как и сиденье оператора. Для одноместных кабин могут применяться дополнительные малогабаритные сиденья разной комплектности (сиденье с откидной спинкой, откидное сиденье без спинки). 5.3.5. Сиденье оператора Сиденье предназначено для обеспечения удобства посадки оператора (в рабочей позе сидя) и включает следующие элементы: посадочное место (подушка сиденья, спинка, при необходимости подлокотники, устройство для регулирования угла наклона спинки); устройства для ре-, гулйрования положения посадочного места относительно пола кабины и органов управления (по вертикали и по горизонтали); виброзащитное устройство (для снижения воздействия низкочастотных колебаний на оператора). Эргономические требования к посадочному месту сиденья и узлам регулирования его положения разрабатываются на базе специальных исследований [5.1, 5.3] и стандарта на рабочее кресло (ГОСТ 21889—76) и характеризуются следующими показателями: соответствием размеров посадочного места и его элементов размерам тела человека в рабочей позе сидя (антропометрические данные мужчин и женщин) [5.3]; соответствием мягкости подушек сиденья, спинки и подлокотников распределению веса тела человека на эти элементы; соответствием материалов, из которых изготавливаются мягкие элементы (подушка сиденья, спинка, подлокотники), гигиеническим требованиям в отношении токсичности, воздухо- и влаго-проницаемости: соответствием формы и размеров элементов посадочного места требованиям, связанным с выполнением управляющих действий с помощью педалей, изменением рабочей позы, доступом к сиденью и обзором объектов наблюдения. На рис. 5.10 приведены основные размерные параметры посадочного места и его элементов, регламентируемые в действующих отечественных (ГОСТ 20062—81, ГОСТ 16527—80) и международных (ИСО 4253) стандартах. На базе комплексных эргономических исследований [5.1] с учетом эстетических требований в настоящее время создано унифицированное посадочное место оператора сельскохозяйственных тракторов (с взаимозаменяемыми подушкой сиденья и спинкой). При проектировании тракторов с реверсивным управлением в конструкции сиденья следует предусматривать поворотное посадочное место. Для перспективных моделей зарубежных сельскохозяйственных тракторов проектируется устройство разворота посадочного места на ±20° (как средство оптимизации рабочей позы при частой ее смене для обзора объектов наблюдения, расположенных в передней, боковых и задней зонах). Важное место при создании сиденья оператора занимает проблема выбора материала для мягких элементов (подушек) и облицовочного материала (чехлов). В настоящее время для изготовления подушек применяется губчатая резина, а для чехлов — искусственная кожа.
Рис. 5.10. Основные эргономические параметры посадочного места сиденья: 4 I — глубина сиденья; Ъ — ширина подушки сиденья; Ъ| — ширина спинки; h — высота спинки; а — угол наклона подушки сиденья; 0    — угол между подушкой сиденья и спинкой; 1    * bi, hx — длина, высота и ширина подлокотника; bt — расстояние между подлокотниками; It — длина свободного пространства под сиденьем; Н — расстояние от ТОС до пола кабины Ведущие тракторостроительные зарубежные фирмы повсеместно, внедряют сиденья, мягкие элементы которых изготавливаются из пенополиуретана (по характеристикам мягкости, гигиеничности, технологичности, долговечности этот материал превосходит губчатую резину). Практически нерешенной проблемой является создание чехлов, обладающих высокими гигиеническими свойствами при работе в теплый период года (воздухо- и влагопроницаемые). Применение тканевых материалов для чехлов показало, что ткань быстро впитывает пыль, замасливается и изнашивается. На наш взгляд, наиболее приемлемым средством для обеспечения гигиеничности мягких элементов сиденья сельскохозяйственных тракторов является применение быстросъемных чехлов из специальных хлопчатобумажных тканей (поверх основного чехла, изготовленного из искусственной кожи). 5.3.6. Органы управления и средства отображения информации Пост управления трактором, включающий органы управления и средства отображения информации, — основной функциональный элемент рабочего места оператора. С помощью органов управления (рулевое колесо, рычаги, педали, кнопки, тумблеры и др.) оператор выполняет управляющие действия для реализации функций управления агрегатом (обеспечение заданного направления движения, регулирование рабочей скорости, изменение положения рабочих органов, изменение режима протекания технологического процесса и др.). С помощью средств отображения информации (контрольно-измерительные приборы и сигнализаторы) оператор осуществляет контроль заданного режима работы узлов и механизмов трактора (двигатель, трансмиссия, гидросистема и др.) и протекание технологического процесса (например, высев Семян, наполнение бункера технологическим продуктом, выход из строя рабочих органов сельхозмашин и орудий и др.). Взаимодействие оператора с органами управления трактора характеризуют следующие основные эргономические параметры: расположение рулевого колеса, рукояток рычагов и опорных площадок педалей относительно сиденья (точка О), друг друга и других элементов рабочего места; направление, величина, траектория и продолжительность перемещения органов управления; силы сопротивления перемещению органов управления; размеры и форма рулевого колеса, рукояток рычагов и опорных площадок педалей. Эргономические параметры органов управления устанавливаются на базе следующих критериев человеческого фактора: антропометрические (размеры зон досягаемости моторного поля в вертикальной и горизонтальной плоскостях, согласно ГОСТ 12.2.032—78 в соответствии с размерами рук и ног, анатомические особенности кисти и пальцев рук при различных вариантах йхвата ими рукояток, угловые перемещения рук и ног в суставах [5.8]; физиологические (загрузка и усилия мышечных групп [5.3], энергозатраты, характеристика рабочих поз); психофизиологические (время реакции, продолжительность и темп управляющих действий, мышечная чувствительность при выполнении управляющих действий, точность управляющих действий); психологические (формирование стереотипа управляющих действий и его типизация, информативность) . Эргономические требования к органам управления сельскохозяйственных тракторов регламентированы в отечественных (ГОСТ 12.2.019—76) и международных (ИСО 3767, 4252, 4253, 3789) нормативных документах. С учетом международного стандарта ИСО 4253 установлены значения эргономических параметров размещения рулевого колеса и опорных площадок педалей (табл. 5.4 и рис. 5.11). Зоны размещения рычагов приведены на рис. 5.12. В указанных зонах рычаги должны располагаться с учетом: Табл. 5.4. Эргономические параметры расположения рулевого колеса и опорных площадок педалей Параметры Обозначение (единица) Нормативное значение Расстояние от ТОС до центра рулевого колеса: по горизонтали по вертикали Начальный угол наклона плоско Pi (град) сти рулевого колеса относительно горизонтальной плоскости Радиус поворота рулевой колонки 450 (не более) (для регулировки наклона рулевого колеса) Расстояние от рулевого колеса (во 80 (не менее) всех положениях) до других элементов рабочего места Расстояние от ТОС до центра опорных площадок (начальное положение) педалей. 1, приводимых в действие всей ногой: по горизонтали /г (мм) по вертикали Расстояние от ТОС до центра нижних кромок опорных площадок педалей 2, приводимых в действие стопой ноги: по горизонтали по вертикали (от пола) А3 (мм) 50 (не более) Расстояние от центра опорных площадок педалей до продольной оси сиденья: для педалей, приводимых в дей Ьх (мм) ствие всей ногой для педалей, приводимых в дей Ь2 (мм) ствие стопой ноги Расстояние между расположенными рядом опорными площадками педалей: неблокированных 50 (не менее) блокированных Начальный угол наклона (к вертикали) опорных площадок педалей, приводимых в действие всей ногой 02 (град) Начальный угол наклона (к горизонтали) опорных площадок педалей, приводимых в действие стопой ноги Рз (град) Угол разворота опорных площадок педалей, приводимых в действие стопой ноги oci (град) 15 (не более) данных по частоте использования каждого рычага; степени важности и последовательности использования в структуре операторских функций; необходимости экстренного использования в аварийных ситуациях. Остальные ручные органы управления (кнопки, выключатели, переключатели, клавиши) следует располагать в пределах зоны досягаемости моторного поля в соответствии с ГОСТ 12.2.032—78. Табл. 5.5. Максимально допустимые значения сил сопротивления перемещению органов управления / &СГ/2JCH'H Сила сопротивления, Н, не более Объект управления j при ножном воздействии при ручном воздействии Муфта сцепления Коробка перемены передач: передачи, переключаемые на ходу передачи переключения с остановкой трактора Механизм поворота Тормозная система Регулятор частоты вращения двигателя Распределитель гидросистемы ВОМ ZbO ж, !ЬО r    ао Силы сопротивления перемещению основных органов управления сельскохозяйственных тракторов, регламентированные действующим ГОСТ 12.2.-в*9=-76, приведены в табл. 5.5. Силы сопротивления перемещению остальных рычагов не должны превышать 200 Н. В современном тракторостроении оптимизация конструкций органов управления и улучшение их эргономиче- ^ №\\MW№ За&ЗнЕЗД пн Рис. 5.11. Эргономические параметры расположения рулевого колеса и опорных площадок педалей
яняг^<я^~~'-— 150 Рис. 5.12. Зоны размещения рычагов управления (во всех рабочих положениях): 1 — постоянно используемых (центры рукояток); 2, 3 — часто используемых; 4 — редко используемых
ских показателей во многом связаны с конструкцией приводов механизмов управления. В настоящее время повсеместно применяются гидроприводы, на некоторых тракторах — электрогидроприводы, в перспективных разработках в ближайшие годы намечается внедрить тросовый привод, который позволит решить проблему размещения органов управления на рабочем месте с учетом тенденции возрастания их количества. Средства отображения информации сельскохозяйствен- ных тракторов с эргономической точки зрения практически не исследовались, в связи с чем стандарт, включающий эргономические требования к рабочему месту оператора тракторов, не содержит требований к этим элементам. В рекомендациях СЭВ даются только общие требования к средствам отображения информации. В основополагающем стандарте, определяющем эргономические требования к рабочему месту оператора (ГОСТ 22269—76), имеются основные требования к размещению средств отображения информации. Впервые в отечественном стандарте (ГОСТ 16527—80), регламентирующем эргономические требования к рабочему месту оператора самоходных сельхозмашин, включены требования к размещению средств отображения информации, к освещенности их лицевых поверхностей. В настоящее время панели приборов сельскохозяйственных тракторов комплектуются приборами, в основном применяемыми на автомобилях. Задача проектировщиков-тракторостроителей в основном свелась к компоновке контрольно-измерительных приборов и средств сигнализации. Назрела необходимость разработки специальных средств индикации, характерных для применения на сельскохозяйственных тракторах (закодированная информация протекания технологических процессов, выполняемых комплексными агрегатами, и режима работы автоматически управляемых агрегатов). Р и с. 5.13. Угловые параметры зон расположения средств отображения информации
На наш взгляд, первый этап стандартизации эргономических требований к средствам отображения информации сельскохозяйственных тракторов должен базироваться на серийной номенклатуре контрольно-измеритель-ных приборов и средств сигнализации и включать требования к их размещению на рабочем месте оператора (панели приборов, отдельных приборов и сигнализаторов на панели). Анализ конструктивных элементов рабочего места серийных и перспективных отечественных и зарубежных тракторов и общих эргономических требований к размещению средств отображения информации позволил установить следующие требования к размещению контрольно-измерительных приборов в кабине тракторов: приборы и сигнализаторы должны размещаться на рабочем месте в пределах углов обзора аир (рис. 5.13); группирование приборов и размещение их лицевых поверхностей должно соответствовать ГОСТ 22269—76, при этом расстояние до лицевых поверхностей приборов (относительно точки К на рис. 5.13) должно составлять 500...850 мм. Важную роль в опознании оператором органов управления, средств отображения информации и их назначения играют способы функционального кодирования (формой, цветом и расположением рукояток, символическими знаками, мнемосхемами, а также надписями). Обозначение органов управления и контрольно-измерительных приборов в настоящее время производится с помощью символов в соответствии с ОСТ 23.1.6—79 и международным стандартом ИСО 3767. В перспективных разработках необходимо предусматривать кодирование органов управления цветом и формой рукояток с введением типизированных зон расположения органов управления по функциональным признакам. 5.3.7. Средства защиты оператора от воздействия неблагоприятных факторов производственной среды Микроклимат в кабине. Техническое (конструктивное) обеспечение нормируемых параметров микроклимата в кабине, согласно ГОСТ 12.2.019—76, является весьма сложной научно-технической проблемой, решение которой связано со значительными материальными затратами- В наиболее полном виде общая система обеспечения микроклимата в кабине трактора включает системы: термозащиты, предназначенную для уменьшения теплопритоков от двигателя, силовых агрегатов, окружающего воздуха и солнечной радиации в летний период и изоляции от холодного воздуха зимой; подачи и равномерного распределения, воздуха; охлаждения воздуха при работе в весенне-летний период; подогрева воздуха при работе в осенне-зимний период; автоматического (ручного) управления и регулирования. В систему термозащиты входят термоизолирующие конструкции ограждений, термоизолирующие прокладки, лакокрасочные покрытия, экраны-жалюзи и специальные стекла, задерживающие и отражающие инфракрасные излучения. Система подачи и распределения воздуха состоит из вентилятора, воздухоочистителей и воздуховодов, в качестве которых могут использоваться полости каркаса кабины. В систему подача воздуха включаются теплообменники отопителей и охладителей, а также устройства для регулирования влажности. Отопители и охладители могут иметь и автономную систему подачи воздуха. В зависимости от климатических условий, в которых эксплуатируется трактор, технические требования к системе устройств по нормализации микроклимата, и прежде всего охладителям и отопителям, могут существенно отличаться. Система искусственного охлаждения воздуха, особенно необходимая в южных климатическйх условиях, — наиболее сложная и дорогостоящая. Охладители, или кондиционеры, по принципу действия подразделяются на фреоновые (парокомпрессионные), с воздушной холодильной машиной, термоэлектрические и испарительные [5.5]. За рубежом из-за ряда преимуществ в качестве охладителей воздуха в кабинах мобильных машин в основном используются фреоновые кондиционеры разнообразных конструкций, работающие по принципу домашних фреоновых холодильников. Хладоагент фреон при нормальной температуре — газ, сжимается в компрессоре и при этом нагревается. Затем он поступает в конденсатор (теплообменник), где охлаждается до температуры, близкой к температуре наружного воздуха, и под действием высокого давления переходит из газообразного состояния в жидкое. Далее фреон поступает в испаритель, где расширяется и испаряется, поглощая большое .количество теплоты из воздуха, подаваемого в кабину через испаритель. Производительность кондиционера определяется следующим условием: установившийся тепловой режим в кабине обеспечивается в том случае, если тепловые потоки, поступающие в кабину, равны потокам, выходящим из нее. Современные фреоновые кондиционеры имеют массу около 10 кг, объем до, 0,5 м3 и потребляют мощность около 0,3 кВт на 1000 кДж/ч хладопроизводительности. У нас в стране и за рубежом ведутся работы по созданию и совершенствованию конструкций кондиционеров испарительного типа с использованием эффекта снижения температуры воздуха в результате испарения воды (прямого или косвенного). Эти кондиционеры значительно дешевле фреоновых, имеют меньшую массу и потребляют меньше энергии, более надежны. Однако воздух на выходе имеет повышенную влажность, поэтому их эффективность во многом зависит от климатических условий. Такие кондиционеры используются преимущественно в странах с сухим и жарким климатом. Для подогрева воздуха в кабинах существуют отопите-ли, работающие от системы охлаждения двигателя (водой или.воздухом), от отработавших газов и комбинированные. Основное преимущество таких отопителей — высокая экономичность, так как-используются неизбежные тепловые отходы двигателей внутреннего сгорания. К недостаткам относится: уменьшение влагосодержания воздуха при больших перепадах температур (требуются специальные увлажнители) и прекращение работы после остановки двигателя. Этих недостатков лишены автономные отопители (пламенные, электрокалориферные), но они менее экономичны. Известны также примеры использования в качестве отопителей кондиционеров, в том числе фреоновых. Для этого изменяется направление потока фреона, а конденсатор работает как испаритель (подогреватель) воздуха.
<<< Предыдущая страница  1     Следующая страница >>>


1 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z 
А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я