![](https://expert-mik.ru/wp-content/themes/24author/assets/img/work/work-img.png)
Повышение эффективности использования колёсных энергетических средств на транспортных работах в условиях Амурской области
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. АКТУАЛЬНОСТЬ И НАПРАВЛЕННОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1 Особенности естественно-производственных условий
Дальневосточного региона Российской Федерации и их влияние на использование автомобилей в агропромышленном комплексе
1.2 Анализ способов повышения эффективности использования
колёсных грузовых автомобилей на транспортных работах
1.3 Анализ технических решений и способов перераспределения вертикальных нагрузок на движители энергетического средства
1.3.1 Обзор технических решений и способов перераспределения вертикальных нагрузок в ходовой системе энергетического средства
1.3.2 Анализ технических решений и способов перераспределения вертикальных нагрузок на движители, находящиеся на одной
колёсной оси и диагонального перераспределения веса
1.4 Выводы по главе
2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РАМОЧНОГО РЕГУЛЯТОРА НАГРУЗКИ
2.1 Теоретические предпосылки исследований
2.2 Обоснование предлагаемого способа перераспределения весовой
нагрузки между движителями, находящимися на одной колёсной оси
2.3 Теоретическое обоснование процесса межколёсного перераспределения веса между движителями, находящимися на одной колёсной оси
2.4 Влияние рамочного регулятора нагрузки на поперечную устойчивость энергетического средства
2.5 Влияние рамочного регулятора нагрузки на формирование энергозатрат транспортного средства
2.5 Выводы по главе
3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1 Общая методика проведения и задачи экспериментальных
исследований
3.2 Объекты и условия проведения экспериментальных исследований
3.3 Средства измерений экспериментальных параметров
3.3.1 Определение расхода топлива
3.3.2 Измерение частоты вращения ведущего колеса транспортного средства
3.3.3 Измерение пройденного пути и буксования транспортного средства
3.3.4 Измерение перераспределяемой нагрузки на движители
транспортного средства
3.4 Измерение угла наклона
3.5 Измерение массы транспортного средства и массы перевозимого груза
3.6 Методика проведения сравнительных хозяйственных испытаний
3.7 Методика математической обработки экспериментальных данных
3.7.1 Оценка точности измерений
3.7.2 Статистическая обработка экспериментальных данных
4.РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
4.1 Результаты экспериментальных исследований по определению перераспределения нагрузки между движителями автомобиля
3
4.2 Результаты экспериментальных исследований по обоснованию конструктивно-технологических параметров устройства
4.3 Результаты экспериментальных исследований по определению влияния габарита моста на коэффициент стабилизации поперечной нагрузки
4.4 Результаты исследований по определению влияния наклона
поверхности на коэффициент догружения колеса, находящегося ниже по склону
4.5 Результаты сравнительных хозяйственных испытаний
транспортного средства с регулятором нагрузки на транспортных работах
4.6 Результаты экспериментальных исследований по определению коэффициента использования времени смены
4.7.Выводы по главе
5. ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРОВЕДЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
5.1 Топливно-энергетическая оценка проведенных исследований
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
Во введении обоснована актуальность работы, изложены степень её
разработанности, научная новизна, теоретическая и практическая значимость,представлены основные положения, выносимые на защиту, степень достоверности и апробация результатов исследования.
В первой главе приведены данные доказывающие, что в условиях Дальнего Востока вопрос обеспечения высокой проходимости энергетических средств и их всепогодной надёжности во всех климатических зонах и условиях эксплуатации является наиболее важным, так непредвиденная остановка или неисправное состояние автомобиля способны привести к невозвратным потерям перевозимых грузов. В Амурской области основные транспортные работы, предусмотренные применяемой технологией растениеводства, приходятся на март-май -25…30% и сентябрь-ноябрь 40…45 % и проходят в условиях слабой несущей способности
Актуальные вопросы развития науки в
мире» (Москва, 2019 г.),
Актуальные вопросы развития науки в мире» (Москва,
2020 г.), «Стратегии устойчивого развития мировой науки»(Москва, 2020 г.),
«Интеграция науки в современном мире» (Москва, 2020 г.),«Теоретические и
практические вопросы современной науки» (Москва, 2020 г.),
Наука и
современность»(Москва, 2021 г.),
почвы, в этот период автомобили общего назначения на транспортных операциях при движении по дорогам с низким коэффициентом сцепления используются малоэффективно вследствие их невысоких тягово-сцепных свойств и возникает необходимость привлечения автомобилей повышенной проходимости.
Вопросу использования колесных грузовых автомобилей на транспортных работах в различных дорожных условиях посвящены работы Н.В.Алдошина, В.А. Гобермана, А.Ю. Измайлова, С.А. Иофинова, З.Ф. Кривуцы, С.Д. Сметнева и многих других ученых.
Вопросы управляемости и устойчивости автомобилей, их торможения на платформе пространственных расчетных схем обсуждались в работах Г .М. Косолапова, А.А. Ревина, Ю.Я. Комарова, С.Н. Родионова.
В дальнейшем вопросами надежности движения мобильных машин в большом количестве занимались не только отечественные, но и зарубежные исследователи. Заметными трудами в данной сфере считаются деятельность российских ученых Е.А. Чудакова, Я.М. Певзнера, Г.В. Зимелева, А.С. Литвинова, Д.А. Антонова и зарубежных: Я. Таборека, И. Рокара, Д.Р.Эллиса.
Также существенный вклад в формирование концепции перемещения автопоездов внесли такие ученые как Я.Х. Закин, Я.Е. Фаробин, Л.В. Гячев, В.В. Осепчугов.
Проблемы стабилизации, а также управляемости автопоездов нашли отражение в работах А.И. Аксенова, А.А. Асриянца, Ю.М. Власко, А.В. Величко, и других исследователей.
Большая часть работ Д.А. Антонова, А.А. Асриянца, А.М. Горелика, Л.В. Гячева также посвящены исследованиям влияния внешних факторов на управляемость и стабильность движения.
Обзор проведённых исследований показал, что наиболее эффективным способом повышения эффективности использования колесных грузовых автомобилей на транспортных работах, является повышение их тягово-сцепных свойств и курсовой устойчивости. Это возможно за счёт корректирования величины вертикальной нагрузки и веса, приходящего на ведущие колеса, что позволило предложить конструкторское решение технической задачи с наименьшими материальными затратами и высокими режимно – эксплуатационными характеристиками.
Во второй главе на основании проведенных теоретических исследований с учётом анализа всех преимуществ и недостатков ранее рассмотренных конструкций перераспределяющих устройств для повышения продольной и поперечной устойчивости энергетического средства, как наиболее оптимальное, соответствующее всем критериям патентного поиска и решения технической задачи, принята перспективная конструкция – «Рамочный регулятор нагрузки»
(рисунок 1,2,3), на который получен патент РФ No 166665, патентообладатель— ФГБОУ ВО Дальневосточный ГАУ.
«Рамочный регулятор нагрузки» (рисунок 1) выполнен в виде конструкции 1, состоящей из двух одинаковых реактивных штанг 2 и 3 с вилочными окончаниями 4, установленных вертикально в кронштейнах 5 на верхней части чулка моста 6 транспортного средства 7 и объединённых шарнирно с узлом коромысла 8, который фиксирован силовым шарниром 9 в опорном рычаге 10, смонтированном болтовым соединением в технологических отверстиях поперечной траверсы рамы 11 колёсного транспортного средства 7.
Рисунок 1- Принципиальная схема рамочного регулятора нагрузки
Устройство работает следующим образом:
При наезде на препятствие или проваливании автомобиля в неровности грунта, мост 6 транспортного средства 7 производит вертикальное движение вниз, глубина проваливания части моста 6 ограничивается длиной паза опорного рычага 10 и отклонением узла коромысла 8, при чём противоположная вертикально смещаемой часть моста 6 в этот момент производит вертикальное движение вверх. При этом происходит перераспределение весовой нагрузки с вертикально- движущейся вниз части моста 6 через узел коромысла на опорный рычаг 10 и поперечную траверсу рамы 11 колёсного транспортного средства 7, вызывая реакцию устранения силового воздействия, что ведёт к выравниванию моста 6 транспортного средства 7.
Учитывая необходимость теоретического обоснования принципов работы и технологических характеристик рассматриваемой конструкции предлагается работу такого устройства оценивать коэффициентом стабилизации поперечной нагрузки и с учётом ранее проведенных теоретических и экспериментальных исследований использовать формулу
Кпу=Qм/Qс=(2- /2) , (1) где − поперечный габарит моста автомобиля, м; Qм – весовая нагрузка, приходящееся на колесо с установленным устройством, кН; Qс – весовая нагрузка,
приходящаяся на колесо без установленного устройства, кН.
Предложенный коэффициент стабилизации поперечной нагрузки, формула
(1), показывает на сколько предлагаемое устройство позволяет регулировать нагрузку на колесо, находящееся ниже по склону зависит от поперечного габарита моста .
Проанализируем работу ведущего моста колёсного транспортного средства на примере автомобиля с установленным рамочным регулятором нагрузки. Для этого рассмотрим равновесие моста транспортного средства с равномерно распределённым грузом в кузове при его движении по ровной дороге и при изменении параметров колеса.
Для этого отбросим механические связи, заменим их реакциями и покажем все силы, действующие на колёсный мост (рисунок 2).
Рисунок 2- Схема сил, действующих на колёсный мост при движении по ровной поверхности без учёта действия регулятора нагрузки
Где G – действующая сила тяжести перевозимого груза, Н, N1 и N2 – силовая реакция дороги, Н, Q1, Q2, Q3 – вес основных частей (механизмов) моста, Н, − общая ширина колёсного моста, м., и −расстояния от движителя до точек приложения нагрузки, м.
Составим уравнения равновесия и определим реакции дороги (N1 и N2 )
= + + +0,5 (2)
1123
= + + + ∙0.5, (3) 2123
Составим уравнение равновесия моста при вертикальном смещении одного колесного движителя (рисунок 3).
Рисунок 3- Схема сил, действующих на мост с учётом действия регулятора нагрузки
где −расстояние между точками крепления регулятора нагрузки, м, − расстояние от точки крепления регулятора нагрузки до движителя, м.
Реакция поверхности под опорой сместившегося движителя будет отсутствовать и начнёт действовать межколёсный регулятор нагрузки. Соответственно происходит перераспределение весовой нагрузки с проваливающегося (вертикально-смещаемого) движителя через опорный рычаг на раму прицепа (транспортного средства) и противолежащий движитель этого моста моста. Действие межколёсного регулятора на мост выражается реакциями R1 и R2. Для математического обоснования процессов перераспределения нагрузок составим схему сил, действующих на мост с учётом действия регулятора нагрузки, используя рисунок 3.
При 2 = 0 1 = ( + 1+ 2+0,5 3) , (4)
=(2− )( + + +0,5 ), (5) 12123
Анализ формул (2) и (5) показывает, что происходит перераспределение нагрузки со смещающегося движителя на противолежащие движитель или раму прицепа (транспортного средства).
Для более наглядного представления величин перераспределения веса со смещаемой части моста ( 1)при действии регулятора нагрузки в виде зависимостей от расстояния крепления регулятора ( ) от центра приложения веса 3, высоты смещения моста ( ) составлена комбинированная модель детерминированного факторного анализа (рисунок 4).
Рисунок 4- Модель зависимости перераспределения веса со смещаемой части моста ( 1)
В результате исследований совместного влияния зависимостей от расстояния крепления регулятора ( ) от центра приложения веса 3 и высоты смещения моста ( ) установлено, что на изменение реакции гладкой поверхности 1 наибольшее воздействие оказывают обе изменяемые величины. Реакция гладкой поверхности 1 в данном случае максимальна при достижении = 0,27 м, =0,6 м.
Полученные зависимости подтверждают выполнение рамочным регулятором нагрузки условий решения поставленной технической задачи и позволяют теоретически обосновать процесс перераспределения нагрузки с вертикально- смещаемой части моста на противоположный движитель и раму транспортного средства, подтверждая, что при установке в ходовую систему транспортного средства предлагаемого регулятора собственной нагрузки данное устройство способно корректировать продольную и поперечную устойчивость транспортного средства.
Рассмотрим взаимодействие элементов конструкции автомобиля при работе предлагаемого устройства (рисунок 5).
Рисунок 5 – Схема действия сил на
энергетическое включенным
регулятором
движении поперёк склона
средство с рамочным нагрузки при
где Моп –
момент, Н·м;
положения
энергетического
опорной поверхности, м; – масса энергетического средства, т; – ускорением свободного падения, м/с2, ∆ – величина смещения центра масс относительно оси наклона, м, – угол наклона, град,
опрокидывающий h – расстояние центра тяжести средства от
h – высоты смещения моста, м; – длина поперечного габарита моста, м, В – поперечная база автомобиля, м, -угол наклона, град
Анализ сил, действующих на энергетическое средства с включенным рамочным регулятором нагрузки в соответствии с предлагаемой схемой, представленной на рисунке 5, позволяет констатировать, что увеличение восстанавливающего момента обусловлено возрастанием плеча за счет смещения центра масс, тогда как опрокидывающий момент не изменяется и определяется формулой (6).
Моп =h sin , (6)
Включение рамочного регулятора нагрузки позволяет воздействовать в желаемом направлении на величину восстанавливающего момента
Мв = (0,5В + ∆ ) , (7) Из условия равенства моментов относительно оси вращения, проходящей
через центр масс с учётом ранее полученных получено
Следовательно
h sin =(0,5В+(h − )h ) , (8) 0,5
t = +(h − )h . (9) 2h 0,5 h
Сравнение формул (8) и (9), позволяет сделать вывод, что значение коэффициента поперечной устойчивости энергетического средства возрастает на величину, регулируемую конструктивно-технологическими параметрами предлагаемого устройства
(h − )h > 0. (10) 0,5 h
С целью обоснования применения рамочного регулятора нагрузки проведем оценку коэффициента догружения К1 колеса, находящегося ниже по склону при выключенном и включенном устройстве, используя схему на рисунке 6.
́
́ ́ (В−(h − )h ) +h К2 = п = 2 0,5
п В
В +h
В
h
–при выключенном устройстве К1 = п = 2 п
– при включенном устройстве
= 0,5 + , (11) В
Рисунок 6 – Расчетная схема для определения
коэффициента догружения колеса
Пользуясь схемой на рисунке 6 определён коэффициент догружения колеса, находящегося ниже по склону с учётом ранее полученных формул
=0,5+h −(h − )h . (12) В 0,5 В
Таким образом
перераспределяющего устройства коэффициент догружения снижается более чем на 9% в сравнении с серийным автомобилем.
В результате проведенных теоретических исследований определено, что величина прямых энергозатрат и затрат живого труда у серийного транспортного средства выше, чем у экспериментального, оборудованного устройством для межколёсного перераспределения веса.
В третьей главе приводится методика и условия экспериментальных исследований. Для подтверждения полученных теоретических исследований были проведены экспериментальные исследования, при этом решались следующие задачи: экспериментально проверить, установить взаимодействующие параметры и проанализировать процессы перераспределения сцепного веса и вертикальной нагрузки между движителями, находящимися на одной колёсной оси транспортного средства в движении; провести сравнительные хозяйственные испытания экспериментального (с установленным рамочным регулятором нагрузки) и серийного транспортного средства; выполнить экономическую и топливно-энергетическую оценку использования экспериментального
установлено,
что в случае
использования
транспортного средства на работах по обеспечению грузоперевозок в агропромышленном комплексе. В качестве объектов исследования были взяты: серийный автомобиль КамАЗ –5350, автомобиль КамАЗ – 5350 с установленным рамочным регулятором., В ходе проведения экспериментальных исследований замерялись следующие параметры: скорость движения, масса перевозимого груза, масса транспортного средства, тяговая передача автомобиля, расход топлива, пройденный путь, время опыта, распределение вертикальной нагрузки на движители при работе предлагаемого устройства.
При проведении исследований применялись общие и частные методики, использовался аппарат математического моделирования эксперимента, методы регрессионного анализа. Опытные испытания проводились в реальных условиях производственной эксплуатации энергетических средств в Амурской области. Обработка данных, полученных в ходе эксперимента, проводилась известными методами математической статистики с использованием ЭВМ и специализированных программ обработки данных.
В четвертой главе работы приводятся результаты экспериментальных исследований.
Результаты проведенных исследований по перераспределению веса на опоры заднего и переднего моста автомобиля в зависимости от высоты подъёма колёса представлены на рисунках 7,8.
1300
1250
1200
1150
1100
1050
1000
900
800
Экспериме нтальный автомобиль с регуляторо м нагрузки
Серийный автомобиль
0 5 10 15 20
Рисунок 7- Зависимость нагрузки приходящейся на правое заднее колесо от высоты подъёма левого заднего колеса
Полученная зависимость может быть описана полиноминальным уравнением:
для серийного автомобиля
y = 0,1028×2 + 14,85x + 931,78. (13)
для экспериментального автомобиля
y = -0,0882×2 + 5,0317x + 933,43. (14)
2600
2500
2400
2300
2200
2100
2000
1900
1800
1700
1600
Эксперименталь ный автомобиль с регулятором нагрузки
Серийный автомобиль
0 5 10 15 20
Рисунок 8- Зависимость нагрузки приходящейся на правое переднее колесо от высоты подъёма левого заднего колеса
Полученная зависимость описана полиноминальным уравнением: для серийного автомобиля
y = -1,94×2 + 73,365x + 1802,4. (15) для экспериментального автомобиля
y = -0,1058×2 + 22,127x + 1792,7. (16) Как показали проведенные исследования при подъёме левого заднего колеса (наезд на препятствие или движение по склону) произошло перераспределение нагрузки между колёсами автомобиля. Так при подъёме колеса (рисунок 7) от 0 до 0,2 м весовая нагрузка, приходящаяся на заднее правое колесо изменилась как у серийного так и у экспериментального автомобиля. У серийного -с 0,950 кН до 1,251 кН, а у экспериментального с 0,945кН до 1,020 кН, то есть соответственно на 31,7% и 7,4 %. Изменение весовой нагрузки переднего правого колеса (рисунок 8) соответственно составило 28,9% и 21,8%. Полученные данные подтверждают снижение весовой нагрузки на колесо, находящееся ниже по склону, что позволяет повысить поперечную устойчивость автомобиля при движении по склону или при наезде на препятствие. Кроме этого были проведены исследования по влиянию предлагаемого устройства на перераспределение нагрузки при опускании заднего левого колеса в случае его проваливания в выбоину, повреждения или прокола.
Результаты исследований представлены на рисунке 9.
1600
1500
1400
1300
1200
1100
1000
y = 0,4715×2 – 50,468x + 2358,6
Экспериментальный автомобиль с регулятором нагрузки
Серийный автомобиль
Полиномиальная (Экспериментальный автомобиль с регулятором нагрузки)
Полиномиальная (Серийный автомобиль)
y = 0,501×2 – 44,916x + 2091,6
800
54 59 64 69 74
Рисунок 9- Зависимость нагрузки приходящейся на правое заднее колесо от глубины опускания движителя
В результате проведенных исследований установлено, что при увеличении высоты опускания движителя происходит перераспределение нагрузки как у серийного так и у экспериментального автомобиля. Так при опускании левого заднего колеса произошло увеличение нагрузки на правое заднее колесо у серийного с 1,0 кН до 1,2 кН, а у экспериментального с 1,0кн до 1,5 кН, то есть произошло перераспределение нагрузки соответственно на 20% и 50%. Это говорит о том, что использование предлагаемого устройства позволяет уменьшить нагрузку у колеса, находящегося в худших условиях сцепления с поверхностью в случае проваливания в выбоину или прокола. Аналогичные результаты получены и при изменении угла наклона заднего ведущего моста. Сходимость теоретических и экспериментальных данных находится в пределах доверительного интервала.
С целью определения влияния предлагаемого устройства- рамочного регулятора нагрузки для перераспределения веса между движителями энергетического средства, находящимися на одной колёсной оси, были проведены экспериментальные исследования. Результаты исследований представлены на рисунке 10.
Рисунок 10- Зависимость коэффициента догружения колеса, находящегося ниже по склону, от угла наклона автомобиля:
К1 – серийный вариант автомобиля,
К2 – при включенном регуляторе нагрузки
В результате проведенных исследований установлено, что с увеличением угла наклона автомобиля происходит увеличение веса на колесо находящееся ниже по склону как у серийного энергетического средства, так и у экспериментального с установленным регуляторе нагрузки (рисунок 10). Так при увеличении угла наклона автомобиля от 0 градусов до 20 градусов коэффициент догружения колеса, находящегося ниже по склону, увеличился у серийного от 1 до 1,3, а у автомобиля с установленным устройством для перераспределения веса между колёсами, находящимися на одной оси, с 1 до 1,25. Таким образом установлено, что установка на автомобиль устройства для перераспределения сцепного веса между колёсами, находящимися на одной оси, позволило снизить коэффициент догружения на 6%.
Теоретические данные и экспериментальные результаты находятся в пределах допустимого расхождения, что говорит о достоверности проведенных исследований.
Проведённые сравнительные хозяйственные испытания показали что использование экспериментального автомобиля КамАЗ-5350 с рамочным регулятором нагрузки позволило повысить производительность в час времени движения на 11,9 %, и снизить расход топлива на 14,6% по с равнению с серийным КамАЗ-5350. В результате проведенных исследований установлено, что наибольший коэффициент надежности технологического процесса составил у автомобиля с установленным устройством для перераспределения веса между колёсами находящимися на одной оси- 0,9.
В пятой главе проведена топливно-энергетическая и экономическая оценка. Как показали проведённые расчёты использование автомобиля КамАЗ-5350 с установленным регулятором нагрузки позволяет получить экономию 3,242
МДж/ткм, а в пересчёте на один рабочий день -628,948 МДж, что в денежном эквиваленте составит 225,1 рублей.
ВЫВОДЫ
В результате проведённых теоретических и экспериментальных исследований, выполненных для решения научной задачи по повышению эффективности использования колёсных энергетических средств на транспортных работах в условиях Амурской области сформированы следующие обоснованные выводы:
1. Установлено, что основные транспортные работы в области, предусмотренные применяемой технологией растениеводства, приходятся на март-май -25…30% и сентябрь-ноябрь 40…45 % и проходят в условиях слабой несущей способности почвы. Использование в этот период автомобилей общего назначения на транспортных операциях при движении по дорогам с низким коэффициентом сцепления малоэффективно вследствие их невысоких тягово- сцепных свойств и возникает необходимость привлечения автомобилей повышенной проходимости.
2.На основании проведённого анализа установлено, что для повышения эффективности использования колесных грузовых автомобилей на транспортных работах необходимо повышение их тягово-сцепных свойств за счёт корректирования величины вертикальной нагрузки и веса, приходящего на ведущие колеса.
3. Проведённый обзор известных технических решений и способов перераспределения вертикальных нагрузок на движители энергетического средства позволил предложить конструкторское решение технической задачи с наименьшими материальными затратами и высокими режимно – эксплуатационными характеристиками, предназначенными для повышения эффективности использования энергетического средства на транспортных работах.
4. Полученные теоретические зависимости позволяют математически обосновать процесс перераспределения веса с вертикально-смещаемой части моста на противоположный движитель, находящейся на одной оси и раму транспортного средства, подтверждая гипотезу, что при установке предлагаемого регулятора собственной нагрузки устройство способно увеличить тягово-сцепные свойства и поперечную устойчивость транспортного средства за счёт перераспределения весовой нагрузки в ходовой части транспортного агрегата.
5. Установлено, что при подъёме левого заднего колеса (наезд на препятствие, проваливание или движение по склону) произошло перераспределение нагрузки между колёсами автомобиля. Так, при подъёме колеса от 0 до 0,2 м весовая нагрузка, приходящаяся на заднее правое колесо изменилась как у серийного, так и экспериментального автомобиля. У серийного- с 9,50 кН до 12,51 кН, а у экспериментального с 9,45кН до 10,20 кН, то есть соответственно на 31,7% и 7,4 %. Изменение весовой нагрузки переднего правого колеса соответственно составило 28,9% и 21,8%. Полученные данные подтверждают снижение весовой нагрузки на колесо, находящееся ниже по склону, что позволяет повысить поперечную устойчивость автомобиля при движении по склону или при наезде на препятствие. При опускании движителя происходит перераспределение нагрузки, как у серийного, так и у экспериментального автомобиля. Так, при опускании левого заднего колеса произошло увеличение нагрузки на правое заднее колесо у серийного с 10,1 кН до 12,2 кН, а у экспериментального с 10,0 кН до 15,1 кН, то есть произошло перераспределение нагрузки соответственно на 20% и 50%. Это говорит о том, что использование предлагаемого устройства позволяет уменьшить нагрузку на движитель, находящийся в худших условиях сцепления с поверхностью в случае проваливания в неровности поверхности движения.
6. Использование экспериментального автомобиля КамАЗ-5350 с рамочным регулятором нагрузки позволило повысить производительность в час времени движения на 11,9 %, при этом снизить расход топлива на 14,6% по с равнению с серийным КамАЗ-5350, получить экономию 3,242 МДж / т км , что в пересчёте на один рабочий день -628,948 МДж, а в денежном эквиваленте составит 225,1 рублей.
На современном этапе развития общества без применения современных средств механизации невозможно соблюдение передовых ресурсосберегающих и эффективных технологий выращивания продукции агропромышленного комплекса (АПК), так как своевременное и качественное выполнение полевых работ и транспортных операций является основным этапом в процессе сельскохозяйственного производства.
Следовательно, от эффективности использования энергетических средств, в частности автомобилей средних классов грузоподъёмности, широко распространённых в организациях-сельхозпроизводителях как наименее затратных и наиболее выгодных в использовании, зависит не только себестоимость единицы произведённой продукции, но также и показатели финансово-хозяйственной деятельности и экономической устойчивости предприятия.
Актуальность темы исследования и степень её разработанности.
Эксплуатация автомобилей в условиях Дальневосточных регионов Российской Федерации имеет свои особенности. Так, учитывая невысокий уровень развития дорожно-транспортной сети на востоке России, в частности дорог с твёрдым покрытием, зимние холода со значительными как годовыми, так и суточными амплитудными перепадами температур воздуха, длительный холодный период (до 200 суток) в северных районах, немалые расстояния между населёнными пунктами (от 40 километров в Амурской области, Хабаровском и Приморском краях до 200 километров в Якутии, Магаданской и Чукотской областях), в связи с необходимостью стабильного передвижения одиночных автомобилей и автопоездов по дорогам различной степени подготовленности дорожного полотна, почвенным грунтам или бездорожью, возникает вопрос обеспечения высокой проходимости энергетических средств, их всепогодной надёжности, управляемости и эффективности во всех климатических зонах и условиях эксплуатации. Вопрос эффективности выполнения транспортных работ зависит от многих факторов, которые нашли отражения в ранее проведенных исследованиях, среди которых: вопросы управляемости и теория поворота, влияние изменяющихся по времени суток дорожных условий, устойчивость и надёжность движения мобильных машин, их тормозные свойства, проблемы стабилизации и управляемости автопоездов при движении по различным ландшафтам и рельефам местности.
Единым заключением ученых считается потребность учёта характеристик стабильности движения (устойчивости) агрегатов и сопутствующих условий, оказывающих большое влияние на тяговые характеристики, управляемость, безопасность и, в конечном итоге, эффективность при выполнении как сельскохозяйственных, так и транспортных работ.
При этом в ряде исследований приведены данные о том, что природно- производственные особенности региона также формируют значительное количество факторов, от которых зависит эффективность и работоспособность энергетического средства.
Производственными наблюдениями за проведением работ транспортно- технологического обеспечения сельскохозяйственного производства отмечено, что в процессе выполнения транспортной операции также возможно возникновение причин или условий, которые могут существенно повлиять на техническое состояние автомобиля и сроки выполнения транспортной задачи.
В частности при перемещении по поверхностям с изменяющейся несущей способностью или при движении по склоновым поверхностям для стабилизации энергетического средства возникает необходимость перераспределения веса, приходящегося на движители, находящиеся выше по склону. Кроме этого, неоднократно установлено, что при выполнении полевых работ иногда приходится выезжать с поля с повреждением движителей вследствие прокола или разрыва колеса, что в обычных случаях приводит к неработоспособности и простоям автомобиля из-за потребности срочного ремонта или привлечении дополнительных технических средств при необходимости его эвакуации. Таким образом, анализ обозначенных выше производственных и климатических факторов, причин возникновения неисправностей, изменения работоспособности автомобилей в Амурской области и приёмов их устранения, современного состояния и уровня изученности обозначенной тематики предопределяет необходимость поиска технических решений и способов для перераспределения веса (вертикальной нагрузки), приходящегося на движитель колёсного средства при передвижении, как наиболее приемлемого и производительного способа, определяя актуальность проводимых исследований, направленных на повышение эффективности колёсных энергетических средств на транспортных работах, результаты которых несомненно найдут применение в промышленном сельскохозяйственном производстве.
В связи с чем была выдвинута научная гипотеза- повышение эффективности использования энергетического средства на транспортных работах при передвижении в условиях изменяющейся несущей способности почвы или по склоновым поверхностям возможно за счёт использования способов перераспределения вертикальной нагрузки в ходовой системе автомобиля.
Для проверки предложенной гипотезы, проведения теоретического обоснования и производственной апробации сформулирована цель исследования- повышение эффективности использования колёсных энергетических средств на транспортных работах за счёт перераспределения вертикальных нагрузок на движители, находящиеся на одной колёсной оси.
Для достижения поставленной цели определены следующие научно- прикладные задачи исследования:
-изучить влияние климатических и производственных условий на использование автомобилей в транспортно-технологическом обеспечении процессов сельскохозяйственного производства в Амурской области;
-выполнить анализ способов повышения эффективности использования колёсных грузовых автомобилей на транспортных работах;
-провести обзор известных технических решений и способов перераспределения вертикальных нагрузок на движители энергетического средства;
-теоретически обосновать и экспериментально проверить влияние перераспределения вертикальных нагрузок между движителями, находящимися на одной колёсной оси, на распределение веса в конструкции и эффективность использования энергетического средства в технологии транспортных работ;
-провести сравнительные хозяйственные испытания серийного и экспериментального энергетического средства в условиях Амурской области;
-дать экономическую и топливно-энергетическую оценку проведённых исследований.
Объект исследований. Колёсные энергетические средства при выполнении транспортных работ в технологии возделывания сельскохозяйственных культур.
Предмет исследований. Изучение причин, закономерностей и процессов, возникающих при перераспределении вертикальных нагрузок на движители, находящиеся на одной колёсной оси и их влияние на эффективность использования колёсных энергетических средств при выполнении работ транспортно-технологического обеспечения в технологии возделывания сельскохозяйственных культур.
Научная новизна работы заключается в обосновании причин, выявлении закономерностей и взаимодействующих факторов, определении и изучении развития процессов, возникающих при перераспределении вертикальных нагрузок, приходящихся на колёсные движители, установленные на одной колёсной оси, при их корректировании за счёт перераспределяющего устройства, установленного на раме и окончаниях колёсного моста автомобиля. Получены аналитические выражения, позволяющие описать влияние рекомендуемого устройства на перераспределение сцепного веса в ходовой части автомобиля. Установлено влияние перераспределения сцепного веса на эффективность работы колёсных энергетических средств при выполнении работ транспортно- технологического обеспечения в технологии возделывания сельскохозяйственных культур. Новизна предложенных математических выражений, программ и технических решений подтверждена патентами РФ на интеллектуальную собственность и программой для ЭВМ. Теоретическая и практическая значимость работы. Разработаны и экспериментально проверены новые подходы, обосновывающие применение способов перераспределения сцепного веса в ходовой части автомобиля при использовании исследуемого устройства- рамочного регулятора нагрузки.
Установлено, что при использовании колесного энергетического средства с предлагаемым устройством в условиях изменяющейся несущей способности почвы, движении по склоновым поверхностям повышаются его тягово-сцепные свойства, а при повреждении одного из движителей достигается возможность дальнейшего передвижения за счёт перераспределения веса в ходовой части автомобиля.
Предложения по уточнению теории использования автомобиля с изменяющимся сцепным весом и рекомендации по применению способов корректирования вертикальной нагрузки на движители используются в учебном процессе на кафедре транспортно-энергетических средств и механизации АПК, кафедре эксплуатации и ремонта транспортно-технологических машин и комплексов ФГБОУ ВО Дальневосточный ГАУ.
Полученные экспериментальные зависимости дают возможность сократить затраты времени и материальных средств при конструировании, изготовлении, внедрении, совершенствовании и доработке серийных автомобилей и автопоездов для нужд агропромышленного комплекса.
Материалы исследований внедрены и используются в технологии растениеводства, применяемой ООО «СОЮЗ» Серышевского района, КФХ Бондаренко Н.А. Свободненского района, ООО «АгроСевер-3» Шимановского района Амурской области.
Методология и методы исследований.
Исследования по теме диссертации выполнены в Дальневосточном ГАУ в соответствии с научно-технической программой на 2021-2025 г. тема 8 «Мобильная энергетика» ФГБОУ ВО Дальневосточный ГАУ, номер государственной регистрации No 121022000099-61.
Теоретические исследования по повышению эффективности использования автомобилей в технологии возделывания сельскохозяйственных культур проведены на основе применения методов теоретической и прикладной механики.
В исследованиях
программирования,
Экспериментальные
производственной эксплуатации, полученные при этом данные обработаны в соответствии с современными методами теории вероятностей, математической статистики и планирования экспериментальных исследований с применением специализированных компьютерных программных продуктов «Sigma Plot 11.0», «Mathcad» и «Компас 3DV18».
применен математический аппарат дифференциального и интегрального
линейного исчисления. условиях
исследования проведены в реальных
Положения, выносимые на защиту:
– способ повышения тягово-сцепных свойств колёсного энергетического средства и регулирования веса, приходящегося на движители;
– аналитические зависимости, позволяющие выявить влияние рамочного регулятора нагрузки на перераспределение сцепного веса между движителями, находящимися на одной колёсной оси;
– математические зависимости, позволяющие определить влияние рамочного регулятора нагрузки на производительность и формирование энергозатрат энергетического средства
Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность полученных данных подтверждается сходимостью теоретических обоснований и экспериментальных показателей, определенных в реальных производственных условиях использования автомобилей в сельском хозяйстве Амурской области.
Результаты диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на тематических научных конференциях ФГБОУ ВО Дальневосточный ГАУ (2017 – 2021 г.), национальных и международных научно-практических конференциях: национальной научной конференции с международным участием «Современные проблемы науки» (Благовещенск, 2017 г.), «Актуальные вопросы развития науки в мире» (Москва, 2019 г.), «Актуальные вопросы развития науки в мире» (Москва, 2020 г.), «Стратегии устойчивого развития мировой науки»(Москва, 2020 г.), «Интеграция науки в современном мире» (Москва, 2020 г.), «Теоретические и практические вопросы современной науки» (Москва, 2020 г.), «Наука и
современность» (Москва, 2021 г.), а также используются в учебном процессе на кафедре транспортно-энергетических средств и механизации АПК, кафедре эксплуатации и ремонта транспортно-технологических машин и комплексов ФГБОУ ВО Дальневосточный ГАУ.
Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в сборниках национальных и международных научно- практических конференций, научных трудов ФГБОУ ВО Дальневосточный ГАУ, в журналах, входящих в перечень рецензируемых научных изданий, рекомендованных ВАК при Министерстве науки и высшего образования Российской Федерации (ВАК РФ): «Сельский механизатор»; АгроЭкоИнфо: электронный научно-производственный журнал; «Известия Оренбургского государственного аграрного университета»; «Известия Международной академии аграрного образования».
В перечень основных работ, опубликованных по теме диссертации включено 22 работы, в том числе 10 статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получено одно свидетельство о регистрации программы для ЭВМ, 3 патента на интеллектуальную собственность.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы, состоящего из 126 наименований, в том числе 14 на иностранном языке и приложений. Общий объём работы составляет 147 с., содержит 75 рисунков, 6 таблиц.
![](https://expert-mik.ru/wp-content/themes/24author/assets/img/signup-document.png)
Помогаем с подготовкой сопроводительных документов
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!