Динаміка одинарних та здвоєних колісних систем трактора у вертикальному напрямку

Abstract

В роботі наведено результати досліджень динаміки одинарних та здвоєних колісних систем трактору у вертикальному напрямку в залежності від профілю опорної поверхні. Дослідження виконано для одинарних та здвоєних колісних систем тракторів серії ХТЗ-240. В роботі наголошено, що підвищення продуктивності та ефективності використання машиннотракторних агрегатів досягається за рахунок збільшення робочих швидкостей, ширини обробітку та раціонального використання сільськогосподарських машин, що входять до складу агрегатів. При цьому, як нерівність поверхні поля так і швидкість руху є джерелами додаткових коливань та вібрацій агрегату. Додаткові коливання складових елементів трактора призводять до збільшення переущільнення ґрунту. Для кращого розуміння цього процесу необхідно враховувати фізику реакції шин на нерівності поверхні поля, зокрема вплив еластичної частини колеса. Математична модель колеса, що включає коефіцієнт опору кочення, який залежить від тиску в шині і швидкості. Складено еквівалентну динамічну модель одинарних та здвоєних колісних систем, що рухається по опорній поверхні в MatLab\Simulink. Визначено, що мінімальний радіус одиночного колеса дорівнює 0,7599 м, а максимальний – 0,8605 м. Відповідно, розмах коливань радіусу одинарного колеса складає 0,1006 м. Радіус здвоєного колеса має мінімальне значення 0,75 м, максимальне – 0,820 м та розмах – 0,07 м. Розмах коливань радіусу здвоєних коліс нижче на 0,03 м ніж для одинарних коліс. Здвоєне колесо має нижчу амплітуду та розмах коливань швидкості центру мас у вертикальному напрямі ніж одинарне колесо. Здвоєне колесо має меншу деформацію у вертикальному напряму, тобто динамічний радіус залишається більш стабільним. Сформовано передатні функції залежності швидкості центра мас колеса у вертикальному напрямі від швидкості зміни висоти профілю опорної поверхні для одинарних та здвоєних колісних систем. Розраховано логарифмічно амплітудно-фазову частотну характеристики одинарних та здвоєних коліс у вертикальному напрямі.

В работе приведены результаты исследований динамики одинарных и сдвоенных колесных систем трактора в вертикальном направлении в зависимости от профиля опорной поверхности. Исследование выполнено для одинарных и сдвоенных колесных систем тракторов серии ХТЗ-240. В работе отмечено, что повышение производительности и эффективности использования машиннотракторных агрегатов достигается за счет увеличения рабочих скоростей, ширины обработки и рационального использования сельскохозяйственных машин, входящих в состав агрегатов. При этом, как неровность поверхности поля, так и скорость движения являются источниками дополнительных колебаний и вибраций агрегата. Дополнительные колебания составляющих элементов трактора приводят к увеличению переуплотнения почвы. Для лучшего понимания этого процесса необходимо учитывать физику реакции шин на неровности поверхности поля, в частности влияние эластичной части колеса. Математическая модель колеса включает коэффициент сопротивления качению, который зависит от давления в шине и скорости. Составлено эквивалентную динамическую модель одинарных и сдвоенных колесных систем, движется по опорной поверхности в MatLab \ Simulink. Определено, что минимальный радиус одиночного колеса равен 0,7599 м, а максимальный - 0,8605 м. Соответственно, размах колебаний радиуса одинарного колеса составляет 0,1006 м. Радиус сдвоенного колеса имеет минимальное значение 0,75 м, максимальное - 0,820 м и размах - 0,07 м. Размах колебаний радиуса сдвоенных колес ниже на 0,03 м чем для одинарных колес. Сдвоенное колесо имеет ниже амплитуду и размах колебаний скорости центра масс в вертикальном направлении чем одинарное колесо. Сдвоенное колесо имеет меньшую деформацию в вертикальном направления, то есть динамический радиус остается более стабильным. Сформированы передаточные функции зависимости скорости центра масс колеса в вертикальном направлении от скорости изменения высоты профиля опорной поверхности для одинарных и сдвоенных колесных систем. Рассчитано логарифмически амплитудно-фазовые частотные характеристики одинарных и сдвоенных колес в вертикальном направлении.

The paper presents the results of studies of the dynamics of single- and double-wheel systems of a tractor in the vertical direction, depending on the profile of the supporting surface. The study was carried out for single and twin wheel systems of tractors of the KhTZ-240 series. It is noted in the work that an increase in the productivity and efficiency of the use of machine and tractor units is achieved by increasing the working speeds, working width and rational use of agricultural machines that are part of the units. In this case, both the unevenness of the field surface and the speed of movement are sources of additional vibrations and vibrations of the unit. Additional vibrations of the constituent elements of the tractor lead to an increase in soil compaction. For a better understanding of this process, it is necessary to take into account the physics of the reaction of tires to irregularities in the surface of the field, in particular the effect of the elastic part of the wheel. The wheel mathematical model includes a rolling resistance coefficient that depends on the tire pressure and speed. An equivalent dynamic model of single- and double-wheel systems has been compiled, it moves along the support surface in MatLab \ Simulink. It is determined that the minimum radius of a single wheel is 0.7599 m, and the maximum is 0.8605 m. Accordingly, the swing of the radius of a single wheel is 0.1006 m. The radius of a double wheel has a minimum value of 0.75 m, a maximum of 0.820 m, and swing - 0.07 m. The swing of the radius of the double wheels is lower by 0.03 m than for single wheels. A double wheel has a lower amplitude and swing of the velocity of the center of mass in the vertical direction than a single wheel. The twin wheel has less deformation in the vertical direction, that is, the dynamic radius remains more stable. The transfer functions of the dependence of the speed of the center of mass of the wheel in the vertical direction on the rate of change in the height of the profile of the bearing surface for single- and double-wheel systems are formed. The logarithmic amplitude-phase frequency characteristics of single and double wheels in the vertical direction are calculated.