The following article reviews the basic models of portable vehicles built according to the modular approach and defines the prospective development trends.


Область наук:
  • Механіка і машинобудування
  • Рік видавництва: 2009
    Журнал: Вісник Харківського національного автомобільно-дорожнього університету

    Наукова стаття на тему 'Аналіз функціональних можливостей і конструктивних особливостей мобільної техніки'

    Текст наукової роботи на тему «Аналіз функціональних можливостей і конструктивних особливостей мобільної техніки»

    ?УДК 629.01

    АНАЛІЗ ФУНКЦІОНАЛЬНИХ МОЖЛИВОСТЕЙ ТА КОНСТРУКТИВНИХ ОСОБЛИВОСТЕЙ МОБІЛЬНОГО

    ТЕХНІКИ

    Е.Н. Нехаев, аспірант, ХНАДУ

    Анотація. Дан огляд основних моделей мобільної техніки, побудованих за модульним принципом. Визначено перспективні напрямки її розвитку.

    Ключові слова: мобільні енергетичні засоби, модуль, варіативність, трансформерні, енергетичний модуль, технологічний модуль.

    Вступ

    Подальший розвиток мобільної техніки для сільськогосподарського виробництва пов'язане з розширенням її функціональних можливостей. На зміну традиційним тракторам приходять мобільні енергетичні засоби (МЕМ). Їх змінює ще більш досконала техніка. У такій техніці з'являється варіативність, трансформерні, стає більш високим рівень автоматизації. Значна частина нової техніки будується за модульним принципом. Реалізація даного принципу полягає в побудові мобільного кошти з функціональних блоків в залежності від поставлених завдань.

    У зв'язку з тим, що всі ці види і типи мобільної техніки володіють різною виробничою ефективністю, по-різному поводяться в експлуатації, виникає задача аналізу їх функціональних можливостей та конструктивних особливостей для більш глибокого розуміння перспектив і напрямки їх розвитку, а також для вибору найбільш ефективних рішень. Тому актуальним є огляд існуючих моделей МЕМ, аналіз їх функціональних можливостей та конструктивних особливостей, а також оцінка їх перспективності.

    Аналіз останніх публікацій

    Питання теорії МЕМ були поставлені і частково вирішені в кінці 20-го століття І.М. Кутьковим, В.Т. Надикто, А.В. Рослау-цевим і іншими.

    В середині 80-х і початку 90-х років активно велися роботи по розробці енергетичних модулів на базі серійних енергетичних засобів. Розглядалися одновісні, двовісні і тривісні варіанти енергетичних модулів.

    Розробка МЕМ різного призначення проводилася в: НПО ВИСХОМ - для використання в буряко - картоплі - і овочівництві; НВО НАТІ спільно з ГСКБ по універсальних просапних тракторів - для обробки грунту; ВІМ - для нечорноземної та степової зон колишнього СРСР; Гомельським комбайнових заводом - для зернозбиральних робіт; Харківським заводом тракторних самохідних шасі - для фермерських господарств, дорожнього будівництва, аеродромного обслуговування. МЕМ також розроблялися поруч зарубіжних фірм: західнонімецької AGG, французької Vandel, фінської Valmet і багатьма іншими.

    В роботі Яцкевич В.В., Лисенко О.М. [1] розглядаються одновісні варіанти енергетичних модулів з колісною формулою 2К2, які розроблялися на Харківському заводі тракторних самохідних шасі. Розробкою і створенням таких енергетичних модулів займалися і зарубіжні фірми, такі як західнонімецька AGG, французька Vandel. Такі моделі розглянуті в навчальному посібнику В.Т. Надикто з співавторами [2] і статті Г. Д. Петрова, В. А. ХВО-СТОВ, В.В. Золотарьова, А.В. Большакова А.Н. Калюжного [3].

    Макетні зразки двовісних енергетичних модулів з колісною формулою 4К4 описані в статті Г.М. Кутькова [4] і роботі [2]. Такі моделі були створені НВО НАТІ спільно з ГСКБ по універсальних просапних тракторів на базі серійного трактора МТЗ-142 з потужністю двигуна 110 кВт -МЕС-150 і 134 кВт - МЕС-200, на базі серійного трактора МТЗ-80 - створено МЕМ-80, і на базі серійного трактора Т-150К -МЕС-300 з потужністю двигуна 190 кВт.

    Можна відзначити оригінальну модель енергетичного модуля «Steyr-8300», «Steyr-8300A», розроблену австрійською фірмою Steyr з набором сільгоспмашин фірми Petinger. Така модель описана в роботах [2, 5].

    Прототипом «Steyr-8300» можна вважати УЕС «Полісся-250» з кормо, буряко- і зернозбиральними модулями (Білорусія, Гомельський комбайновий завод) [2, 6].

    Завершенням розробок в цьому напрямку вважається створення конструкції УЕС «Ксе-Ріон» фірми «Клаас», показаної в роботі співавторів Погорілого Л., Коваль С., Шуринова В., Саєнко В. [6].

    Тривісні енергетичні модулі були описані в статтях [2, 7 - 11]. Такі модулі були розроблені: Вімом на базі тракторів Т-150К і К-701 [2]; ВІСХОМом на базі самохідного шасі клас 2,5 ... 3,3 з колісною формулою 6К4 або 6К6 [7 - 10]; фінською фірмою Valmet з колісною формулою 6К4 [11].

    В роботі [2] наведені спроби створення багатовісних енергетичних модулів з потужністю двигуна 330.736 кВт і вище. Наприклад, американською фірмою Versatile був створений і випробуваний трактор Big Roy з двигуном потужністю 442 кВт.

    Однак як теоретичні розробки, так і практика створення нових зразків мобільної техніки не відповідають принципам повноти та системності.

    Мета дослідження

    Метою даного дослідження є аналіз функціональних можливостей та конструктивних особливостей мобільної техніки виходячи з позицій системного підходу.

    Аналіз існуючих моделей

    Використання МЕС в сільськогосподарському виробництві дозволяє підвищити рентабельність за рахунок оптимального управління технологічними режимами при виконанні механізованих робіт [12], зниження погектарної витрати палива, зниження металоємності, зниження трудовитрат. Так, при розробці та створенні одноосьових енергетичних модулів для фермерських господарств з колісною формулою 2К2 на Харківському заводі тракторних самохідних шасі за основу бралися наступні вимоги: мінімальна матеріаломісткість і ціна; універсальність і мінімізація номенклатури; висока маневреність (здатність розгортатися на дрібноконтурних і незручних для іншої техніки ділянках); мінімізація трудовитрат на експлуатацію та ремонт, що дозволяє знизити собівартість сільськогосподарської продукції [13].

    В основі такого одноосного енергетичного модуля МЕМ-0,6 використовувалася база серійного самохідного шасі Т-16 МГ. МЕМ-0,6 міг агрегатуватися з різними машинами для підготовки грунту, посіву і догляду за рослинами [13].

    Принципова схема таких МЕМ (на базі одноосного трактора з колісною формулою 2К2) отримала визначення жесткостикуе-мих агрегатів, що допускають роз'єм як по вертикалі, так і по горизонталі [14].

    Жесткостикуемие МЕМ в основному призначені для механізації робіт на малих тваринницьких фермах, дрібноконтурних полях, в Агроцех промислових підприємств, селекційних і сортовипробувальних ділянках. Потужність двигуна таких МЕМ перебувала в межах 22.33 кВт [1]. На основі одноосного трактора з колісною формулою 2К2 шляхом жорсткого з'єднання з ним різних модулів можна отримати наступні мобільні засоби: транспортний; транспортно-технічний; самохідне шасі; універсальний трактор з колісною формулою 4К4; самохідний комбайн; кормороздачі агрегат; навантажувач і ін. [1].

    Західнонімецька фірма AGG розробила одноосний тяговий модуль PU потужністю 115 кВт багатоцільового призначення, оснащений кабіною, передній і задній зчіпка-

    ми, що дозволяють агрегатувати знаряддя для оранки, боронування посіву, збирання зернових і коренеплодів [2, 3].

    Одноосьові тягові енергетичні модулі потужністю 92, 120 і 150 кВт випускала також французька фірма Vandel [2, 3].

    Недоліком одноосной конструкції є повна втрата нею в автономному становищі якостей самостійної транспортної одиниці [2].

    Проблема автономного пересування може бути вирішена двома шляхами: введенням переднього і заднього уніфікованих стикувальних вузлів і використанням технологічних модулів (ТМ), що приєднуються до незайнятому стикувального вузла; застосуванням спеціального візка, що приєднується до задньої навісний системі [13].

    Заслуговують на увагу двовісні моделі МЕМ, створювані на базі серійних тракторів МТЗ-142, Т-150К, МТЗ-80.

    На базі серійного трактора МТЗ-142 НАТІ спільно з ГСКБ по універсальних просапних тракторів був розроблений МЕМ-200, який складався з енергетичного модуля (серійний трактор МТЗ-142) з забаластованих транспортно-техноло-гическим модулем (ТТМ). Технологічний модуль має незалежний ВВП. Як заднього навісного пристрою ТМ використовувався механізм навіски трактора Т-150К [2].

    Наявність двох навісних механізмів, розгалуженої мережі відбору потужності двигуна, вантажного майданчика УТМ і т.д. дозволяло ефективно використовувати МЕМ-200 для складання на його основі комбінованих агрегатів при реалізації інтенсивної та інших технологій вирощування сільгоспкультур [2, 5].

    Ефективність МЕМ-200 була підтверджена при використанні енергетичного модуля з жаткою ЖВН-6Б, розробленої конструкторським бюро «Бердянськсільмаш», для скошування зернових культур у валки. Така жатка відрізнялася від комбайнового варіанту наявністю адаптера для її навішування на задній навісний механізм енергетичного модуля МЕМ-200.

    МЕМ-200 агрегатувався з сільхозмашинами, призначеними для виконання робіт в агрегаті з тракторами кл.3.

    Застосування МЕМ-200, у порівнянні з базовими орними МТА, дозволяло підвищити змінну продуктивність нових агрегатів на 35 ... 37%, а витрата палива знизити не менше ніж на 17% [2].

    Однак відсутність на ТТМ незалежного ВОМ знижувало можливість агрегатування такого МЕМ з сільхозмашинами до трактора кл.3, які вимагають приводу від ВВП [5].

    На базі серійного трактора Т-150К був створений МЕМ-300 з потужністю двигуна 190 кВт [2].

    Енергетичний модуль МЕМ-300 загального призначення відрізнявся від серійного трактора Т-150К наявністю синхронного приводу ВВП і двигуна СМД-601. Останній був обладнаний коректором - перемикачем, що дозволяє в польових умовах здійснювати перерегулювати дизеля з потужності 162 кВт на потужність 190 кВт.

    Технологічний модуль МЕМ-300 був виконаний на базі заднього моста трактора Т-150К. Всі його вузли, за винятком навісного і переднього зчіпного механізмів, -штатние. Заднє навісне пристрій запозичена від трактора К-700.

    При порівняльних випробуваннях МЕМ-300 з серійними тракторами були отримані наступні економічні показники [2]:

    - змінна продуктивність МЕМ-300 на 66,3% більше в порівнянні з МТА на базі гусеничного трактора Т-150 і на 68,0% в порівнянні з агрегатом на основі колісного енергетичного засобу Т-150К. Основна продуктивність у МЕМ-300 вище на 68,0 і 73,9% відповідно; забезпечувалося це за рахунок більшої в 1,6 рази ширини захоплення і на 5 - 9% більшою швидкості робочого руху;

    - економія погектарної витрати палива орного МТА на основі МЕМ-300 в порівнянні з агрегатом на базі гусеничного трактора становила 20,1%, а колісного 43,9%. За рахунок високої продуктивності нового агрегату питомі витрати металу нижче: в

    порівняно з базовим гусеничним МТА - на 3,4% і з колісним - на 8,5%.

    За рахунок своєї досить високої функціональності і універсальності МЕМ-200 і МЕМ-300 притаманне безліч схем приєднання до нього технологічних частин МТА.

    МЕСи можуть агрегатуватися практично з усіма причіпними, напівнавісними і навісними с.-г. машинами і знаряддями, включаючи великовантажні сідельні напівпричепи. Це можливо за рахунок установки на ТМ се-но-зчіпного пристрою (РСУ). Завдяки цьому МЕСи можна використовувати також в транспортних і тягово-привідних режимах [2].

    Використання МЕС на транспортних роботах можливо з великовантажними причепами та з сідельними напівпричепами.

    На базі серійного трактора МТЗ-80 був створений МЕМ-80 - універсально-просапної призначення тягового класу 1,4 .. .3.

    МЕМ-80 устатковувався синхронним ВВП, що робить 3,5 обороту на 1м пройденого шляху. У зв'язку з цим технологічний модуль МЕМ-80 мав інше передавальне число узгоджувального редуктора і більший розмір шин (16,9x38 "замість 16,9x30") [2].

    Австрійська фірма Steyr розробила і випускала малими серіями оригінальну модель мобільного енергетичного засобу «Steyr-8300», «Steyr-8300A» з набором сільгоспмашин фірми Petinger [2, 6]. По можливості агрегатування це засіб нагадувало реверсивний трактор «push-pull» (тягни -толкай). У «Steyr-8300» практично відсутнє поняття передньої і задньої осей. В обох напрямках хороша оглядовість, зручне розташування органів управління, оборотні трансмісія. Висока енергонасиченість - 42 кВт / т дозволяла створити ряд машин різного призначення з активними робочими органами. Застосування комбінованого приводу (гідрооб'ємного -на ходові колеса і механічного - на ВВП) було направлено на отримання високого ККД трансмісії в цілому.

    Недоліком «Steyr-8300» була погана пристосованість для виконання тягових операцій. «Steyr-8300» не отримав розповсюдження-

    странения в сільгоспвиробництві [2]. Фахівці фірми 81еуг на основі тягового і техніко-економічного аналізів прийшли до висновку, що для тракторів потужністю до 110 кВт найбільш оптимальною є схема з передніми колесами, трохи меншого розміру, ніж задні [2]. За рахунок цього збільшилася вантажопідйомність керованих коліс трактора при збереженні задовільної поворотності. З'явилася можливість установки переднього навісного пристрою, що сприяє розширенню функціональних можливостей трактора.

    УЕС «Полісся-250», який є прототипом «81еуг-8300», мав високу (до 8 т) вантажопідйомність передньої навіски та добре агрегатувався з комбінованими навісними і напівнавісними - пасивними, грун-тообрабативающімі і збиральними машинами [6]. Це стало можливим завдяки створенню оригінального навісного жнив-но-молотильного модуля. Завдяки цьому прямі витрати на збиранні зернових, порівняно з комбайном «Дон-1500», знизилися в 2,5 рази [6].

    Як один з варіантів по реалізації концепції модульно-блокової техніки розглядалася можливість створення на базі УЕС-250 зернозбиральних комплексів КЗР-10 «Полісся-Ротор» зі змінними адаптерами для збирання кормових культур, а також ДООС-нащенія УЕС-250 іншими модульними агрегатами українського виробництва для посіву, передпосівної обробки грунту, збирання цукрових буряків і т.д. [6].

    Більш універсальним енергетичним засобом кінця 90-х серед двохосьових можна вважати УЕС «Ксеріон» фірми «Клаас». Його гидромеханическая коробка передач оснащувалася електроуправлінням, двигун розташовувався в міжосьовій просторі, потужна гідросистема, швидко переміщується кабіна в три положення та ін. УЕС «Ксеріон» мав високу вантажопідйомність, добре агрега-тірован з комбінованими грунтообробними, посівними знаряддями і менш вдало - з громіздкими бурякозбиральні і подібними до них машинами. Однак він не розрахований для агрегатування з великогабаритними модулями зернозбиральних і кор-моуборочних комбайнів [6].

    Тривісний варіант МЕМ був розроблений ВІМ для нечорноземної та степової зон бувши-

    шего СРСР [2]. Потужність двигуна, виконаного на базі вузлів і агрегатів Т-150К, доведена до 184 кВт. Рама жорстка і не мала шарнірних зчленувань. Управління МЕМ здійснювалося поворотом передніх і задніх коліс за допомогою гідроприводу. Задній ВВП дозволяв відбирати до 80% потужності. Конструкція МЕМ дозволяла установку ємностей 6 .. .8 м3 для насіння і добрив, а також задніх і бічних механізмів навіски.

    Тривісне МЕМ аналогічного призначення було розроблено ВІМ і на базі трактора К-701, потужність двигуна 330 кВт, поздовжня база - 6 м, мінімальний радіус повороту - 10,75 м [2].

    ВІСХОМом був розроблений ВЕС-150 для використання в буряко - картоплі - і овочівництві. ВЕС в зборі був однобрусниє тривісне самохідне шасі класу 2,5.3,5 з колісною формулою 6К4 або 6К6. Він міг використовуватися з різними машинами для посіву, догляду та інших операцій обробітку сільськогосподарських культур. Ба-лансірная ходова система, керована за допомогою гідроциліндрів, значно спрощувала агрегатування з знаряддями в міжосьовий зоні шляхом підняття переднього моста і «наїзду» на них [7 - 10].

    Така ж ідея використовувалася французькою фірмою Dehondt при створенні приставки PRM-200, яка стикувалася з колісним трактором в передній його частині і мала автономні опорні колеса з шинами [15]. До приставці приєднуються навісні та напівнавісні машини фронтального типу.

    Фінською фірмою Valmet була створена модель тривісного трактора з колісною формулою 6К4, у якого передні рушії керовані, а задні за допомогою гідроциліндра подвійної дії можуть бути підняті в транспортне положення [11].

    Прикладом створення багатовісних МЕМ з великою потужністю двигуна може служити створений і випробуваний американською фірмою Versatile трактор Big Roy з двигуном Cummins потужністю 442 кВт [2]. Для зниження питомої тиску на грунт і забезпечення нормальних тягово-зчіпних якостей цей МЕМ устатковувався чотирма підресореними осями з вісьмома провідними колесами.

    Тривісні і многоосниє ЕС реального застосування в сільськогосподарському виробництві не знайшли через велику конструктивної складності, недостатню маневреність, низькою річного завантаження протягом року [2].

    висновки

    1. В даний час промисловість випускає різні види мобільної техніки. Одна з тенденцій розвитку цієї техніки -Модульна її побудова, що пов'язано з підвищенням ефективності, перш за все за рахунок розширених функціональних можливостей та оптимізації конструктивних параметрів.

    2. Перспективними напрямками розвитку є: поява додаткових модулів, застосування варіативності і трансфор-мірності, збільшення енергонасиченості і рівня автоматизації з одночасним підвищенням надійності.

    3. Наявні теоретичні роботи по мобільній техніці є недостатніми і підлягають подальшому розвитку.

    Напрямком подальшого розвитку даних досліджень слід вважати аналіз нових видів і типів мобільної техніки з позиції її інформатизації та інтелектуалізації.

    література

    1. Яцкевич В.В., Лисенко О.М. Про розробку

    трактора з колісною формулою 2x2 і ж-сткостикуемих агрегатів на його базі // Трактори і сільгоспмашини. - 1984. -№6. - С. 8 - 11.

    2. Новi мобшьш енергетічш засоби Украши.

    Теоретічш основи использование в зем-леробствк Навч. поабнік / В.Т. Надикто, М.Л. Кріжачювській, В.М. Кюрчев, С.Л. Абдула, 2006. - 337с .

    3. Петров Г.Д., Хвостов В.А., Золотарьов В.В.,

    Большаков А.В., Калюжний А.Н. Модульні принципи побудови самохідних с.-г. агрегатів // Трактори і сільгоспмашини. - 1984. - №4. - С. 7 - 10. 4. Кутьков Г.М. Дослідження модульного енерготехнологічного кошти // Трактори і сільськогосподарські машини. -1989. - № 12.

    5. Кутьков Г.М. Ксеневіч І.П. блочно-

    модульні МТА // Трактори і сільськогосподарські машини. - 1990. - №1. -З. 8 - 10.

    6. Погорілий Л., Коваль С., Шуринов В.,

    Саєнко В. Модульно-блокові збирально-транспортні машини нового покоління. Розвиток конструкцій і концепція розробки універсальних енергозасобів і комплексів машин // Техшка АПК: Науково-техшчній журнал. - №1, 1999. - С. 6 - 9.

    7. Петров Г.Д. Перспективи створення висо-

    копроізводітельних самохідних машин для індустріального виробництва коренеклубнеплодів і овочів // Трактори і сільгоспмашини. - 1982. - №4.

    8. Петров Г.Д., Хвостов В.А. обробіток

    просапних культур з єдиної уніфікованої базової колією // Механізація та електрифікація сільського господарства. - 1984. - №2.

    9. Петров Г.Д. Модульні принципи по-

    будови самохідних с.-г. агрегатів // Трактори і сільгоспмашини. - 1985. -№4.

    10. Петров Г.Д. Створення самохідних сель-

    хозмашін на базі вивільняється

    енергетичного модуля // Трактори і сільгоспмашини. - 1987. - №12.

    11. Гумільовський Ю.Н. тривісний трактор

    «Уа1ше1 тисячі п'ятсот два» // Трактори і сільгоспмашини. - 1978. - №2.

    12. Лебедєв А.Т. Наука про трактори: про-

    блеми та ршення / Вюнік Харюв. нац. техшч. ун-ту сшьського господарства iменi Петра Василенка. - Харюв, 2007. - Вип. 60. - С.5 - 14.

    13. Хвостов В.А., Селіфанов С.Є. модульне

    побудова машин для фермерських господарств // Трактори і сільськогосподарські машини. - 1990. - №10. - С. 4 - 7.

    14. Яцкевич В.В. Про принципі модульного

    побудови сільськогосподарських мобільних агрегатів // Трактори і сільгоспмашини. - 1982. - №10.

    15. Бєляєв Н.М. Потужні і надпотужні

    колісні с.-г. трактори за кордоном // Трактори і сільгоспмашини. - 1986. -№5.

    Рецензент: В.І. Клименко, професор, д.т.н., ХНАДУ.

    Стаття надійшла до редакції 14 квітня 2009 р.


    Ключові слова: мобільні енергетичні засоби / модуль / варіативність / трансформерні / енергетичний модуль / технологічний модуль

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити