2594

6.Электомобиль: Техника и экономика /под ред. Щетины В.А. –Л.: Машиностроение, 1987.- 253с.

7.Яковлев А.И., Эйдинов А.А. Взгляд на перспективы развития энергетических установок автомобилей.- Автостроение за рубежом.- 1998.- № 10.- 1998.- С. 14-19.

УДК 629.113.002

ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ МАЛОГАБАРИТНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ В КАЧЕСТВЕ КОЛЕСНОЙ ТРАНСПОРТНО-ТЯГОВОЙ МАШИНЫ

Д.А. Загарин, руководитель НИЦИАМТ ФГУП «НАМИ»

В сельскохозяйственном производстве транспорт имеет решающее значение, определяющее функционирование такой важной для экономики страны отрасли. Эффективность автотранспортных средств во многом определяется их производительностью. Проведенные ранее исследования показали, что, с точки зрения технических показателей принципиально возможны два основных пути роста производительности: за счет повышения средних скоростей движения и за счет повышения грузоподъемности. Особенно это важно при эксплуатации транспортных средств в условиях бездорожья и по пересеченной местности (с поля и на поле, а также по полю внутри хозяйства).

Следует отметить, что аграрный сектор России обладает огромными потенциальными возможностями (в частности, в нашей стране находится 10% мировой пашни) и сохраняет большие перспективы развития. Сегодня проблема обеспечения предприятий АПК новой техникой является достаточно сложной. Многие сельхозпредприятия убыточны и не имеют возможности закупать новую технику, а техника, которая имеется в хозяйствах, на 60-70% выработала свой ресурс. По оценкам специалистов, только от снижения уровня механизации сельхозпроизводства Россия теряла в последние годы не менее 30% урожая сельскохозяйственныхкультур.

Из проведенных ранее работ следует, что [6-8, 9, 12-15, 17-18] наряду с крупными и средними сельскохозяйственными организациями, другими производителями, по классификации Росстата [23] большая часть сельского населения страны занята в малых формах хозяйствования. Например, в стране крестьянских фермерских (КФХ) насчитывается около 250 тыс. хозяйств, личных подсобных хозяйств (ЛПХ) – 17,8 млн., индивидуальных садов и огородов – 14,6 и 4,4 млн. соответственно. При этом почти 16,5 млн. хозяйств России требуют решения проблемы технического перевооружения.

40

Обеспечение транспортными средствами (грузовыми автомобилями) КФХ остается низкой – в среднем по стране 1 автомобиль на два хозяйства, при неравномерном распределении по регионам (Тамбовская обл. – 0,9 автомобиля на 1 КФХ, из них полностью самортизированы – 0,33; Курская обл. – 0,6 и 0,37, соответственно). Применение изношенной техники увеличивает себестоимость продукции, а значительные ресурсы приходится направлять на ремонт. Проблема обеспечения сельского хозяйства транспортными средствами приобретает особенно острый характер. При этом сельское хозяйство отличается большим разнообразием грузов, а общий объем перевозок в 2005 году составил в среднем 36 т в расчете на 1 га пашни и на ближайшую перспективу прогнозируется рост до 50 т. [12]. В отечественном сельском хозяйстве тракторные перевозки составляют 22…27% от общего объема транспортных перевозок и 45% объема внутрихозяйственных перевозок. При этом тракторные перевозки отличаются неэффективностью, а их стоимость выше стоимости автомобильных.

Однако, в «Нормативах потребности АПК в технике для растениеводства и животноводства» [19], транспортные средства не рассматриваются в технологическом процессе производства сельскохозяйственной продукции, а самым востребованным энергетическим средством указан колесный трактор МТЗ-80/82 класса тяги 1,4 т. Анализ приведенных данных показывает, что в малых формах хозяйствования существует необходимость в перевозке мелкопартионных грузов. Такой вывод подтверждается и зарубежным опытом [4].

Решению транспортной проблемы в сельском хозяйстве всегда уделялось большое внимание [1-3, 5-6, 16, 20-22, 24]. Необходимость механизации отдельных технологических операций в сельскохозяйственном производстве определяла подходы к созданию универсальных машин. Однако получались или разновидности тракторов с модульным агрегатированием, или транспортные средства с таким количеством дополнительных функций, что экономическая эффективность их применения оставалась под вопросом [17].

ФГУП «НАМИ» была разработана концепция малогабаритных средств сельскохозяйственного назначения (МТС) с широкими функциональными возможностями. Согласно этой концепции создается семейство транспортных средств в виде грузовых автомобилей высокой проходимости с приданием им дополнительных функциональных возможностей для механизации некоторых вспомогательных операций в малых формах хозяйствования [7-8, 10-11, 13-14]. Упомянутая концепция реализована в виде семейства колесных транспортно-тяговых машин (рис. 1), предназначенных для работы в тяжелых условиях и исследование

41

основных эксплуатационных режимов работы которых, как в транспортном, так и в тяговом режиме является актуальной задачей.

За рубежом созданию специализированной техники сельскохозяйственного назначения всегда уделялось большое внимание. Однако транспортные средства высокой проходимости с широкими функциональными возможностями не столь распространены. Отсутствие такого рода транспортных средств в линейке продукции ведущих производителей мира можно объяснить наличием хорошо развитой дорожной сети, в том числе в сельской местности, более мягким климатом, укрупнением фермерских хозяйств, а также большой насыщенностью типажей тракторов и автомобилей разнообразными взаимодополняющими типами машин. С другой стороны, накоплен большой опыт по созданию транспортно-тяговых машин различного класса и назначения. Например, многолетний опыт производства и эксплуатации системы машин Унимог (Германия) показывает, что в сельскохозяйственном производстве гибрид автомобиля и трактора не нужен, он дорог и не эффективен. Востребованы трактора различных компоновочных схем и класса тяги в качестве средств механизации и транспортные средства – грузовые автомобили различной грузоподъемности и исполнения с широкими функциональными возможностями.

Рис. 1. Опытные образцы МТС первой серии

В работе [7] дан анализ таких специализированных транспортнотяговых машин, как:

- малогабаритные полноприводные транспортные средства различного назначения;

42

-малогабаритные технологические модули для сельского хозяйства с транспортной скоростью не более 40 км/ч;

-малогабаритные полноприводные многофункциональные транспортные средства, специально предназначенные для сельского хозяйства, которые не сертифицируются как автомобили, и не предназначены для эксплуатации по дорогам общего пользования.

В качестве аналогов МТС были рассмотрены Ресант RS 1904P (Швейцария), Вольво С202 (Швеция), Карон 240, Оелле 196 Е, Дурсо Футура, ОМАИ 4х4, Поникар 57.20, Карго, Бонетти и Ереппи Слалом 30 (Италия) (рис. 2 - 9). Некоторые технические характеристики наиболее близких аналогов сведены в таблицу 1.

Анализ показывает, что упомянутые машины повышенной проходимости способны выполнять только 2…3 вспомогательные агротехнические операции, они мало приспособлены к преодолению бездорожья и использованию передней навески, а транспортные операции выполняют только вне дорог общего пользования на грунтовых дорогах с твердым покрытием. Общим недостатком таких транспортных и технологических средств можно признать относительную дороговизну при ограниченности функциональных возможностей.

Следовательно, исходя из понимания особенностей транспортных проблем отечественных сельхозпроизводителей, определение показателей эффективности эксплуатации семейства МТС является актуальной задачей.

В сельском хозяйстве страны автомобильный парк долгое время состоял в основном из машин общего назначения, которые имели низкую проходимость, высокое давление на грунт; на них нельзя было получить минимально устойчивую скорость движения при совместной работе с технологическими сельскохозяйственными машинами. Из всех автомобилей, поставляемых сельскому хозяйству, к специализированным сельскохозяйственным относились три модели самосвалов типа 4х2, имеющие отличную от других конструкцию кузова

[16].Расчеты показали, что необходимо иметь многомодельный парк малотоннажных машин, а из транспортно-технологических автотранспортных средств наиболее востребован полноприводный двухосный автомобиль-тягач грузоподъемностью 5…6 т с дизелем. Он должен был быть приспособлен к регулярной работе в составе автопоезда с прицепом той же грузоподъемности с максимальной нагрузкой на ось до 6 т.

Кроме того, в транспортной системе использовались автомобили, так или иначе приспособленные для применения в малых формах хозяйствования [16]:

43

Рис. 2. Вольво С202

Рис. 3. ОМАИ 4х4

Рис. 4. Поникар 57.20

Рис. 5. Карго 80 4х4

Рис. 6. Бонетти F100

Рис. 7. Оелле 196 Е

Рис. 8. Карон 780

Рис. 9. Ереппи Слалом 30

44

					Таблица 1
	Технические характеристики малогабаритных транспортных средств
		Ереппи	Дурсо Футура	Карон 240	Расант
	Параметры	Слалом 30			RS1904P
			98Е (Италия)	(Италия)
		(Италия)			(Швейцария)
	Грузоподъемность,	1000	800	1510	1010
	кг
	Снаряженная масса,	1400	1000	1990	1790
	кг
	Полная масса, кг	2400	1800	3500	2800
	Габаритные	3880х1450х	4100х1530х	4250х1200х	3150х1895х
	размеры, мм,
		1960	1970	2140	2120
	ДхШхВ
	Колесная база, мм	2320	2300	2220	1750
	Клиренс, мм	240	175	250	290
	Максимальная	40	32	40	27
	скорость, км/ч
	Мощность				33,8
	двигателя, кВт	20 (26,1)/3000	15 (20,4)/2300	18(25)/2250
					(46)/2800
	(л.с.), при мин-1
	Макс. крутящий
	момент, Нм при	112/1400	80,0/1200	93,0/1200	149/1600
	мин-1
	Тип трансмиссии и	4х4 мех., 10	4х4 мех., 10	4х4 мех., 12	4х4 мех., 8
	количество передач	передач	передач	передач	передач
		вперед, 2 назад	вперед, 2 назад	вперед, 6 назад	вперед, 8 назад
	Размерность шин	185R14С	6,5/80х15	31х15,50R-15	29х13,50-15"
	Наличие	Гидравличес-	Гидравличес-	Гидравличес-	Оборудование
		кий механизм		кий механизм	для передней и
	дополнительного	опрокидыва-	кий механизм	опрокидыва-
					задней навес-
	оборудования	ния в 3 сторо-	опрокидыва-	ния в 3 сторо-
					ки, валы отбо-
		ны, валы отбо-	ния	ны, валы отбо-
		ра мощности		ра мощности	ра мощности

-автомобиль-фургон ИЖ-2715 (грузоподъемность – 350 кг) и автомобиль-пикап ИЖ-27151 (соответственно, 400 кг);

-автомобиль-фургон ЕрАЗ-762В (1150 кг);

-УАЗ-451М и УАЗ-451ДМ (1000 кг) и их модификации высокой проходимости УАЗ-452 и 452Д (800 кг).

По количеству и номенклатуре выпускаемая техника не справлялась быстро растущим грузопотоком. Особенно это было заметно в сельском хозяйстве, где транспортные средства высокой проходимости редко применялись, причем при слабом развитии тракторных перевозок.

В НАМИ было разработано семейство транспортно-технологических автомобилей НАМИ-0342 (рис. 10), которые могли работать в сельском хозяйстве и коммунальной сфере городов, для чего они были оборудованы

45

передним и задним валами отбора мощности, специальными устройствами для агрегатирования разного рода технологического оборудования. В таблице 2 приведены основные технические характеристики машины. Однако, в силу разных причин, испытания машин не были доведены до государственных приемочных и наладить серийное производство не удалось.

Потребность в транспортно-технологических автомобилях, способных круглогодично работать на грунтовых дорогах и в полевых условиях со специальными и специализированными прицепными средствами только росла. Согласно расчетам, наиболее массовым должен был быть автопоезд с полной массой не более 24 т, в составе автомобиля-тягача с полной массой до 12 т и грузоподъемностью до 6 т, и двухосного прицепа грузоподъемностью до 5…6 т. В соответствии с агротехническими требованиями семейство транспортных средств должно было содержать базовое шасси – автомобиль-тягач высокой проходимости, предназначенный для работы с прицепом равной грузоподъемности; самосвальный и бортовой автопоезда; седельный автопоезд и шасси под специальные надстройки [6]. Серийное производство семейства КАЗ-4540 было начато в 1984 году. Эксплуатация показала, что производительность транспортных работ в сельском хозяйстве возросла примерно в 2 раза при снижении расхода топлива и уменьшения вредного воздействия на окружающую среду. На рис. 11 показан общий вид транспортно-технологического автопоезда КАЗ (1985 г.), в таблице 3 приведены основные технические характеристики автопоезда сельскохозяйственного назначения.

В работе [18] рассматриваются математические модели колесных транспортно-тяговых машин в виде тракторов нетрадиционной компоновки. Авторы упомянутой работы «нетрадиционную компоновку» сельскохозяйственных машин понимают как отличную от «традиционной» или «классической» компоновки. Путем исследования более трех сотен моделей традиционной и нетрадиционной компоновки были получены корреляционные статистические зависимости между конструктивными и компоновочными параметрами.

Разработка математической модели МТС как тяговой машины сельскохозяйственного назначения позволит установить связь между эксплуатационными и конструктивными параметрами, оценить эффективность принятых решений по сравнению с известными технологическими машинами, и поэтому является актуальной задачей.

Кроме того, разрабатываемая математическая модель должна помочь оценить зависимости тягово-сцепных качеств МТС от распределения нагрузки между осями. Это тем более актуально, что МТС может быть использовано в качестве тяговой машины на вспомогательных технологических операциях в сельском хозяйстве, где тягово-сцепные качества колесной машины определяются характером взаимодействия

46

ходовой системы с почвой. Известно [1,14,17,24], что в этом взаимодействии основными факторами являются конструкция движителя, нагрузки на оси, состояние и характеристики почвы. Например, зависимость тягово-сцепных качеств тракторов как тяговых машин от распределения нормальных реакций между осями [18] T yп / yз , где yп и yз нормальные реакции на передние и задние колеса. Пределы измененияT определяются грузоподъемностью шин и сохранением устойчивости и управляемости машины.

Таблица 2

Основныетехническиехарактеристикиавтомобиля-самосвала НАМИ-0342типа4х4

Параметр	Значение
Полезная нагрузка, кг	500
Снаряженная масса, кг	1200
Полная масса, кг	1850
Нагрузка на переднюю ось, кг	950
Нагрузка на заднюю ось, кг	900
База, мм	1900
Колея передних и задних колес, мм	1200-1400
Габаритные размеры, ДхШхВ, мм	3710х1730х2114
Максимальная скорость движения
(взависимостиотназначенияи типа двигателя), км/ч	50-70
Минимальная устойчивая скорость, км/ч	2,0
Минимальный дорожный просвет, мм	250
Шины	8,40-15
Двигатель:	дизельный	бензиновый
Число и расположение цилиндров	2, рядное	2, оппозитное
Рабочий объем, л	0,954	0,850
Номинальная мощность, кВт	15	29
Частота вращения коленчатого вала при
номинальной мощности, мин-1	3000	4500
Максимальный крутящий момент, Нм	50	60
Частота вращения коленчатого вала при
максимальном крутящем моменте, мин-1	2600	3200

Рис. 10. НАМИ-0342

Рис. 11. КАЗ-4540

47

Таблица 3

Основные технические характеристики автомобиля-самосвала КАЗ-4540

Параметр	Значение
Полезная нагрузка, кг	5500
Снаряженная масса, кг	6610
Полная масса, кг	12260
Нагрузка на переднюю ось, кг	6120
Нагрузка на заднюю ось, кг	6140
Допустимая масса прицепа, кг:
- только по дорогам с твердым покрытием	12000
- по всем дорогам	9000
База, мм	3600
Колея передних и задних колес, мм	2000-2000
Габаритные размеры, ДхШхВ, мм	6810х2490х2925
Максимальная скорость движения, км/ч	75
Минимальный дорожный просвет, мм	300
Шины	HP-56 370/80-508
Двигатель:
Тип	дизельный, ЯМЗ-КАЗ-642
Число и расположение цилиндров	6, V-образное
Рабочий объем, л	8,14
Номинальная мощность, кВт	112,5
Частота вращения коленчатого вала при
номинальной мощности, мин-1	2500
Максимальный крутящий момент, Нм	469
Частота вращения коленчатого вала при
максимальном крутящем моменте, мин-1	1400-1650

Принимая допущение, что в рассматриваемом диапазоне распределения нормальных нагрузок коэффициент сцепления не меняется, то реализуемая по сцеплению касательная сила тяги

G

Pk T 1,

где G - полная масса машины.

Сила сопротивления качению зависит от распределения нагрузок между осями:

Gf f1 yп f2 yз ,

откуда приведенный коэффициент качения может быть записан в зависимости от T :

f f1	T		f2		1	,
	T 1			T
					1

48

где коэффициенты качения передних и задних колес можно выразить как функции T :

f1 f1 T и f2 f2 T .

В цитируемой работе тяговый КПД также определяется в зависимости от T :

f

f 1 T 1 .

Следует заметить, что изменение КПД, учитывающего потери от буксования в зависимости от распределения нормальной нагрузки, определяется характером изменения буксования. Так как процесс взаимодействия колеса с почвой определяется множеством факторов, то предполагается, что расчетные значения функции T f T примерно соответствуют реальным условиям.

Для полноприводного трактора (4К4) наибольший тяговый КПД достигается при равномерном распределении нагрузок на мосты с одинаковыми по размеру колесами ( T =1). При разработке технического задания на МТС исходили из необходимости обеспечения ровно такого распределения нагрузок при одинаковых по размеру колес. Иными словами, зависимость тягового КПД от коэффициента распределения нагрузок должна иметь монотонный характер, что и следует проверить в процессе теоретических исследований.

Минимальное значение приведенного коэффициента качения f для полноприводной машины имеет место при:

k

п

b D2

T

п

1п

,

k

b D2

з

з

1з

где kп и

kз

- приведенные коэффициенты объемного смятия почвы; bп ,

bз ,

D1п и D1з

- ширина и приведенные диаметры шин передних и задних

колес, соответственно [7].

При этом,

D1 D 1 U / H , где

D - диаметр

колеса,

U

-

радиальная

деформация

шины,

H - глубина колеи.

Следовательно,

f fmin -

для полноприводной

тяговой

машины

с

ведущими колесами одинакового диаметра. Можно заключить, что при несовпадении расчетного и фактического значений T необходимо изменять параметры движителя, приближаясь к оптимальному значению коэффициента распределения нормальных реакций.

Известно, что эксплуатационные режимы работы транспортно-тяговых машин характеризуются многими параметрами [21], как постоянными, так и переменными. Например, такие параметры, как полная масса, установившаяся температура двигателя, давление воздуха в различных системах на определенных режимах движения можно принять неизменными. В это же

49