Analysis of lateral reactions of soil on tractor wheels when turning

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The objective of the research was to determine lateral reactions on tractor wheels from the side of the support surface in the "entrance to the turn" and "steady turn" sections of the circular loop-free turn. The objects of research included a mounted combined broad-cut unit KRSH-8,1+NP-5,4+LTZ-155+SST–18 and kinematic ways of turning the tractor (front steerable wheels; front and rear steerable wheels when turning relative to the frame in different directions). The calculation was performed by using a mathematical model of the curvilinear motion of a machine-tractor unit in an interactive programming environment Matlab/Simulink. It was assumed that the transition from rectilinear motion to a trajectory of great curvature followed the same law of uniform rotation of the steering wheel and, consequently, the same law of rotation of the steering wheels. The authors have established the negative effect of turning the rear wheels on the controllability and stability of the movement of the machine-tractor unit. When turning four controlled wheels, the instantaneous turning radius decreases, but the intensity and magnitude of its deviation from the specified trajectory of movement increase. The lateral force also increases with an increase in the speed of movement due to an increase in the centrifugal force of inertia and the moment of resistance to rotation due to a more intense dynamic effect of the micro profile of the support surface. In the simplest case, when the wheels of the front axle are the guides, the magnitude of the lateral reaction occurring on its wheels when entering a turn at a speed of 0.68 m / s is 6.6...8.8 times higher than on the wheels of the rear axle, and at a speed of 1.37 m / s it is 2.0... 2.3 times higher . With all steerable wheels the following results were obtained: at a speed of 0.68 m/s it was 1.16...1.20 times and at 1.37 m/s it was 1.50 ...1.52 times higher. The resulting character of the change in lateral reactions and their redistribution along the tractor axes is due to the values and ratios of tangential traction forces, rolling resistance forces and vertical forces on the wheels, their rolling conditions, changes in the position of the center of gravity of the machine-tractor unit, accelerations of vertical vibrations and geometric characteristics of turning. In all calculation options a more uniform distribution of lateral forces across the tractor axles when entering a turn with all controlled wheels obviously contributes to better controllability and stability of the unit, despite the fact that the vertical load on the front axle is 1.56...1.63 times higher than on the rear. At the same time the most favorable conditions of rolling wheels and realization of traction force occur. Thus, it is not advisable to control the tractor only with the front wheels when turning with frontal aggregation. Therefore, it is reasonable to use the method of turning the front and rear wheels at all stages of a circular loop-free turn to create the most favorable conditions for improving controllability and increasing the stability of movement on turns.

About the authors

Alexander Nikolaevich Belyaev

Voronezh State Agrarian University named after Emperor Peter the Great

Email: aifkm_belyaev@mail.ru

Tatiana Vladimirovna Trishina

Voronezh State Agrarian University named after Emperor Peter the Great

Email: t.v.trishina@gmail.com

Dmitry Nikolaevich Afonichev

Voronezh State Agrarian University named after Emperor Peter the Great

Email: dmafonichev@yandex.ru

References

  1. Troyanovskaya I. P., Voinash S. A. Model for stationary turn of an arbitrary vehicle // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Electronic Edition. 2018. P. 032035. Available at: http://iopscience.iop.org/volume/1757-899X/450. Text. Image: electronic.
  2. Troyanovskaya I. P., Pozin B. M., Noskov N. K. Ploughing tractor lateral withdrawal model // Procedia Engineering. CEP. «International Conference on Industrial Engineering, ICIE 2017». 2017. P. 1540—1546. Available at: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877705817353596. Text. Image: electronic.
  3. Determination of theoretical path of vehicle motion upon cornering / A. N. Belyaev, T. V. Trishina, V. P. Shatsky, V. G. Kozlov, I. A. Vysotskaya // Journal of Applied Science and Engineering (Taiwan). 2022. Vol. 25, no. 5. P. 741—747. Available at: http://jase.tku.edu.tw/articles/jase-202210-25-5-0004. Text. Image: electronic.
  4. Носков Н. К., Позин Б. М., Трояновская И. П. Математическая модель бокового увода трактора // Известия МГТУ МАМИ. 2017. № 1 (31). С. 35—39.
  5. Носков Н. К., Трояновская И. П., Титов С. А. Математическая модель силового взаимодействия колеса с грунтом при повороте машины // Вестник ЮУрГУ. 2017. Т. 17, № 3. С. 5—15. doi: 10.14529/engin170301.
  6. Жилейкин М. М. Исследование автоколебательных процессов в зоне взаимодействия эластичной шины с твёрдым опорным основанием // Известия вузов. Сер. Машиностроение. 2021. № 10. С. 3—15. URL: http://izvuzmash.ru/catalog/mechanical/mach_scien/1883.html. Текст : электронный.
  7. Antonyan A., Zhileykin M., Eranosyan A. The algorithm of diagnosing the development of a skid when driving a two-axle vehicle // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Design Technologies for Wheeled and Tracked Vehicles, MMBC. 2020. P. 012003. Available at: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757899X/820/1/012003/pdf. Text. Image: electronic.
  8. Zhileykin M., Eranosyan A. Method of torque distribution between the axles and the wheels of the rear axle to improve the manageability of two-axle all-wheel drive vehicles // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Design Technologies for Wheeled and Tracked Vehicles, MMBC. 2019. 2020. P. 012008. Available at: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/820/1/012008/pdf. Text. Image: electronic.
  9. Сиротин П. В., Жилейкин М. М. Исследование динамики движения зерно- и кормоуборочных комбайнов методами математического и имитационного моделирования // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2019. № 1. С. 53—59.
  10. Field R. V., Hurtago E. J. Modeling of dynamic forces of a tractor in the MATLAB-simulink program environment. New York: Society of Automotive Engineers, 2003. 112 p.
  11. Klee H., Allen R. Simulation of Dynamic Systems with MATLAB and Simulink. Taylor & Francis Group, LLC, 2018. 853 p. Available at: https://doi.org/10.1201/9781315154176. Text. Image: electronic.
  12. Исследование движения колёсной машины по криволинейной траектории / А. Н. Беляев, Т. В. Тришина, А. Е. Новиков, Ю. В. Дяченко, И. А. Высоцкая // Вестник Воронежского государственного аграрного университета. 2021. Т. 14, № 4 (71). С. 21—29.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2022 Belyaev A.N., Trishina T.V., Afonichev D.N.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».