Содержание к диссертации
Введение
1. Эксплуатационная топливная экономичность сельскохозяйственного трактора 7
1.1. Факторы, определяющие топливную экономичность сельскохозяйственного трактора 7
1.2. Режимы работы сельскохозяйственного трактора 7
1.3. Характеристики тракторных двигателей 11
1.4. Методы повышения эксплуатационной топливной экономичности МТА 16
1.4.1. Увеличение количества передач 17
1.4.2. Применение двигателей постоянной мощности 19
1.4.3. Применение гидрообъемной силовой передачи 22
1.4.4. Применение гидродинамической силовой передачи 24
1.5. Особенности характеристик сельскохозяйственных тракторов с
гидродинамической силовой передачей 26
1.5.1. Оптимальные параметры гидротрансформатора 26
1.5.2. Оптимальное совмещение характеристик гидротрансформатора и двигателя внутреннего сгорания 27
1.5.3. Улучшения характеристик энергетической системы двигатель-гидротрансформатор (ДВС-ГТ) за счет изменения характеристик двигателя 31
1.5.4. Подбор оптимальных передаточных чисел механической части трансмиссии сельскохозяйственного трактора с гидродинамической силовой передачей 36
1.5.5. Работа трактора с гидродинамической силовой передачей на основном и частичных мощностных режимах 38
1.5.6. Работа трактора с гидродинамической силовой передачей и валом отбора мощности 40
1.5.7. Анализ возможности снижения расхода топлива за счет выбора закона регулирования ТНВД 42
1.6. Цель и задачи исследования 43
1.7. Заключение по главе 44
2. Моделирование топливной экономичности сельскохозяйственного трактора с гидродинамической силовой передачей и дизельным двигателем на основном и частичных мощностных режимах при реализации различных законов регулирования ТНВД 46
2.1. Разработка математической модели для расчета величины часового расхода топлива дизельного двигателя при работе на частичных режимах и реализации произвольных законов регулирования ТНВД 46
2.2. Математическое моделирование параметров экономичности энергетической системы двигатель - гидродинамическая передача при работе на основном и частичных режимах работы 52
2.2.1. Подготовка исходных данных для определения координат областей равного удельного расхода топлива 53
2.2.2. Общая расчетная схема 58
2.2.3. Частные случаи расчетной схемы 60
2.3. Математическое моделирование параметров экономичности сельскохозяйственного трактора с гидродинамической передачей при работах на основном и частичных мощностных режимах 67
2.3.1. Расчет совместной работы двигателя и гидродинамической передачи 69
2.3.2. Расчет тягово-скоростных и топливно-экономических характеристик трактора с гидродинамической передачей при работе на основном и частичных режимах 71
2.3.3. Определение координат изокривых равного удельного крюкового расхода топлива gKp=const трактора с гидродинамической передачей 73
2.4. Определение параметров топливной экономичности сельскохозяйственного трактора с гидродинамической передачей при работах с отбором мощности через ВОМ 74
2.4.1. Определение мощностных и экономических показателей при стандартной частоте вращения хвостовика ВОМ для неподвижного трактора 74
2.4.2. Определение удельного расхода топлива при отборе мощности через ВОМ и движении трактора с тяговой нагрузкой 76
2.4.3. Математическая модель построения изокривых равного удельного расхода топлива const трактора с ГДП при отборе мощности через ВОМ в поле регулировок Ркр - NBOM 78
2.5. Расчет площадей, ограниченных изокривыми gi (gKp gBoW=const...79
2.6. Заключение по главе 80
3. Исследование влияния законов регулирования ТНВД дизельного двигателя в составе энергетической системы сельскохозяйственного трактора с гидродинамической передачей на общую экономичность трактора при работе на частичных нагрузках ...82
3.1. Исследование экономичности энергетической системы ДВС - ГДП при работе на основном и частичных скоростных режимах 82
3.2. Сравнение и анализ экономичности энергетической системы «ДВС -ГДП» при работе на частичных нагрузках и реализации различных законов регулирования ТНВД двигателя 83
3.3. Исследование экономичности трактора сельскохозяйственного типа с гидродинамической передачей при работе на основном и частичных мощностных режимах 87
3.4. Сравнение и анализ экономичности трактора с гидродинамической передачей при работе на частичных мощностных режимах и реализации различных законов регулирования ТНВД двигателя 89
3.5. Заключения по главе 92
4. Исследование влияния законов регулирования ТНВД дизельного двигателя на топливную экономичность сельскохозяйственного трактора с ГМТ при работах с ВОМ на частичных режимах 116
4.1. Расчет мощностных и экономических показателей неподвижного трактора при работах с ВОМ 116
4.2. Определение параметров топливной экономичности трактора, движущегося с тяговой нагрузкой при работах с ВОМ 124
4.3. Сравнение и анализ экономичности трактора с гидродинамической передачей при работе на частичных мощностных режимах и реализации различных законов регулирования ТНВД двигателя при работах с ВОМ 128
4.4. Выводы по главе 130
Основные результаты и выводы 145
Список использованной литературы
- Методы повышения эксплуатационной топливной экономичности МТА
- Математическое моделирование параметров экономичности энергетической системы двигатель - гидродинамическая передача при работе на основном и частичных режимах работы
- Сравнение и анализ экономичности энергетической системы «ДВС -ГДП» при работе на частичных нагрузках и реализации различных законов регулирования ТНВД двигателя
- Определение параметров топливной экономичности трактора, движущегося с тяговой нагрузкой при работах с ВОМ
Введение к работе
В связи с постоянно растущей во всем мире стоимостью энергоресурсов, снижение эксплуатационного расхода топлива является в настоящее время одной из важнейших задач, стоящих перед создателями транспортной, в частности тягово-транспортной, техники с двигателями внутреннего сгорания.
Для повышения эксплуатационной топливной экономичности тягово-транспортной машины необходимо приближать режим работы ее двигателя к тому, на котором достигается минимальный удельный расход топлива. Для сельскохозяйственных тракторов этого добиваются, в частности, увеличением числа передач механической трансмиссии. Такой подход, вместе с тем, приводит к увеличению материалоемкости конструкции, удорожанию техники, усложняет ее обслуживание. Альтернативные пути заключаются в использовании гидродинамических передач в трансмиссии и в применении двигателей постоянной мощности.
Гидродинамическая силовая передача позволяет оптимально использовать мощность двигателя в широком диапазоне тяговых нагрузок и скоростей. Кроме этого она предохраняет двигатель машины от колебаний трансмиссии, которые отрицательно сказываются на его ресурсе. За счет автоматического изменения передаточного отношения и коэффициента трансформации в гидродинамической передаче в зависимости от силового нагружения уменьшается количество переключений передач на переходных и установившихся режимах движения тягово-транспортного агрегата, что в ряде случаев приводит к повышению КПД всей машины. Вместе с тем, известно, что гидродинамическая передача обладает более низким КПД по сравнению с механической. Поэтому поиск дополнительных возможностей повышения эксплуатационной топливной экономичности тракторов с гидродинамической трансмиссией представляется весьма актуальным, так как может спо собствовать более полному проявлению их преимуществ и, на этой основе, их более широкому применению.
В данной работе исследована возможность повышения топливной экономичности гусеничного сельскохозяйственого трактора с гидродинамической силовой передачей за счет выбора такого закона регулирования тракторного дизеля, который бы в наибольшей степени соответствовал особенностям работы трактора с гидродинамической трансмиссией при выполнении характерного спектра сельскохозяйственных работ. В частности, сельско-хозйственный трактор значительную долю времени работает на частичных мощностных режимах: работы с технологическими ограничениями скоростей МТА (сев, некоторые виды культивации), работы с отбором мощности на привод с/х машин с активными рабочими органами, транспортные работы, маневрирование в конце гона и т.д.
В данной работе впервые проведено сравнение топливной экономичности при использовании различных законов регулирования топливной аппаратуры дизельного двигателя, работающего совместно с гидродинамической передачей на частичных мощностных режимах. Разработаны методы и программные средства, позволяющие расчетным путем получить оценку топливной экономичности энергетической системы «двигатель внутреннего сгорания - гидродинамическая передача» и трактора в целом, при использовании различных законов регулирования топливной аппаратуры дизельного двигателя.
Результаты работы позволяют дать практические рекомендации по выбору законов регулирования топливной аппаратуры дизельного двигателя. В частности, они позволяют сделать вывод о практической целесообразности создания регуляторов дизелей с перестраиваемыми в процессе работы законами регулирования.
Автор работы выражает глубокую благодарность за помощь в выполнении работы професорам Е.А. Дьячкову, Е.А. Федянову и всему коллективу кафедр «Автомобиле- и тракторостроение» и «Теплотехника и гидравлика».
Методы повышения эксплуатационной топливной экономичности МТА
Степень реализации потенциальных возможностей двигателя зависит от характера колебаний момента сопротивления и его средней величины, которые в свою очередь зависят от нагрузочных и скоростных режимов работы МТА. Повышение производительности и топливной экономичности может быть достигнуто за счет усложнения ступенчатых механических трансмиссий - увеличением количества рабочих передач, переключением передач без разрыва потока мощности, внедрением микропроцессорного управления коробкой переключения передач. Этот путь развития моторно-трансмиссионных установок позволяет упростить работу трактора за счет автоматического переключения передач, и тем самым обеспечить оптимальные тягово-скоростные и топливно-экономические режимы работы.
В качестве примера можно назвать тракторы отечественного производства: ХТЗ-12131, ХТЗ 16131, ХТЗ-16331 с 16-скоростной коробкой передач, ХТЗ-150К-03, ХТЗ 150К-12, ХТЗ-17021, ХТЗ-17221, ХТЗ-17321 с 12-скоростной коробкой передач [29]; К-744 с 16 передачами вперед и 8 назад, ЛТЗ-155 с 16 передачами вперед и 8 назад, ВТЗ-2048А с 8 передачами вперед и 6 назад, ЛТЗ-145 коробка имеет 42 передачи [30]. Трактора иностранных фирм: Renault Atles 915, 925, 935 с 18 передачами вперед и 8 назад, Renault Ares 700 имеет по 32 передачи переднего и заднего хода, Renault Ares 500 с 16 передачами переднего и заднего хода, Renault Temis 610 X/Z с 24 передними и 8 задними передачами, Renault Temis 630 X/Z с 16 передачами вперед и назад, Renault Cergos с 20 передачами вперед и назад, Renault Pales имеет по 12 передач переднего и заднего хода (может быть установлена коробка передач 24x24), Renault Dionis и Renault Fructus с 12 передачами переднего и заднего хода (может быть установлена коробка передач 24x24) [31]; New Holland ТМ 165 с коробкой передач имеющей 18 передач переднего и 6 заднего хода, New Holland ТМ 115, 125, 135 имеет 24 передних и 12 задних передач, New Holland ТМ 150 имеет 18 передач переднего и 6 заднего хода [32]; John Deere 6010 SE с 16 передачами переднего и заднего хода, John Deere 6020 с коробкой передач 20/20 или 24/24, John Deere 9020 с 18 передачами переднего и 5 заднего хода, John Deere 8020 с 16 передачами переднего и 5 заднего хода [33]; Fastrac 2140, 3170-65, 3170-80, 3190-65, 3190-80, 3220-65, 3220-80 с 54 передачами вперед и 18 назад [34]; Case Quadtrac с 12 ступенчатой коробкой передач, Case STX 440 Steiger, STX 275, STX 325, STX 375 с 16 передачами переднего и двумя заднего хода, Case 9330 с 12 передачами переднего и 3 заднего хода, Case 8900 Magnum с 18 передачами переднего и 4 заднего хода, Case MX-180, МХ-200, МХ-220, МХ-240, МХ-270 с с 18 передачами переднего и 4 заднего хода [35, 36]; Challenger МТ400В с 16 передачи вперед/назад, Challenger МТ500В комплектуются 24-й или 32-х ступенчатой коробкой передач, Challenger WT500 имеет 12 передач переднего и 4 заднего хода [37]; Hurlimann ХТ115/130 с 72 передачами вперед и 72 назад, Landini 72 передачи вперед и 72 назад [38].
Этот путь совершенствования моторно-трансмиссионных установок не является оптимальным, так как увеличение количества передач приводит к удорожанию трансмиссии и всего трактора в целом, к снижению надежности работы силовой передачи, усложнению обслуживания и повышению квалификации обслуживающего персонала.
Из рис. 1.3. следует, что теоретический тяговый КПД трактора г\т, описанный соответствующей кривой, расположен выше кривых реального КПД на различных передачах. Это объясняется несовершенством сопряжения характеристик двигателя и трансмиссии, что влечет за собой увеличение удельного расхода топлива. Приблизиться к теоретическому тяговому КПД можно за счет увеличения количества передач до бесконечности, что соответствует применению бесступенчатой трансмиссии гидрообъемного или гидродинамического типа.
В последние годы активизировались работы по созданию двигателей постоянной мощности (ДПМ). Такие двигатели применяются как на колесных [39, 40], так и на гусеничных с.-х. тракторах [41]. Использование на тракторах ДПМ позволяет упростить трансмиссию, снизить ее материалоемкость и стоимость, повысить топливную экономичность МТА. От обычного двигателя он отличается высокими значениями коэффициента приспосабливаемости (1,3...1,6) и постоянством мощности на наиболее экономичном корректорном участке регуляторной характеристики дизеля. Благодаря этому, обеспечивается автоматическое регулирование тягового усилия и скорости движения МТА с высокой топливной экономичностью, снижаются требования к регулирующим свойствам трансмиссии и создаются условия для уменьшения числа передач в КПП и количества их переключений в эксплуатации.
Использование ДПМ открывает широкие возможности для совершенствования тракторных моторно-трансмиссионных установок, повышения эффективности использования МТА [42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54]. По преобразующим свойствам ДПМ приближается к дизель - гидротрансформаторным установкам, что позволяет существенно повысить эксплуатационные показатели трактора, улучшить технико-экономические характеристики, уменьшить число передач и число их переключений в эксплуатации, снизить утомляемость водителя [55].
Анализируя зарубежные данные [56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 111], можно заключить, что сельскохозяйственные тракторы с ДПМ оборудуются как механическими, так и гидромеханическими трансмиссиями, также трансмиссиями, оборудованными системами переключения передач без разрыва потока мощности. Это связано и с развитием микропроцессорной техники, позволяющей реализовать различные законы для оптимизации режимов работы МТА.
Применение ДПМ способствует повышению КПД трактора с механической трансмиссией в среднем на 3,5 % и снижению удельных крюковых расходов топлива на 6 % [64].
Основным режимом работы ДПМ является относительно более экономичный корректорный участок характеристики. Крутящий момент с увеличением нагрузки на двигатель изменяется по гиперболическому закону.
Использование корректорного участка характеристики двигателя в качестве рабочего, вследствие меньшей величины коэффициента жесткости на этом участке по сравнению с регуляторной ветвью, обеспечивает снижение динамических нагрузок на коленчатый вал двигателя, первичный вал коробки передач, детали и узлы трансмиссии [65].
Большинство зарубежных фирм, выпускающих автотракторные дизели, создали их на основе модификации ДПМ [66, 67, 68, 69, 70, 71]. Они отличаются между собой большим разнообразием показателей: мощностью, коэффициентом приспосабливаемости, частотами вращения, числом и расположением цилиндров. Наибольший интерес представляют ДПМ фирм: «Кам-минс», «Катерпиллер», «Мак», «Кейс» (США), «Фиат» (Италия), «Клекнер-Хумбольд-Дойтц» (Германия), «Берлие» (Франция), «Форд», «Версатайл» (Канада), «Комацу» (Япония), Зетор (Словакия) и др. [72].
Применение ДПМ на сельскохозяйственных тракторах способствует увеличению диапазонов бесступенчатого регулирования тягового усилия в среднем на 25 %. При этом среднее значение тяговой мощности трактора при работе двигателя на корректорном участке характеристики увеличивается на 10 - 18 %. В большинстве случаев применение ДПМ обеспечивает примерное постоянство тяговой мощности трактора в значительных интервалах тяговых усилий, а ее значения выше значения тяговой мощности, соответствующей номинальному режиму двигателя на 3 - 8 % [64].
Математическое моделирование параметров экономичности энергетической системы двигатель - гидродинамическая передача при работе на основном и частичных режимах работы
В ходе стендовых испытаний энергетической системы «двигатель -гидродинамическая передача» (ДВС - ГДП) параметры удельной экономичности получают в виде зависимостей g2= 2(0) Для основного и частичных скоростных режимов (где g2 в кг/кВт-ч - удельный расход топлива в час на единицу выходной мощности энергетической системы «ДВС-ГДП»). При осуществлении математического моделирования внешних характеристик энергетической системы «ДВС - ГДП» с помощью ЭВМ можно рассчитать удельную экономичность в том же виде [166].
Однако, анализ этих зависимостей не дает полной картины экономичности энергетической системы «ДВС - ГДП» в виду сложного характера этих кривых, хотя и имеющих примерно один закон протекания (это кривые с одним или двумя минимумами), но обладающих практически непредсказуемыми соотношениями между соседними скоростными режимами. Это объясня ется конкретным характером протекания зависимостей топливной экономичности двигателя на частичных скоростных режимах, особенностями совмещения характеристик двигателя и гидротрансформатора, особенностями приведенной характеристики гидротрансформатора (прежде всего изменения преобразующих свойств и прозрачности) и рядом других факторов.
Результаты исследований энергетической системы «СМД-66-ЛГ-400-35», мощностью 125 кВт [160] и «СМД-86 - ЛГ-400-35», мощностью 147 кВт [167, 168] достаточно хорошо подтверждают это положение.
Наиболее полный анализ топливно-экономических показателей энергетической системы «ДВС - ГДП» можно осуществить по изокривым равного удельного (т.е. отнесенного к единице выходной мощности в час) расхода топлива в поле регулирования «выходные крутящий момент - угловая скорость (М2 - со2)» [161,162].
Семейство изокривых равного удельного расхода топлива g2=const в поле эксплуатационных регулировок М2 - со2 позволяет определить границы оптимального (минимального) удельного расхода топлива энергетической системы и указать пути регулирования скоростного режима двигателя для достижения этой цели.
На примере всережимного закона регулирования топливной аппаратуры дизельного двигателя представим исходные массивы данных, полученных при расчете внешних характеристик энергетической системы «ДВС - ГДП», в виде матриц следующим образом [169]. Для удельного расхода топлива gi. GTI(K, N); для угловой скорости а 2. OMTI(K, N); для крутящего момента М2: AMTI(K, N), где .К- номер строки в матрице, изменяется от 1 до Ко - количество строк в матрице; N - номер столбца в матрице, изменяется от 1 до NN - количество столбцов в матрице, которые соответствуют номеру скоростного режима ДВС.
Расчет кривых равного удельного расхода топлива осуществляем раздельно для правой и левой ветвей изменения удельного расхода топлива в зависимости от угловой скорости Ш2 (рис. 2.6).
Для разделения кривых g2=g2(2) на левую и правую ветви следует в каждой кривой найти минимальную величину g2min, соответствующую точке перегиба (рис. 2.6). Эта операция выполняется перебором значений gi в столбцах матрицы GTI (К, N).
Рассмотрим для примера построение матрицы, графически представленной в виде кривых 1 - 4 на рис. 2.6 (фрагмент реального расчета внешних характеристик энергетической системы двигатель СМД-86 - гидротрансформатор ЛГ-400-35). В рассматриваемом примере изменение величины gi происходит от максимальных значений угловой скорости щ до 0. Вид матрицы показан на рис. 2.7.
Сравнение и анализ экономичности энергетической системы «ДВС -ГДП» при работе на частичных нагрузках и реализации различных законов регулирования ТНВД двигателя
На рис. 3.4, рис. 3.5 и рис. 3.6 показано наложение изокривых равного удельного расхода топлива g2=const энергетической системы «двигатель СМД-86 - гидротрансформатор ЛГ-400-35» при всережимном и двухрежим-ном законах регулирования, двухрежимном и гиперболическом, всережимном и гиперболическом, соответственно.
Анализируя топливно-экономические показатели энергетической системы «двигатель СМД-86 - гидротрансформатор ЛГ-400-35» при использовании двух типов регуляторов топливной аппаратуры дизеля: всережимного и двухрежимного (рис. 3.4), можно сделать вывод о более высокой топливной экономичности энергетической системы ДВС-ГДП с двигателем, топливная аппаратура которого снабжена двухрежимным регулятором.
Действительно, из рис. 3.4 видно, что при двухрежимном законе регулирования имеются области равного удельного расхода топлива энергетической системы «ДВС - ГДП» gi=2\0 г/кВт-ч... g2=250 г/кВт-ч, в то время как при всережимном законе регулирования эти области отсутствуют.
Область равного удельного расхода топлива g2=260 г/кВт-ч для всережимного закона регулирования ТНВД лежит в пределах 103 а 2 157 с"1 и 762 М2 1400 Н-м. Область занимает малую площадь и имеет узкую вытянутую форму. При использовании двухрежимного регулятора область g2=260 г/кВт-ч лежит в пределах 57 о)2 200 с 1 и 242 М2 745 Н-м, занимает большую площадь и имеет большую протяженность по обеим координатным осям. Область равного удельного расхода топлива g2=270 г/кВт-ч при всережимном законе регулирования располагается в пределах 87 ш2 162 с"1 и 507 М2 1247 Н-м, имеет узкую вытянутую форму; при двухрежимном законе регулирования область g2=270 г/кВт-ч имеет более протяженную по координатным осям форму и лежит в пределах 50 Ш2 195 с" и 260 Мг 940 Н-м.
Начиная с g2=280 г/кВт-ч и более у варианта с двухрежимным регулятором области равного удельного расхода топлива имеются не только на частичных режимах, но и на основном. Для всережимного закона регулирования с области g2=280 г/кВт-ч -и g2=310 г/кВт-ч представляет собой вытянутые узкие зоны, мало пригодные для практического использования (т.е. возможности попадания в эти области при движении тягово-транспортного средства).
Следует отметить, что в данной работе проводятся исследования топ-ливно-экономических показателей при работе на частичных нагрузках. Двух-режимный регулятор дает более высокий топливно-экономический эффект как раз при работе на частичных нагрузках (при невысоких скоростях тягово-транспортного средства и малых нагрузках).
Анализируя топливно-экономические показатели энергетической системы «двигатель СМД-86 - гидротрансформатор ЛГ-400-35» при использовании: двухрежимного и гиперболического регуляторов (рис. 3.5), также можно сделать вывод о более высокой топливной экономичности энергетической системы ДВС-ГДП, двигатель которого оборудован двухрежимным регулятором.
Улучшения топливной экономичности при работе на частичных режимах при использовании гиперболического регулятора, несмотря на то, что области равного удельного расхода топлива g2=const имеют значительную площадь, не достигается, поскольку области наименьших удельных расходов топлива расположены вблизи основного режима работы системы ДВС-ГДП. По мере перехода на частичные режимы работы (уменьшения нагрузки) удельный расход топлива возрастает. На десятом частичном режиме работы (минимальная нагрузка) удельный расход топлива достигает максимума. Можно сделать вывод о более высокой топливной экономичности гиперболического закона регулирования ТНВД при работе на режимах работы близких к основному.
Двухрежимный закон регулирования топливной аппаратурой дизельного двигателя обеспечивает области минимального равного удельного рас 85 хода топлива энергетической системы «ДВС - ГДП» g2=const на десятом частичном режиме работы (минимальная нагрузка), а по мере увеличения нагрузки расход топлива увеличивается. В силу этого, можно утверждать, что наилучший топливно-экономический эффект при работе на частичных нагрузках достигается при использовании двухрежимного регулятора.
Анализируя топливно-экономические показатели энергетической системы «двигатель СМД-86 - гидротрансформатор ЛГ-400-35» при использовании: всережимного и гиперболического законов регулирования ТНВД (рис. 3.6), можно констатировать, что области минимального расхода топлива g2=const располагаются вблизи основного режима работы.
Минимальный расход топлива, который обеспечивают оба типа регуляторов g2=260 г/кВт-ч. У гиперболического регулятора этот расход лежит в пределах 152 ю2 159 с"1 и 755 М2 761 Н м; у всережимного регулятора область находится в пределах 103 ю2 157 с"1 и 762 Мг 1400 Н-м т.е. заметно больше, чем при гиперболическом законе регулирования. Область g2=270 г/кВт-ч при гиперболическом законе регулирования находится в пределах 103 co2 170 с"1 и 745 М2 920 Н-м, она также очень мала; при всере-жимном законе регулирования - 103 С02 157 с"1 и 762 М2 1400 Н-м и имеет более вытянутую по обеим координатным осям форму. Область g2=280 г/кВт-ч при гиперболическом законе регулирования находится в пределах 110 а 2 177 с"1 и 161 М2 1010 Н-м; при всережимном законе регулирования - 132 ю2 172 с"1 и 500 М2 1330Н м и имеет большую площадь, также появляется вторая область с удельным расходом g2=280 г/кВт-ч которая лежит в пределах 90 ш2 127 с"1 и 490 М2 730 Н-м. Область g2=290 г/кВт-ч при гиперболическом законе регулирования находится в пределах 450 со2 1250 с"1 и 93 М2 187 Нм; при всережимном законе регулирования -75 со2 182 с"1 и 262 М2 1400Н м при заметно большей площади, чем у гиперболического регулятора; появляется также вторая область g2=280 г/кВт-ч которая лежит в пределах 77 В2 135 с"1 и 430 М2 830 Н-м.
Определение параметров топливной экономичности трактора, движущегося с тяговой нагрузкой при работах с ВОМ
В соответствии с п. 2.4.2 произведено определение топливно-экономических параметров трактора, движущегося с тяговой нагрузкой при отборе мощности через ВОМ.
В таблице 4.4 приведены значения крутящих моментов, передаваемых через ветвь ходовой системы, определенные по формуле ( 38 ) при различных величинах тягового усилия трактора, затрачиваемого на буксировку сельскохозяйственной машины с АРО, при движении на различных передачах со скоростью, соответствующей стандартной частоте вращения хвостовика ВОМ.
Основные мощностные и экономические параметры трактора мощностью 147 кВт и двигателем, оборудованным тремя различными типами регуляторов топливной аппаратуры: всережимным, двухрежимным и гиперболическим, на хвостовике ВОМ при движении трактора на первой рабочей передаче /=17,89 приведены в таблицах 4.5, 4.6, 4.7. Эти параметры рассчитаны по формулам (37 ), ( 39 ), (40) представленным в главе 2.
Далее по данным таблиц осуществлено построение кривых удельного расхода топлива трактора при работах с ВОМ geoM- Для примера приведены кривые Вом при работе трактора с ВОМ на первой рабочей передаче (/=17,76) и при использовании в топливной аппаратуре дизельного двигателя трех типов регуляторов топливной аппаратуры: всережимного, двухрежимного и гиперболического. По методике, описанной в п. 2.4.3, происходит расчет координат изокривых равного удельного расхода топлива трактором при работах с ВОМ g=const и их построение.
Результаты расчета координат изокривых равного удельного расхода топлива gr=const в поле регулировок Ркр - Л вом и параметры удельной экономичности gBOM=gBOMC VBOM) трактора с гидродинамической передачей при всере-жимном, двухрежимном и гиперболическом законах регулирования ТНВД дизельного двигателя на частичных нагрузках при работе на первой рабочей передаче (/=17,79, Рд=2,07 м/с) приведены на рис. 4.8, рис. 4.9 и рис. 4.10.
Теоретическая скорость трактора соответствует отметке «ВОМ» на его тахоспидометре, а мощность, затрачиваемая на самопередвижении трактора по почвенному фону типа стерни колосовых, составляет 15,25 кВт. Семейство функций вом=вом( вом) представляют собой кривые с уходящей в бесконечность левой частью (при малых величинах NBOM)- Минимумы кривых увеличиваются по абсолютной величине и смещаются влево по мере роста тягового усилия, потребного для буксировки сельскохозяйственной машины с АРО.
При использовании всережимного регулятора топливной аппаратуры дизельного двигателя минимальный расход топлива gBOM=350 г/(кВт-ч) может быть реализован лишь при отсутствии крюковой нагрузки в интервалах мощностей, снимаемых с хвостовика ВОМ, в пределах 57 - 75 и 87 - 115 кВт. Такой режим работы маловероятен, поскольку буксируемая сельскохозяйственная машина в большинстве случаев создает трактору определенное тяговое усилие, кроме некоторых ротационных машин для вспашки и рыхления почвы с приводом рабочих органов от ВОМ. Эти машины могут не только не иметь тягового сопротивления, но в ряде случаев создают отрицательное (толкающее трактор) тяговое усилие. Область удельного расхода вом=360 г/(кВт-ч) может быть реализована при тяговом сопротивлении Ркр=5 кН (в интервале 87 - 101 кВт), т.е. уже может быть реально реализована при агрегатировании с относительно легкими машинами. Если принять, что наиболее вероятная величина тягового сопротивления сельскохозяйственной машины с АРО лежит в пределах 5 - 10 кН, можно определить следующие значения удельного расхода топлива: 400 -500 г/(кВт-ч) при отборе мощности в пределах 29-105 кВт; 500 - 700 г/(кВт-ч) при отборе мощности в пределах 17-39 кВт. Общая тенденция такова: с ростом тягового усилия трактора и с уменьшением снимаемой с хвостовика ВОМ мощности удельный расход увеличивается. Например, при тяговом усилии 30 кН и отборе мощности 35 кВт - доходит до 1000 г/(кВт-ч).
Наклонные линии справа представляют собой максимальное значение мощности на хвостовике ВОМ, соответствующее тяговому усилию, затрачиваемому на буксировку машин с АРО.
При включении в редукторе ВОМ, ступени, соответствующей частоте вращения хвостовика ВОМ Ювом=56,5 с"1, показана вертикальная линия NBOM=58,9 кВт, соответствующая максимально допустимой мощности, снимаемой с хвостовика ВОМ при этой частоте вращения в соответствии с ГОСТ 3480-76 [179]. Отметим также, что использование стандартной частоты вращения хвостовика ВОМ 0)Вом=56,5 с не позволяет реализовать наиболее экономичную область. Работа при величине отбираемой мощности меньше 18 кВт не рациональна, т.к. geoM увеличивается до 800 г/(кВт-ч) и более.
При использовании двухрежимного регулятора топливной аппаратуры дизельного двигателя минимальный расход топлива снижается до вом=300 г/(кВт-ч), но может быть реализован лишь при отсутствии крюковой нагрузки в интервалах мощностей, снимаемых с хвостовика ВОМ, в пределах 40 - 107 кВт. Область удельного расхода gBOM=310 г/(кВт-ч) может быть реализована при тяговом сопротивлении Лф=5 кН (в интервале 90-107 кВт), т.е. уже может быть реально реализована при агрегатировании с относительно легкими машинами. Если принять, что наиболее вероятная величина тягового сопротив 129
При использовании всережимного и гиперболического законов регулирования ТНВД можно сделать вывод о более высокой топливной экономичности гиперболического регулятора.
На основном мощностном режиме работы параметры удельной экономичности трактора gs при наличии гиперболического регулятора двигателя являются более экономически выгодными. Область минимального расхода топлива у трактора с гиперболическим регулятором - 300 г/(кВт-ч), а при всережимном - 330 г/(кВт-ч). На всем протяжении частичных режимов применение гиперболического регулятора является более выгодным. Области g имеют вытянутую форму, занимают большую площадь. В то же время при всережимном законе регулирования области минимальных расходов gs имеют очаговую форму, малы по площади в поле регулирования NQ0M - РКр, что затрудняет их практическое использование.
В главе 3 был проведен анализ топливной экономичности энергетической системы «двигатель - гидродинамическая передача» и всего трактора в целом. По материалам исследований было выявлено, что по величине площади минимального расхода топлива на поле регулирования выигрывает гиперболический регулятор в сравнении со всережимным. При работе трактора с ВОМ использование гиперболического регулятора является экономически более выгодным. Эта разница связана с возможностью использовать более низкие области удельных расходов топлива при работе со стандартной частотой вращения ВОМ.
При сравнении двухрежимного и гиперболического законов регулирования ТНВД можно сделать вывод о более высокой топливной экономичности двухрежимного регулятора.
