Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературных источников по исследованию работы МТА с упругими элементами в навеске и двигателем постоянной мощности . 8
1.1. Двигатель постоянной мощности как энергетическое средство машинно-тракторных агрегатов 8
1.2. Работа машинно-тракторных агрегатов на повышенных скоростях .17
1.3. Применение упругих элементов в машинно-тракторных агрегатах 22
1.4. Постановка цели и задач исследования 33
1.5. Выводы 34
2. Теоретические обоснования возможности повышения эффективности работы МТА 35
2.1. Влияние перерегулировки серийного двигателя в ДИМ на работу МТА 35
2.2. Механизм навески с пневмогидравлическим упругим элементом 45
2.2.1. Исследование влияния перемещения навески на среднюю вертикальную нагрузку на колесах 49
2.2.2. Прогнозирование жесткости навески трактора с двигателем в режиме Ді ЇМ 53
2.3. Способ дефорсирования серийного двигателя на постоянную мощность 60
2.4. Принципиальная схема МТА, снабженного упругим элементом 64
2.5. Определение оптимальных параметров упругой навесной системы трактора 67
Выводы, , , 79
3. Методика экспериментальных исследований 81
3.1. Цель и программа экспериментальных исследований 81
3.2. Объекты исследований, оценочные показатели и условия проведения экспериментов 82
3.3. Методика стендовых испытаний 87
3.4. Методика полевого эксперимента 87
3.5. Методика измерения и регистрации исследуемых параметров 91
3.6. Методика обработки осциллограмм 100
Выводы , 101
4. Анализ работы трактора МТЗ-80 с ДПМ и пневмогидравлической навесной системой 103
4.1. Эксплуатационные показатели трактора с ДПМ и пневмогидравлической навеской на различных сельскохозяйственных операциях 103
4.2. Спектральный анализ параметров машинно-тракторного агрегата с ДПМ и 111 Н 111
4.3. Экономический эффект от применения ДПМ и упругой связи в механизме навески трактора МТЗ-80 125
Выводы 129
Общие выводы... ..'. 131
Литература 134
Приложения , 153
- Применение упругих элементов в машинно-тракторных агрегатах
- Исследование влияния перемещения навески на среднюю вертикальную нагрузку на колесах
- Объекты исследований, оценочные показатели и условия проведения экспериментов
- Эксплуатационные показатели трактора с ДПМ и пневмогидравлической навеской на различных сельскохозяйственных операциях
Введение к работе
Внедрение новых достижений науки, техники и практики играет важную роль в повышении эффективности сельскохозяйственного производства. Применение данных достижений особенно актуально для сельскохозяйственных тракторов, так как они являются основным мобильным, тяговым энергетическим средством в сельском хозяйстве. При создании новой техники для сельскохозяйственного производства важнейшей проблемой является повышение производительности и снижение удельного расхода топлива на всех видах работ.
Рациональные характеристики механических трансмиссий традиционно осуществлялись на основе применения специальных трансмиссионных узлов и устройств, переключения передач под нагрузкой, разработки бесступенчатых автоматических трансмиссий, согласования их совместной работы с двигателем. Это позволило улучшить использование мощности двигателя и облегчить управление трактором, но и повысило стоимость трансмиссии, эксплуатационные расходы и не решило вопроса оптимизации топливной экономичности, так как у тракторных двигателей область высоких значений мощности не совпадает с областью низких удельных расходов топлива. То есть, разработка и применение устройств и узлов трансмиссии преследовала одну цель — исправление недостатков характеристики двигателя.
Для устранения данного недостатка были разработаны гидротрансформатор (ТТ) и двигатель постоянной мощности (ДПМ). Они автоматически приспосабливаются к колебаниям внешней нагрузки за счет преобразующих свойств энергетической установки. Применение ГТ приближает работу двигателя к стационарному режиму, повышает его долговечность, но снижает производительность и топливную экономичность из-за понижения КПД, который равен 0,85 -0,91. Использование ДПМ позволяет упростить трансмиссию, снизить металлоемкость и стоимость за счет высокого значения коэффициента приспособляемости (1,3 — 1,6), что ведет к интенсификации скоростных эксплуатационных режимов работы. ДПМ имеет большую топливную экономичность из-за постоян- ства мощности на наиболее экономичном корректорном участке измененной ре-гуляторной характеристики двигателя.
Однако создание ДПМ на базе двигателей со свободным впуском воздуха путем введения наддува требует значительной доводки двигателей в связи с изменением теплового и нагрузочного режимов. При этом возникают следующие негативные явления: рост максимальных давлений цикла; понижение или полное исчезновение тенденции повышения эффективного КПД двигателя при наддуве; необходимость увеличения давления впрыска топлива и изменения конструкции форсунок и топливного насоса высокого давления в связи с увеличением диаметра плунжера; рост температуры выхлопных газов; введение промежуточного охлаждения воздуха после газотурбонагнетателя и усложнение конструкции двигателя, повышающее металлоемкость трактора в целом.
По нашему мнению, можно избежать усложнения ДПМ, не теряя его преимуществ, путем иной, по сравнению с традиционной регулировкой двигателя со свободным впуском воздуха.
Дефорсирование двигателя по среднему эффективному давлению до постоянной мощности в пределах рабочих частот вращения на уровне, соответствующем максимальному крутящему моменту:
Улучшает экономические показатели по расходу топлива. Почти вся корректорная ветвь регуляторной характеристики опускается в область минимальных удельных расходов многопараметровой характеристики двигателя;
Улучшает экологическую чистоту выхлопа. Работа на всей корректорной ветви осуществляется при повышенном коэффициенте избытка воздуха по сравнению с исходным двигателем;
Уменьшает его тепловую и газовую нагруженность;
Сохраняет взаимозаменяемость деталей и узлов ДПМ с исходным двигателем.
Поэтому работы по созданию трактора с двигателем постоянной мощности со свободным впуском воздуха и его исследованию в условиях эксплуатации являются актуальными.
Однако двигатели постоянной мощности не защищают трансмиссию от ударных воздействий из-за изменяющегося тягового сопротивления [177].
Изменение регулировки топливной аппаратуры серийных двигателей в пределах корректорной ветви регуляторной характеристики для получения постоянной мощности приводит, как свидетельствуют опытные данные, к повышению производительности МТА и уменьшению погектарного расхода топлива. Однако, при этом несколько возрастает динамичность нагружения трактора в составе МТА, что, как известно [17, 25, ПО, 138, 154, 157, 170], способствует снижению несущей способности почвы и повышению буксования.
Одним из перспективных путей борьбы с такими негативными последствиями является введение упругих звеньев в отдельные механизмы трактора, что вызывает уменьшение амплитуды колебаний нагрузки, наиболее опасной первой низкочастотной составляющей энергетического спектра. Результатом этого становится уменьшение амплитуды колебаний частоты вращения коленчатого вала двигателя, повышение производительности, равномерности подачи топлива и экономичности, как следствие более плавный ход МТА. При решении задачи по снижению динамического воздействия на трактор переменной нагрузки между учёными возникают разногласия в выборе места установки эластичной связи, но все они единодушны в том, что введение упругого элемента положительно сказывается на условия работы МТА.
Для того чтобы защитить весь трактор от этого воздействия лучше всего установить упругую связь между трактором и сельхозмашиной. Этим местом является навеска трактора. Данные упругие элементы амортизируют рывки от сельскохозяйственной машины, тем самым, вызывая уменьшение амплитуды колебаний скорости движения МТА и защищая трансмиссию, двигатель трактора от больших динамических нагрузок.
Различные упругие элементы, разработанные для использования на тракторе [105, 112, 113, 157], обладают рядом недостатков: - не обеспечивают получение оптимальных упругих и демпфирующих характеристик; процесс изменения параметров упругого механического элемента довольно трудоемок; нагрузка от сельскохозяйственной машины воспринимается упругим элементом под углом, что вызывает негативное изменение жесткости системы при различном нагружении; наблюдается в значительной степени явление наката при остановке МТА.
Применение упругого пневмогидравлического элемента, с горизонтальным расположением рабочего органа, в механизме навески трактора позволяет устранить наиболее значимые недостатки упругих элементов. Такой упругий элемент имеет более благоприятные характеристики, широкие возможности регулирования: хода, жесткости и энергоемкости навески, сочетает в одной конструкции упругий и демпфирующий элементы, дает более широкие возможности унификации: при неизменных конструктивных параметрах изменением давления воздуха в ней можно получить различные режимы изменения воспринимаемой нагрузки.
Проходимость и тяговые свойства трактора в значительной степени обусловлены динамикой процесса буксования, на которую оказывают влияние инерционные и упругие свойства элементов трактора, свойства двигателя и закон изменения внешней нагрузки.
В связи с изложенным, разработка средств стабилизирующих режимы на-гружения колесного трактора в составе МТА путём использования пневмогид-равлической навески и ДПМ, которые обеспечивают его эффективную защиту от колебаний нагрузки и тем самым способствует улучшению эксплуатационных и экономических показателей, является важной научной и практической задачей.
В данной работе рассматривается на примере колесного трактора МТЗ-80Л вопросы оптимизации жесткости навески с упругой горизонтальной связью при дефорсировании двигателя на постоянную мощность на уровне мощности при максимальном крутящем моменте.
Применение упругих элементов в машинно-тракторных агрегатах
Для устранения отрицательного влияния колебательных процессов на работу двигателя, его экономичность и долговечность В.Н. Болтинский предлагает два варианта решения этой задачи.
Первый вариант - эксплуатационный, заключающийся в ограничении загрузки двигателя трактора в процессе эксплуатации МТА не выше определенного значения. Второй вариант — это конструктивный способ, при котором изменяется конструкция каких либо узлов и агрегатов МТА, что позволяет уменьшить воздействие изменяющихся нагрузок на весь трактор или на отдельные его узлы.
Первым направлением занимались ученые из Санкт-Петербургского аг-роуниверситета. Из анализа работ [31, 49, 73, 75] видно, что их авторы считают оптимальным уровень загрузки двигателя на 5-15% ниже максимальной. Следовательно мощность, развиваемая двигателем в условиях эксплуатации, по крайней мере, на столько же ниже статической.
Развитию второго направления посвящены работы ученых ВГСХА. Применением в конструкциях тракторов упругих элементов занимались Кузнецов Н.Г., Кривов В .Г., Строков В.Л., Дегтярев Ю.П., Нехорошее Д.А., Жидков Г.И., Жутов А.Г., Григорьянц Р.А., Карсаков А.А., Макарова Т.И, Клюев А.И. и другие. Проведенные ими исследования доказали эффективность установки упругих элементов в различных местах системы «почва - сельхозмашина - трактор - двигатель» начиная с крепления рабочих органов сельхозмашины и кончая топливным насосом.
Строков В.Л. в работе [157] отмечает, что упругий элемент должен отвечать следующим основным требованиям:
- обеспечивать минимум колебания поступательной скорости движения машинно-тракторного агрегата в широком диапазоне нагрузок (агротехнические требования); - защищать двигатель и трансмиссию от динамических воздействий колебаний сопротивления;
- осуществлять возможность аккумулирования энергии толчков, возникающих от колебания нагрузки на крюке.
Уменьшить колебательные процессы можно путем применения:
- прогрессивных трансмиссионных установок (гидромеханические, гидрообъемные, электрические, бесступенчатые и другие);
- двигателей постоянной мощности (ДПМ), имеющих меньшую скорость изменения момента двигателя по частоте вращения, чем серийный двигатель;
- сельскохозяйственных машин с активными рабочими органами;
- упругих и демпфирующих элементов в механизмы и сочленения трактора:
- упругих элементов в подвеске трактора;
- упругой связи в механизме навески;
- упругой связи в приводах движителей;
- эластичных элементов в трансмиссии трактора, в том числе и применение гидротрансформаторов;
- устройств по уменьшению колебаний рейки топливного насоса и валика регулятора.
В работе [71] отражено, что применение гидропередачи (гидротрансформатора) на универсальном колесном тракторе класса 14 кН повышает производительность тракторных перевозок.
Применение ДПМ и мероприятия по уменьшению колебаний рейки топливного насоса в основном повышают топливную экономичность. Введение упругих элементов в подвеску трактора уменьшает колебания от неровностей почвы. Установка эластичной связи в навеске трактора защищает весь машинно-тракторный агрегат от колебаний нагрузки. Применение упругого крепления рабочих органов также защищает весь машинно-тракторный агрегат от колебаний нагрузки, но требует больших затрат по переоборудованию всего парка сельскохозяйственных машин. В работе Жутова А.Г. [63] представлены результаты применения на колесном тракторе упругих подвесок задних колес. Применение упругой подвески с линейной характеристикой снижает коэффициент буксования на 3.. .5%, а с нелинейной - на 5... 10% по сравнению с серийной.
Грунауэр А.А. и Чагар Б.Б. [46], проводя исследовательские работы по фрикционному приводу регулятора топливного насоса, говорят, что по мере увеличения затяжки фрикциона размах колебаний ц/ возрастает. В случае использования жесткого привода \j/ имеет наибольшее значение и значительно превосходит соответствующее значение при работе фрикциона с затяжкой 700-900 Н-м, установленной по техническим условиям заводов-изготовителей, следовательно, фрикцион в известной мере ослабляет колебания.
Некоторые ученые предлагают устранить колебания рейки топливного насоса от изменяющейся нагрузки, введением упругих элементов в регулятор топливного насоса, что позволит придать регуляторной характеристике вид плавно изменяющейся кривой. Исследования показывают, что введение демпфирующих элементов в регулятор, позволяет увеличить коэффициент использования мощности на 2-8% [119], причем наиболее хорошие результаты получены для демпфера, имеющего ступенчатую характеристику, а именно: на частотах меньше 1 Гц демпфирование отсутствует.
В различных трудах [10, 66, 70, 99, 100, 121, 166] отмечается, что установка эластичных элементов в трансмиссии и применение гидротрансформаторов дают хороший результат по снижению ударных воздействий изменяющейся нагрузки на двигатель, муфту сцепления и детали трансмиссии. Кроме того, применение гидротрансформатора в трансмиссии трактора приводит к повышению производительности труда в условиях значительного колебания нагрузки.
В работе [101] сказано, что при разгоне машинно-тракторного агрегата наиболее резко изменяются нагрузки на валах трансмиссии, происходит интенсивное буксование муфты сцепления и движителей. Установка упругих элементов в трансмиссию снижает интенсивность динамических нагрузок. С уменьшением передаточного числа эффективность упругодемпфирующих элементов повышается.
В результате исследований [124] установлено, что уменьшение жесткости упругого элемента в демпферном устройстве муфты сцепления снижает динамические нагрузки трансмиссии.
Гаситель крутильных колебаний, который изучали Ионас Я.Б. и Гутер-ман И.И. [72], выполняет две функции: снижает интенсивность крутильных колебаний и ударных явлений в трансмиссиях тракторов.
Опасные ударные усилия в шлицах или зубьях могут возникнуть даже тогда, когда резонансные крутильные колебания отсутствуют. Для снижения ударных усилий в конструкцию соответствующих узлов должны быть введены специальные упругие соединительные элементы с жесткостью, существенно меньше, чем жесткость остальных звеньев конструкции.
Касап И.Ф. [77] предлагает устанавливать эластичные элементы на вал сцепления. Исследуя упругую трансмиссию, он пришел к выводу, что на установившемся режиме работы МТА упругие элементы стабилизируют нагрузочный режим. При этом повышается вероятность работы трансмиссии на среднем крутящем моменте в 1,33 раза и снижается в 1,6-2,6 раза вероятность работы трансмиссии на максимальном крутящем моменте, среднеквадратичные отклонения моментов на валах сцепления и ведущих колес ниже в 1,24 и 1,41 раза соответственно. Также уменьшаются колебания частоты вращения вала двигателя, на 5,7% снижается расход топлива и на 4% повышается производительность.
Положительное влияние упругих элементов в трансмиссии отмечает также Толстоухов Ю.С. [162]. Он проводил работу по изучению влияния упругой трансмиссии на динамические показатели колесного трактора К-701. Результаты его работы следующие: минимальная частота вращения коленчатого вала двигателя при разгоне увеличилась на 1,4-9,1%, уменьшился коэффициент динамичности в 1,2-1,5 раза и на 20% снизилась работа трения фрикциона. Упругие элементы, устанавливаемые в ходовой системе трактора, вызывают изменение частоты собственных колебаний, а также снижают передачу ударных нагрузок на почву [141].
Преимущества установки дополнительного демпфирующего элемента в местах крепления ведущих звездочек к ступицам на тракторе ДТ-75 подтвердил и доказал своей работой Моминбаев Б.К. [134]. Его конструкция позволила снизить изменение частоты вращения коленчатого вала двигателя на 9-12% и уменьшить колебания момента сопротивления на входе в силовой агрегат на 7-11%, тем самым, повысить коэффициент использования мощности двигателя до 11% по сравнению с серийной конструкцией.
Эластичный привод движителей положительно зарекомендовал себя при испытаниях на колесных тракторах в условиях засушливых почв Нижнего Поволжья [158]. Устройство, предложенное Строковым В.Л., Карсаковым А.А. и Макаровой Т.И., полностью защищает трансмиссию со стороны движителей. Упругий привод колес привел к снижению колебаний нагрузки, и уменьшению буксования движителей на основных видах работ на 10-13% по сравнению с серийным приводом.
Исследование влияния перемещения навески на среднюю вертикальную нагрузку на колесах
Рассмотрим установившееся движение колесного трактора [127, 155, 174] с задними ведущими и передними ведомыми колесами по поверхности без уклона (рис 2.8).
Значения вертикальных нагрузок на ведущих колесах зависят от внешних сил и моментов, действующих на трактор во время работы. Будем оценивать нагрузку на передних Q и задних колесах QBm в относительных единицах полной вертикальной нагрузки на трактор:
Q..-KG; QM= .G, (2.6)
где Хк и Х„ — коэффициенты нагрузки задних и передних колес; G - вес трактора.
Трактор МТЗ-80Л работает в основном с навесными орудиями, поэтому рассматриваем случай распределения вертикальных нагрузок на колесах при работе с навесными сельскохозяйственными машинами (рис. 2.8). к к"+ GI где Rx = Rpc,cosG - горизонтальная составляющая результирующей реакции почвы и веса навесной машины на ее рабочие органы; б - угол наклона к горизонту результирующей реакции Rpc,; а, ан - продольные координаты центра тяжести трактора и машины; LH - продольная база навесной машины; YH - нормальная реакция почвы на опорные колеса навесной машины; m и 1МГН - соответственно плечи сил Rp„ и YH относительно мгновенного центра вращения Он; Ін, Іок. 1цс, Ь„ак, hcx, ho - конструктивные параметры навески; р — угол схождения тяг; у — угол наклона тяг навесного устройства к горизонту (положительный -наклон вверх).
Нормальная реакция почвы на опорные колеса навесной машины будет а при параллельности тяг она определяется следующей зависимостью: YH=R,tge±R,tg4/. (2.10)
Например, при Ркр = 12,33 кН и изменении перемещения навески ДХ в пределах 0...0Д2 м, при параллельности тяг, р = 0 навесного устройства, изменение нагрузки на колесах (AQm, AQBUI) трактора в зависимости от углов у, 9 и составляет всего /ACWAS/ = J&QaaAJ 358 Н (табл. 2.2).
При начальном положении тяг, определяемом значением cp=10,46 (табл. 2.3), hKp=0,12 м и изменении положения навески в тех же пределах (0.. .0,12 м) максимальное изменение нагрузки на мостах составляет ЛОвщ.дх — -1171 Н, AQMUX= 541 Н, которые растут при увеличении углов у и 9, но имеют сравнительно небольшое значение при у = 9.
Влияние перемещения навески на среднюю вертикальную нагрузку на колесах негативно сказывается только при больших углах схождения тяг навесного устройства. Начиная с (р=19 (при \/ = 0) падение нагрузок на ведущих колесах достигает 5%, при j =22 — 10%. Изменения коэффициентов нагрузки передних и задних колес за счет перемещения навески хоть и значительно, но не превышают изменения этих коэффициентов за счет перераспределения от тяговой нагрузки (при ф=21,27 суммарное падение составляет 5%, при tp=l 0,46 - 0,6%).
Правильно подобрав параметры навески, отпадет необходимость в регулировке угла схождения тяг механизатором, так как при малой тяговой нагрузке вылет навески меньше и соответственно больше данный угол. По данным расчетам предельный угол схождения тяг не должен превышать р=19...22.
Объекты исследований, оценочные показатели и условия проведения экспериментов
В качестве первого объекта исследований был выбран колесный трактор МТЗ-80Л, серийно выпускаемый Минским тракторным заводом. Техническая характеристика трактора представлена в таблице 3.1 [163]. Вторым объектом исследований являлся модифицированный трактор МТЗ-80Л с экспериментальным двигателем, третьим — трактор с пневмогидравлической навеской, четвертым - трактор с пневмогидравлической навеской и экспериментальным двигателем (рис. 3.1, рис. 3.2). Трактор агрегатировапся со следующими сельскохозяйственными орудиями: плуг ПЛН-3-35 (рис. 3.3); культиватор КПЭ-3,8 (рис. 3.4); сеялка СПЧ-6 (рис. 3.5). Испытываемые сельскохозяйственные орудия были технически исправны, обкатаны, отрегулированы в соответствии с техническим описанием и инструкцией по эксплуатации [33, 146].
Общий вид и расположение пневмогидроаккумулятора на тракторе представлен на рис. 3.6.
Исследования проводились при изменении жёсткости упругого элемента, то есть при создании разного начального давления в пневмогидроаккуму-ляторе жёсткой навеской.
Подготовку, регулировку техники и контроль за выполнением всех агротехнических требований вели строго по программе исследований.
Испытания проводились с топливным насосом УТН-5 на безмоторном стенде СДТА-2 по методике, изложенной в ведомственных нормативах «Методы типовых испытаний на безмоторной установке топливных насосов для дизелей сельскохозяйственных тракторов» [164], с целью определения закона изменения цикловых подач топлива на регуляторном и корректорном участках характеристики опираясь на работу Косульникова Р.А. [97].
Опыты проводились с различными параметрами пружины и хода корректора при одинаковом количестве циклов.
Измерение объема топлива производилось за 200 циклов впрыска. Полученное значение цикловой подачи топлива сопоставлялось с различными значениями при серийной регулировке.
Экспериментальные исследования проводились нами в соответствии с программой в следующем порядке: выбор зачетного участка, балансировка датчиков;
агрегатирование трактора с сельскохозяйственными машинами, настройка и регулировка ее рабочих органов в соответствие с агротехническими требованиями и техническим паспортом на сельскохозяйственную машину; перевод сельхозорудия из транспортного в рабочее положение; установка необходимых параметров экспериментальной навесной системы трактора и включение заданной передачи;
включение подачи топлива из мерного бачка и лентопротяжного механизма осциллографа до начала движения МТА; запись всех параметров на зачетном участке.
Исследования проводились на полях МУСХП «Голубинский» Калачев-ского района Волгоградской области на типичных светло-каштановых почвах, в период июнь-август 2000 года. Температура воздуха находилась в пределах 20...38С, атмосферное давление - 740...770 мм.рт.ст., влажность воздуха -40...78%. Опытные участки выбрали ровные по рельефу, уклон не превышал 3...5.
Опыты по определению производительности трактора МТЗ-80Л и топливной экономичности его двигателя проводились при вспашке, культивации и посеве по методике агрегатирования тракторов [147]. Трактор, подлежащий испытанию, подвергался наружному осмотру и проверке механизмов агрегатов в действии.
На выбранном участке поля были размечены и обозначены вешками зачетные гоны длиной 100 метров. Длина гона выбиралась исходя из возможности регистрации данных продолжительностью не менее 20 секунд на установившемся режиме работы МТА. Первые вешки устанавливались на расстоянии 60...80 метров от края поля для того, чтобы обеспечить возможность петлевого разворота и разгона агрегата при выходе на первый зачетный гон. Между соседними зачетными гонами был установлен разрыв в 30...40 метров для обеспечения разгона МТА до выхода на установившийся режим работы.
Второй ряд вешек устанавливали через 30...50 метров от первого, который служил ориентиром для включения и выключения приборов. Во время остановки агрегата показания приборов записывали в ведомость контрольного агрегатирования, а также производили замеры агротехнических показателей.
На первых проходах регулировали величину глубины обработки и ширину захвата плуга (культиватора). Агрегатирование трактора с плугом осуществляли в соответствии с инструкцией по эксплуатации трактора [163, 164]. Контрольное агрегатирование производили на одной из рабочих передач. В процессе проведения опытов производилась вспашка «в свал» в соответствии с «Типовой операционной технологией и правилами производства механизированных полевых работ» [145]. Запись исследуемых параметров начинали в третьей борозде от прохода в данной загонке.
Опыты по определению производительности тракторов и топливной экономичности двигателей проводились как с серийной регулировкой топливного насоса, так и с регулировкой на постоянную мощность. Каждый зачетный гон при движении в прямом и обратном направлениях трактор проходил на одной передаче, что позволило учесть специфические особенности контрольного участка. Количество зачетных гонов обеспечило пять повторностей при каждом варианте (регулировка на постоянную мощность либо серийная настройка). Замеры глубины обработки и ширины захвата агрегата производили на каждом зачетном гоне не менее, чем в десятикратной повторно сти через каждые 2 или 4 метра.
Глубину вспашки определяли по отметкам поверхности поля и дна борозды последнего корпуса, полученным на основе измерений нивелиром Н ЗКЛ. Заданную глубину вспашки контролировали бороздомером НСИ. Ширину захвата плуга определяли при помощи мерной ленты, замеряя расстояние от колышка до края борозды до и после прохода агрегата.
В сводную таблицу контрольного агрегатирования вносили усредненную величину глубины обработки и ширины захвата агрегата, которую использовали для расчета чистой производительности МТА. Расчетным путем определяли скорость движения агрегата и погектарный расход топлива за опыт.
Сравнительные контрольные смены по определению эксплуатационно-технологических показателей опытного и серийного трактора проводили в соответствии с ГОСТ 7057-81 [42].
Ежедневно определяли влажность и плотность почвы в трех точках, равномерно расположенных по зачетному гону каждого участка в слоях 0...0,1; 0,1...0,2; 0,2...0,3 м. Влажность почвы находилась в пределах 14...17%.
Перед началом работы двигатель трактора прогревался до рабочей температуры, которая контролировалась дистанционными термометрами. Агрегат устанавливали в начало участка. Затем производили прогрев аппаратуры в течение 45.. .50 минут, проверку и балансировку датчиков.
Исследуемые процессы (частота вращения вала двигателя, расход топлива, скорость трактора, крюковое усилие) записывались на ленту осциллографа, начиная с момента трогания до полного разгона МТА, а также в период его дальнейшей работы.
За 5 секунд до начала движения агрегата включался лентопротяжный механизм осциллографа, и на бумагу УФС-100 непрерывно, синхронно фиксировались нулевые значения записываемых параметров. Скорость движения осциллографической бумаги составила 0,02 м/с.
Одним из важнейших этапов подготовки к полевым исследованиям являлась проверка работоспособности всех датчиков и их тарировка. Все использованные измерительные системы были протарированны до и после опытов.
Эксплуатационные показатели трактора с ДПМ и пневмогидравлической навеской на различных сельскохозяйственных операциях
Ниже представлен анализ параметров, определяющих работу опытного агрегата при комплектовании его различными сельскохозяйственными машинами, а также спектральный анализ параметров МТА для природно-климатических условий Волгоградской области с колесным сельскохозяйственным трактором класса 14 кН [47, 59, 86, 94, 95, 105].
Представлен следующий состав агрегатов:
— трактор: с серийным двигателем и серийной навеской; с ДПМ и серийной навеской (СН); с серийным двигателем (СД) и пневмогидравлической навеской; с ДПМ и пневмогидравлической навеской (ПГН);
— сельскохозяйственная машина: плуг; культиватор; сеялка.
Задачей статистического анализа работы МТА является выявление вероятностно-статистических связей процессов в эксплуатационных условиях.
В табл. 4.1 представлены характеристики динамических процессов и эксплуатационные показатели тракторов для различных сельскохозяйственных работ, полученные посредством теоретических расчетов и опытным путем. Первым способом получены: момент сопротивления Мс на двигателе и его среднеквадратичное отклонение ом , мощность крюковая NKp и двигателя
Ne, теоретическая скорость VT, коэффициент буксования 5 и к.п.д. Чт трактора. Сравнение расчетных и экспериментальных данных показывает хорошую сходимость. Расхождение экспериментальных показателей от теоретических в данном случае составляет не более 5%.
Данные таблицы свидетельствуют о том, что наблюдается некоторое увеличение тяговых сопротивлений (Ркр), его среднеквадратичных отклонений (аР ) и коэффициентов вариации (vP ) у тракторов с ДПМ относительно серийного двигателя с соответствующими навесками, вызванного тем, что ДПМ имеет более «мягкую» характеристику. Данный эффект наблюдается лучше на операциях связанных с большими колебаниями, т.е. у которых выше коэффициент вариации vP (вспашка, посев).
Агрегат с ДПМ и СН как следствие имеет большие среднеквадратичные отклонения и коэффициенты вариации момента сопротивления. Так как СД работает с большим моментом сопротивления, то при его колебаниях за счет выхода на коректорную ветвь характеристики происходит более значительные колебания (среднеквадратичные отклонения и коэффициенты вариации) частоты вращения двигателя относительно ДПМ. Для трактора с ДПМ и 111 Н относительно трактора с СД и ПГН данная зависимость обратная из-за меньшей работы СД на коректорной ветви характеристики.
Средние значения момента сопротивления и частоты вращения больше у МТА с ДПМ и СН (относительно серийного МТА), так как ДПМ работает практически без изменения мощности относительно стационарной характеристики, а у СД происходит значительное ее падение. Для агрегата с ДПМ и ПГН относительно СД с ПГН наблюдается обратный эффект из-за того, что динамические факторы меньше.
Следует отметить, что наилучшие значения показателей эффективной работы с ДПМ и различными типами навесной системы получены при частоте вращения коленчатого вала двигателя (со) 176... 189 с"1, то есть на коректорной рабочей ветви характеристики ДПМ.
Несмотря на это у трактора с ДПМ было достигнуто, по сравнению с серийным трактором:
увеличение чистой производительности Wra,4 до 5%, вызванное повышением скорости движения из-за большего коэффициента приспособления, работы на прямолинейном участке регуляторной характеристики; снижение погектарного расхода топлива g,-a.4 на 7,5-9,1% еще и из-за более низкого часового расхода топлива. У агрегатов с опытной навеской (СД с ПГН и ДПМ с ПГН), относительно серийного трактора, наблюдается снижение тяговых сопротивлений (9,8— 18,3%), среднеквадратичных отклонений и коэффициентов вариации при одновременном уменьшении передаточного числа трансмиссии. Это повышение необходимо для загрузки двигателя, что приводит к увеличению скорости движения и как следствие повышению чистой производительности Wra4 на 21 10% и 12-33% соответственно.
Так как СД относительно ДПМ имеет большую номинальную мощность, а колебания нагрузки уменьшаются за счет применения ПГН, то и повышается эксплуатационная мощность и воспринимаемый двигателем момент сопротивления. Выигрыш опытного двигателя наблюдается только при больших колебаниях, соответственно в данных условиях производительность выше у агрегата с СД и ПГН.
Снижение показателей на серийном двигателе больше проявляется на более нагруженных операциях. Исключение составляет агрегат с ДПМ и ПГН на культивации, у которого падение коэффициента вариации (vp ) больше чем на вспашке. Это объясняется влиянием ДПМ на данные показатели, как описано выше.
Такое падение выше приведенных показателей объясняется следующим. Упругий элемент в навесной системе смягчает удары от сельскохозяйственной машины на трактор, что выражается в снижении среднеквадратичных отклонений (аР ). Также при повышении передачи происходит увеличение, как приведенного момента инерции трансмиссии, так и кинетической энергии МТА. При колебании глубины обработки увеличение происходит в меньшей степени, чем при использовании СН, т.к. происходит отставание сельхозмашины от трактора. Соответственно наблюдается падение амплитуды и среднего значения тягового сопротивления.
Снижение колебаний горизонтальной составляющей тягового усилия приводит к снижению среднеквадратичных отклонений и коэффициентов вариации момента и частоты вращения двигателя у агрегатов с ПГН относительно серийного. Динамические показатели по моменту сопротивления у агрегатов с ПГН выше у СД относительно ДПМ, т.к. данный двигатель продолжает свою работу вблизи точки перегиба регуляторной характеристики. С повышением рабочих скоростей просматривается тенденция снижения
По регуляторной характеристике среднее значение и изменение часового расхода топлива у ДПМ меньше СД, поэтому для агрегатов с опытным двигателем с соответствующими навесками (СД+СН против ДПМ+СН, СД+ПГН против ДПМ+ПГН) погектарный расход топлива также меньше. Исключение составляет работа на культивации для агрегата с ДПМ и ПГН, у которого погектарный расход незначительно меньше из-за большей эксплуатационной мощности СД и менее эффективной работы ДПМ на операциях, связанных с незначительными колебаниями момента сопротивления. Удельный расход топлива gc наибольший у серийного МТА и уменьшается при применении ДПМ с СН, ДПМ с ПГН и имеет наименьшее значение у агрегата с СД в сочетании с ПГН.
