Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Состояние вопроса и задачи исследования 7
1.1 Особенности движения колесных машин с блокированным приводом ведущих мостов 8
1.2 Пути устранения кинематического несоответствия в блокированном приводе ведущих мостов колесных машин 16
1.3 Устройства для регулирования давления воздуха в шинах колесных машин 24
Глава 2 Теоретические предпосылки к предмету исследования 33
2.1 Определение рациональных значений давления воздуха в шинах колесных машин при движении с блокированным приводом ведущих мостов по твердым дорожным покрытиям 33
2.2 Обоснование и разработка устройства для регулирования и поддержания давления воздуха в шинах колесных машин 49
2.3 Обоснование параметров баллона высокого давления устройства для регулирования и поддержания давления воздуха в шинах 55
Глава 3 Методика экспериментальных исследований 64
3.1 Цель, задачи и методика экспериментальных исследований . 64
3.2 Общая методика экспериментальных исследований 66
3.3 Методика обработки результатов экспериментов . 75
3.4 Расчет элементов устройства для регулирования и поддержания давления воздуха в шинах колесных машин 77
Глава 4 Результаты экспериментальных исследований 81
4.1 Результаты экспериментальных исследований по определению рациональных давлений воздуха в шинах 81
4.2 Проверка воспроизводимости опытов и адекватности математической модели 90
3 4.3 Оценка эффективности использования рациональных давлений воздуха в шинах 93
Глава 5 Оценка экономической эффективности 98
Общие выводы . 101
Список литературы . 103
Приложения . 113
- Пути устранения кинематического несоответствия в блокированном приводе ведущих мостов колесных машин
- Обоснование и разработка устройства для регулирования и поддержания давления воздуха в шинах колесных машин
- Расчет элементов устройства для регулирования и поддержания давления воздуха в шинах колесных машин
- Оценка эффективности использования рациональных давлений воздуха в шинах
Введение к работе
Актуальность темы. Одним из главных факторов, определяющих показатели производства сельскохозяйственной продукции, является уровень эффективности механизированных работ, часть из которых занимают транспортные работы. Они в основном осуществляются по твердым дорогам (укатанные грунтовые, заснеженные дороги и т.д.). По статистике, доля использования тракторов (например, МТЗ-82) на транспортных работах составляет до 60 %. Для увеличения тяговых свойств и повышения безопасности движения, особенно в зимний период, рекомендуется использовать блокированный привод ведущих мостов трактора МТЗ-82. Но в этом случае может возникать кинематическое несоответствие между колесами ведущих осей, приводящее к появлению «паразитной» мощности, циркулирующей в трансмиссии. Повышенный износ шин, поломка отдельных элементов трансмиссии, повышенный расход топлива также могут быть следствием кинематического несоответствия.
Эффективным путем устранения кинематического несоответствия является установка давлений воздуха в шинах, влияющих на радиусы качения колес, с учетом условий эксплуатации. Давления, рекомендуемые в справочной литературе для транспортных работ, как правило, не учитывают используемые на тракторе модели шин и перераспределение нагрузок по его осям, главным образом зависящих от загрузки прицепа. Как показывают ранее проведенные исследования, установка давлений в зависимости от эксплуатационных условий может снизить расход топлива до 15 %. Но данные исследования в основном рассматривают колесные машины с шинами равного размера, хотя в сельском хозяйстве используются тракторы с различными размерами шин ведущих мостов.
Поэтому исследования, направленные на повышение топливной экономичности тракторов путем устранения кинематического несоответствия за счет обеспечения рациональных давлений воздуха в шинах, учитывающих эксплуатационные условия, являются важной научно-технической задачей.
Актуальность темы подтверждается Государственной программой развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008–2012 годы,
целевой программой «Развитие сельского хозяйства» в Челябинской области на 2009–2012 годы.
Целью исследования является снижение расхода топлива при выполнении транспортных работ на твердых опорных поверхностях колесными тракторами с блокированным приводом ведущих мостов путем выбора рациональных давлений воздуха в шинах.
Задачи исследования:
-
Рассмотреть закономерности влияния давления воздуха в шинах на расход топлива колесных тракторов с блокированным приводом ведущих мостов при выполнении транспортных работ и разработать математическую модель определения рациональных давлений воздуха в их шинах.
-
Обосновать и разработать устройство для регулирования и автоматического поддержания давления воздуха в шинах колесных машин.
-
Провести экспериментальную проверку разработанной математической модели определения рациональных давлений воздуха в шинах и дать экономическую оценку результатов исследования.
Объектом исследования является процесс движения трактора с блокированным приводом ведущих мостов в составе тракторно-транспортного агрегата по твердым опорным поверхностям.
Предмет исследования: закономерности влияния давления воздуха в шинах на расход топлива колесного трактора при выполнении транспортных работ.
Научная новизна основных положений, выносимых на защиту:
– разработана математическая модель определения рациональных давлений воздуха в шинах, обеспечивающих наименьший расход топлива при движении колесных машин (тракторов) с блокированным приводом ведущих мостов по твердым опорным поверхностям, которая учитывает распределение реакций опорной поверхности по колесам различных осей и модели установленных шин;
– получена система, позволяющая определить основные параметры разработанного устройства для регулирования и автоматического поддержания давления воздуха в шинах колесных машин;
– установлена экспериментальная зависимость, подтверждающая адекватность математической модели определения рациональных давлений воздуха в шинах колесных машин.
Практическая значимость. Разработанная математическая модель позволяет рассчитывать рациональные давления воздуха в шинах
для конкретных эксплуатационных условий. На ее основе возможен выбор моделей шин, соответствующих колесной машине (трактору).
Конструкция разработанного устройства для установки и автоматического поддержания давления воздуха в шинах позволяет оперативно регулировать давление в зависимости от условий эксплуатации. Полученная система дает возможность рассчитать основные параметры устройства для его изготовления. Данное устройство может монтироваться непосредственно на коле са большинства мобильных машин.
Результаты исследования дают возможность снизить расход топлива при движении колесных машин (тракторов) при выполнении транспортных работ. Они могут быть использованы инженерно-эксплуатационными службами сельскохозяйственных и других предприятий, вузами, научно-исследовательскими и проектно-конструкторскими организациями при разработке и совершенствовании моделей шин и конструкций колесных машин (тракторов).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и были одобрены на ежегодных международных научно-технических конференциях ЧГАА (г. Челябинск, 2011–2014 гг.), всероссийской конференции с международным участием ЮУрГУ (г. Челябинск, 2011 г.), международной научно-практической конференции ЮУрГУ (г. Челябинск, 2012 г.).
Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 7 работах, из них 3 работы опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК, получены патент на полезную модель и авторское свидетельство на программу для ЭВМ.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 128 страницах машинописного текста, содержит 11 таблиц, 39 рисунков, состоит из введения, пяти глав, выводов и рекомендаций, 11 приложений. Список использованной литературы включает в себя 121 наименование.
Пути устранения кинематического несоответствия в блокированном приводе ведущих мостов колесных машин
В руководствах по эксплуатации колесных машин (тракторов) для устранения кинематического несоответствия между колесами передней и задней осей предлагается отключать один из ведущих мостов при движении по твердым опорным поверхностям [93, 95, 116]. Такого же мнения придерживаются и другие исследователи [76, 77, 94]. Но, как показано в разделе 1.1, отключение второго ведущего моста в ряде случаев снижает тяговые свойства машин и повышает сопротивление качению и, следовательно, увеличивает расход топлива.
Кроме того, на некоторых машинах, например трактор МТЗ-82, отключение переднего ведущего моста приводит к ухудшению эффективности торможения. Поэтому, особенно на скользких, размокших, заснеженных дорогах и крутых склонах, завод-изготовитель рекомендует принудительно включать передний мост. При этом во время торможения задних колес тормозные моменты передаются и на передние колеса. Такое торможение уменьшает остановочный путь, вероятность и величину заносов, что позволяет увеличить скорость и безопасность движения на транспортных работах [96].
Наилучшим вариантом при выполнении транспортных работ является движение трактора с блокированным приводом ведущих мостов при условии устранения кинематического несоответствия. Это позволит избежать появления негативных факторов, связанных с возникновением паразитной мощности, и обеспечить преимущество блокированного привода, что повысит эффективность использования трактора на транспортных работах в целом.
Для исключения кинематического несоответствия также предлагается предусмотреть два вида приводов: блокированный – для движения по мягким грунтам, дифференциальный – для относительно твердой поверхности, или установить на машины дифференциалы с различной степенью блокировки [49, 78, 98, 103]. Но установка межосевого дифференциала для устранения вредного влияния кинематического несоответствия не всегда оправдана. Во-первых, предлагаемые изменения конструкции уже существующих колесных средств связаны с усложнением самой конструкции, делают ее менее надежной и увеличивают металлоемкость [46]. Во-вторых, дифференциальный привод с различной степенью блокировки, а также обгонная муфта никогда не позволят добиться тех преимуществ, которые можно достигнуть, используя блокированный привод при отсутствии кинематического несоответствия (наибольшие тяговые усилия, наименьшие буксование и сопротивление качению, наименьший эксплуатационный расход топлива). Кроме того, существующая схема привода, например трактора Т-150К, вполне себя оправдывает при выполнении непосредственно сельскохозяйственных работ на деформируемой опорной поверхности (мягкий грунт, почва) [12].
В ряде работ [92, 89] предлагается устанавливать дополнительные массы для изменений нагрузок на оси машины. Так как величина нагрузки влияет на радиусы качения колес, то с учетом передаточных чисел приводов ведущих мостов можно подобрать величины масс, которые позволят устранить кинематическое несоответствие. Но такое решение весьма сомнительно, так как перераспределение нагрузок по осям зависит не только от массы самой машины, но и от перевозимого ею груза и других эксплуатационных условий. Поэтому процесс устранения кинематического несоответствия путем оперативной установки дополнительных масс в зависимости от условий эксплуатации довольно трудоемкий и практически неосуществим.
В своих трудах Д. А. Чудаков [101, 102] делает вывод о возможности исключения кинематического несоответствия путем изменения давления воздуха в шинах, так как давление воздуха оказывает значительное влияние на радиусы колес. Кроме того, имеется связь между геометрическими параметрами шин, величиной нагрузки на колесо и давлением воздуха в шине, а также между давлением воздуха и коэффициентами нормальной (радиальной) и тангенциальной жесткости шин. Поэтому давление воздуха в шине оказывает непосредственное влияние на сопротивление качению колесного средства [36, 61, 70, 71, 72, 74, 84, 88].
На рисунках 1.3 и 1.4 приведены графики изменения нормальной (радиальной) и тангенциальной жесткости шины 195/75 R16C от давления воздуха в ней [38].
Зависимость тангенциальной жесткости шины от давления воздуха в ней
Из графиков (рисунки 1.3 и 1.4) видно, что давление оказывает существенное влияние на нормальную (радиальную) и тангенциальную жесткость шин. Причем с повышением внутришинного давления эти жесткости возрастают. Поэтому от давления зависит радиус качения колеса, который непосредственно связан с нормальной и тангенциальной жесткостью шины. Следовательно, вопросы устранения кинематического несоответствия должны учитывать величины давлений воздуха в шинах. (для шины 195/75 R16C)
Влияние давления воздуха в шинах на величину кинематического несоответствия рассмотрено и в ряде других работ [4, 12, 34, 45, 57, 58, 80]. В них отмечается целесообразность регулирования давления воздуха в шинах с целью устранения кинематического несоответствия. Так, проведенные с трактором К-701 исследования [46] показывают, что установка оптимальных давлений воздуха повышает КПД трактора в зависимости от варианта агрегатирования до 25 % и снижает расход топлива на 8…15 %. Это дает значительный экономический эффект при использовании трактора на транспортных работах.
С учетом вышеизложенного можно составить схему возможных способов устранения кинематического несоответствия (рисунок 1.5). Из нее видно, что наиболее эффективным способом является установка рациональных давлений воздуха в шинах. При этом требуется осуществление контроля за давлением. Другие способы имеют ряд существенных недостатков, указанных в схеме (рисунок 1.5).
Обоснование и разработка устройства для регулирования и поддержания давления воздуха в шинах колесных машин
Агропромышленное производство тесно связано с грузоперевозками. Если на дальние расстояния грузоперевозки осуществляются автомобилями, то для внутрихозяйственных перевозок используются как автомобили, так и транспорт-но-тракторные агрегаты (ТТА).
Внутрихозяйственные перевозки с использованием ТТА характеризуются сравнительно небольшими расстояниями, на которые перевозятся сельскохозяйственные грузы. Это могут быть перевозки зерна с поля на ток, картофеля в овощехранилище, кормов и др. Причем, если трактор с поля движется с полностью нагруженным прицепом, то обратно возвращается с пустым. Это обуславливает различные усилия на крюке и, как следствие, различные нагрузки на оси трактора. От перераспределения нагрузок зависит кинематическое несоответствие между передними и задними колесами, которое можно устранить установкой рациональных давлений воздуха в шинах. Иными словами, давления воздуха при движении трактора с нагруженным и пустым прицепом должны быть различны. Поэтому возникает необходимость оперативного регулирования давления воздуха в шинах.
Кроме того, установленные давления в шинах могут изменяться, например, из-за температурного фактора. В результате внутренних потерь энергии в шинах, воздействия солнечных лучей и др. шина нагревается, что приводит к повышению давления воздуха в ней. Поэтому необходимо не только оперативно регулировать давление воздуха в шине, но и поддерживать его значение в процессе эксплуатации колесной машины.
Учитывая вышеизложенное, предлагается устройство для регулирования и поддержания давления воздуха в шинах колесных машин [69, 97], общий вид которого представлен на рисунке 2.5. Устройство включает в себя баллон высокого давления 1, который конструктивно может быть выполнен в виде цилиндра или других симметричных емкостей, не оказывающих влияние на дисбаланс колеса.
Баллон 1 устанавливается соосно полуоси колесной машины и служит емкостью для воздуха, находящегося в нем под высоким давлением. Из баллона 1 воздух поступает в шину через регулятор 2 и шланг 3 при понижении давления воздуха относительно установленной величины. Принцип работы устройства основан на автоматическом поддержании установленного давления воздуха в шине (рисунок 2.6).
Когда требуется повысить давление воздуха в шине, то с помощью регулировочной крышки 9 устанавливается его необходимое значение путем совмещения риски на дополнительном корпусе 6 с соответствующим числовым делением шкалы, нанесенной на регулировочной крышке 9 (лимбе). Аналогично необходимое значение давления устанавливается с помощью регулировочной крышки 14 выпускного клапана. В этом случае под действием пружины 11 впускной клапан 18 располагается таким образом, что его канал 20 совмещается с воздуховодами в основном корпусе регулятора. Это обеспечивает прохождение воздуха из баллона высокого давления к шине.
По мере повышения давления воздуха в шине за счет соединительного канала 17 растет и давление в полости С, ограниченной основным корпусом 4 и мембраной 5. Когда давление воздуха в шине (давление в полости С) станет равным значению, установленному регулировочной крышкой 9, то усилие на шток впускного клапана 18 со стороны мембраны 5 превысит усилие пружины 11. В этом случае впускной клапан 18 переместится, нарушив совмещение канала 20 с воздуховодами в основном корпусе регулятора, и подача воздуха из баллона высокого давления к шине прекратится. Возможность перемещения клапана 18 также обеспечивается наличием перепускного канала 21 между полостями В и А. В процессе повышения давления воздуха в шине выпускной клапан будет перекрывать выход воздуха в атмосферу из полости С, так как усилие от давления на выпускной клапан будет ниже усилия пружины 13.
Для понижения давления воздуха в шине с помощью регулировочных крышек 9 и 14 аналогично устанавливается его необходимое значение. При этом усилие от давления воздуха на выпускной клапан 12 становится выше усилия пружины 13, что приводит к его открытию. Воздух из шины по соединительному каналу 17 начинает выходить в полость С и далее в атмосферу через канал в корпусе 15. Когда усилие пружины станет выше усилия от давления на выпускной клапан 12, то он переместится и закроет канал в корпусе 15. Выход воздуха в атмосферу прекратится, и давление воздуха в шине будет соответствовать значению, установленному регулировочной крышкой 14. В процессе понижения давления в шине впускной клапан 18 будет перекрывать поступление воздуха из баллона высокого давления 1, так как усилие от пружины 11 будет меньше усилия со стороны мембраны 5, создаваемое давлением воздуха в полости С (в шине).
Во время движения колесной машины давление воздуха в шинах может изменяться относительно установленного регулятором. Так, например, динамическая (кратковременная) нагрузка на шину может вызвать повышение давления воздуха в ней (полости С). В этом случае усилие пружины 13 станет меньше усилия от давления воздуха на выпускной клапан 12 (выпускной клапан 12 откроется), и излишки воздуха уйдут в атмосферу. Давление воздуха в шине и в полости С понизится. Усилие пружины 11 станет больше усилия от давления, действующего на мембрану 5. Впускной клапан 18 переместится, что обеспечит подачу воздуха из баллона высокого давления в шину. При достижении установленного значения давления усилия со стороны мембраны 5 и пружины 11 уравновесятся, и впускной клапан 18 закроется.
Повышение давления воздуха в шине может быть вызвано и температурным фактором [81, 82, 85]. При движении трактора происходит нормальная и тангенциальная деформации пневматического колеса, которые вызывают внутреннее трение материалов шины. Это приводит к нагреву самой шины и воздуха в ней. Нагрев также может быть вызван увеличением температуры окружающей среды и действием солнечных лучей. Нагрев, в свою очередь, приводит к увеличению давления воздуха в шине. Предложенное устройство как раз и позволит привести давление к требуемому значению.
Давление воздуха в шине может и понизиться [81, 82, 85], например, при снижении температуры воздуха в ней во время стоянки колесной машины. Тогда давление в полости С, связанной с шиной каналом 20, снизится. Усилие мембраны 5 на шток впускного клапана 18 уменьшится. Под действием пружины 11 клапан переместится и обеспечит поступление воздуха в шину. При достижении установленного значения давления усилия со стороны мембраны 5 и пружины 11 уравновесятся, что приведет к закрытию впускного клапана 18.
Расчет элементов устройства для регулирования и поддержания давления воздуха в шинах колесных машин
Для изготовления устройства регулирования и поддержания давления воздуха в шинах колесных машин (рисунок 2.2) необходимо провести расчеты отдельных элементов конструкции (баллон высокого давления, мембрана, пружина впускного клапана и др.). Рассчитанные параметры также позволят определить общие геометрические размеры устройства.
На основе системы уравнений (2.44) можно рассчитать основные параметры устройства для различных моделей шин. Необходимо отметить, что масса трактора МТЗ-82 большей частью приходится на заднюю ось. Поэтому и реакции опорной поверхности на колеса задней оси всегда больше, чем на колеса передней оси. Прицепы и полуприцепы при осуществлении транспортных работ также увеличивают реакции опорной поверхности на задние колеса, разгружая передние. В связи с этим, как видно из системы (2.17), максимальное давление воздуха должно устанавливаться в шинах задних колес трактора и поддерживаться при выполнении технологических процессов. Поэтому регулировка давления для устранения кинематического несоответствия будет осуществляться в шинах передних колес (рисунок 3.8). - устройство на заднем колесе; 2 - устройство на переднем колесе
Так, расчет объема баллона высокого давления Vбал предлагаемого устройства должен учитывать количество подкачек за одну смену пп, среднее увеличение давления за одну подкачку ЛP ш = Р шпосле — Р шд о , давление в баллоне Рбал и геометрические параметры шины и колеса. Принимая во внимание, что внутрихозяйственные перевозки осуществляются на небольшие расстояния (15 км), с учетом времени разгрузки-погрузки прицепа ТТА выполняет около пяти рейсов за рабочую смену. Следовательно, количество подкачек можно принять равным пяти (пп = 5). Увеличение давления за одну подкачку может быть различным (в зависимости от загрузки прицепа, перевозимого груза и др.) и составлять в среднем 0,07 МПа (дPш =Р шпосле _ Р шд о =0,07 МПа). Исходя из того, что большинство гаражных компрессоров, используемых в сельском хозяйстве, имеют максимальное рабочее давление 1 МПа, примем, что максимальное давление в баллоне устройства также равно 1 МПа (Рбал = 1 МПа).
С учетом этого для шины Ф-165 (11,2R20) переднего колеса трактора МТЗ-82 по системе уравнений (2.44) был рассчитан объем баллона высокого давления, который составил 0,036 м3. Для колесного диска W-9-20-3101020А-01 была выбрана цилиндрическая форма баллона. По известным зависимостям [20] подобраны геометрические размеры баллона: диаметр - 0,45 м, высота - 0,22 м. Устройство для регулирования и поддержания давления крепится посредством пяти удлиненных шпилек через втулки, предусмотренные в баллоне высокого давления. Учитывая, что диск колеса имеет нишу относительно места крепления глубиной около 0,08 м, баллон высокого давления будет выступать за пределы колеса на 0,09 м. Так как ширина МТЗ-82 равна 1,97 м, то с учетом установленных на левом и правом колесах устройств габариты трактора не превысят ширину агрегатируемых с ним полуприцепа ПТУ-4 (2,15 м) или прицепа 2ПТС-4 (2,50 м). Таким образом, устройства для регулирования и поддержания давления с рассчитанными геометрическими размерами не увеличат габариты ТТА. Баллон высокого давления может иметь различные исполнения (тороид, цилиндр и др.). Также возможно изготовление полых дисков, внутренний объем которых будет соответствовать рассчитанным параметрам.
Соотношение размеров (объемов) с давлениями газов регламентирует действующий ГОСТ 949-73 «Баллоны стальные малого и среднего объема для газов на Рр 19,9 МПа (200 кг/см2)». В данном ГОСТе приводятся размеры баллонов для различных интервалов давлений. В нашем случае можно выбрать минимальный интервал давлений (до 9,8 МПа), так как он соответствует значениям, обеспечивающим эффективную работу устройства.
Для данного интервала давлений (до 9,8 МПа) объем баллона может изменяться от 4 до 50 л, а толщина стенки варьируется от 1,6 до 5,2 мм. Например, для баллона объемом 12 л толщина стенки составит 3,1 мм. Найденные на основе указанного ГОСТа размеры обеспечат безопасную и надежную работу устройства. Необходимо отметить, что выбранный интервал давлений (до 9,8 МПа) предполагает в качестве материала для изготовления использовать углеродистую сталь [32].
Выбор пружин и мембраны устройства (рисунок 2.3) в первую очередь зависит от давления в полости С, которое равно давлению воздуха в шине. Учитывая, что устройство должно быть компактным, диаметр резиновой мембраны был выбран 0,04 м. Основываясь на условии (2.14) и принимая во внимание то, что максимальное давление в шине переднего колеса Рп при транспортных работах будет около 0,2 МПа, вычислим усилие со стороны мембраны Fмем:
Усилие со стороны мембраны уравновешивается пружиной впускного клапана. В соответствии с ГОСТом 18789-80 «Пружины сжатия. Конструкция и размеры» [28] по величине усилия 250 Н была выбрана пружина 1086-0829.
Для выбора пружины выпускного клапана по аналогии рассчитаем усилие Fкл на клапан (диаметр рабочего основания примем 0,009 м): По рассчитанному усилию, в соответствии с ГОСТом 18789-80 [28], для выпускного клапана была выбрана пружина 1086-0767.
Для устройств регулирования и поддержания давления воздуха в шинах задних колес трактора МТЗ-82 были выбраны такие же параметры, как для устройств передних колес.
Изготовленные устройства с учетом выбранных упругих элементов были откалиброваны в пределах рабочих давлений [33] с нанесением шкал на регулировочных крышках впускного и выпускного клапанов (приложение 11). Устройства монтировались на каждом колесе трактора (рисунок 3.8). С помощью регулировочных крышек (рисунок 2.6) устанавливались рациональные давления в шинах для определенных эксплуатационных условий.
Результаты экспериментальных исследований по определению рациональных давлений воздуха в шинах трактора представлены в следующей главе.
Оценка эффективности использования рациональных давлений воздуха в шинах
Для оценки эффективности использования предлагаемых давлений воздуха в шинах трактора были проведены сравнительные эксперименты с ТТА при найденных рациональных давлениях и при давлениях, рекомендованных в справочной литературе [95]. Сравнительные эксперименты проводились на сухой твердой опорной поверхности и хорошо укатанной заснеженной дороге (зимний период). При этом движение трактора с рациональными давлениями происходило с принудительно включенным передним ведущим мостом (при блокированном приводе ведущих мостов). При давлениях, рекомендованных в справочной литературе, трактор двигался в соответствие с инструкцией по эксплуатации. В остальном проведение сравнительных экспериментов было аналогично проведению экспериментов по определению рациональных давлений. Результаты экспериментов сведены в таблицу 4.7. Из таблицы 4.7 видно, что расход топлива при рациональных давлениях воздуха в шинах при движении трактора с блокированным приводом ведущих мостов ниже расхода топлива при давлениях, предлагаемых в справочной литературе.
На основе данных таблицы 4.7 получены зависимости изменения расхода топлива от загрузки прицепа при движении на сухой поверхности: где G - расход топлива при давлениях воздуха в шинах, предлагаемых в справочной литературе, кг/ч; Gf4 - расход топлива при рациональных давлениях воздуха в шинах, кг/ч; Z - загрузка прицепа, %. Также получены зависимости для хорошо укатанной заснеженной дороги (зимний период): где G ecnp - расход топлива при движении по заснеженной поверхности с давлениями воздуха в шинах, предлагаемыми в справочной литературе, кг/ч; Gf14 - расход топлива при движении по заснеженной поверхности с рациональными давлениями воздуха в шинах, кг/ч.
По уравнениям (4.16), (4.17), (4.18) и (4.19) построены соответствующие кривые изменения расхода топлива при движении по сухой твердой поверхности (рисунок 4.8) и заснеженной дороге (рисунок 4.9). Кривые (рисунки 4.8 и 4.9) показывают, что при движении трактора с двумя ведущими мостами и установленными рациональными давлениями воздуха в его шинах экономия топлива составляет примерно от 4 до 12 % для сухой поверхности и от 6 до 13 % для заснеженной поверхности.
Также проверялась работа устройств для установки и автоматического поддержания давления воздуха в шинах передних колес трактора МТЗ-82. Устройства были рассчитаны на основе предложенной зависимости (2.45) для пяти подкачек шины без дозаправки баллона высокого давления (рисунок 2.5), что достаточно для непрерывной работы в течение смены (см. раздел 3.3). Поэтому в эксплуатационных условиях устройства должны обеспечивать рациональное давление воздуха в шинах после каждой из пяти подкачек. Шестая подкачка может не обеспечить необходимое значение давления.
В связи с этим для контроля правильной работы устройств были проведены измерения давлений воздуха в шинах трактора МТЗ-82 после пятой и шестой подкачек. Если в задних колесах устройства должны поддерживать давления неизменными (0,17 МПа), то в передних колесах они обеспечивают изменения давлений от 0,095 до 0,168 МПа (таблица 4.6). То есть после пятой подкачки давление воздуха в шинах передних колес должно соответствовать максимальному значению 0, 168 МПа (0,17 МПа). Результаты измерений максимальных давлений с трехкратной повторностью после пятой и шестой подкачек представлены в таблице 4.8.
Как видно из таблицы 4.8, устройства для установки и автоматического поддержания давлений обеспечивают максимальные давления воздуха после пятой подкачки в передних шинах трактора. Поэтому объемы баллонов высокого давления, рассчитанные по предложенной системе (2.45), позволят установить любые значения рациональных давлений в шинах при работе трактора в течение смены (для пяти подкачек). Это подтверждает правильность теоретического расчета устройства для установки и автоматического поддержания давления воздуха в шинах, а значит, и системы (2.45).
После шестой подкачки (таблица 4.8) давление воздуха в шине передней оси несколько снижено относительно требуемого значения, что свидетельствует о необходимости дозаправки баллона высокого давления.
Измерения давления воздуха в шинах задних колес показали, что давление оставалось практически неизменным (0,17 МПа). Это свидетельствует о том, что предлагаемое устройство способно не только оперативно регулировать, но и поддерживать установленное давление в шинах в процессе эксплуатации.
В целом результаты экспериментальных исследований подтвердили адекватность математической модели (2.18) с доверительной вероятностью 0,95. Полученные экспериментальная и теоретическая зависимости определения рациональных давлений воздуха в шинах (при эксплуатационных загрузках прицепа) дают расхождения в результатах примерно от 5 до 9 %. Из этого следует, что систему (2.18) можно рекомендовать для практического применения. При этом использование рациональных давлений дает существенную экономию топлива (до 12 %). Оперативная установка рациональных давлений возможна с помощью предлагаемого устройства для установки и автоматического поддержания давления воздуха в шинах. Расчет основных параметров устройства по системе (2.45) позволяет обеспечить его работу в течение смены. В целом результаты исследования позволяют повысить технико-экономические показатели колесных машин. Оценка экономической эффективности приведена в следующей главе.
