Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Состояние вопроса, цель и задачи исследования 10
1.1. Причины, следствия и методы оценки вибро-нагруженности колесных машин 12
1.2. Изменение динамического радиуса колес МТА в процессе его работы 16
1.3. Методы оценки неравномерной загрузки двигателя МТА 19
1.4. Цели и задачи исследования 28
Глава 2. Теоретическое исследование влияния колебаний пахотного на его энергетические показатели 29
2.1. Определение характеристик вертикального возмущающего воздействия на МТА со стороны грунта 29
2.2. Определение статистических характеристик процесса изменения динамического радиуса колес МТА 36
2.3. Статистическая линеаризация скоростной характеристики двигателя по моменту на валу 44
2.4. Определение статистических характеристик процесса изменения загружающего момента, на валу двигателя 49
2.5. Расчет изменения энергетических показателей МТА 54
2;6; Расход мощности двигателя на собственные колебания МТА 59
Выводы 63
Глава 3. Экспериментальное исследование работы пахотного агрегата на базе трактора К-70 с плугом ПТК9 -35 65
3.1. Цель, задачи и средства экспериментального исследования 65
3.2. Порядок проведения полевых опытов . 85
3.3. Методика обработки экспериментального материала 86
3.4. Результаты экспериментального исследования 96
Выводы
Глава 4. Экономическая оценка по результатам исследования 119
4.1. Исходные данные для экономических расчетов 119
4.2. Определение эксплуатационных затрат . 121
4.3. Расчет сводных показателей эффективности 124
Общие выводы 128
Литература 130
- Причины, следствия и методы оценки вибро-нагруженности колесных машин
- Определение характеристик вертикального возмущающего воздействия на МТА со стороны грунта
- Цель, задачи и средства экспериментального исследования
- Определение эксплуатационных затрат
Причины, следствия и методы оценки вибро-нагруженности колесных машин
Вибронагруженность шшины дорожной или сельскохозяйственно?, под которой понимаются ее случайные колебания при движении по неровной опорной поверхности, приводит ко многим негативным явлениям: это и дискомфорт водителя, достигающий иногда угрожающих здоровью размеров, и уменьшение срока службы узлов и деталей машины, и нарушение управляемости и устойчивости ее движения, увеличение буксования ведущих колес, и перерасход мощности, и нарушение аг-» ротехничеоких требований, и многое другое. Все это вынуждает искать новые и новые пути к снижению вибронагруженности машины или, хотя бы, ее последствий. Для этого необходимо выяснить причину возникновения случайных колебаний, их состав и уровень, уметь правильно оценить последствия и найти пути к их ликвидации или уменьшению.
Очевидное существование связи между параметрами колебательной системы колесной машины, сельскохозяйственной или дорожной,характеристиками агрофона и уровнем вибронагруженности этой машины (стрелка I) вызвало к жизни многочисленны исследования по кон-кретизации этой связи и разработке методов, позволяющих дать качественную и количественную оценку данному явлению в различных аспектах. Большой вклад в исследование данных вопросов внесли такие исследователи как: Анилович В.Я. /33/, Антншев Н.М. /34/# Волошин Ю.Д. /35...38/, Кутьков Г.ЙЦ /39/, Лурье А.Б. /27, 40/, Певзнер Я;М;/41/, Пилатов Г.А, /42/, Подрубалов В.Н. /13, 37/, Росляков BJI. /43, 44/, Хачатуров А.А. /45/, Цвик БІДІ; /46...52/. Этому же вопросу посвятили свои работы и многие другие исследователи /53...82Д
Из приведенных работ можно сделать следующие выводы: 1) машина и машинно-тракторный агрегат, в частности, представляет собой многомассовую колебательную систему, движущуюся Q под воздействием случайных возмущений со стороны микрорельефа опорной поверхности; 2) при установившемся прямолинейном движении тракторный агрегат подвержен колебаниям в вертикальном, продольном и попереч-» ном направлениях. В силу того, что все эти колебания вызваны воздействием микрорельефа опорной поверхности и зависят от упруго-демпфирующих свойств одних и тех же конструктивных элементов (шины, рессоры, остов трактора и т.п;) они тесно взаимосвязаны и снижение или повышение уровня, например, вертикальных колебаний влечет за собой снижение или повышение уровня колебаний в продольном и поперечном направлениях. По уровню вертикальные колебания значительно превосходят колебания МТА в продольном ж поперечном направлениях» Непосредственное воздействие на изменение сцепного веса, а, следовательно, и тягово-сцепннк качеств агрегата оказывают вер-тикальные колебания МТА. По этим причинам основное внимание в предлагаемой работе будет уделено вертикальным случайным колебаниям агрегата, вызванным его движением по мягкой опорной поверхности; 3) при исследовании характерных для МТА колебаний в продольно вертикальной плоскости наиболее целесообразно представить его в виде эквивалентной колебательной системы, обладающей жесткост-ниш и демпфирующими свойствами, эквивалентными свойствам шин, рессор, амортизаторов при соответствующем положении центров тяжести различных масс МТА, связанных элементами подрессоривания. Общая эквивалентная колебательная система МТА может быть представлена в следующем виде (рис, 2), например, для пахотного агрегата, состоящего из колесного трактора с подреосорендаш мостами, ж плуга; 4) шины рессоры можно рассматривать в виде элементов, об ладающих коэффициентами жесткости С," и демпфирования К { и образующих колебательные контуры. Воздействие в виде смещения д#/ со скоростью л Ф t такой контур передает в виде силы Это свойство относится к линейным системам. Специальные исследования /68, 83, 84/ подтверждают принятую аппроксимацию; 5) описание колебаний машинно-тракторного агрегата возможно методами теории вероятностей, случайных процессов с применением вычислительной техники; 6) уровень вибронагруженности МТА разумно характеризовать величиной случайных ускорений центра тяжести агрегата, рабочего места оператора (тракториста), пола кабины или осей колес МТА в зависимости от задачи исследований; 7) спектральный состав процесса ускорений характеризуется наличием определенных всплесков на частотах собственных колебаний МТА, определяемых параметрами его колебательной системы, причем, эти всплески проявляются тем явственней, чем мягче опорная поверхность, по которой движется МТА.
Определение характеристик вертикального возмущающего воздействия на МТА со стороны грунта
Исследование динамики МТА невозможно без учета воздействия, оказываемого на него со стороны микропрофиля опорной поверхности. Широкое распространение получил метод описания динамических процессов, происходящих при движении МТА, через передаточные функции системы, отражающей конкретные свойства машины. При этом возмущающее воздействие со стороны опорной поверхности задается в виде случайного процесса изменения координат профиля поверхности под колесами агрегата, обладающего некоторой спектральной плотностью /27, 29/.
Такой метод описания возмущающего воздействия на мобильное средство со стороны опорной поверхности был разработан и широко использован исследователями динамики автомобиля, при этом предполагается, что профиль опорной поверхности не деформируется при взаимодействии с движителем. При движении же сельскохозяйственного агрегата по агрофону, характерному в условиях эксплуатации, происходит деформация профиля опорной поверхности, что делает неравномерным его использование в качввтве входного возмущающего воздействия.
На рис. 5 представлена модель взаимодействия пневмоколеса с почвой. Здесь X - вертикальная координата оси колеса; - масса, нагружающая колесо; С - коэффициент жесткости шины колеса; // - коэффициент демпфирования шины колеса; Q - вертикальная координата точки контакта пневмоколеса с грунтом. Для представленной на рис. 5 колебательной системы легко может быть получена передаточная функция от вертикальной координати: контакта пневмоколеса с грунтом ty, , на вертикальную координату оси колеса X Эта передаточная функция будет являться таковой и для оси сельскохозяйственных тракторов ввиду того, чт радиус инерции машины в продольно-вертикальной плоскости, относительно оси, проходящей через ее центр тяжести; практически для всех тракторов близок к I, Это говорит о том, что колебания передней и задней осей протекают независимо друг от друга. Передаточная функция вертикальных перемещений системы, эквивалентной одной из осей МТА (рис.5) по координатам микропрофиля может быть получена следующим образом: микрорельефа мягкой опорной поверхности не могут быть определены ни до проезда агрегата ни по его следу, так как почва обладает и упругими и пластичными свойствами; Вертикальное силовое взаимодействие между МТА и грунтом однозначно связано с вертикальными ускорениями различных точек машины, например, ее осей. Процесс вертикальных ускорений осей агрегата хорошо изучен и его характеристики могут быть легко получены экспериментально. Как известно /27, 117/ корреляционная функция этого процесса, для агрегатов, движущихся по грунту имеет следующий вид: декремент затухания; J3 - собственная частота колебаний системи. Такой вид корреляционной функции говорит о том, что диапазон частот пропускания системы значительно уже диапазона частот возмущающего воздействия, т.е. возмущающее воздействие можно при- нять постоянным внутри полосы пропускания системы. Как известно, спектральная плотность выходного процесса, в данном случае, ускорений на осях машины может быть представлена следующим образом:
Цель, задачи и средства экспериментального исследования
Питание осциллографов осуществлялось от такой же пары аккумуляторных батарей. Подзарядка аккумуляторных батарей осущест влялась от дополнительно установленного генератора 1272 через реле регулятор РР362 Управление измерительной аппаратурой осуществлялось с пульта, расположенного на панели контрольных приборов трактора Время опыта фиксировалось синхронно на всех 3-х осциллографах при помощи электроконтактных часов марки МЧ-62.
В качестве основного метода тарировки датчиков была принята тарировка непосредственно на тензометрическом звене Перед началом тарировки датчик устанавливался в рабочее положение В дальнейшем звено ступенчато, раввыми долями, загружалось от нуля до максимума с учетом 15% перегрузки Величина отклонения светового луча фиксировалась путем записи на ленту осциллографа, контроль догружения осуществлялся по динамометру ДОСМ-3 Таким же образом проводилось разгружение тензозвена с пошаговой записью на ленту осциллографа и контролем нагрузки звена по динамометру Тарировка измерительной аппаратуры производилась до и после эксперимента с трехкратной повторностью.
Анализ полученных при этом тариррвочных графиков показал, что применяемая тензометрическая аппаратура работает стабильно на протяжении длительного времени.
Передние колееа трактора тарировались на разгрузку, а задние - на догрузку. Для этого под передний мост трактора устанавливались два гидравлических домкрата с образцовыми динамометрами ежа тия ДОСМ-3 Тарировка задних колес производилась над бетонированной ямой, куда загонялся трактор и с помощью двух талей и динамо- метров производилось догружение На рис; 23 представлены тариррвочные графики датчиков нагрузки на осях» По оси абсцисс отложено смещение "зайчика" на акра не осциллографа.
Для проведения тарировки датчиков, измеряющих моменты на полуосях трактора, снималось соответствующее колесо, а на его место устанавливался специальный тарировочный рычаг. При этом второе колесо, а также вал муфты жестко фиксировались. Нагрузка осуществлялась с помощью подъемной тали, а контроль - по образцовому динамометру ДОСМ-3. Соответствующие тарировочные графики приведены на рис. 24. По оси абсцисс отложено смещение "зайчика" на экране осциллографа. Тарировка тяг навески проводилась на растяжение. Трактор тросами закреплялся между двух деревьев и нагружался с помощью тали (рис. 25). Контроль нагружения осуществлялся по динамометру ДОСМ-3. Тарировочный график датчиков усилий в тягах навески представлен на рис. 26. Вибродатчики тарировались следующим образом. Записывалась на осциллографе линия рабочего положения датчика, что соответствует ускорению У , затем он поворачивался на 90 и производилась запись нулевого уровня, потом датчик поворачивается еще на 90, что соответствует ускорению - й и записывается этот уровень, таким же образом, с пошаговой записью происходит возврат датчика в рабочее положение. По результатам тарировки были построены тарировочные графики, определен тарировочный коэффициент, поддерживаемый постоянным при проведении замеров путем усилия или ослабления сигнала рассогласования, контролируемого масштабным сопротивлением. Была составлена таблица тарировочных коэффициентов, диапазона измерений исследуемых величин и погрешности измерительного тракта - табл. 2.
Определение эксплуатационных затрат
В результате проведения описанных выше экспериментов было получено шесть (6) серий осциллограмм. Каждая серия представляет собой три оециллографных ленты, длиной около четырех (4-х) мет-ров, на которых записаны тарировочные уровни и текущие (рабочие) значения девятнадцати (19) параметров при выполнении машинно-трак-торным агрегатом технологических операций (пахота) в течение шестидесяти (60) секунд (рис. 30). Все 19 исследуемых процессов бы-ли записаны синхронно.
Обороты ведущих колес АҐ/7Л , Мг?л, Узл% ЛҐ3/7 путеизмерительного колеса /7 и вала топливного насоса (коленвала двигателя) П » а также расход топлива 0. были записаны в виде им пульсов (рис; 30). Такой вид записи позволяет определить средние значения параметров на сравнительно большом отрезке осциллограмм, то есть за сравнительно длительное время (длительность определяется необходимой точностью) так, с ошибкой не превышающей Ь%, величину оборотов ведущего и путеизмерительного колес можно определить за интервал времени не менее 5 с, среднее значение оборотов вала топливного насоса с данной точностью может быть найдено на интервале, превышающем 1,5 с, а расход топлива на интервале не менее 10 с.
Такие параметры как ускорение на осях колес Уу » Уг » веР" тикальные нагрузки на колесах трактора У? , Уп/1, У3л , 4sn , крутящие моменты на полуосях колес трактора Мпл , Мпп , зл , Нгп , сила тяги на крюке /?, / были записаны в виде непрерывных кривых. Такой вид записи позволяет производить дополнительно глубокий статистический анализ исследуемых процессов, а также находить и оценивать связь между ними.
Проведение такого анализа в значительной степени облегчается известными свойствами данных процессов. Так, в частности, известно /19, 24, 27, #5, 104, III/, что указанные выше процессы, являясь случайными функциями времени, обладают свойствами стационарности, эргодичности и распределены по нормальному закону.
На основании этих предпосылок к исследуемым процессам были применены хорошо разработанные методы исследования эргодических случайных функций.
Осциллограмма процесса, записанная в виде кривой была представлена в виде цифровых значений в дискретном виде, дискретное представление непрерывных процессов требует решения задач квантования и дискретизации, установления связи между длительностью реализации и разрешающей способностью по частоте с соответствую-» щими параметрами дискретных реализаций. Возникающие при этом статистические ошибки были определены через параметры дискретизации.
При превращении непрерывной записи в дискретные числа необходимо найти компромиссное решение. С одной стороны, для получения информации о высокочастотных составляющих число выборочных моментов времени, в которые производится отсчет, должно быть достаточно большим. С другой стороны, слишком близко расположенные точки отсчета приведут к избытку коррелированных данных, что вызывает увеличение как объема, так и стоимости расчетов. Для уменьшения числа отсчетов следует уменьшить скорость (частоту) дискретизации до минимально допустимого предела, позволяющего избежать ошибок маскировки» Маскировкой называется свойство, заключающееся в том, что если отдельные отсчеты далеко отстоят друг от друга, то они могут содержать вклад как от высоких, так и от низьких частот, содержащихся в исходном процессе, что приводит к переносу энергии высоких частот на низкие.
Как известно /118/, если интервал времени л /между последними отсчетами равен /г , то скорость дискретизации составляет тт отсчетов в секунду. При этом полезная информация может быть получена только для диапазона частот от 0 до j гц, так как составляющие с частотами выше jfi гц будут свернуты в диапазон низких частот 0... ]Глгц и неотличимы от составляющих с этими низкими частотами. Граничная частота jc - Т называется частотой Найквиста. Для исключения влияния маскировки существует два практических метода. Один из них состоит в выборе настолько малой величины /? % чтобы составляющие с частотами выше jc в исследуемом процессе были физически невозможны.
Второй метод заключается в фильтрации процесса перед сняти -ем отсчета, в результате чего в отфильтрованном процессе состав ляющие с частотами выше наиболее высокой желаемой граничной частоты содержаться не будут. В этом случае выбор частоты. j & ,рав ной максимальной исследуемой, даст точные результаты для частот ниже А Второй метод является предпочтительней, так как он позволяет сэкономить машинное время и снизить стоимость расчетов.
