Содержание к диссертации
Введение
1. Постановка проблемы. цель и задачи исследования 12
1.1. Основные направления развития тракторостроения. Структура тракторного парка в экономически развитых странах и в России 12
1.2. Методы повышения тягово-сцепных и динамических свойств колесных тракторов 19
1.2.1. Колесная формула и компоновка трактора 19
1.2.2. Вид привода ведущих осей... 23
1.2.3. Увеличение сцепного веса 38
1.2.4. Типоразмер шин 42
1.3. Выводы. Цель и задачи исследования 48
2. Общая методика выполнения работы и структура исследований 53
2.1. Структура исследований 54
2.2. Методика проведения лабораторных исследований 56
2.3. Методика проведения лабораторно-полевых испытаний трактора 69
3. Аналитические исследования тяговой динамики трактора с блокированным приводом 72
3.1. Сравнительный анализ дифференциального и блокированного приводов 72
3.1.1. Дифференциальный привод 73
3.1.2. Блокированный привод 74
3.2. Анализ факторов, влияющих на величину кинематического несоответствия и тягово-сцепные свойства трактора с блокированным приводом 77
3.2.1. Нормальные реакции 78
3.2.2. Давление воздуха в шинах и геометрические отклонения от номинальных размеров 83
3.2.3. Опорная поверхность... 87
3.3. Уравнение тягового баланса трактора с блокированным приводом... 89
3.4. Анализ уравнения тягового баланса трактора с блокированным приводом 93
3.4.1. Первый характерный случай при выполнении трактором сельскохозяйственных работ 94
3.4.2. Второй характерный случай при выполнении трактором сельскохозяйственных работ 103
3.5. Тяговая динамика тракторов интегральной схемы 109
Выводы 123
4. Программа и методические вопросы исследования тяговой динамики полноприводного трактора с блокированным приводом 125
4.1. Экспериментальные исследования трактора К-701 126
4.1.1. Планирование многофакторного эксперимента; выбор параметра оптимизации и определение факторов планирования 131
4.2. Экспериментальные исследования трактора ЛТЗ-155 135
4.2.1. Планирование многофакторного эксперимента 149
5. Результаты экспериментальных исследований тяговой динамики полноприводных тракторов с шинами равного размера 151
5.1. Результаты экспериментальных исследований трактора К-701 на
транспорте 151
5.1.1. Влияние давления воздуха в шинах и нормальных реакций на эксплуатационные показатели трактора 151
5.1.2. Результаты реализации полнофакторного эксперимента 159
5.2. Результаты экспериментальных исследований тяговой динамики трактора ЛТЗ-155 на пахоте 173
5.2.1. Влияние давления воздуха в шинах на эксплуатационные показатели трактора 173
5.2.2. Влияние перераспределения нормальных реакций на эксплуатационные показатели трактора 181
5.2.3. Влияние кинематического несоответствия на эксплуатационные показатели трактора 189
5.2.4. Результаты реализации полнофакторного эксперимента, плана Бокса-
Бенкина 194
Выводы 199
6. Эксплуатационная и экономическая оценка работы трактора ЛТЗ-155 на пахоте с плугом ПЛН-5-35 205
6.1. Эксплуатационные испытания трактора ЛТЗ-155 на пахоте 205
6.2. Определение производительности пахотного агрегата в составе трактора ЛТЗ-155 и плуга ПЛН-5-35 206
6.3. Определение экономической эффективности предлагаемого способа повышения тягово-сцепных свойств трактора ЛТЗ-155 208
6.4. Эксплуатационная надежность трактора при работе с плугом ПЛН-5-35 .214
Общие выводы 218
Список литературы 220
Приложения 238
- Основные направления развития тракторостроения. Структура тракторного парка в экономически развитых странах и в России
- Давление воздуха в шинах и геометрические отклонения от номинальных размеров
- Планирование многофакторного эксперимента; выбор параметра оптимизации и определение факторов планирования
- Влияние давления воздуха в шинах на эксплуатационные показатели трактора
Введение к работе
Актуальность работы. Интенсификация и эффективность сельскохозяйственного производства неразрывно связаны с повышением энерговооруженности и производительности труда, улучшением использования существующей сельскохозяйственной техники и топливо-энергетических ресурсов, внедрением прогрессивных технологий на базе новой высокоэффективной техники.
Решение этих задач в значительной степени зависит от грамотной эксплуатации машинно-тракторного парка, являющегося основой механизированных процессов, изыскания внутренних резервов существующих и разработки принципиально новых сельскохозяйственных машин и орудий.
Важное значение в интенсификации производства и повышении производительности труда имеют новые энергонасыщенные тракторы, способные выполнять технологические процессы с широкозахватными машинами, совмещать выполнение нескольких операций за один проход по полю. Следовательно, интенсификация сельскохозяйственного производства связана с повышением единичной мощности трактора и созданием сложных сельскохозяйственных машин на основе принципа совмещения сельскохозяйственных операций.
Использование тракторов повышенной мощности дает возможность за счет совмещения ряда операций за один проход избежать последствий многократных проходов по полю, снизить энерго- и трудозатраты, выполнять работы в лучшие агротехнические сроки.
Значительная доля работ в сельскохозяйственном производстве приходится на колесные тракторы, т.к. они наиболее полно отвечают возрастающим требованиям сельскохозяйственного производства: более универсальны, имеют меньшую стоимость и эксплуатационные затраты, эффективно используются на пропашных и транспортных работах. Не случайно в структуре тракторного парка экономически развитых стран на долю колесных приходится 80-95 %.
Колесные тракторы несмотря на свои явные преимущества перед гусеничными, имеют один существенный недостаток - относительно низкие тя-гово-сцепные свойства. Последнее является причиной неполного использования мощности двигателя, снижения крюковой мощности и производительности, повышенного расхода топлива. Сравнительно низкие тягово-сцепные показатели и проходимость ограничивают их применение на ранневесенних работах, затрудняют проведение работ в лучшие агротехнические сроки, приводят к снижению годовой наработки.
Особое место среди колесных тракторов занимают полноприводные тракторы с шинами равного размера. По своим тягово-сцепным свойствам, при той же массе, они в 1,5 раза выше тракторов с традиционной схемой и приближаются к гусеничным. Высокая универсальность этих тракторов позволяет выполнять с их помощью основной комплекс сельскохозяйственных работ и тем самым сократить количественный и марочный состав машинно-тракторного парка и снизить капитальные вложения в сельское хозяйство. На рыхлых, переувлажненных и несвязных почвах применение полноприводных тракторов с шинами равного размера снижает уплотнение и распыление почв.
Однако применение полноприводных тракторов с шинами равного размера не всегда дает желаемый результат, а в ряде случаев тяговые показатели их бывают и ниже, чем у тракторов с традиционной схемой. Отсутствие убедительных теоретических положений относительно тягово-сцепных свойств полноприводных тракторов и сопоставимых данных экспериментальных исследований не позволяет в полной мере использовать их тягово-сцепные возможности.
Отсюда повышение тягово-сцепных показателей полноприводных колесных тракторов с шинами равного размера по своей экономической целесообразности имеет большое народно-хозяйственное значение.
Работа выполнялась в соответствии с региональной научно-технической программой «Повышение уровня механизации АПК Саратов-
ской области»; «Концепцией развития АПК Саратовской области до 2005 г.»; комплексной темой № 5 НИР Саратовского государственного аграрного университета им. Н.И. Вавилова «Повышение надежности и эффективности использования мобильной техники в сельском хозяйстве»; договорами № 39.К-99 от 25.01.99 г. и № М-1 от 06.03.2001 г. с ОАО «Липецкий тракторостроительный завод»; комплексной темой СГАУ им. Н.И. Вавилова «Эффективность использования и повышения работоспособности тракторной техники при эксплуатации»; комплексной федеральной программой ВИМ и ОАО ЛТЗ «Эффективность использования тракторной техники»; региональной программой СГАУ им Н.И. Вавилова и ОАО «Липецкий тракторостроительный завод» «Организация системы эксплуатации трактора ЛТЗ-155 в АПК Саратовской области».
Цель работы. Повышение эффективности использования полноприводных тракторов с шинами равного размера на основных сельскохозяйственных операциях путем дифференцированного распределения ведущего момента в блокированном приводе.
Объект исследования. Тяговая динамика полноприводных тракторов с шинами равного размера в составе сельскохозяйственного агрегата.
Научная проблема заключается в обеспечении оптимального распределения ведущего момента в движителях трактора при различных вариантах агрегатирования, способствующего полной реализации тягово-сцепных возможностей трактора с блокированным приводом, так как неравномерное распределение ведущего момента по осям, не соответствующее их сцепным свойствам, приводит к снижению тяговых показателей трактора и появлению циркуляционной мощности.
Научная новизна работы состоит в обосновании способов и средств повышения эффективности использования полноприводных тракторов, путем управления кинематическим несоответствием в приводе, а также оптимизацией параметров распределения ведущего момента в движителе и подтверждается следующим:
созданы теоретические основы тяговой динамики полноприводного трактора с шинами равного размера в составе сельскохозяйственного агрегата;
определены конструктивные и эксплуатационные факторы, влияющие на величину кинематического несоответствия в блокированном приводе трактора;
обоснован критерий оптимизации распределения касательной силы тяги в блокированном приводе трактора;
разработаны технические решения по реализации оптимального распределения касательной силы тяги в блокированном приводе трактора;
проведены экспериментальные исследования тяговой динамики полноприводного трактора с шинами равного размера с использованием специальных методик, существующих ГОСТов и планирования многофакторных экспериментов.
Методика исследования. Для достижения поставленной цели и решения комплекса задач применялись теоретические и экспериментальные методы исследований.
В качестве основных методик теоретического исследования применялись: логика научных исследований, методы оптимизации, метод математического моделирования, теория вероятностей и математическая статистика.
В результате исследований установлены значения параметров, определяющих эффективное использование тракторного агрегата.
Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и полевых условиях по специальным методикам, при разработке которых использовались методы планирования эксперимента с применением существующих ГОСТов на испытание сельскохозяйственной техники. В исследованиях применялись типовые измерительные средства и аппаратура. Статистическая обработка экспериментальных данных и математическое моделирование проводились с использованием ПЭВМ.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается хорошей сходимостью математических моделей с результатами ла-бораторно-полевых и эксплуатационных исследований полноприводных тракторов. Адекватность математических моделей проверялась по F - критерию.
Теоретические исследования выполнялись с применением математических методов и обрабатывались с помощью современных средств вычислительной техники с применением программного обеспечения Microsoft Excel, Statistics 5, Basic.
Практическая ценность работы заключается в разработке технической документации по совершенствованию конструкции трактора ЛТЗ-155 и рекомендаций по повышению эффективности его эксплуатации, переданных в ОГК ОАО «Липецкий тракторостроительный завод». Реализация технических решений повышает производительность трактора на энергоемких операциях на 15-20 %, позволяет снизить погектарный расход топлива и повысить тяговый КПД трактора на 10-12 %.
Реализация работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований реализованы на ОАО «Липецкий тракторостроительный завод» в новой модели трактора ЛТЗ-155.4М, образец которой демонстрировался на международных выставках «ЮгАгроПром / ЮгАгроПищемаш», проходивших в г. Краснодаре в 2001 и 2002 гг.
Рекомендации вошли в инструкцию по эксплуатации трактора ЛТЗ-155 и используются в СПК «Чапаева» Петровского района; КФК «Шерстнева» Лысогорского района; ЗАО ПЗ «Алтайский» Новоузенского района Саратовской области при выполнении пахотных работ.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены и получили одобрение на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СИМСХ - СГАУ (1982-2001 гг.), СПИ -СГТУ (1997-2001 гг.); на Ленинградской областной конференции, проводимой ЛСХИ совместно с ЛОП НТО Машпром и Ленинградским домом науч-
но-технической пропаганды общества «Знание» (1983, 1986 гг.); на тракторной секции НТС «Кировский завод» (1986 г.); на межгосударственном научно-техническом семинаре «Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания в АПК СНГ», г. Саратов (1996-2002 гг.); на научно-технической конференции ВИИТиН, г. Тамбов (1987 г.), на научно-техническом совете ОАО «Липецкий тракторостроительный завод», г. Липецк (1998, 2001, 2002 гг.); в СФ АТУ, г. Саратов (1999, 2001, 2002 гг.); на международных научно-технических конференциях ВИМ, г. Москва (2000, 2002 гг.), СИБАДИ, г. Омск (2000 г.).
Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 51 печатной работе, из их 9 в центральной печати, авторское свидетельство и патент на изобретение, 1 монография. Общий объем публикаций 22,6 п ль, из них лично автору принадлежит 16,7 пл.
Научные положения и результаты работы, выносимые на защиту:
математическая модель тяговой динамики трактора с блокированным приводом;
методологическое и теоретическое обоснование оптимальной величины кинематического несоответствия в блокированном приводе трактора;
закономерности формирования конструктивных параметров трактора и факторов оптимизации распределения ведущего момента в приводе на стадии его проектирования;
результаты экспериментальных исследований способа повышения тяго-во-сцепных свойств и эксплуатационных показателей тракторов за счет дифференцированного распределения ведущего момента в блокированном приводе;
рекомендации по эксплуатации и технико-экономической оценке предлагаемых разработок, обеспечивающих повышение эффективности использования полноприводных тракторов с шинами равного размера.
Структура и объем диссертации* Диссертация состоит из введения, 6 глав и основных выводов. Списка литературных источников, включающего
202 наименования, из них 11 на иностранном языке и приложений. Диссертация изложена на 237 страницах машинописного текста, включает 22 таблицы и 112 рисунков.
1. ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
Основные направления развития тракторостроения. Структура тракторного парка в экономически развитых странах и в России
Особое место среди колесных тракторов занимают полноприводные тракторы с шинами равного размера. По своим тягово-сцепным свойствам, при той же массе, они в 1,5 раза выше тракторов с традиционной схемой и приближаются к гусеничным. Высокая универсальность этих тракторов позволяет выполнять с их помощью основной комплекс сельскохозяйственных работ и тем самым сократить количественный и марочный состав машинно-тракторного парка и снизить капитальные вложения в сельское хозяйство. На рыхлых, переувлажненных и несвязных почвах применение полноприводных тракторов с шинами равного размера снижает уплотнение и распыление почв.
Однако применение полноприводных тракторов с шинами равного размера не всегда дает желаемый результат, а в ряде случаев тяговые показатели их бывают и ниже, чем у тракторов с традиционной схемой. Отсутствие убедительных теоретических положений относительно тягово-сцепных свойств полноприводных тракторов и сопоставимых данных экспериментальных исследований не позволяет в полной мере использовать их тягово-сцепные возможности.
Отсюда повышение тягово-сцепных показателей полноприводных колесных тракторов с шинами равного размера по своей экономической целесообразности имеет большое народно-хозяйственное значение.
Работа выполнялась в соответствии с региональной научно-технической программой «Повышение уровня механизации АПК Саратовской области»; «Концепцией развития АПК Саратовской области до 2005 г.»; комплексной темой № 5 НИР Саратовского государственного аграрного университета им. Н.И. Вавилова «Повышение надежности и эффективности использования мобильной техники в сельском хозяйстве»; договорами № 39.К-99 от 25.01.99 г. и № М-1 от 06.03.2001 г. с ОАО «Липецкий тракторостроительный завод»; комплексной темой СГАУ им. Н.И. Вавилова «Эффективность использования и повышения работоспособности тракторной техники при эксплуатации»; комплексной федеральной программой ВИМ и ОАО ЛТЗ «Эффективность использования тракторной техники»; региональной программой СГАУ им Н.И. Вавилова и ОАО «Липецкий тракторостроительный завод» «Организация системы эксплуатации трактора ЛТЗ-155 в АПК Саратовской области».
Цель работы. Повышение эффективности использования полноприводных тракторов с шинами равного размера на основных сельскохозяйственных операциях путем дифференцированного распределения ведущего момента в блокированном приводе.
Объект исследования. Тяговая динамика полноприводных тракторов с шинами равного размера в составе сельскохозяйственного агрегата. Научная проблема заключается в обеспечении оптимального распределения ведущего момента в движителях трактора при различных вариантах агрегатирования, способствующего полной реализации тягово-сцепных возможностей трактора с блокированным приводом, так как неравномерное распределение ведущего момента по осям, не соответствующее их сцепным свойствам, приводит к снижению тяговых показателей трактора и появлению циркуляционной мощности. Научная новизна работы состоит в обосновании способов и средств повышения эффективности использования полноприводных тракторов, путем управления кинематическим несоответствием в приводе, а также оптимизацией параметров распределения ведущего момента в движителе и подтверждается следующим: созданы теоретические основы тяговой динамики полноприводного трактора с шинами равного размера в составе сельскохозяйственного агрегата; определены конструктивные и эксплуатационные факторы, влияющие на величину кинематического несоответствия в блокированном приводе трактора; обоснован критерий оптимизации распределения касательной силы тяги в блокированном приводе трактора; разработаны технические решения по реализации оптимального распределения касательной силы тяги в блокированном приводе трактора; проведены экспериментальные исследования тяговой динамики полноприводного трактора с шинами равного размера с использованием специальных методик, существующих ГОСТов и планирования многофакторных экспериментов. Методика исследования. Для достижения поставленной цели и решения комплекса задач применялись теоретические и экспериментальные методы исследований. В качестве основных методик теоретического исследования применялись: логика научных исследований, методы оптимизации, метод математического моделирования, теория вероятностей и математическая статистика. В результате исследований установлены значения параметров, определяющих эффективное использование тракторного агрегата. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и полевых условиях по специальным методикам, при разработке которых использовались методы планирования эксперимента с применением существующих ГОСТов на испытание сельскохозяйственной техники. В исследованиях применялись типовые измерительные средства и аппаратура. Статистическая обработка экспериментальных данных и математическое моделирование проводились с использованием ПЭВМ. Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается хорошей сходимостью математических моделей с результатами ла-бораторно-полевых и эксплуатационных исследований полноприводных тракторов. Адекватность математических моделей проверялась по F - критерию. Теоретические исследования выполнялись с применением математических методов и обрабатывались с помощью современных средств вычислительной техники с применением программного обеспечения Microsoft Excel, Statistics 5, Basic. Практическая ценность работы заключается в разработке технической документации по совершенствованию конструкции трактора ЛТЗ-155 и рекомендаций по повышению эффективности его эксплуатации, переданных в ОГК ОАО «Липецкий тракторостроительный завод». Реализация технических решений повышает производительность трактора на энергоемких операциях на 15-20 %, позволяет снизить погектарный расход топлива и повысить тяговый КПД трактора на 10-12 %.
Реализация работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований реализованы на ОАО «Липецкий тракторостроительный завод» в новой модели трактора ЛТЗ-155.4М, образец которой демонстрировался на международных выставках «ЮгАгроПром / ЮгАгроПищемаш», проходивших в г. Краснодаре в 2001 и 2002 гг.
Рекомендации вошли в инструкцию по эксплуатации трактора ЛТЗ-155 и используются в СПК «Чапаева» Петровского района; КФК «Шерстнева» Лысогорского района; ЗАО ПЗ «Алтайский» Новоузенского района Саратовской области при выполнении пахотных работ.
Давление воздуха в шинах и геометрические отклонения от номинальных размеров
В результате аналитических исследований, описание которых приведено в 3 главе, выявлены теоретические зависимости, определяющие степень влияния конструктивных и эксплуатационных факторов на тягово-сцепные показатели полноприводного трактора в составе агрегата. Получены теоретические выражения для нахождения оптимальных значений эксплуатационных факторов, соответствующие максимальному значению силы тяги на крюке. Многообразие действующих факторов и сложность исследуемого процесса вызывают необходимость проведения экспериментальных исследований, а принятые допущения предусматривают проверку полученных аналитических зависимостей на адекватность.
Для подтверждения аналитических исследований (см. главу 3) по определению влияния нормальных реакций и давления воздуха в шинах на распределение ведущего момента в блокировочном приводе трактора и его эксплуатационные показатели были проведены экспериментальные исследования. В связи с большим количеством факторов, определяющих тягово-сцепные характеристики полноприводных тракторов, степень влияния которых трудно или невозможно учесть, а также противоречивостью априорной информации исследования проводились в два этапа. На первом этапе исследования проводились на тракторе К-701 в тех условиях, которые исключали или сводили к минимуму влияние отдельных факторов или их групп, а именно: на сухой ровной бетонной дороге. При этом исключались такие факторы, как макро- и микрорельеф опорной поверхности и ее деформация, а также различия в сцепных свойствах колес передней и задней осей.
Программой экспериментальных исследований предусматривается: проведение дорожно-полевьгх, тяговых и эксплуатационных испытаний; обработка экспериментальных данных и их анализ с целью проверки адекватности и уточнения математической модели; проверки работоспособности механизма оптимизации кинематического несоответствия.
При исследовании изменялись: вертикальная R и горизонтальная составляющие Рф силы тяги на крюке; давление воздуха в шинах РВ1, скорость движения, дорожный фон.
Изменение вертикальной и горизонтальной составляющих силы тяги на крюке осуществлялось за счет сочетания транспортных средств: прицепных и полуприцепных — и степени их загруженности.
Задачи экспериментальных исследований. Экспериментальные исследования проводились с целью подтверждения теоретических предпосылок, а также для определения новых факторов, влияющих на тягово-сцепные показатели, обусловленных непосредственно условиями эксплуатации и особенностью конструкции трактора. В задачи экспериментальных исследований входило: определить влияние нормальных реакций и давления воздуха в шинах на распределение ведущего момента по мостам трактора; выявить влияние перераспределения ведущего момента на тягово-сцепные и эксплуатационные показатели трактора; провести сравнительные исследования трактора с блокированным и дифференциальным приводами на основных сельскохозяйственных операциях; обосновать критерий оптимального перераспределения ведущего момента по осям трактора; провести экспериментальную проверку способа повышения тягово-сцепных свойств полноприводных и колесных тракторов; определить влияние конструктивных особенностей трактора и агрегатируе-мой машины на эксплуатационные показатели агрегата. Тензометрическая лаборатория состояла из осциллографа Н070, многоканального усилителя «Топаз-3-001», первичных датчиков, тензозвеньев и блока питания аппаратуры. Все элементы лаборатории размещались в кабине трактора (рис. 4.2). Измерение силы тяги на крюке производилось тензометрической навеской (рис. 4.3), состоящей из силоизмерительного устройства и тензомет-рических тяг. При определении оптимальных режимов работы ТТА с целью сокращения количества опытов, как уже отмечалось, использовалась теория планирования эксперимента. Исходя из целей исследования, а также учитывая требования, сформулированные в ряде работ [187-188], за параметр оптимизации многофакторного эксперимента принят тяговый КПД трактора т[т. При движении тракторно-транспортного агрегата на параметр оптимизации оказывает влияние большое количество факторов: состав транспортного агрегата и масса перевозимого груза, давление воздуха в шинах и вид опорной поверхности, скорость движения и т.д., которые необходимо учитывать. Это приводит к увеличению количества опытов, т.е. возникает основное противоречие с теорией планирования, требующей уменьшение количества опытов. Это противоречие устранялось за счет фиксирования определенных факторов при реализации плана эксперимента и проведения дополнительных сравнительных опытов при фиксировании другой группы факторов. Исходя из анализа априорной информации [56, 190, 191] и анализа результатов предыдущих экспериментальных исследований [72, 75], а также требований, предъявляемых к факторам при планировании эксперимента, были выбраны следующие эксплуатационные факторы: 1. Давление воздуха в шинах заднего моста. 2. Вертикальная составляющая реакции прицепа. 3. Сила тяги на крюке. Для определения оптимальных значений давления воздуха в шинах Ръш вертикальной составляющей крюковой силы Р и ее горизонтальной составляющей Рф использовалась теория планирования эксперимента. Ввиду неполного знания механизма процесса и недостаточной априорной информации о влиянии вышеперечисленных факторов на тяговый КПД трактора планирование эксперимента осуществлялось в два этапа. На первом этапе планирования наиболее целесообразно неизвестную функцию отклика аппроксимировать полиномом первой степени:
Планирование многофакторного эксперимента; выбор параметра оптимизации и определение факторов планирования
Комплекс контрольно измерительной аппаратуры состоит из светолучево-го многоканального осциллографа К-20-22, тензометрического усилителя «То-паз-3-02», блока электронных счетчиков импульсов, расходомера топлива ИП-179, отметчиков оборотов ведущих колес и «пятого» путеизмерительного колеса, первичных датчиков тензозвеньев, датчика давления масла в гидроцилиндре.
Питание элементов тензометрической установки осуществляется раздельно от АКБ. С целью предотвращения «наводок» от возможных источников электромагнитного излучения все элементы тензометрической установки и корпус трактора соединялись «нулевым» проводом. Основные элементы тензометрической установки и АКБ устанавливались на платформе, расположенной на задних крыльях трактора. Управление приборами осуществлялось дистанционно из кабины трактора.
Комплекс контрольно-измерительной аппаратуры осуществляет измерение и запись как непрерывно регистрируемых величин, так и дискретных. Усилия в механизме навески (рис. 4.10): центральной тяге, вертикальных раскосах и горизонтальных тягах, а также давление масла в гидроцилиндре регистрировались на ленте осциллографа.
Измерение расхода топлива во время экспериментальных исследований производилось с помощью известного импульсно-объемного расходомера топлива ИП-179. Измерение проводилось дискретно. Частота вращения ведущих колес трактора измерялась дискретно, 6 отметок за 1 оборот колеса; для этого на диске колеса устанавливались магниты, а на кронштейне - управляющий геркон. Скорость движения тракторного агрегата и пройденный путь измерялись дискретно с помощью путеизмерительного «пятого» колеса: за один оборот «пятого колеса» производилось 3 отметки.
Регистрация дискретных сигналов производилась блоком электронных счетчиков импульсов, установленным в кабине трактора, а также на ленте осциллографа. Время опыта регистрировалось электронным секундомером, а также устанавливалось электронным таймером, управляющим счетчиком импульсов.
Методика проведения лабораторно-полевых испытаний трактора. Подготовка и проведение испытаний трактора ЛТЗ-155 соответствовали ГОСТ 7057-91 и принятой методике [165]. Контроль за правильностью выбора режима при исследовании осуществлялся с помощью контрольных приборов трактора и визуально. Однако в методику проведения испытаний были внесены некоторые изменения, не затрагивающие принципа проведения испытаний.
Согласно существующей методике регистрация измеряемых параметров должна производиться на зачетном участке длиной не меньше 80 м. Для увеличения точности измерения и проведения первичной обработки результатов опыта измерение регистрируемых параметров проводилось по времени. Исходя из условия получения достоверных результатов, длина временного интервала составляла 90 с, что соответствует длине зачетного участка 140-150 м. Время опыта устанавливалось электронным таймером, совмещенным с электронным блоком счетчиков импульсов.
С учетом вышеизложенного методика проведения опыта заключалась в следующем; в начале подготовительного участка тракторист по команде оператора включает заданную передачу и выезжает на линию динамометрирования, стремясь сохранить прямолинейность движения. При подходе к зачетному участку оператор включает осциллограф.
При выходе трактора на линию зачетного участка оператор включает таймер электронных счетчиков импульсов и отметчик времени осциллографа. В конце зачетного участка, по истечении установленного времени, таймер производит отключение счетчиков импульсов, а оператор производит отключение отметчика времени осциллографа.
После каждого опыта проводились первичная обработка информации, получаемой со счетчиков импульсов, и ее анализ. В случае «выброса» - резкого изменения регистрируемых величин — опыт повторяли. Осциллограммы и другая исходная информация обрабатывались в соответствии с методиками [164, 193, 167,194, 170,171].
Объем выборки дискретных измерений и число реализаций при обосновании оптимальных режимов устанавливались с учетом относительной ошибки измерения и надежности определения исследуемых величин [164, 193, 167]. Определение вероятностно-статистических оценок при реализации процессов производили по времени, т.е. по одной реализации на достаточном интервале. В процессе обработки экспериментальных данных устанавливались: закон распределения основных параметров, регистрируемых на ленту осциллографа; их вероятностно-статистические оценки, корреляционные зависимости и т.д.
Экспериментальная проверка основных теоретических положений по обоснованию влияния давления воздуха в шинах и угла действия силы тяги на крюке на тягово-сцепные показатели трактора проведена на основе теории многофакторного эксперимента [187, 189].
Сравнительные оценки эксплуатационных показателей серийного и исследуемого пахотных агрегатов определялись в соответствии с ГОСТ 24055-80 и ОСТ 10.2.-2-86.
Методика определения буксования трактора. Обобщенным показателем соответствия тягово-сцепных показателей трактора и силы тяги на крюке является буксование. С увеличением касательной силы тяги величина буксования трактора, при прочих равных условиях, снижается, а с уменьшением силы тяги возрастает. Для каждого вида движителя существует оптимальная величина буксования, которая характеризует степень использования сцепного веса трактора. Увеличение буксования выше оптимального, так же как и ее уменьшение, приводит к снижению тягового КПД трактора, производительности и увеличению эксплуатационных затрат.
Влияние давления воздуха в шинах на эксплуатационные показатели трактора
При работе трактора в составе агрегата на его эксплуатационные показатели действует значительное количество факторов, степень влияния которых трудно или невозможно учесть. В результате аналитических исследований (см. глава 3) установлено, что наибольшее влияние оказывают: вид привода, давление воздуха в шинах и нормальные реакции, действующие на оси, угол действия силы тяги на крюке и рабочая поверхность.
Для подтверждения аналитических исследований были проведены экспериментальные исследования. Степень влияния вышеназванных факторов на тя-гово-сцепные и эксплуатационные показатели трактора можно оценить при анализе результатов экспериментальных исследований.
В результате экспериментальных исследований установлено, что давление воздуха в шинах, так же как и нормальные реакции на осях трактора, существенным образом влияет на перераспределение ведущего момента и его эксплуатационные показатели.
Анализ графиков (рис. 5.1) показывает, что при равных давлениях воздуха в шинах ведущих мостов увеличение нормальных реакций на колесах задней оси приводит к снижению ведущего момента на колесах передней ведущей оси. В то же время увеличение давления воздуха в шинах задней оси, независимо от величины нормальных реакций, приводит к уменьшению ведущего момента на колесах передней ведущей оси и возрастанию момента на колесах задней оси.
Такое распределение ведущего момента объясняется тем, что при давлении Лшз = Н0 кПа кинематические радиусы колес передней оси больше кинематических радиусов колес задней оси, то есть гт ГЮ) следовательно, ведущий момент на них больше, чем на колесах задней оси. Повышение давления воздуха в шинах приводит к увеличению кинематических радиусов колес задней оси и увеличению на них ведущего момента. При определенном давлении воздуха в шинах ведущие моменты равны, то есть М„ = Mj, дальнейшее увеличение давления приводит к тому, что статические радиусы колес задней оси становятся больше кинематических радиусов передней оси, то есть rm rCTn. Последнее вызывает дальнейшее перераспределение ведущего момента. При давлении воздуха свыше 150 кПа при Ркр = 3,2 кН и укр = 65,5 на колесах передней оси возникает устойчивый тормозной момент.
Таким образом, изменение вертикальных реакций на колесах ведущих мостов трактора, так же как и изменение давления воздуха в шинах заднего моста, приводит к аналогичным результатам — существенному перераспределению ведущих моментов. Полученные экспериментальные зависимости Мт=ДРш), Л/м =/[Рш) могут быть использованы в выражении (5.3) для определения оптимальных давлений воздуха в шинах задней оси моста при различных вариантах агрегатирования.
Перераспределение ведущего момента в движителе оказывает влияние на изменение суммарного ведущего момента при постоянной величине крюковой силы (рис. 5.2). Из графиков видно, что с увеличением давления воздуха в шинах задней оси вначале происходит снижение суммарного ведущего момента, а затем его возрастание. При этом минимальные значения ведущего момента с возрастанием составляющих крюковой силы смещаются в область повышения давления в шинах задней оси. Нелинейное изменение ведущего момента связано с неоднозначным изменением потерь от нормальной тангенциальной деформации шин в результате изменения давления воздуха в шинах и нормальных реакций на них.
При низких давлениях воздуха в шинах задней оси существенное значение имеют как потери от вертикальной деформации в шинах заднего моста, так и потери, обусловленные кинематическим несоответствием, в результате различия радиусов качения колес /Vn, гт. Увеличение давления воздуха в шинах задней оси приводит к росту их кинематических радиусов, вследствие чего снижаются потери как от нормальной деформации, так и от кинематического несоответствия.
При определенном значении давления воздуха в шинах, величина которого зависит от нормальных реакций на ведущих мостах, потери минимальны. Дальнейшее увеличение давления воздуха приводит к уменьшению потерь от тангенциальной деформации шин в результате увеличения кинематического несоответствия.
В связи с тем, что величина нормальных реакций на ведущих мостах определяется величиной составляющих крюковой силы, то, следовательно, каждому варианту агрегатирования будет соответствовать определенное оптимальное давление в шинах трактора.
В то же время нормальные реакции на колесах ведущих мостов и давление воздуха в шинах определяют статические радиусы колес и величину кинематического несоответствия. Следовательно, каждому варианту агрегатирования соответствует определенная, величина кинематического несоответствия. Но так как величина кинематического несоответствия влияет на изменение суммарного ведущего момента, независимо от причин, ее вызывающих, то, следовательно, изменяя давление воздуха в шинах Рт и угол действия крюковой силы у,ф, можно выбрать оптимальное их значение при любом значении крюковой силы Ркр и варианте агрегатирования.
Перераспределение ведущего момента по мостам трактора ссютветствующим образом влияет на экономические и эксплуатационные показатели трактора. На рис. 5.3 представлена графическая зависимость изменения тягового КПД трактора от перераспределения ведущего момента и изменения расхода топлива (рис. 5.4).
Аналогичные результаты получены при работе трактора К-701М (рис. 5.5) на деформируемой поверхности (на поле, подготовленном под посев), однако изменение суммарного ведущего момента трактора и эксплуатационных характеристик в зависимости от давления воздуха в шинах, происходит менее интенсивно.
Последнее объясняется тем, что при движении трактора по деформируемой поверхности происходит не только деформация шины и грунта, но и продольный сдвиг поверхностного слоя. Кроме того, колеса передней оси, перемещаясь по «свежей» поверхности, деформируют ее в большей степени, чем колеса задней оси, перекатывающиеся по предварительно уплотненной поверхности. Деформация шин передней оси при этом меньше, чем деформация задних шин. Таким образом, различные условия движения колес передней и задней осей, различная деформация шин, а также продольная деформация и перемещение поверхностного слоя почвы в значительной степени снижают величину кинематического несоответствия в блокированном приводе трактора.
