Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса. цель и задачи исследования
1.1 Анализ тягово-сцепных устройств и влияния их технического состояния на эффектность использования тракторно-транспортных агрегатов 13
1.2 Основные причины потери работоспособности и эксплуатационной надежности упруго демпфирующих тягово-сцепных устройств 21
1.3 Ресурсосберегающие триботехнические методы повышения долговечности и обеспечения работоспособности трибосопряжений устройств и машин 26
1.3.1 Анализ влияния различных присадок в масло на начальные и установившие износы трибосопряжений мобильной сельскохозяйственной техники 35
1.3.2 Методы упрочнения трущихся деталей и технологические
способы нанесения покрытий 46
1.4 Выводы. Цель и задачи исследования 55
2 Общая методика и структура экспериментальных исследований
2.1 Программа и структура исследований 57
2.2 Технологические основы получения металлсодержащей смазочной композиции и комплексного покрытия 60
2.2.1 Получение ультрадисперсного порошка 60
2.2.2 Приготовление смазочной композиции 62
2.2.3 Новые экологически чистые добавки к маслу на основе координационных соединений редкоземельных элементов. Технология получения смазочной композиции 65
2.2.4 Выбор и обоснование упрочняющего антифрикционного покрытия при экспериментальных исследованиях
Методика проведения лабораторных испытаний 77
Методика проведения эксплуатационных испытаний 89
1 Задачи экспериментального исследования 89
2 Выбор и обоснование объекта исследования 90
3 Описание экспериментальной установки 92
4 Программа и содержание экспериментальных исследований 93
5 Измерительные приборы и оборудование, применяемые для проведения экспериментальных исследований 94
6 Тарировка и определение погрешности измерительных приборов и оборудования 97
7 Методика определения скорости движения тракторно-транспортного агрегата 98
8 Подготовка тракторпо-транспортного агрегата и измерительной аппаратуры для выполнения опыта 99 Обработка экспериментальных данных и оценка точности измерения 100 Выводы 104
Теоретическое обоснование возможности повышения долговечности и обеспечения работоспособности ресурсоопределяющих рибосопряжений тягово-сцепных устройств
Моделирование процессов изнашивания трущихся деталей тягово-сцепных устройств и прогнозирование их долговечности 105
Математическое моделирование движения тракторно- транспортного агрегата с упругодемпфирующим тягово- сцепным устройством и серийным ТСУ 111
Выводы 126
Экспериментальные исследования эффективности смазочных композиций и комплексных покрытий
Сравнительные триботехнические испытания масел и присадок на машине трения СМЦ-2М 127
1 Результаты лабораторных испытаний 127
Физико-химические свойства масел и присадок 136
1 Свойства присадок на основе солей редкоземельных элементов и определение срабатывания присадок 136
2 Свойства сверхтонких порошков металлов, реализующих эффект безызносности 138
Триботехнические испытания покрытий и их физико- механические свойства 146
1 Износные испытания образцов 146
Исследование физико-механических свойств покрытия 153
1 Химико-математическая модель процесса нанесения упрочняющих покрытий 154
2 Структура и свойства комплексного покрытия 159
3 Технология и оборудование участка для упрочнения деталей ТСУ комплексными покрытиями 165
Требования по безопасности жизнедеятельности и экологии 169
Выводы 170
Анализ результатов эксплуатационных испытаний тракторно-транспортного агрегата с экспериментальным упруго- демпфирующим тягово-сцепным устройством и внедрение разработок в АПК
Результаты экспериментальных исследований 171
1 Влияние типа ТСУ на условия труда оператора 172
2 Влияние типа ТСУ на скорость движения ТТА при транспортировке грузов различной массы 173
3 Влияние типа ТСУ на топливную экономичность при движении ТТА 175
4 Сравнительная характеристика теоретических и экспери ментальных исследований тягового усилия и среднеквадра- тических значений ускорений 177
Результаты эксплуатационных испытаний ТТА с упругодемп-фирующим тягово-сцепным устройством и внедрение разработок в сельскохозяйственное производство 178
Выводы 180
6 Оценка технико-экономической эффективности применения экспериментального удтсу при эксплуатации тракторно-транспортных агрегатов
6.1 Производительность тракторно-транспортного агрегата 181
6.2 Затраты труда на перевозку грузов 182
6.3 Прямые эксплуатационные затраты на единицу выработки 182
6.3.1 Заработная плата обслуживающего персонала 183
6.3.2 Затраты наГСМ 183
6.3.3 Затраты на реновацию 184
6.3.4 Затраты на капитальный ремонт и техническое обслуживание 185
6.4 Удельные капитальные вложения на единицу наработки 186
6.5 Приведенные затраты 187
6.6 Годовой экономический эффект 188
6.7 Расчет экономической эффективности от применения металлоплакирующих добавок в рабочую жидкость гидроамортизатора ТСУ 188
6.8 Расчет экономической эффективности технологии упрочнения трущихся деталей экспериментальных УДТСУ применением комплексных покрытий 190
6.9 Выводы 193
Общие выводы 194
Список литературы
- Основные причины потери работоспособности и эксплуатационной надежности упруго демпфирующих тягово-сцепных устройств
- Технологические основы получения металлсодержащей смазочной композиции и комплексного покрытия
- Математическое моделирование движения тракторно- транспортного агрегата с упругодемпфирующим тягово- сцепным устройством и серийным ТСУ
- Влияние типа ТСУ на скорость движения ТТА при транспортировке грузов различной массы
Введение к работе
Одной из основных проблем в сельском хозяйстве является дефицит транспорта для перевозки сельскохозяйственных грузов. Важный резерв этой проблемы - применение наряду с автомобилями тракторно-транспортных агрегатов (ТТА), годовой объем перевозок которыми достигает 40 %.
Движение ТТА в реальных условиях сопровождается быстротечным и изменчивым характером величины тягового усилия.
Для стабилизации тягового усилия, улучшающего эксплуатационные и эргономические показатели ТТА, целесообразно использовать в точке зацепа тягача и прицепа тягово-сцепное устройство (ТСУ) с упругодемпфи-рующим элементом. Анализ литературных источников показал, что главной причиной выхода из строя (в 80-90 % случаях) современных ТСУ является не поломка, а износ подвижных сопряжений и рабочих органов под влиянием сил трения. Наиболее «слабыми» сопряжениями являются пары трения «поршень - цилиндр» гидроамортизатора и шарнирное соединение «сцеп -расцеп» ТСУ, на долю которых приходится до 25 % всех отказов. К тому же работа ТСУ в большей степени определяется наличием гидравлического амортизатора, работоспособность которого зависит от изнашивания трибо-сопряжений «поршень - цилиндр» и устройства, обеспечивающего автоматическое сцепление и расцепление звеньев ТТА, что, в конечном итоге, влияет на демпфирование и параметры изменения тягового усилия при ускорении ТТА.
Отсюда возникает необходимость обеспечения работоспособности и повышения долговечности ТСУ такими триботехническими методами, как, например, применение ультрадисперсных и редкоземельных металлоплаки-рующих присадок к маслу и упрочнение деталей комплексными покрытиями, определение эффективности которых требует дальнейших исследований.
В связи с этим разработка новых эффективных триботехнологий, которые обеспечат работоспособность и повышение ресурса трущихся деталей тя-гово-сцепных устройств в соответствии с предъявляемыми требованиями, яв-
ляется актуальной проблемой, имеющей важное значение для повышения безопасности движения, производительности и эргономики ТТА.
Актуальность работы подтверждается также и тем, что она проводилась в соответствии с планом развития Саратовской области по выполнению научного направления 1.2.9. «Комплексная региональная программа научно-технического прогресса в Агропромышленном комплексе Поволжского экономического региона на 20 лет до 2010 года» (№ гос. регистрации 840005200) и комплексной темой № 5 «Повышение надежности и эффективности использования мобильной техники в сельском хозяйстве», разделом № 3 «Эффективность использования и повышение работоспособности тракторной техники при эксплуатации» НИР ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ имени Н.И. Вавилова».
Цель работы. Повышение долговечности трущихся деталей упруго-демпфирующего тягово-сцепного устройства триботехническими методами, обеспечивающими его работоспособность и эффективность использования тракторно-транспортного агрегата.
Объект исследований. Тягово-сцепные устройства тракторно-транспортных агрегатов на базе тракторов МТЗ-80/82 и прицепа 2ПТС-4.
Предмет исследований. Тепловые и физико-химические процессы, протекающие в поверхностных слоях трущихся деталей тягово-сцепных устройств.
Методика исследований основана на применении современных методов, технических средств, измерительных приборов. Включает в себя изучение и анализ условий работы тягово-сцепных устройств, характера и величины износа трущихся деталей с использованием статистических методов и ЭВМ для обработки полученной информации; анализ и обоснование существующих триботехнических методов повышения антифрикционных и износостойких свойств поверхностей трения деталей различных типов тягово-сцепных устройств; исследование трибологических и физико-химических свойств металлоплакирующих присадок к маслу и упрочняющих покрытий;
сравнительные исследования образцов на машине трения СМЦ-2М и экспериментальных ТСУ в эксплуатации; определение оптимальных концентраций металлоплакирующей добавки в масло и режимов нанесения комплексных покрытий с разработкой технологического процесса упрочнения; технико-экономическую и экологическую оценку.
Обработку полученных экспериментальных данных проводили с помощью современного программного обеспечения и процессора «Intel Pentium IV».
Научная новизна диссертации заключается в комплексном подходе к решению проблемы повышения долговечности пар трения тягово-сцепных устройств тракторно-транспортных агрегатов путем применения металло-плакирующих присадок и комплексных покрытий, к анализу и обобщению теоретических положений и закономерностей, в результате которых:
установлены характер и степень влияния различных факторов на эко-' комические и ресурсные показатели тягово-сцепных устройств;
разработана математическая модель движения тракторно-транспортного агрегата и получены зависимости, определяющие влияние ряда факторов на эргономические и триботехнические показатели ТТА при использовании серийного и экспериментального ТСУ;
осуществлены теоретическое обобщение и выбор металлоплакирующих добавок в масло для рабочих поверхностей ресурсоопределяющих трибосопря-жений тягово-сцепных устройств;
решена задача упрочнения «слабых» деталей три босо пряжений ТСУ комплексными покрытиями с разработкой химико-математической модели их нанесения;
разработаны рекомендации и комплекс триботехнических методов и средств для реализации мероприятий, обеспечивающих снижение начальных и установившихся износов деталей ТСУ.
Практическая ценность работы. Предложен и внедрен в производство комплекс триботехнических мероприятий и конструктивных разработок, которые позволяют:
повысить качество трущихся поверхностей и улучшить эффективность работы ТСУ, а также снизить начальный и установившийся износ трущихся деталей в 1,4-1,8 раза;
улучшить динамику, повысить безопасность движения и производительность тракторно-транспортного агрегата на 16-22 %;
получить от внедрения разработанных инженерных методов, новых смазочных составов и технологии упрочнения трущихся деталей тягово-сцепных устройств годовой экономический эффект 26303 руб. на один тракторно-транспортный агрегат.
Реализация результатов исследований. Результаты работы могут быть использованы при обосновании и расчетах ТТА в отраслях Министерства сельского хозяйства РФ, проектировании тягово-сцепных устройств в конструкторских бюро заводов сельскохозяйственного машиностроения, применении смазочных композиций и технологии упрочнения трущихся деталей различных типов ТСУ комплексными покрытиями, а также в учебном процессе вузов аграрного образования при изучении дисциплин «Надежность и ремонт машин», «Тракторы и автомобили», «Эксплуатация машинно-тракторного парка» и «Триботехника».
Достоверность и обоснованность результатов исследования подтверждены математическим и компьютерным моделированием, а также достаточной сходимостью результатов теоретических исследований и экспериментальных испытаний опытных образцов ТСУ.
Внедрение. Разработанные в диссертации триботехнические методы повышения эффективности и ресурса упругодемпфирующих тягово-сцепных устройств, а также способы их совершенствования (патенты РФ № 2154581 и 2156700) внедрены во ФГУП «ГКБ по прицепам», АООТ «ПРИЦЕП» и в ряде хозяйств Саратовской области.
На основании результатов исследований разработаны и утверждены рекомендации по обеспечению работоспособности и повышению ресурса трущихся деталей упру го демпфирующих тягово-сцепных устройств.
В работе определены и выносятся на защиту следующие научные
положения:
1. Теоретические предпосылки повышения долговечности ресурсоопреде-
ляющих трибосопряжений упругодемпфирующих тягово-сцепных уст
ройств ТТА.
Результаты исследований металлсодержащих смазочных композиций.
Химико-математическая модель процесса нанесения комплексных покрытий.
Рекомендации по применению предлагаемых разработок, обеспечивающих работоспособность и повышение ресурса экспериментальных упруго-демпфирующих тягово-сцепных устройств тракторно-транспортных агрегатов, их экономическая и экологическая оценка.
Апробация работы. Основные положения диссертации и её результаты были доложены, обсуждены, экспонировались и получили положительную оценку:
на научно-технических конференциях СГАУ им. Н.И. Вавилова и СГТУ (Саратов, 2002-2005 гг.);
на межгосударственном научно-техническом семинаре «Проблемы экономичности и эксплуатации ДВС в АПК СНГ» (Саратов, 2003-2004 гг.);
на научно-технической конференции АЧГАА (Зерноград, 2002 г.);
на пятой Международной практической конференции «Технологии ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов, оборудования и металлоконструкций» (г. Санкт-Петербург, 2003 г.);
на научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, посвященной 117-й годовщине со дня рождения академика Н.И. Вавилова (г. Саратов, 2004 г.);
на Международной научно-практической конференции «Ульяновские чтения» (г. Саратов, СГАУ им. Н.И. Вавилова, 2005 г.);
на расширенном заседании кафедры «Надежность и ремонт машин» СГАУ им. Н.И. Вавилова в 2005 г.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 22 научных работах, в том числе в 2 патентах РФ на изобретения и в научно-практических рекомендациях. Общий объем публикаций - 8,76 печ. л., из которых 3,21 печ. л, принадлежит лично соискателю,
В работе использованы материалы исследований, полученные совместно с сотрудником кафедры «Тракторы и автомобили» ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова». *
Структура и объём работы. Диссертация изложена на 210 страницах машинописного текста, состоит из введения, шести разделов, общих выводов, списка литературы, 10 таблиц, 68 рисунков, 28 приложений. Список использованной литературы включает в себя 158 наименований, из них 9 - на иностранном языке.
* Решение 2, 4 задач осуществлялось при участии к.т.н., доцента кафедры «Тракторы и автомобили» ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова» Алексеева Сергея Александрови-
1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
Основные причины потери работоспособности и эксплуатационной надежности упруго демпфирующих тягово-сцепных устройств
В связи с возрастанием перевозок грузов в сельском хозяйстве тракторным транспортом остро встает вопрос о повышении темпов по развитию и изучению эксплуатационной надежности тракторно-транспортных агрегатов с позиций более точного определения обоснованных критериев предельного состояния тягово-сцепных устройств, их технического обслуживания и ремонта. Необходимо дальнейшее совершенствование системы обеспечения работоспособности тягово-сцепных устройств, что в конечном итоге сказывается на эффективности работы тракторного транспорта.
Известно, что в процессе эксплуатации тягово-сцепного устройства воздействует большое число эксплуатационных факторов, причем в самом непредсказуемом сочетании, которые значительно влияют на долговечность (ресурс) тягово-сцепного устройства, его работоспособность и эксплуатационную надежность. Более того, эксплуатационные факторы и по природе, и по уровню (степени) воздействия отличаются большим многообразием.
В большинстве работ [22, 23] эксплуатационные факторы подразделяют на дорожные, транспортные и природно-климатические. В работах [24, 25] рассматривается и четвертая составляющая - культура эксплуатации.
По результатам анализа этих и других разработок предложена структурная схема классификации условий эксплуатации и характеризующих их эксплуатационных факторов (рисунок 1.5)1393
Техническое состояние упруго демпфирующего тягово-сцепного устройства определяется совокупностью изменяющихся свойств его элементов, характеризуемых текущим значением конструктивных параметров. К основным причинам изменения конструктивных параметров и технического состояния можно отнести следующие: нагружение элементов; взаимное перемещение элементов; воздействие тепловой энергии; воздействие внешней среды (влага, ветер, температура, солнечная ра диация); воздействие оператора; изнашивание подвижных трибосопряжений.
Последствиями изменения конструктивных параметров во времени являются изнашивание, коррозия, усталостные разрушения, пластические деформации, температурные разрушения и изменения, старение и др.
В результате постоянно происходящих вышеуказанных процессов снижается работоспособность и эксплуатационная надежность тягово-сцепного устройства, возникают отказы и неисправности.
Распределим критерия и показатели, в основном уже рассмотренные нами, характеризующие условия эксплуатации упругодемпфирующего тяго-во-сцепного устройства, с упорядочением и предложением по систематизации и учету их влияния (рисунок 1.6).
Анализ факторов, определяющих изменение технического состояния упругодемпфирующего тягово-сцепного устройства, показывает, что они отличаются большим разнообразием. Для ясного представления степени влияния режимов работы тракторно-транспортного агрегата на износ упруго-демпфирующего тягово-сцепного устройства, по сравнению с другими факторами (рисунок 1.6), предлагается классификация факторов, влияющих на ресурс (рисунок 1.7)[ЗШ.
Из рисунка 1.7 видно, что влияние эксплуатационных факторов на ресурс обусловлено присутствием тягового усилия в точке сцепа звеньев тракторно-транспортного агрегата, механическим воздействием в зоне контакта деталей тягово-сцепного устройства и средой. Механические воздействия обусловлены в основном режимами работы сопряжений и их переменностью. Под режимами понимают различные рабочие состояния упругодемпфирующего тягово-сцепного устройства, характеризующиеся величинами тягового усилия, относительного перемещения звеньев тракторно-транспортного агрегата, тепловым состоянием. Характер изменения режима работы тягово-сцепного устройства многообразен.
Технологические основы получения металлсодержащей смазочной композиции и комплексного покрытия
Анализ существующих технологий получения ультрадисперсного порошка (УДП) позволил выбрать метод плазменной переконденсации, основанный на испарении крупнодисперсного порошка (сырья) или прутка необходимого металла в плазменном потоке с температурой 5000-6000 С и конденсации пара до УД частиц требуемого размера.
Синтез ультрадисперсных порошков - процесс, который разработан профессором Сафоновым В.В. [63], проводили следующим образом (рисунок 2,2). Дисперсное сырье из дозатора 4 пневмотранспортным газом поступало в плазменный испаритель 5, здесь происходило испарение сырья и конденсация УДП. Аэрозоль с УДП охлаждался в холодильнике и поступал через циклон 7 в бункер 8, где улавливалась часть УДП. Окончательное отделение УДП от технологического газа происходило при помощи фильтра 9. Устранение пирофор-ности порошка производилось в реакторе 10. Жидкий углеводород подавался из емкости 12 через дозатор 11 и покрывал УДП. Процесс происходил в среде нейтрального газа - аргона, циркулирующего с помощью компрессора 1 через ресивер 2. Распределение технологического газа по схеме осуществлялось при помощи газовой рампы 3.
Полученные таким образом частицы характеризовались следующими параметрами: размер - 0,01...0,03 мкм, удельная поверхность - 100...150 г/м2, Ультрадисперсные частицы имели сферическую форму и высокую химическую активность (рисунок 2.3).
Представленным выше способом были синтезированы и исследованы следующие классы порошков: а) чистые: Си, Zn, Ni, Fe, MoS2, Ai, BN; б) бинарные: Cu-Zn, Cu-Ni, Cu-Sn, Cu-Pb; в) легированные: Cu-Zn-P, Cu-Zn-S, Cu-Ni-P, Cu-Ni-S, Cu-Sn-P, Cu-Sn-S, Cu-Pb-P, Cu-Pb-S; г) композиционные: Си-АІ20з, Cu-BN, Cu-MoS2, Cu-Zn02.
Отдельные компоненты в сложных присадках выполняют строго дифференцированные функции: высокопрочная составляющая композиции обеспечивает необходимую механическую прочность, а пластичная (металлическая) часть способствует образованию защитных пленок на трущихся поверхностях.
Технология производства УДП позволяет плакировать твердую частицу слоем пластичного металла, что способствует более быстрому образованию пленки на поверхности трущихся деталей. Для приготовления смазочной композиции на основе УДП была разработана специальная установка (рисунок 2.4), (конструкции профессора Сафонова В.В. [63]).
Рисунок 2.3 - Ультрадисперсные частицы (х 300000)
Технология приготовления смазочной композиции заключается в следующем: из емкости 10 с помощью электронасоса 4 масло М-10-Г2 поступает в мерную емкость 2 с ценой деления 0,5 л. Из нее масло переливают в емкости 5 и 6 и содержимое их нагревают до температуры 140 С. Включают термостатированную емкость 1, заполненную глицерином, циркулирующим по рубашке реактора 6.
Температуру содержимого реактора доводят до 140 С. На аналитических весах типа В ЛР-200 взвешивают необходимое количество ПАВ (олеиновую кислоту) и сливают в емкость 5, где при температуре 140 С смесь перемешивают в течение 30 мин. На технических весах типа ВНЦ (с ценой деления 5 г) взвешивают необходимое количество порошкообразного наполнителя, перемешивают его в определенной пропорции с маслом и заливают в реактор 6. Далее включают перемешивающее устройство реактора и его циркуляционную систему. Содержимое реактора перемешивают в течение 15 мин. при температуре 140 С. После этого в реактор 6 из емкости 5 заливают необходимое количество смеси масла с ПАВ. Полученную многокомпонентную смесь перемешивают в течение 30 мин. при температуре 140 С. Готовую суспензию из реактора б в горячем виде с по мощью насоса 4 перекачивают в емкость 8, где она остывает до температуры ниже 60 С, после чего ее сливают в подготовленную тару.
Разработанная металлплакирующая присадка ПМЦ-2 к гидравлическому маслу (ГОСТ 6794-75) представляет собой седиментационно-устойчивую суспензию ультрадисперсного порошка смеси сплавов цветных металлов. Масло содержит сверхтонкие оксиды Cu-Zn с дисперсностью частиц - 80... 100 А и дополнительно содержит олеиновую кислоту при следующем соотношении, масс %: сверхтонкие оксиды Cu-Zn-0,08...0,2; олеиновая кислота-0,02...0,025; ок-тадециламин - 0,0045.. .0,009; масло - до 100.
Состав предлагаемой смазочной композиции обеспечивает диффузию его составляющих, определяющую структурные изменения и формирование поверхностных слоев трения деталей.
Для получения сверхтонких оксидов Cu-Zn использовалась латунь марки ЛА 67-2,5 (ГОСТ 17711-72). Олеиновая кислота использовалась в качестве стабилизатора для получения однородного состава во всем объеме и повышения седиментационной стойкости смазочной композиции. Молекулы олеиновой кислоты взаимодействуют с частицами Cu-Zn путем хемосорбции и способствуют их равномерному распределению в масле.
Математическое моделирование движения тракторно- транспортного агрегата с упругодемпфирующим тягово- сцепным устройством и серийным ТСУ
На движущийся ТТА со стороны дороги действуют в основном три случайных возмущения, которые существенно влияют на условия труда оператора, топливно-экономические и другие его эксплуатационные качества.
Во-первых, это неровности микропрофиля дороги, которые приводят к непрерывным колебаниям подрессоренных и неп одре ссоренных масс.
Во-вторых, уклоны дороги (подъемы и спуски), прежде всего влияющие на работу трансмиссии, тормозной системы и ТСУ тракторно-транспортного агрегата.
В-третьих, углы и радиусы поворота дорог в плане, которые оказывают влияние на нагруженность деталей рулевого управления, ходовой части, а также на скоростные качества ТТА и изнашивание трущихся деталей тягово-сцепного устройства.
Если рассматривать эксплуатационные причины неустановившегося движения, то здесь особое внимание необходимо уделить профессионализму механизатора, структуре транспортного агрегата и типов тормозных приводов его звеньев, изменению скоростей движения и режимов работы, износу трущихся деталей ТСУ.
Не менее важными являются конструктивные особенности, определяющие массу ТТА, геометрические параметры его звеньев, тягово-сцепные качества и др.
Неравномерность движения возникает из-за несогласованности составных звеньев и несовершенности тягово-сцепных устройств. Эффективным способом снижения неустановившегося движения ТТА является совершенствование его динамической системы.
Одним из таких путей является использование у пру го демпфирующих тягово-сцепных устройств, разработка и обоснование их основных параметров (приложение А - В) [144, 145].
Необходимо сказать, что практически все исследования виброзащиты человека и транспортного агрегата сводились к изучению высокочастотных колебаний. Однако наряду с высокочастотными колебаниями существенное влияние на человека-оператора и транспортный агрегат оказывают низкочастотные колебания.
Исследования любой колебательной системы включают в себя два этапа: 1. Исследование возмущающих воздействий. 2. Исследование работы гасителей колебаний.
Учитывая особенности исследования колебательной системы дорога-шина-транспортное средство-оператор, с целью определения влияния параметров движения ТТА, характеристик дорожного фона и величины изнашивания трущихся деталей ТСУ на эксплуатационные показатели ТТА в целом и оператора в частности, необходимо составить систему дифференциальных уравнений, описывающих движение ТТА с различными видами используемого тягово-сцепного устройства.
При составлении математической модели были приняты некоторые допущения. В отличие от рассматриваемых обычно моделей движения тракторно-транспортных агрегатов математическая модель агрегата имеет следующие особенности: вертикальные колебания трактора не учитываются; упругость колес и других упругих элементов рассматриваются при расчете только в горизонтальном направлении; в многомассовой модели ТТА материальными точками являются тягач, прицеп и оператор; ТТА движется прямолинейно; характеристика дорожной поверхности задается системой уравнений (учитывающих различный дорожный фон); все силы, действующие на колеса ТТА, суммируются в равнодействующие по осям; остовы трактора, прицепа, осей ТТА считаются абсолютно жесткими; качение колес происходит без пробуксовывания и проскальзывания.
Таким образом, в соответствии с вышеизложенными допущениями предложена следующая расчетная динамическая модель движения ТТА (рисунок 3.5).
Влияние типа ТСУ на скорость движения ТТА при транспортировке грузов различной массы
На рисунке 5.2 представлен график зависимости скорости движения ТТА от массы перевозимого груза, который указывает на то, что скорость снижается по мере увеличения массы перевозимого груза, а также при увеличении коэффициента сопротивления качению дорожного полотна. Однако на каждом из фонов при использовании экспериментального упругодемпфи-рующего тягово-сцепного устройства скорость увеличивается. Так, например, скорость движения ТТА при использовании экспериментального УДТСУ на асфальтированной дороге при нулевой загрузке прицепа возрастает с 6,9 до 7,8 м/с, а при максимальной загрузке прицепа - с 5,4 до 6,0 м/с.
Аналогичный характер изменения скорости наблюдается и при движении ТТА по грунтовой дороге и по стерне. Скорость движения ТТА на грунтовой дороге при нулевой загрузке прицепа возрастает с 5,0 до 6,0 м/с, при максимальной загрузке прицепа возрастает с 4,0 до 4,9 м/с. На стерне скорость движения ТТА при нулевой загрузке возрастает с 4,0 до 5,1 м/с, а при максимальной загрузке - с 3,1 до 4,0 м/с.
В процентном соотношении значение скорости движения ТТА при использовании экспериментального упругодемпфирующего тягово-сцепного устройства изменяется следующим образом: при движении по асфальтированной дороге возрастает в среднем на 18%, при движении по грунтовой дороге возрастает в среднем на 23% и при движении по стерне возрастает на 28%.
Повышение скорости движения ТТА, наблюдавшееся при проведении эксперимента и построении экспериментальных кривых, на всех дорожных фонах обусловлено тем, что скорость движения выбиралась из условий комфорта на рабочем месте оператора. Отсюда следует, что использование экспериментального упругодемпфирующего тягово-сцепного устройства обеспечивает снижение вибронагруженности рабочего места и, таким образом, обеспечивает улучшение условий труда оператора.
Одним из основных показателей при рассмотрении топливной экономичности ТТА при эксплуатации является расход топлива, отнесенный к единице наработки.
В данной работе при рассмотрении топливной экономичности был использован расход топлива в кг, отнесенный к выполненному объему работ в т км., т.е. удельный расход топлива в кг/т км.
На рисунке 5.3 представлен график зависимости удельного расхода топлива от массы перевозимого груза в зависимости от типа тягово-сцепного устройства и вида дорожного фона, который показывает, что при движении по разным фонам при увеличении массы перевозимого груза удельный расход топлива снижается. Это объясняется тем, что при увеличении загрузки прицепа увеличивается и объем выполненных работ.
Также из рисунка 5.3 видно, что на каждом из фонов при использовании экспериментального упругодемпфирующего ТСУ по сравнению с серийным ТСУ удельный расход топлива снижается. Так, при движении ТТА по асфальтированной дороге при использовании экспериментального УДТСУ кривая удельного расхода топлива располагается ниже кривой удельного расхода топлива при использовании серийного ТСУ и находится в пределах 0,094 - 0,078 кг/т км, а кривая удельного расхода топлива при движении ТТА с серийным ТСУ находится в пределах 0,099 - 0,080 кг/т км. При движении по грунтовой дороге и стерне кривые удельного расхода топлива имеют аналогичный характер. При движении ТТА по грунтовой дороге с экспериментальным УДТСУ удельный расход топлива находится в пределах 0,14 - 0,117 кг/т км, а с серийным ТСУ удельный расход топлива находится в пределах 0,15-0,122 кг/т км. При движении ТТА по стерне с экспериментальным УДТСУ удельный расход топлива находится в пределах 0,171 - 0,151 кг/т км, а с серийным ТСУ удельный расход топлива находится в пределах 0,18 -0,154 кг/т км.
Сравнение результатов на графиках удельного расхода топлива при движении ТТА по различным дорожным фонам с использованием экспериментального УДТСУ и серийного ТСУ позволяет сделать вывод, что при движении ТТА по асфальтированной дороге удельный расход топлива снижается на 6%, по грунтовой дороге удельный расход топлива снижается на 5% и при движении по стерне удельный расход топлива снижается на 4%.
Снижение удельного расхода топлива при использовании упруго-демпфирующего тягово-сцепного устройства объясняется тем, что повышается рабочая скорость движения, ведущая к увеличению объема выполненных работ тракторно-транспортным агрегатом и в конечном итоге к снижению удельного расхода топлива.
