Оценка эксплуатационной эффективности и проходимости колесных трелевочных тракторов с гидромеханической трансмиссией

Введение . В теории движения автомобилей, тракторов и различных мобильных систем, выполняющих полезную работу, проходимость считается сложнейшей проблемой [3, 5, 6]. Проходимость является понятием более емким, чем понятия некоторых других эксплуатационных свойств машин. Г.А. Смирнов [6] считает, что до сих пор нет единого определения этого свойства. По одному из наиболее простых определений под проходимостью колесных машин понимается их способность надежно двигаться по плохим дорогам и бездорожью [6]. Такое определение проходимости совершенно неприемлемо для оценки проходимости трелевочных тракторов, так как машина может «надежно двигаться», но не совершать полезную работу или движение будет сопровождаться недопустимо большими энергозатратами и т.д.

Наиболее четко понятие проходимости трелевочного трактора дано в работах проф. Г.М. Анисимова, которое с некоторыми уточнениями для колесного трелевочного трактора можно сформулировать так: проходимость трелевочного трактора есть совокупность свойств, отражающих способность машины выполнять заданную полезную работу при допустимых энергозатратах и минимальном отрицательном экологическом воздействии на окружающую среду и прежде всего на почво-грунт лесосеки.

Опубликовано несколько математических моделей проходимости автомобилей и сельскохозяйственных тракторов [3, 5], но они не позволяют оценивать проходимость машин количественно или вообще не пригодны для оценки проходимости колесных трелевочных тракторов, так как не учитывают особенности взаимодействия предмета труда с машиной и опорной поверхностью. Так, например, считается, что чем больше энергонасыщенность трактора G_N , определяемая отношением номинальной мощности двигателя N_en к массе (весу) трактора G , тем лучше проходимость трелевочной системы. Однако в монографии [2] доказано, что как недоэнергонасыщенность, так и переэнергонасыщенность трактора снижают его эксплуатационную эффективность. При этом под эксплуатационной эффективностью трелевочного трактора понимается максимальное использование его энергетического потенциала при трелевке пачки древесины, позволяющей определить оптимальное соотношение энергонасыщенности трактора и рейсовой нагрузки условиям эксплуатации. Высокая эксплуатационная эффективность достигается оптимальным соотношением свойств трелевочного трактора и пачки древесины для каждой энергонасыщенности трактора.

Цель исследований . Установление связи показателей эксплуатационной эффективности и проходимости колесного трелевочного трактора.

Задачи исследований. Анализ существующих математических моделей проходимости мобильных машин различного назначения, оценка возможности их использования для колесных трелевочных тракторов, разработка формулы для оценки проходимости колесных трелевочных тракторов и экспериментальная ее апробация.

Методы исследований. Проходимость трелевочной системы (трелевочный трактор – пачка древесины) в значительной мере зависит от силы сцепления движителя с опорной поверхностью Р ^ , которая определяется по следующему выражению [1]:

Р^ = р^сц _ р (G + Q1), где р - коэффициент сцепления движителя с опорной поверхностью; GC4 - сцепной вес; G - вес трактора; Q1- вес части пачки, размещенной на тракторе.

С увеличением сцепного веса от пачки древесины увеличивается необходимая сила тяги для совершения движения трелевочной системы. Значения коэффициента сцепления р в 2-3 раза больше суммарного значения коэффициента качения / и скольжения / П . Следовательно, и касательная сила тяги Р _к с увеличением веса пачки будет расти медленнее силы сцепления. Эта характерная особенность взаимодействия трелевочной машины с волоком влияет на проходимость системы и характеристики буксования.

Определение и прогнозирование эксплуатационной эффективности трелевочного трактора базируется на тяговом КПД. Для определения тягового КПД колесного трелевочного трактора ^ _тк в вероятностном представлении получена следующая формула:

,    1

’ ’■ = ’’ '^ 8 '    .^

(г»^- М Р „ ) .

28 2     /

Р кр

(Л- ^{М р} к )²ч

²⁸ Р к ) ^,

где ^ _тр - коэффициент, учитывающий все потери в трансмиссии;

• д₈ - коэффициент, учитывающий потери на буксование ведущих колес;

• выражение в скобках учитывает потери на качение трактора:

Р_кр, Р _к – крюковая и касательная сила тяги соответственно; М_{Р кр} , М_{Р к} – математическое ожидание крюковой и касательной силы тяги; 5 _Р кр , 5 _Р к - среднеквадратические отклонения крюковой и касательной силы тяги соответственно.

В монографиях и учебниках для оценки проходимости автомобилей рекомендуется применять комплексный фактор проходимости – П, предложенный в НАМИ [1]

П = ^ ^ т 'д т

Q ш :S ш ^ ш ’^ ш

где Q_T , Q _ш - полезная нагрузка при движении машины по труднопроходимому маршруту и шоссе; S- т , S _ш - длина испытательного участка труднопроходимого маршрута и шоссе; с т , с _ш - время движения машины по труднопроходимому маршруту и шоссе; д_т , д _ш - расход топлива по труднопроходимому маршруту и шоссе.

Для трелевочной системы на базе колесного трелевочного трактора формулу (3) можно записать

П    ОгУт^з Q э '^ э ’Р т

где Q _t, Q _э - вес пачки при трелевке древесины по тяжелому волоку с большим коэффициентом сопротивления движению и эталонному или типичному для данной местности; и т , ^ _э - средняя скорость движения трелевочной системы по соответствующим волокам; д _т, д _э - путевой расход топлива при трелевке по соответствующим волокам.

Эксплуатационная эффективность работы трелевочного трактора определяется при трелевке пачки древесины различного объема по конкретному волоку заданной длины. Тогда формулу (3) можно записать

П —

Q m ^^ э '9 э

^Q э '^ т' ^д т

где t ₃, t _T - время движения трелевочной системы по эталонному и тяжелому волокам.

Для эталонного и тяжелого волоков равной длины проходимость П можно выразить через часовую производительность трактора W ₄ (м³/ч)

w ч^Т •g э w ^ -д т ^,

где W ₄ ^t , W _ч^э - часовая производительность трактора при трелевке пачки по тяжелому и эталонному волокам соответственно. С введением новых показателей ^ _еэ и ф ук формулу (5) можно записать

П =

V s3 ^ yC ^g 3 п ээ Ч’ ук д

^— К л еэ ’ К 0 ук ’ К д ,

где К л _еэ = ^ ТэМ ; ^ ^ _ук = Ф у^эк /Ф у^тк ; К д = 9 э /9 т'; ^ еэ , ^ еэ — показатели эксплуатационной эффективности колесного трелевочного трактора при трелевке пачки древесины по тяжелому и эталонному волокам; Ф ук , Ф ук — условный коэффициент сопротивления движению пачки при трелевке по эталонному и тяжелому волокам.

Путевой расход топлива 9 _т и 9 _э можно определить по удельному технологическому расходу 9 _у и часовому расходу топлива G _T

⁹ т — ⁹у ' Q t ' ^ T ;   ⁹ э — ⁹ у ' Q э ' ^ э ,                                        ⁽⁸⁾

GT где 9у — Пт

В связи с тем, что эффективный удельный расход топлива в большой мере зависит от коэффициента загрузки двигателя по мощности К _N, установим связь

9 у — ^,                                 (9)

Чтк где 9к - удельный эффективный расход топлива двигателя в зависимости от КN.

Условный коэффициент сопротивления движению пачки может быть определен экспериментальным путем или по формуле, применяемой в исследовании гусеничных трелевочных тракторов [2]

Фук — Фд’ КG, где фд - коэффициент сопротивления движению трелевочной системы [1]; КG - коэффициент условной тяги системы

КG — ^Фк - где ^G - коэффициент полезного использования веса системы, ^G — Q/GC; Gc — G + Q.

Для оценки влияния рейсовой нагрузки на показатели эксплуатационной эффективности и проходимости колесного трелевочного трактора были проведены исследовательские испытания трелевочных систем на базе трактора ТКЛ-4-01 в производственных условиях Сыктывдинского ЛПК Коми Республики на летнем волоке, который был принят за эталонный, и на этом же волоке осенью при значительном переувлажнении почвогрунтов. Объем пачки трелюемой древесины по летнему и осеннему волокам был принят 5, 6, 7, 8 и 9 м3.

Результаты исследовательских испытаний приведены в таблице

Эксплуатационные показатели колесного трелевочного трактора ТКЛ-4-01 при трелевке древесины по летнему и осеннему волокам

Сезон года	Q, м3	7 еэ	Ф ук	„  т ■ км Пт , ч	д у , г/т-км
	5	0,30	0,166	24,0	346
	6	0,35	0,184	26,0	510
Лето	7	0,38	0,196	28,8	397
	8	0,41	0,190	30,6	428
	9	0,37	0,194	22,8	793
	5	0,22	0,216	22,7	1127
	6	0,29	0,223	24,0	823
Осень	7	0,38	0,245	27,0	685
	8	0,32	0,247	28,5	781
	9	0,29	0,253	18,5	1012

На рисунке показана графическая зависимость показателей эксплуатационной эффективности трактора от объема пачки трелюемой древесины. В зоне экстремального значения показателя эксплуатационной эффективности трактора 77 еэ наблюдаются максимальные П т и минимальное значение путевого расхода топлива д .

Зависимость показателей эксплуатационной эффективности и проходимости колесного трелевочного трактора от рейсовой нагрузки

Причем экстремальные значения 7 _еэ достигаются при трелевке по летнему волоку пачки объемом Q = 8 м³, а по осеннему – при трелевке пачки объемом Q = 6 м³. Следовательно, при таком сочетании свойств волока, объема пачки и мощности двигателя, т.е. энергонасыщенности трактора, достигается максимальная эксплуатационная эффективность его работы.

По формуле (7) проведена оценка снижения проходимости при трелевке пачек одинакового объема (5, 6, 7, 8, 9 м³) по осеннему волоку в сравнении с трелевкой пачек по летнему волоку. На рисунке приведены зависимости П от объема трелюемой пачки. Анализ рисунка показывает, что на характер изменения проходимости решающее влияние оказывает показатель эксплуатационной эффективности 7 _еэ, изменение -ф ук и изменение свойств волока.

Наименьшее снижение проходимости с ухудшением свойств трелевочного волока наблюдается в экстремальной зоне. Установлено, что в экстремальной зоне г)_еэ наблюдаются минимальные потери от буксования, следовательно, минимальное отрицательное воздействие движителя на почво-грунт волока.

Выводы

• 1.    Получена формула для оценки проходимости колесных трелевочных тракторов, учитывающая специфику работы и позволяющая на современном уровне проводить оценку их проходимости и эксплуатационной эффективности.

• 2.    Проведена экспериментальная апробация предложенной формулы проходимости. Установлено, что на характер изменения проходимости решающее влияние оказывает показатель эксплуатационной эффективности, изменение условного коэффициента сопротивлению движению и свойства волока.