Совершенствование методики определения сопротивления рабочих машин

Введение. Производительность машин-   гих факторов и условий производства, и в пер- но-тракторных агрегатов (МТА) зависит от мно-   вую очередь от энергоемкости процесса. Глав- ным же показателем энергоемкости процесса является тяговое сопротивление агрегатируе-мой сельскохозяйственной машины.

Тяговое сопротивление сельскохозяйственных машин является важнейшим энергооценочным параметром МТА. Определение его величины в условиях эксплуатации необходимо для:

выбора наиболее производительных составов агрегатов и режимов их работы;

установления технически обоснованных норм выработки и расхода ГСМ;

обеспечения контроля за техническим состоянием тракторов и сельскохозяйственных машин, правильностью их регулировок и т.д.

Измерение величины тягового сопротивления прицепных сельскохозяйственных машин не представляет сложности. Осуществляется это простым динамометрированием. Применительно же к навесным и ряду полунавесных машин задача эта значительно усложнена тем, что вектор тягового сопротивления в этом случае направлен не по одной линии, а распределен по тягам навески.

Анализ последних публикаций . Анализ существующих способов и средств определения тягового сопротивления навесных сельскохозяйственных машин приводит к выводу, что всем им присущи определенного вида недостатки: либо они не удовлетворяют достаточной точности, либо сложны по конструктивному исполнению или требуют сложной измерительно-регистрирующей аппаратуры и высокой трудоемкости обработки результатов измерений, либо неуниверсальны для всего шлейфа используемых машин. Отсутствие простого и надежного способа определения этого показателя приводит к разномарочности используемых устройств, изготавливаемых зачастую своими силами, а это влечет за собой различную достоверность получаемых результатов. Поэтому разработка таких способов, приемлемых не только для машиноиспытательных станций, но и для конкретных хозяйств, является весьма актуальной и представляет значительный интерес.

В данной работе исследован оперативный способ оценки тягового сопротивления аг- регатируемых сельскохозяйственных машин, основанный на анализе параметров переходных режимов разгона МТА при мгновенном увеличении подачи топлива, разработанный в СибИМЭ. Способ является дальнейшим развитием динамического метода оценки мощностных показателей двигателя внутреннего сгорания, предложенного В.А. Змановским и В.М. Лившицом [1].

Дальнейшее развитие этот способ получил в работах Н.В. Щетинина [2, 3]. Усовершенствованный им способ определения сопротивления рабочих машин заключается в том, что при рабочем ходе трактора за счет снижения подачи топлива достигают частоты вращения коленчатого вала, соответствующей максимальному крутящему моменту. Мгновенно увеличивают подачу топлива до максимальной. При достижении номинальной частоты вращения коленчатого вала двигателя во время разгона трактора измеряют угловое ускорение коленчатого вала.

Методика и результаты исследования . При разгоне агрегата на горизонтальном участке уравнение движения трактора имеет вид:

М т (dV/dt) раб =Р дв -Р f -Р кр ,       (1)

где   М т – приведенная масса трактора;

(dV/dt) раб – ускорение трактора при разгоне с рабочими машинами;

Р дв – движущая сила трактора;

Р f – сила сопротивления перекатыванию;

Р кр – крюковое усилие трактора.

При этом уравнение движения рабочих машин имеет вид:

М СХМ (dV/(dt)) раб =Р Т -Р С ,     (2)

где М схм – приведенная масса рабочих машин;

Р т – сила тяги трактора (Р т = Р кр );

Р с – сила сопротивления рабочих машин.

Аналогично измеряют ускорение коленчатого вала при разгоне трактора без рабочих машин. При разгоне трактора без рабочих машин (Р кр = 0) на горизонтальном участке уравнение его движения имеет вид:

М т (dV/dt) хх =Р дв -Р f ,        (3)

где (dV/dt)^ - ускорение трактора при разгоне без нагрузки.

По уравнениям (1), (2) и (3) определяют силу сопротивления рабочих машин:

Р с   М Т (dV/dt) хх - М Т (dV/dt) раб М схм (dV/dt) раб .             (4)

Ускорение трактора при его разгоне с ра-   ответствующим угловым ускорением коленчато- бочими машинами и без нагрузки связано с со-   го вала двигателя зависимостями:

(dV^^ d ^^^ ; р                      i тр

(5)

(dV/dt) _xx =

( do / dt ) xx -K_K -(1-^)

где _(dV/dt)pa6 - ускорение коленчатого вала двигателя с рабочими машинами;

_(do_/dt)xx - ускорение коленчатого вала двигателя при разгоне трактора без нагрузки;

r k – радиус качения (колеса); δ – коэффициент буксования трактора;

i тр – общее передаточное число трансмиссии.

Коэффициент буксования определяется по тяговой характеристике трактора на соответствующем фоне на соответствующей передаче при заданной частоте вращения коленчатого вала двигателя.

Определение углового ускорения коленчатого вала двигателя осуществляется следующим образом. На трактор устанавливают устройство для измерения ускорений коленчатого вала двигателя, например ИМД-Ц, производят его калибровку согласно инструкции по эксплуатации прибора [4] и приступают к выполнению технологической работы, на которой предстоят измерения силы сопротивления рабочих машин. Измерения производят следующим образом. Нажимают кнопку «Сброс» прибора, уменьшая подачу топлива, достигают частоты вращения вала двигателя, соответствующей максимальному крутящему моменту, и мгновенно увеличивают подачу топлива до максимальной. По достижении номинальной частоты вращения коленчатого вала двигателя прибор ИМД-Ц измерит угловое ускорение коленчатого вала и покажет его на цифровом табло. Нажатием кнопки «Сброс» прибор подготавливается к следующему измерению. Кроме того, измеряют тем же способом угловое ускорение коленчатого вала при разгоне трактора без рабочих машин. Измерение ускорения холостого хода трактора без рабочих машин может проводиться до начала работы или в процессе выполнения работы на характерном для данной технологической работы фоне. Для повышения точности можно проводить многократные изме- рения. Все измерения производят при одинаковой калибровке прибора, т.е. при номинальной частоте вращения коленчатого вала двигателя.

Однако у данного способа, на наш взгляд, имеется ряд существенных недостатков:

• 1)    сложность и трудоемкость определения приведенной массы трактора;

• 2)    некорректность использования значений коэффициента буксования по тяговой характеристике трактора на соответствующем фоне на соответствующей передаче;

• 3)    сложность и трудоемкость определения ускорения трактора через угловое ускорение коленчатого вала двигателя из-за буксования ходового аппарата.

В связи с вышеизложенным целью работы является совершенствование способа определения сопротивления сельскохозяйственных машин по характеристикам переходных процессов МТА путем обоснования и разработки методик определения приведенной массы трактора и его ускорения, позволяющих снизить трудоемкость измерений в условиях эксплуатации.

В качестве объекта исследования в данной работе выбран процесс определения сопротивления сельскохозяйственных машин на переходных режимах работы МТА в условиях его эксплуатации.

Предметом исследования в настоящей работе явилось установление закономерностей, присущих этому процессу.

Проблема определения приведенной массы трактора решается тем, что выполняется дополнительный разгон трактора, догруженного известной (эталонной) массой, с измерением углового ускорения коленчатого вала при номинальной частоте вращения. При этом уравнение движения трактора будет иметь вид:

(M ,+ M„).(dV/dt)„ = PP f , (7)

где М эт – дополнительная (эталонная) масса, которой догружается трактор;

(dV/dt)эт – ускорение трактора при разгоне с дополнительной (эталонной) массой.

Решая совместно уравнения (3) и (7),   стоянна (Рдв), определим приведенную массу имея в виду, что движущая сила трактора по-   трактора:

М т (dV/dt) хх   М т g f  (М т М эт ) (dV/dt) эт М т g f М эт g f .

М т ((dV/dt) хх   (dV/dt) эт ) М эт ((dV/dt) эт   g f ).              (8)

ММэт ((dV/dt)эт  g f ), т ((dV/dt)хх -(dV/dt) „ )•                           (9)

где g - ускорение свободного падения;

f – коэффициент перекатывания трактора.

Проблемы определения ускорения трактора через угловое ускорение коленчатого вала двигателя с учетом буксования ходового аппарата решаются тем, что к трактору присоединяется путеизмерительное колесо, с возможностью фиксации его углового ускорения во время разгона трактора.

Ускорение трактора при его разгоне без нагрузки, а также догруженного известной (эталонной) массой и рабочими машинами связано с угловым ускорением путеизмерительного колеса следующими зависимостями:

(dV/dt) хх =(d^/dt) хх -ПкК ,(10)

(dV/dt)ЭТ =(d(y/dt)ЭТ ПК ,

(dV/dt) раб = (d^/dt) раб* ППк , где (d6y/dt)xx - угловое ускорение путеизмерительного колеса при разгоне трактора без нагрузки;

• (dty/dt)_{3 т}- угловое ускорение путеизмерительного колеса при разгоне трактора с дополнительной (эталонной) массой;

• (dry/dt)_pa6 - угловое ускорение путеизмерительного колеса при разгоне трактора с сельскохозяйственной машиной;

r пк – радиус путеизмерительного колеса.

Заключение. С учетом вышеизложенного предлагаемый способ определения сопротивления рабочих машин заключается в следующем. При движении трактора без нагрузки за счет снижения подачи топлива достигают частоты вращения коленчатого вала, соответствующей максимальному крутящему моменту. Мгновенно увеличивают подачу топлива до максимальной. При достижении номинальной частоты вращения коленчатого вала двигателя во время разгона трактора измеряют угловое ускорение путеизмерительного колеса. Аналогично измеряют угловое ускорение путеизмерительного колеса при разгоне трактора с дополнительной (эталонной) массой и рабочими машинами. Значение сопротивления рабочих машин определяют по формуле (4) с учетом формул (8)– (12).