Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

Титульный лист и исполнители

РЕФЕРАТ

Отчет 251 с., 1 кн., 40 рис., 39 табл., 132 источн., 9 прил.

ТРАКТОР, ДВИГАТЕЛЬ, ЛАБОРАТОРИЯ, ТЯГОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ, ИССЛЕДОВАНИЕ, МОЩНОСТЬ, РАСХОД ТОПЛИВА, СИЛА ТЯГИ, НАГРУЗКА, НАГРУЗОЧНОЕ УСТРОЙСТВО, ТРОГАНИЕ С МЕСТА, ПЕРЕДАЧА

Объект исследования – процесс тяговых испытаний трактора при трогании с места под нагрузкой.

Цель работы – разработка передвижной тяговой лаборатории на основе тягового метода испытания тракторов при трогании с места под нагрузкой, применение которой направлено на снижение затрат труда и средств при определении тяговых характеристик, энергетических параметров, а также технического состояния тракторов и их составных частей.

В ходе исследования разработана математическая модель процесса испытания трактора при трогании с места под нагрузкой, позволяющая определить тяговую мощность трактора и эффективную мощность двигателя трактора по его силе тяги.

В результате исследования впервые разработана передвижная тяговая лаборатория тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт. Техническая новизна разработки подтверждена более 20 патентами РФ на изобретения. При этом учтены условия безопасности, в соответствии с которыми определены основные параметры процесса испытаний, обоснованы и подобраны технические средства лаборатории. Представлены методики определения технического состояния тракторов и их энергетических параметров, а также технологическая карта на тяговые испытания при трогании с места под нагрузкой.

Определена экономическая эффективность результатов исследования. Годовой экономический эффект применения лаборатории в СХП составляет 5,9 тыс. руб. на один трактор, на МИС – 459 тыс. руб. Срок окупаемости лаборатории в этих производствах соответственно равен 0,6 и 0,5 года.

Работа предназначена для специалистов МИС и АПК, занимающихся испытанием и эксплуатацией МТП, разработкой технологий и средств технического обслуживания машин, а также для научных специалистов, аспирантов и студентов инженерных факультетов.

Дальнейшее развитие объекта исследования представляется возможным на основе применении усовершенствованного метода тяговых испытаний трактора – при его трогании с места в режиме частичной нагрузки.

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

Современный этап развития сельского хозяйства характеризуется ограниченностью трудовых, материально-технических, энергетических, экологических и финансовых ресурсов. Сегодня перед агропромышленным комплексом (АПК) нашей страны ставится задача повысить производитель-ность труда к 2020 г. в 3…4 раза, что обусловлено необходимостью обеспечения конкурентоспособности на мировом рынке [50]. Этот процесс предопределяет ресурсосбережение при эксплуатации машин [64, 91].

Мощность и расход топлива — основные топливно-экономические показатели и обобщенные параметры технического состояния двигателя и трактора в целом. От их значений напрямую зависят производительность, экономичность и экологическая безопасность машинно-тракторных агрега-тов [28], а также оценка необходимости выполнения работ по восстанов-лению работоспособности составных частей двигателя и трактора.

Поэтому определение этих показателей является важной диагностической операцией [37, 46]. При эксплуатации допускается снижение эффективной мощности двигателя не более чем на 5 %, а повышение мощности и часового расхода топлива не более чем на 7 % по сравнению с номинальными значениями [27, 105].

Однако проверками установлено, что эффективная мощность двигателей сельскохозяйственных мобильных машин в условиях эксплуатации ниже номинальной на 10…20 %, а в отдельных случаях – на 30 %. Это особенно характерно для энергонасыщенных тракторов. Расход топлива завышен на 5…15 %. В результате снижается производительность машин, ухудшаются экономические и экологические показатели их использования [109]. Вместе с тем известно, что при систематическом контроле и восстановлении работоспособности в случае снижения мощности за допускаемые пределы производительность тракторных агрегатов повышается на 8…10 %, а погектарный расход топлива снижается на 12…15 % [57]. В этой связи следует отметить, что в период с 1980 по 1990 г. техническим диагностированием в России был охвачен практически весь парк сельскохозяйственных машин (около 95 %) [95]. И это было экономически оправданно для условий машиноиспользования того времени.

С переходом на рыночную экономику (после 1991 г.) развитие диагностирования машин сопряжено с необходимостью учета ряда проблем. Если исходить из того, что процесс определения мощности реализуется в системе «человек, объект и средство испытания (диагностирования), а также среда», то в настоящее время мы имеем следующие проблемы.

Проблема по первому элементу системы заключается в недостатке квалифицированных кадров механизаторов и инженеров [63]. Поэтому, с одной стороны, требуется их качественная подготовка, а с другой, нужны приборы, выполненные с возможностью их эксплуатации персоналом различной квалификации [111].

Проблема по второму элементу обусловлена наличием в хозяйствах старой техники [24, 59], срок службы которой 20 и более лет [32, 83, 129]. Объем работ по диагностированию таких машин повышается, а возможность восстановления их работоспособности снижается.

Проблема по третьему элементу состоит в том, что после 1991 г. оте-чественной промышленностью не выпускаются многие средства диагности-рования [69], в том числе и те, которые предназначены для испытания двигателей и тракторов при определении мощности и расхода топлива.

Проблема по четвертому элементу системы сводится к дефициту денежных средств. В связи с чем, хозяйства не могут приобретать дорогостоящие средства диагностирования.

Данные проблемы в совокупности обуславливают необходимость создания доступных для пользователя методов и средств испытаний тракторов и их двигателей. Поэтому исследования, направленные на их обоснование, являются актуальными и имеют ресурсосберегающее значение для АПК. Решению этих проблем и посвящена настоящая работа.

Цель исследования – снижение затрат труда и средств на определение тяговых характеристик, энергетических параметров, а также технического состояния трактора и его составных частей за счет применения тягового метода испытания этих машин при трогании с места под нагрузкой.

Объект исследования – процесс тяговых испытаний трактора при трогании с места под нагрузкой.

Предмет исследования – закономерности процесса тяговых испытаний трактора при трогании с места под нагрузкой.

В качестве гипотезы принято предположение о том, что определение тяговых характеристик, энергетических параметров трактора, а также технического состояния трактора и его составных частей с минимальными затратами труда и средств возможно по силе тяги – при его трогании с места под нагрузкой.

В развитие данной гипотезы в работе выполнено обоснование тягового метода испытания тракторов при трогании с места под нагрузкой, а также технических средств для его практической реализации. В целом, их техническая новизна подтверждена более чем 20 патентами РФ на изобретения. Разработки на их основе прошли экспериментальную проверку, апробированы в производственных условиях и рекомендованы к практическому применению в сельскохозяйственных предприятиях.

В завершение определена экономическая эффективность внедрения тягового метода испытания тракторов и средств для его осуществления на практике. Полученные результаты исследования положены в основу разработки передвижных тяговых лабораторий для тракторов мощностью от 100 до 600 кВт. Поэтому далее более подробно представим тяговые испытания.

Тяговые испытания – это важнейшая составная часть технической эксплуатации машин, которая в наибольшей степени оказывает влияние на эффективность их использования по назначению. Тяговые испытания – это начало диагностики как науки и диагностирования как процесса определения технического состояния тяговых машин. Только на основе таких испытаний представляется возможным определить тяговые (основные) характеристики, энергетические параметры, техническое состояние трактора и его составных частей. В связи с этим тяговыми испытаниями тракторов в нашей стране начали заниматься практически одновременно с началом их массового выпуска – еще в 30-е годы прошлого века – почти 100 лет назад. Изначально в основу испытаний был положен метод нагружения машин силой тяги в движении. Сначала этот метод был реализован на практике при применении движущегося в связке с испытываемой машиной транспортного средства или трактора, а позднее – специальной тяговой лаборатории. В те годы, когда тракторы имели небольшую мощность, метод их нагружения силой тяги в движении был приемлем. Однако мощность тракторов с тех пор повысилась от 2…10 до 1000 и более кВт, что сопоставимо с мощностью аэробуса. В 80-х годах была предпринята попытка создания стендов для тяговых испытаний тракторов (диагностический стенд КИ-8927), но они не нашли своего применения. Разумеется, для испытания мощных машин требуются соответствующие, не менее мощные, испытательные тяговые лаборатории и стенды. Безусловно, их создание сопряжено с огромными материальными затратами при выпуске из производства. Еще один не менее важный аспект, теперь уже касающийся использования тяговых средств по назначению, состоит в следующем. Допустим, мы имеем самую современную тяговую лабораторию, причем для самых мощных тракторов. Однако проблема тяговых испытаний останется нерешенной: при испытании машин «в борозде» мы никогда не получим сопоставимых и воспроизводимых результатов (известно: «в одну и ту же воду нельзя войти дважды»).

Учитывая это, в 1995 году нами впервые был предложен другой метод тяговых испытаний (Пат. РФ 2140627) – при трогании машины с места под нагрузкой. К настоящему времени техническая новизна названного метода и средств для его осуществления подтверждена более 20 патентами России на изобретения. Этот метод скоротечен – может быть реализован за несколько секунд, и универсален – пригоден для испытания тракторов любой мощности. Технические средства для его осуществления позволяют решить более широкий круг задач при минимальных затратах труда и материально-денежных средств. Вместе с тем наши наблюдения показывают, что практики хотя и понимают, что главное при определении технического состояния машины выяснить «тянет она или не тянет», но в большинстве случаев боятся испытывать машину при трогании с места под нагрузкой. Действительно, при таких испытаниях нужно строго соблюдать меры технической безопасности во избежание повреждений муфты сцепления, трансмиссии, а также механизма навески. Главное при этом: не нагружать трактор больше нормы – сила тяги при трогании машины с места (при испытании) не должна превышать значение силы тяги в движении (в работе)! Если это удается обеспечить, то испытания будут сведены к обычному рабочему режиму трогания машины с места под нагрузкой до момента остановки ее двигателя, при котором одновременно измеряют максимальную силу тяги. Кстати, в этом и есть суть предложенных тяговых испытаний. Такой режим осуществляют на заранее выбранной «безопасной» передаче трансмиссии, что предотвращает возможную опасность, а процесс становится безопасным и реально выполнимым. В сущности этому и посвящена настоящая работа.

Отчет состоит из шести основных разделов, пятый из которых является итоговым – практическим приложением результатов исследования к созданию и использованию передвижных тяговых лабораторий. Он составлен по результатам исследований, представленных в разделах 1-4, экспериментальные исследования в которых для их простоты проведения выполнены на примере тракторов ДТ-75М и МТЗ-80/82; мощность их двигателей не превышает 100 кВт. В дальнейшем эти результаты в целом были приняты за основу при разработке лабораторий для тяговых испытаний тракторов мощностью от 100 до 600 кВт. При этом было учтено и то, что осуществить эксперименты с использованием более мощных тракторов на первом этапе разработки лабораторий весьма затруднительно по причине высокой стоимости эксперимента, а также из-за отсутствия в практике, по крайней мере, в СХП Иркутской области, тракторов, имеющих мощность двигателей в пределах от 250 до 400 и от 400 до 600 кВт. Шестой раздел посвящен экономической эффективности практического приложения результатов исследований.

При разработке лабораторий было принято положение о том, что они предназначены для получения тяговых характеристик тракторов. В общем, тяговая характеристика выражает зависимость тяговой мощности, скорости движения, удельного и часового расхода топлива, буксования и тягового КПД от силы тяги. Исследовать одновременно все названные шесть показателей применительно к тяговым лабораториям также достаточно сложно, даже нереально при отведенном времени на разработку. При этом не менее важно и то, есть ли необходимость и рациональность: с помощью передвижных лабораторий определять все эти показатели? Поэтому число показателей, контролируемых лабораторией экспериментально, было принято равным одному, которым является показатель – максимальная сила тяги трактора по передачам. Она измеряется наиболее точно и с минимальными затратами труда и средств, как это было установлено в ходе экспериментальных исследований процесса испытаний тракторов ДТ-75М и МТЗ-80/82. При известности этого показателя представляется возможным расчетным путем получить следующие показатели: номинальная сила тяги, номинальная тяговая мощность трактора и эффективная номинальная мощность его двигателя. При этом последний показатель принят в дополнение к установленным показателям тяговой характеристики, что, на наш взгляд, расширяет эксплуатационные возможности лабораторий. Кроме того, с этой же целью дополнительно предложено определение энергетических параметров, а также определение технического состояния трактора и его основных составных частей.

Авторы полагают, что настоящее исследование не является исчерпывающим, напротив, – это первый практический шаг к созданию методов и средств для тяговых испытаний машин при трогании с места под нагрузкой. В дальнейшем в первую очередь необходимо дополнить данное исследование определением расхода топлива, а также обосновать тяговые испытания машин при трогании с места в режиме частичной нагрузки, техническая новизна которых подтверждена патентами на изобретения. Кроме того, нужно улучшить конструкцию нагрузочных устройств, дополнив их элементами, обеспечивающими более мягкий режим испытаний. Все это позволит расширить эксплуатационные возможности лаборатории, повысить ее эффективность, а тяговые испытания сделать более безопасными и доступными для широкого круга сельскохозяйственных предприятий и специалистов, занимающихся испытанием и эксплуатацией машин.

Авторы настоящей работы выражают искреннюю благодарность Заказчику данной темы, представившему возможность приятно поработать над решением проблем тяговых испытаний машин. Авторы надеются, что разработанная ими лаборатория, в основе которой метод тяговых испытаний при трогании машины с места под нагрузкой, найдет широкое применение в практике эксплуатации машин. Авторы выражают готовность оказать Заказчику консультационную, методическую и другую помощь по созданию и использованию этой лаборатории. Авторы были бы признательны Заказчику за постановку им новых задач исследования в продолжение этой темы на договорной основе или в рамках темы по линии МСХ РФ. Авторы будут благодарны за замечания и предложения, касающиеся данной работы. Просьба направлять их по электронному адресу: fair.irk@mail.ru.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Мощность и расход топлива как основные показатели работы и обобщенные параметры технического состояния двигателя и трактора

Мощность и расход топлива являются основными показателями, характеризующими эксплуатационные качества двигателя и трактора (показатель – данные, по которым можно судить о развитии и ходе чего-нибудь [87]). От их значений зависят производительность и экономичность машинно-тракторных агрегатов [28]. С другой стороны, мощность и расход топлива – параметры технического состояния двигателя и трактора (параметр – величина, характеризующая какое-нибудь основное свойство машины, системы или явления, процесса [87, 90]). Покажем это в дальнейшем.

Мощность и расход топлива — основные показатели работы двигателя и трактора.

Показатели работы двигателя. В теории и практике эксплуатации машинно-тракторного парка [58] мощность и расход топлива рассматривают в совокупности с другими энергетическими показателями работы [18] двигателя, а также с учетом эксплуатационных режимов его работы.

Работу тракторного двигателя в зависимости от нагрузки подразделяют на режимы, которые характеризуют следующими показателями [58]:

а) номинальный режим: номинальная частота вращения (число оборотов) коленчатого вала , определенная технической документацией (предприятием-изготовителем), и соответствующие ей номинальная эффективная мощность двигателя , номинальный (расчетный) крутящий момент двигателя , номинальный расход топлива – часовой и удельный (для справки: по ГОСТ 20760 [3] эффективная мощность двигателя – максимальная мощность, развиваемая двигателем при номинальной частоте вращения коленчатого вала);

б) режим холостого хода – аналогично:

в) режим максимального момента (перегрузки)

г) для режима минимально устойчивых оборотов двигателя

Во всех этих показателях

(1.1)

(1.2)

где единицы измерения

При этом следует иметь в виду, что стандартные определения мощности и расхода топлива приведены в ГОСТ 18509 [2]. Однако они предназначены для оценки качества дизельных двигателей по результатам стендовых испытаний — при производстве двигателей. Приведенные выше определения и обозначения мощности и расхода топлива по источнику [58] в целом согласуются с ГОСТ 18509 [2]. Они широко используются в учебной и научно-технической литературе, причем на протяжении многих десятков лет [30, 92, 112]. Поэтому для однозначности понимания и изложения материала в дальнейшем будем оперировать только ими.

На показатели работы двигателя влияют не только режимы его работы, но и другие факторы. При стохастическом (неустановившемся) характере нагрузки на двигатель его мощность и расход топлива будут отличаться от тех же показателей, определяемых стендовой характеристикой, по трем основным причинам, влияние которых учитывают соответствующими поправочными коэффициентами: динамическим временным и вероятностным . Общий коэффициент [58]

(1.3)

Коэффициент учитывает динамику рабочего процесса двигателя – изменение степени наполнения цилиндров, коэффициента избытка воздуха и др. Коэффициент характеризует вероятностные изменения показателей при работе за период t вследствие износа, разрегулировок, понижения надежности (несмотря на своевременное и высококачественное ТО) и т. д. Коэффициент учитывает изменение средних значений (математического ожидания) выходных величин (эксплуатационных показателей двигателя) при нелинейном характере зависимости [58].

Показатели работы трактора. Энергетические свойства трактора зависят от энергетических свойств двигателя и потерь в процессе передачи энергии от двигателя к трактору при образовании движущей силы, силы тяги или при передаче вращения (приводе) через ВОМ [58]. К основным показателям тяговых свойств и топливной экономичности тракторов относятся: тяговая мощность, условный и тяговый КПД, тяговое усилие, скорость движения, буксование, часовой расход топлива, удельный расход топлива и др. [18].

Работу трактора, как и работу его двигателя, в зависимости от нагрузки подразделяют на режимы, которые определяют следующими показателями в соответствии с тяговой характеристикой трактора [118]:

а) номинальный режим работы под нагрузкой, что соответствует номинальной силе тяги и номинальной тяговой мощности равной ее максимальному значению

б) режим холостого хода – движение без нагрузки – при

в) режим перегрузки — движение с максимально допустимой по условиям загрузки или сцепления тяговой нагрузкой

Показатели, характеризующие тяговые возможности и режимы работы трактора, связаны между собой следующими соотношениями [118]:

(1.4)

(1.5)

Номинальный режим работы трак тора и режим перегрузки связаны с соответствующими режимами работы двигателя.

Мощность N_{в и} расход топлива g_в — обобщенные параметры технического состояния двигателя. Они определяют его работоспособность. При эксплуатации допускается снижение эффективной мощности двигателя не более чем на 5 % и повышение часового расхода топлива не более чем на 7 % по сравнению с номинальными значениями [105].

При несоблюдении этих требований считается, что двигатель находится в неработоспособном состоянии, так как производительность мобильной машины будет занижена, а экономичность ухудшена [105]. Мощность и расход топлива как параметры технического состояния двигателя во взаимосвязи с диагностическими признаками показаны на рис. 1.1 по данным [105]. Представим его описание.

Система подачи топлива. На ее долю приходится 20-35 % всех отказов двигателей. Изменение параметров состояния системы влияет на качество смесеобразования и процесс сгорания в цилиндре двигателя. Как следствие, изменяются мощность и расход топлива. Это сопровождается появлением различных признаков, которые являются диагностическими. Поэтому при отклонении мощности и расхода топлива от нормальных значений и появлении указанных на рис. 1.1 диагностических признаков необходимо в первую очередь проверить состояние системы питания [105].

Мощность и расход топлива двигателя

Системы и механизмы двигателя

Система подачи топлива

ЦПГ

Система подачи воздуха

воздуха

ГРМ

Параметры технического состояния

Качество рас-пыла; момент (угол) впрыски-вания; коли-чество топлива; равномерность подачи по ци-линдрам

Давление над-дува; сопро-тивление воз-духоочисти-теля; проводи-мость и герме-тичность впус-кного тракта

Износ цилин-дра; износ пор-шня; износ и упругость поршневых ко-лец; подвиж-ность поршне-вых колец

Износ дета-лей ГРМ; упругость пружин кла-панов; фазы газораспреде-ления; зазор в ГРМ

Диагностические параметры (признаки)

Дымность вы-пускных газов; «жесткая» или «мягкая» работа ДВС; нагрев вы-пускного тракта; неравномер-ность вращения коленчатого ва-ла; трудный пу-ск ДВС; наличие топлива в масле

Разрежение во всасывающем тракте; подсос воздуха в сты-ках; давление наддува; дым-ность выпуск-ных газов; по-вышение кон-центрации кварца в сма-зочном масле

Стуки в зоне клапанов; перебои в работе двигателя; герметич-ность соединения «клапан-гнездо»

Расход масла на угар; утечки газов в картер; трудный пуск; разрежение в цилиндре; ком-прессия; неплот-ность клапанов; дымность газов; повышенное со-держание частиц износа в масле

Рисунок 1.1 – Мощность и расход топлива как параметры технического

состояния двигателя во взаимосвязи с диагностическими признаками

Система подачи и очистки воздуха. Её параметры ухудшаются при неисправности турбокомпрессора, появлении нагара на стенках впускных каналов головки цилиндра и на поверхности газораспределения, нарушении герметичности впускного тракта. Это сопровождается появлением диагностических признаков и изменением диагностических параметров. Проверку системы подачи и очистки воздуха необходимо проводить во вторую очередь (при изменении мощности и расхода топлива) [105].

Механизм газораспределения. Скорость изменения параметров состояния газораспределительного механизма меньше, чем агрегатов топливной аппаратуры и системы подачи воздуха. Поэтому снижение мощности и увеличение расхода топлива из-за газораспределительного механизма обычно менее вероятно. Следовательно, этот механизм необходимо проверять в третью очередь. Исключение составляет лишь такой дефект, как подгорание клапанов. Однако он сопровождается явными признаками: перебоями в работе двигателя, свистом или шумом воздуха в коллекторах при прокручивании коленчатого вала [105].

Цилиндропоршневая группа. Износ деталей цилиндропоршневой группы, снижение упругости поршневых колец и их закоксовывание увеличивает утечки газов в соединении «цилиндр-поршень». В результате изменяются косвенные параметры состояния: уменьшаются давление цилиндров в конце такта сжатия (компрессия) и степень разрежения на такте впуска, что ухудшает протекание рабочего процесса. Это особенно сказывается на малых скоростных режимах, в частности при пуске двигателя. Трудный пуск – один из признаков износа цилиндропоршневой группы. В то же время на номинальных скоростных режимах степень сжатия и разрежения вследствие дросселирования газов через кольцевые уплотнения изменяется незначительно. Поэтому мощность двигателя даже при предельных износах цилиндропоршневой группы уменьшается лишь в пределах 10 % от номинального значения. Однако при износе деталей этой группы, а также при закоксовывании поршневых колец значительно увеличивается прорыв газов в картер и расход масла на угар. По этим косвенным (диагностическим) параметрам оценивается техническое состояние цилиндропоршневой группы и они служат критерием ее предельного состояния.

При снижении мощности и ухудшении экономичности двигателя цилиндропоршневую группу проверяют в последнюю очередь [105].

В результате получается, что во всех рассмотренных случаях мощность и расход топлива являются параметрами технического состояния двигателя.

Мощность и расход топлива — обобщенные параметры технического состояния трактора. Они определяют его работоспособность. При этом техническое состояние трактора зависит от состояния двигателя, а также главной муфты сцепления, трансмиссии и ходовой системы [105], что показано на рис. 1.2. Представим далее параметры этих составных частей трактора за исключением его двигателя, параметры которого уже изложены выше (рис. 1.1).

Главная муфта сцепления. Муфта сцепления должна обеспечивать надежную передачу крутящего момента, быстрое и полное отключение коробки передач от дизеля, а также плавное нагружение составных частей силовой передачи при трогании трактора с места. Плавное трогание трактора и кратковременные перегрузки, неизбежные при работе тракторных агрегатов, обусловливают пробуксовывание дисков муфты, а значит, и изнашивание фрикционных накладок. Их износ влечет за собой перемещение нажимного диска в сторону маховика и вследствие этого уменьшение силы нажатия нажимных пружин или кулачков. Диски начинают пробуксовывать чаще, что вызывает усиленный нагрев их рабочих поверхностей. При этом диски коробятся, а пружины теряют упругость, что, в свою очередь, усиливает пробуксовывание муфты и разрушает рабочую поверхность фрикционных накладок [27, 105]. При пробуксовывании дисков передача крутящего момента от двигателя на трансмиссию затрудняется либо прекращается вовсе, что приводит к снижению мощности трактора и повышению расхода топлива.

Трансмиссия. Работоспособность механической коробки передач (КП), например тракторов типа МТЗ и ДТ-75М, их главной и конечных передач зависит от состояния (износа) зубьев шестерен, подшипников, валов, вилок включения передач, а также базовых деталей (корпусов). По мере изнашивания зубьев шестерен, шлицевых соединений и подшипников увеличивается боковой зазор между зубьями. Чрезмерное увеличение зазора сопровождается возникновением ударных нагрузок на зубья, обусловленных неравномерным их изнашиванием, а также значительными колебаниями тягового усилия. К параметрам состояния гидромеханической трансмиссии (на рис. 1.2 они не показаны), например тракторов «Кировец» и Т-150, относятся загрязненность масляных фильтров (определяется по перепаду давления), давление срабатывания предохранительного и перепускного клапанов, подача насоса, расход масла (утечки) в распределителе, давление разрядки гидроаккумулятора при переключении передач и др. [27].

При нарушении работоспособности как механической, так и гидромеханической трансмиссии снижается ее КПД, что приводит к уменьшению тяговой мощности трактора и повышению расхода топлива.

Мощность и расход топлива трактора

Составные части трактора

Двигатель

Ходовая

система

Главная муфта сцепления

Трансмиссия

Параметры технического состояния (ТС)

Давление возду-ха в шинах, на-рушение сходи-мости и развала колес, износ гу-сеничных цепей, катков, роликов, подшипников

Износ дета- лей: вилок включения передач, зубьев шестерен, подшип-

ников

Диагностические параметры (признаки)

Диагностичес-кие параметры,

относящиеся к системе подачи топлива, системе подачи и очистки воздуха, а также к ГРМ и ЦПГ

Снижение ско-рости под на-грузкой, отсут-ствие быстрого и полного от-ключения КП от дизеля, нет плавного на-гружения си-ловой переда-чи при трога-нии с места усилен-ный нагрев

Суммарный зазор в механизмах силовой передачи, колебания тягового усилия, абразивы в трансмисси-онном масле

Нарушение управляемости,

сход гусеницы с ведущей звездочки при повороте, потери мощности при движении

Износ и разруше-ние фрикцион-ных накладок, упругость нажим-ных пружин, усилие на органе управления

Параметры ТС, относящиеся к системам пода-чи топлива, и воздуха, а также к ГРМ

и ЦПГ

Рисунок 1.2 – Мощность и расход топлива как параметры технического

состояния трактора во взаимосвязи с диагностическими признаками

Ходовая система. Важный параметр технического состояния ходовой системы колесного трактора – давление воздуха в шинах. Работа трактора при повышенном давлении повышает затраты мощности на перекатывание колес, увеличивает трение внутренних слоев каркаса покрышки, что приводит к ее перегреву и расслоению. Высокое давление в шинах ведущих колес вызывает их буксование, в результате чего снижается производительность тракторных агрегатов и возрастает интенсивность изнашивания покрышек. При любом отклонении давления в шинах от нормального значения ухудшается управляемость трактора. Неправильная сходимость колес наряду с ускоренным изнашиванием покрышек ухудшает управляемость трактором [27].

Один из основных параметров состояния ходовой системы гусеничного трактора – предварительное натяжение гусеничных цепей, которое существенно влияет на потери мощности при передвижении трактора и на интенсивность изнашивания гусеничных движителей. При неправильном натяжении гусениц затраты эффективной мощности дизеля на передвижение трактора увеличиваются на 7-9 % [27].

Таким образом, любое отклонение параметров технического состояния трактора (его составных частей) неизбежно приводит к изменению показателей его работы. При этом мощность и расход топлива с одной стороны являются показателями работы двигателя и трактора, а с другой – параметрами их технического состояния. Причем на показатели работы трактора (в конечном итоге на его производительность и топливную экономичность) оказывают существенное влияние как режимы его использования, так и параметры технического состояния. Однако в дальнейшем нас будут интересовать, прежде всего, такие показатели как мощность двигателя и трактора во взаимосвязи с параметрами их технического состояния.

1.2 Методы испытания двигателя и трактора

при определении их мощности

Прежде чем приступить к изложению материала, сделаем некоторые пояснения относительно метода, поскольку в научно-технической литературе, как и в практике научных исследований, часто имеет место подмена понятий метода и способа.

В общем понимании метод и способ имеют следующие определения.

Метод – форма осуществления способа [87].

Способ – это процесс выполнения взаимосвязанных действий над материальным объектом и с помощью материальных объектов [87].

Применительно к предмету нашего исследования метод испытания двигателя или трактора при определении их мощности – это выполнение в определенной последовательности совокупности операций по двигателю или трактору с использованием технических средств для определения мощности.

Средства для определения мощности – это средства технического диагностирования (нагрузочные устройства, контрольно-измерительные приборы и т. д.), которые входят в состав средств технического обслуживания машин [78, 79] и представляют собой совокупность технических средств, с помощью которых осуществляют определение мощности.

1.2.1 Методы испытания двигателя

К наиболее известным в практике методам испытания при определении эффективной мощности дизельных двигателей относятся [103, 109]: тормозной, парциальный, дифференциальный и бестормозной. Проанализируем их с целью выявления физической сущности, технических средств реализации, качественных оценок (достоинств и недостатков) и основных технико-экономических показателей применения методов. На наш взгляд, это весьма важно в плане выбора направления совершенствования существующих методов и средств определения мощности тракторных двигателей.

Для этого на первом этапе представим методы определения мощности двигателя в соответствии с поставленной целью анализа.

Тормозной метод испытания двигателей основан на применении нагрузочных устройств [41, 106, 111]. Тормозные стенды могут быть оборудованы для испытаний двигателей как снятых, так и не снятых с шасси. В первом случае двигатель устанавливают на фундаментной плите стенда при помощи специальных стоек. Во втором случае двигатель соединяют с валом тормоза через вал отбора мощности (ВОМ). Тормозные испытания двигателя большей частью производят без его снятия с шасси. При этом двигатель трактора затормаживают стендом через ВОМ. Стенды могут быть оснащены механическими, гидравлическими, пневматическими или электрическими тормозами.

При испытании двигателей с применением балансирных тормозных установок основные показатели работы определяют по следующим формулам [67].

Тормозной метод испытания двигателей может быть реализован не только в стационарных (при использовании стендов), но и в полевых условиях (при применении тормозной установки).

Впервые в нашей стране такая установка (ПТУ-70 – пневматическая тормозная установка) была создана в конце 50-х годов в ГОСНИТИ [35]. Она состояла из тормоза (загрузочного вентилятора), балансирного редуктора, весового механизма и карданного вала, с помощью которого установка соединялась с валом отбора мощности трактора. Регулировка загрузки двигателя производилась перекрытием выходящего из вентилятора воздушного потока. Однако с повышением мощности тракторных двигателей эта установка впоследствии оказалась невостребованной, поскольку она была оснащена тормозом небольшой мощности.

Позднее, вначале 70-х годов, в НАТИ была разработана тормозная установка, которая вошла в состав передвижной диагностической лаборатории ПЛ-2 [111]. Силовое оборудование этой лаборатории имеет мощность 125 кВт и установлено непосредственно на раме грузового автомобиля. Генератор электропитания и нагрузочный генератор с повышающим редуктором и измерителем крутящего момента обеспечивают синхронность снятия регуляторных характеристик двигателя. Измеритель крутящего момента приводится в действие от ВОМ испытываемого трактора через карданную передачу. Электропитание всех потребителей тока – от внешней сети и автономных источников (синхронного генератора переменного тока и блока аккумуляторных батарей). При этом мощность двигателя вычисляют перемножением значений сигналов крутящего момента на скорость вращения вала за промежуток времени, в течение которого также регистрируют расход топлива. Для измерения расхода применена напорная труба с топливом, к нижней части которой подсоединен реохордный датчик давления. Электрические сигналы с него преобразуются в частоту, приращение которой регистрируется электронным счетчиком [111].

Следует отметить, что аналогичные мобильные установки, выполненные на базе гидравлического тормоза, применяются за рубежом, например в Венгрии [132].

Достоинства тормозного метода – плавные режимы нагрузки, стабильные показания и высокая точность измерения [109, 111]. Ошибка тормозных установок при определении мощности двигателя обычно не превышает 2 % [35], по данным источника [28] – 3-4 %.

Недостатки: в связи с повышением мощности тракторных двигателей применение тормозного метода становится затруднительным, так как требуются испытательные станции большой мощности [102]. Кроме того, использование тормозных стендов для испытания мощных двигателей не представляется возможным в связи с их большой стоимостью [23]. Тормозной метод может быть реализован при наличии сложной дорогостоящей аппаратуры, применение которой в эксплуатационных условиях не эффективно [28, 35].

Парциальный метод испытания [89, 106, 111] заключается в том, что тормозные испытания двигателя проводят по частям, последовательно выключая из работы определенные цилиндры. При этом работающие цилиндры нагружаются частично за счет прокручивания выключенных цилиндров и частично тормозной установкой или гидравлической системой трактора, либо дросселированием газов на выпуске. Для двигателей с различным числом цилиндров подбирают определенные сочетания работающих и выключенных цилиндров. Основной и универсальный вариант – поочередное выключение из работы половины цилиндров. При этом эффективную мощность двигателя вычисляют по формуле [111]:

Достоинства парциального метода: позволяет испытывать двигатели мощных тракторов на маломощных тормозных стендах или вообще без них [101, 111]; обладает более высокой точностью по сравнению с бестормозными методами – погрешность не превышает 3-4 % [28].

Недостатки данного метода заключаются в следующем. Требуется отключение цилиндров из работы. Причем существующие способы отключения цилиндров или сложны в эксплуатации и могут быть использованы только при проектировании и разработке новых двигателей, или предусматривают отключение только определенных групп цилиндров и не позволяют отключать цилиндры в любом заданном порядке [23]. К недостаткам также относятся: необходимость промежуточных вычислений при определении мощности; конструктивная несовместимость с новыми моделями тракторов (например, Т-150, Т-150К и др.); недостаточно высокие экономические, технические и метрологические показатели; низкая эксплуатационную надежность аппаратуры [111]. Кроме того, при определении мощности двигателя нужно знать значение мощности механических потерь, которые могут быть определены перед испытаниями приближенно или прокручиванием с помощью электропривода. Использование приближенного значения мощности механических потерь, полученных при испытаниях новых марок тракторов и после ремонта, когда механические потери нестабильны, нецелесообразно в связи с большой их погрешностью [100].

Дифференциальный метод [102, 105] заключается в нагружении работающего цилиндра (при числе цилиндров двигателя, равном 4, 6, 8) или минимальной группы цилиндров (например, двух для 12-цилиндрового двигателя) за счет выключения цилиндров самого двигателя до такой степени, что для вращения и вывода работающего цилиндра или части цилиндров на номинальный скоростной режим необходимо было подключение внешнего источника энергии, например небольшого электротормоза в режиме электродвигателя. В условиях дифференциального метода проверяемый цилиндр (или минимальная группа цилиндров) работает с полной цикловой подачей топлива на номинальном скоростном режиме, а с помощью дополнительного внешнего источника определяется отклонение мощности от номинала. В результате дифференциальный метод позволяет определить отклонение мощности от номинального значения дифференцированно, то есть по каждому работающему цилиндру или минимальной группе цилиндров (отсюда название метода – дифференциальный).

В режиме работы на одном цилиндре 4-цилиндрового двигателя СМД-14А добавочная мощность составляет 11 % от номинального значения мощности двигателя и для 6-цилиндрового двигателя ЯМЗ-236 – 15 %. Для 8-цилиндрового двигателя ЯМЗ-238 в режиме работы на одном цилиндре – 21 %, и на двух цилиндрах – 5 %; для 12-цилиндрового двигателя ЯМЗ-240 в режиме работы на двух цилиндрах – 22 % [102, 105].

В качестве дополнительной нагрузки используется дросселирование масла в гидросистеме трактора или дросселирование отработанных газов на выпуске, а также комбинирование этих способов. Применение догрузочных устройств позволяет осуществить бесступенчатое регулирование и показатель загрузки использовать в качестве измерительного фактора, что повышает точность измерения [105].

Достоинства дифференциального метода: как и парциальный метод, позволяет испытывать двигатели мощных тракторов на маломощных тормозных стендах или вообще без них [101, 111]; обладает более высокой точностью – погрешность на уровне тормозных методов и не превышает 3-4 % [109].

Дифференциальный метод имеет такие же недостатки, как и парциальный.

Бестормозной метод получил развитие в трех направлениях.

Бестормозной метод профессора Н. С. Ждановского [27, 89, 106, 111]. Первые публикации об этом методе относятся к началу 50-х годов [51]. Он основан на использовании механических потерь в выключенных цилиндрах в качестве нагрузки работающих цилиндров и заключается в том, что мощность работающих цилиндров определяют по частоте вращения коленчатого вала. Бестормозная проверка широко распространена применительно к четырехцилиндровым двигателям в режиме работы на одном цилиндре при выключении подачи топлива в три остальные. Оставшийся в работе цилиндр оказывается полностью загруженным за счет механических сопротивлений двигателя и работает с полной цикловой подачей топлива на одном из режимов корректорной ветви регуляторной характеристики. При этом максимальную эффективную мощность четырехцилиндрового дизеля вычисляют по уравнению [111]:

Таким образом, установившаяся частота вращения при работе двигателя на одном цилиндре является оценкой мощности этого цилиндра. После проверки каждого цилиндра определяется средняя частота вращения, которая и является диагностическим параметром. Например, для двигателя СМД-14 она равна 1450 мин^-1, а для Д-50 – 1370 мин^-1. Отклонение от указанных значений свидетельствует об отклонении мощности двигателя от номинального значения [105].

Достоинства данного метода: простата практической реализации; низкая трудоемкость; возможность оценки мощностных показателей каждого цилиндра в отдельности [28, 111].

Недостатки: относительно низкая точность — при соблюдении определенных условий, основными из которых являются прогрев двигателя до нормального состояния и приработка нового или отремонтированного двигателя, погрешность измерений мощности составляет 5-6 %; ограниченная область применения (он пригоден для испытания четырех- и восьмицилиндровых двигателей); необходимо знать номинальную частоту вращения коленчатого вала при работе на одном цилиндре и коэффициент пропорциональности, устанавливаемые для каждой марки двигателя экспериментально; нужно выполнять промежуточные вычисления при определении мощности [28, 111]; требуется отключение цилиндров из работы [23]. Кроме того, при определении мощности дизелей с газотурбинным наддувом (ГТН) методом Н. С. Ждановского возможны большие погрешности, обусловленные зависимостью частоты вращения коленчатого вала при работе на одном цилиндре от давления наддува [27].

Бестормозной или динамический метод СибИМЭ [20, 21, 27, 66, 53, 84, 89, 105, 106, 107, 111, 132]. Начало его создания можно отнести к концу 70-х годов [56].

Метод основан на определении мощностных показателей дизелей по параметрам переходных процессов, в частности по изменению частоты вращения коленчатого вала при полном или частичном разгоне (или выбеге). Разгон рекомендуется применять для определения эффективной мощности, а полный или частичный выбег – для определения полной индикаторной мощности дизеля, мощности каждого цилиндра в отдельности и механического КПД.

Оба варианта испытаний основаны на анализе переходных процессов, возникающих в дизеле при резком увеличении или выключении подачи топлива.

Уравнение движения при неустановившемся режиме работы двигателя имеет вид [20]:

Если в результате резкого воздействия на рычаг подачи топлива происходит увеличение движущего момента (при резком увеличении подачи топлива), то крутящий момент, а, следовательно, и эффективная мощность [20]

будут иметь положительный знак, при резком уменьшении подачи топлива (выбеге) – отрицательный.

Практически этот метод осуществляют при применении известного прибора ИМД-Ц [20] или его аналогов (например, ИМД-Ц-3 [81]) – на основе измерения углового ускорения коленчатого вала в режиме свободного разгона (за счет резкого повышения частоты вращения на холостом ходу с минимально устойчивой до максимальной). Чем больше мощность, тем быстрее возрастает частота вращения коленчатого вала. Эффективная мощность определяется по угловому ускорению, определяемому за определенный промежуток времени в интервале частоты вращения, близкой к номинальной.

В состав прибора входит первичный преобразователь [20], который представляет собой прибор электромагнитной системы, содержащий магнит с катушкой индуктивности. Преобразователь генерирует последовательные импульсы синусоидальной формы с частотой пропорциональной угловой скорости коленчатого вала двигателя. Для установки первичного преобразователя тракторный двигатель должен иметь отверстие М16 х 1,5 в картере маховика. При отсутствии такого отверстия преобразователь, выполненный в виде отдельного блока, присоединяют к валу отбора мощности.

При подготовке прибора ИМД-Ц к использованию производят его калибровку по частоте вращения коленчатого вала и ускорению. По результатам измерений углового ускорения определяют эффективную мощность двигателя по номограммам. Прибор ИМД-Ц также используют для проверки равномерности работы цилиндров [20].

Достоинства. Динамический метод имеет малую трудоемкость [293, 304]. Он особенно ценен при определении мощности многоцилиндровых (8 и более цилиндров) и большой мощности двигателей. Это объясняется сложностью применения других методов догружения двигателей и отсутствием в хозяйствах тормозных стендов большой мощности [105].

Недостатки: сравнительно высокая погрешность определения мощности и сложность измерительной аппаратуры, в частности, требуется ее калибровка. Для установки измерительного преобразователя в кожухе маховика необходимо просверлить отверстие и нарезать в нем резьбу [27, 29]. При испытании дизелей с газотурбинным наддувом нужно учитывать давление наддува [293].

Бестормозной метод ГОСНИТИ на основе определения мощности по эффективному расходу топлива – по разности расходов топлива, измеренных при максимальной подаче и на холостом ходу. Следует отметить, что данный метод предложен В. И. Бельских и им же отнесен к бестормозному методу [27, 29, 131].

Закономерность изменения расхода топлива в функции мощности практически не зависит от технического состояния дизеля. При различных неисправностях кривые расхода топлива в функции мощности могут располагаться выше или ниже одна относительно другой, но расстояние между ними при всех нагрузках в пределах регуляторных ветвей характеристик практически остается неизменным.

По результатам анализа графиков в диапазоне изменений мощности, полученных при рядовой эксплуатации тракторов, зависимость расхода топлива от мощности дизеля выражается следующей степенной функцией [27, 29]:

Значения коэффициентов а и b для однотипных дизелей постоянны. Их определяют путем статистической обработки результатов контрольных испытаний дизелей [27].

Тогда из формулы (1.15) получим [27]

Ввиду того, что коэффициенты а и b дробные, при подсчете мощности требуется логарифмирование. Чтобы облегчить эту задачу, строят номограмму или составляют таблицу, задаваясь значениями в диапазоне изменений мощности дизеля, наблюдаемых при эксплуатации тракторов [27].

Таким образом (по мнению автора данного метода [27]), чтобы определить мощность дизеля, достаточно измерить расход топлива на холостом ходу и при максимальной подаче.

Достоинства метода (по мнению его автора [27]): обладает значительными преимуществами по сравнению с известными методами бестормозных испытаний двигателя, так как он более точен и позволяет не только определять мощность, но и оценивать топливную экономичность испытываемого дизеля.

Недостатки (также, по мнению автора [27]): при определении мощности дизелей с газотурбинным наддувом (ГТН) возможны большие погрешности, обусловленные зависимостью коэффициентов а и b от давления наддува и расхода топлива.

Температурный метод профессора И. П. Терских [101]. Он основан на том, что количество тепла, выделившегося за цикл дросселирования масла в гидросистеме трактора, прямо пропорционально поглощенной механической энергии. При парциальных испытаниях догрузочную мощность двигателя определяют по скорости нагрева масла в гидросистеме трактора в процессе его дросселирования на одном и том же режиме – при постоянной частоте вращения коленчатого вала двигателя и постоянном давлении масла при дросселировании.

При этом мощность догрузки двигателя при его испытании с половиной выключенных цилиндров находят по формуле:

При испытании, например, четырехцилиндрового двигателя температурным методом определяют экспериментально С, а также Т_Н и Т_К за время сначала на первой паре цилиндров, а затем на второй. По полученным данным вычисляют Значения N_M находят по табличным данным. После чего вычисляют по формуле (1.20).

Достоинства метода (по мнению его автора [101]): простата практической реализации и сравнительно невысокая трудоемкость (20-25 чел.-мин).

Недостатки (также, по мнению автора [101]): погрешность определения мощности – 7 %, что почти в 2 раза больше, чем при тормозном методе; требуется экспериментальное определение коэффициентов пропорциональности; нужно производить промежуточные вычисления.

В завершение следует отметить, что, кроме перечисленных, существуют и другие методы определения мощности двигателя. К ним, например, относятся методы: по изменению частоты вращения коленчатого вала двигателя, по продолжительности пуска дизеля, по задросселированному (осредненному по тактам) давлению в цилиндрах, по давлению и температуре отработанных газов [27, 58, 101], матричный метод [100] и др. Однако они пока недостаточно представлены в литературе и почти не находят своего применения в практике.

1.2.2 Методы испытания трактора

Известно два метода испытания трактора (назовем их по аналогии с методами испытания двигателя): первый – тормозной или стендовый и второй – бестормозной или тяговый, реализуемый в движении трактора под нагрузкой. Под испытанием трактора здесь и далее будем понимать комплекс операций, выполняемый с применением технических средств и с целью получения тягово-экономических показателей испытываемой машины. К таким показателям, прежде всего, относятся сила тяги, тяговая мощность и соответствующий ей расход топлива.

Тормозной метод осуществляют при испытании трактора на стенде, например, КИ-8927 ГОСНИТИ [106] (КИ-8948 ГОСНИТИ) [20, 22, 27, 101].

Основное назначение этого стенда – определение тягово-экономических показателей колесных тракторов. Стенд включает в себя приводной блок с четырьмя беговыми барабанами, опорный блок с двумя беговыми барабанами для тракторов с неотключаемыми передними ведущими мостами, жидкостный реостат, устройство для диагностирования гидравлической системы навесного устройства, пульт управления, расходомер топлива и систему отсоса отработанных газов диагностируемого трактора. Нагрузочно-приводная станция приводного блока состоит из редуктора ЦДН-50 и электрической машины АКБ 92-8, которая может работать как в генераторном, так и в двигательном режимах с регулированием нагрузки и частоты вращения при помощи жидкостного реостата. Догрузочное устройство стенда обеспечивает прижатие заднего моста трактора с целью повышения точности определения тягово-экономических показателей. Расходомер непрерывного измерения позволяет в любой момент находить величину расхода топлива путем непосредственного отсчета по шкале. Принцип действия расходомера основан на использовании перепада давления в дросселирующем отверстии диафрагмы, зависящего от количества топлива, которое перетекает через диафрагму [27].

Основные рабочие характеристики стенда [20]: пределы измерения тягового усилия – 1-35 кН; пределы измерения расхода топлива – 0-70 кг/ч; имитируемая скорость при измерении тяговых усилий – 11,3-20,4 км/ч; максимальная мощность, снимаемая с колес трактора при тяговых испытаниях, — 195 кВт; погрешность измерений тяговых и тормозных усилий – 3 %; площадь, занимаемая стендом, — около 35 м².

Испытание тракторов заключается в следующем [27]. Устанавливают трактор на стенд. Подключают к дизелю топливомер КИ-8940 или КИ-8955 ГОСНИТИ. При испытании дизелей тракторов Т-150К и «Беларусь» догружают задний мост соответственно усилием 15 и 5 кН. Пускают стенд, включают передачу трактора и прогревают дизель до нормального теплового состояния. Измеряют силу тяги, развиваемую трактором, и расход топлива. Для этого включают передачу, соответствующую требуемому режиму проверки силы тяги, и устанавливают максимальный скоростной режим (табл. 1.1 [20]).

Приводной блок воспринимает и передает на привод крутящий момент с колес трактора при проверке тяговых усилий или передает на колеса трактора крутящий момент привода при проверке тормозов и механических потерь в трансмиссии. Нагружают дизель с помощью реостата стенда до достижения максимального расхода топлива. По шкале динамометра отсчитывают силу тяги, а по показанию топливомера – расход топлива. Если полученные данные выходят за допускаемые пределы, выявляют и устраняют неисправности.

Таблица 1.1 – Режим проверки, показатели тягового усилия и расхода

топлива колесных тракторов при диагностировании на стенде КИ-8927

Трактор	Режим проверки — передача	Тяговое усилие, кН		Расход топлива, кг/ч
		номи-нальное	допус-каемое	номи-нальный	допускаемый
					наимень- ший	наиболь- ший
Т-150К	V	23	19	31,4	29,9	34,0
МТЗ-80	VIII	7,5	6	14,5	13,8	15,5
ЮМЗ-6	IX	6	5	11,7	11,1	12,5

Достоинства тормозного метода – плавные режимы нагрузки, стабильные показания и высокая точность измерения. Погрешность измерений тяговых и тормозных усилий – не более 3 % [20].

Недостатки: в связи с повышением мощности тракторных двигателей и массы тракторов возникает необходимость применения стендов большой мощности, что усложняет и удорожает испытание [102]. Кроме того, на тормозных стендах с беговыми барабанами не представляется возможным испытание гусеничных машин.

Тяговый метод положен в основу тяговых испытаний трактора, которые проводят для оценки его тягово-динамических и экономических качеств в заданных условиях. Тяговые показатели определяют в функции крюковой нагрузки, приложенной к тягово-сцепному устройству [96]. Методика таких испытаний регламентирована ГОСТ 7057-2001 [1].

При тяговых испытаниях трактор загружают специальной динамометрической тележкой, оборудованной тормозным устройством. С помощью этого устройства создают переменное сопротивление движению и загружают трактор в широком диапазоне тяговых усилий. В качестве загрузочного устройства используют тракторы, сопротивление движению которых регулируется изменением подачи топлива и переключением передач [96], или динамометрические лаборатории с электрическим торможением, обеспечивающим сопротивление движению трактора [67]. Тяговую нагрузку на каждой передаче изменяют последовательно от нуля до максимального значения. Число ступеней нагрузки – не менее 12. Максимальное тяговое усилие ограничивают началом неустойчивой работы двигателя или буксованием, предельное значение которого должно быть 15 % для гусеничных и 30 % для колесных тракторов. Максимальную тяговую мощность определяют на треке не менее чем на шести передачах. При этом предельное буксование должно быть 7 % для гусеничных и 15 % для колесных тракторов. При проведении тяговых испытаний учитывают: почвенный фон; неплоскостность поверхности фона; уклон плоскости, прилегающей к поверхности фона; влажность почвы и твердость фона [96].

При проведении тяговых испытаний замеряют тяговое усилие; продолжительность опыта; путь, пройденный трактором; массу (объем) израсходованного топлива; частоту вращения движителя (ведущих колес); частоту вращения выходного вала двигателя, а также показатели, характеризующие физические свойства почвы. При этом в качестве измерительной аппаратуры используют динамометры или динамографы, расходомеры топлива, тахометры, путеизмерительное колесо и твердомеры почвы [96]. Допускаемые значения погрешностей средств измерений при испытаниях тракторов – по ГОСТ 7057-2001[1].

По результатам испытаний вычисляют силу тяги, тяговую мощность, часовой и удельный расход топлива, коэффициент буксования и другие показатели, необходимые для тягово-экономической оценки трактора. По результатам вычислений строят тяговую характеристику, представляющую собой графическую зависимость скорости движения, мощности, расхода топлива и буксования от силы тяги.

Тяговые характеристики трактора, снятые по рассмотренной методике, пригодны главным образом для анализа работы трактора с прицепными машинами. При работе с навесными машинами они недостаточно показательны, так как эти машины по силовому воздействию на трактор существенно отличаются от прицепных [96]. В связи с этим тяговые испытания трактора с прицепными машинами значительно усложняются. Так, например, для испытания плоскорезных агрегатов требуется специальная тензометрическая навеска, электронная аппаратура к ней, а также портативный компьютер [25].

В завершение следует отметить, что определение мощности двигателя и трактора (их технического состояния) не является прямым назначением тягового метода. Вместе с тем это вполне возможно. Однако его практическая реализация в том виде, в каком он предназначен для оценки тягово-динамических и экономических качеств тракторов, весьма затруднительна вследствие его сложности, высокой трудоемкости и стоимости.

1.2.3 Анализ методов испытания двигателя и трактора

Итак, основные известные в практике методы испытаний при определении мощности двигателя и трактора найдены. Поскольку методов испытаний двигателя значительно больше, чем трактора, то информация по испытанию двигателя обобщена и представлена в табл. А.1. Поиск литературных данных на этом этапе завершен. Предварительный анализ полученной информации, в частности по методам испытаний двигателя, показывает следующее.

Из найденных сведений весьма затруднительно определить обобщающий показатель качества каждого метода, поскольку они имеют ограниченную информативность. Так, в литературе отсутствуют в полном объеме данные по погрешности измерений мощности: они представлены только в виде относительной погрешности измерений этого параметра. Почти нет данных по трудоемкости. Из просмотренных практических руководств по диагностированию тракторов, технологических рекомендаций и карт только в двух источниках [107, 108] найдена трудоемкость определения мощности двигателя. По бестормозному методу с применением прибора ИМД-ЦМ она составляет 0,5 чел.-ч [107], по парциальному с использованием КИ-5472-ГОСНИТИ – 0,04 чел.-ч [108]. Этих данных явно недостаточно для того, чтобы можно было сравнить методы испытаний двигателя, например по трудозатратам. В литературе также не найдены экономические показатели методов.

Для получения более полных сведений в дальнейшем были сформированы технико-экономические показатели (ТЭП) практической реализации методов (табл. 1.2) [31]. Для этого каждому методу был присвоен (на основе изучения литературных источников [20, 21, 23, 27, 28, 29, 35, 41, 51, 56, 77, 89, 101, 102, 105, 106, 107, 109, 111, 132]) год начала его промышленного освоения. Затем были определены следующие данные.

Данные по погрешности методов (П, %) найдены в указанных литературных источниках.

Трудоемкость (Т, чел.-ч) определена экспериментально при проведении лабораторных работ со студентами, обучающимися на инженерном факультете ФГБОУ ВПО «ИрГСХА». Она была найдена на примере определения мощности двигателей тракторов МТЗ-80 и ДТ-75М (без учета времени на прогрев двигателя). Этот эксперимент был выполнен в идентичных условиях реализации каждого метода. Мощность определялась с трехкратной повторностью. Объем наблюдений по каждому методу составил 40 единиц, погрешность определения среднего значения (математического ожидания) измеряемого параметра – не более 5 % при доверительной вероятности 0,95. Обработка экспериментальных данных была выполнена на компьютере с применением программы «Статистика».

Таблица 1.2 –Технико-экономические показатели (ТЭП) методов определения мощности двигателя

ТЭП	Годы начала промышленного освоения методов Методы определения мощности
	1930	1940	1950	1960	1970
	Т	БЖ	П	Д	БД
П, %	3,0	6,0	3,5	3,5	5,0
Т, чел.-ч	Данные не найдены	0,8	1,1	1,2	0,5
	0,2	0,4	0,6	0,9	1,0
, тыс. руб.	2600	33,6	53,5	53,5	70,0
Примечание – Методы определения мощности: Т – тормозной; БЖ – безтормозной проф. Н. С. Ждановского; П – парциальный; Д – дифференциальный; БД – бестормозной динамический (СибИМЭ)

Коэффициент универсальности метода – по формуле:

где — число марок машин, контроль мощности двигателей которых возможен с применением i-метода; N_C — суммарное число марок машин.

Стоимость капиталовложений C_Ki в реализацию каждого i-метода –

где — суммарная стоимость j-средств (приборов и оборудования, в том числе — приборов для измерения расхода топлива) для практического осуществления i-метода определения мощности. Для этого была найдена стоимость современных средств определения мощности (представлена в табл. А.1 по данным табл. А.2). В качестве источников принята рекламная информация, имеющаяся в сети Интернет. По этим данным была вычислена в соответствии с формулой (1.22) стоимость капиталовложений для реализации каждого метода.

Технико-экономические показатели практической реализации методов испытаний двигателя (табл. 1.2) проиллюстрированы графически на рис. 1.3 и 1.4.

В завершение вся полученная информация (табл. А.1, табл. А.2, табл. 1.2, рис. 1.3 и 1.4) была обобщена и проанализирована. При этом получены следующие выводы.

1. В нашей стране наибольшее развитие получили методы определения мощности двигателя, к которым относятся бестормозной метод проф. Н. С. Ждановского, парциальный и дифференциальный, а также бестормозной или динамический метод СибИМЭ. В процессе их совершенствования такие показатели, как погрешность и трудоемкость определения мощности двигателя, практически остались на одном и том же уровне. Стоимость капиталовложений в освоение методов увеличилась почти в 2 раза за счет применения электронных приборов типа ИМД-Ц, что позволило повысить универсальность методов в 3 раза.

Наряду с этим методы испытания трактора почти не развивались. Создан всего один такой метод – тормозной, который обладает большей информативностью (позволяет определять техническое состояние трактора в целом, а также двигателя и других его составных частей) в сравнении с методами испытаний двигателя, но отличается сложностью практической реализации, высокой стоимостью и может быть пригоден только для испытания колесных тракторов.

Рисунок 1.3 — Изменение погрешности 1 (●) и трудоемкости 2 (○)

определения мощности двигателя в процессе

совершенствования методов

Рисунок 1.4 — Изменение коэффициента универсальности 1 (●) метода определения мощности и стоимости капиталовложений 2 (○)

в его реализацию в процессе совершенствования

2. Определение мощности и расхода топлива осуществляется только в условиях рабочего режима – с полной цикловой подачей топлива, что соответствует требованиям ГОСТ 18509-88 [2]. В таком режиме двигатель более чувствителен к неисправностям, нарушениям регулировок и отклонениям в протекании рабочего процесса [52]. В основу определения мощности положен энергетический метод диагностирования, который базируется на оценке состояния объектов путем измерения вырабатываемой, передаваемой или потребляемой ими энергии [105].

4. Каждый метод имеет свои достоинства и недостатки.

Наиболее точный и в то же время самый дорогой – тормозной метод.

Наиболее простой и доступный как в смысле практической реализации, так и по стоимости – бестормозной метод проф. Н. С. Ждановского, но он применим только для 4-цилиндровых двигателей.

Парциальный и дифференциальный методы по точности мало уступают тормозному методу, но при их реализации требуются дополнительные средства загрузки двигателя, что приводит к необходимости выполнения сложных промежуточных вычислений, а также увеличивает объем работ по испытанию и стоимость методов.

Наиболее универсальный – бестормозной или динамический метод СибИМЭ, однако его точность зависит от многих факторов.

5. В целом, информация о методах определения мощности двигателей противоречива и не позволяет выбрать лучший метод для конкретных условий его применения.

Полученные результаты обобщения информации, как и результаты ее анализа, безусловно, должны быть учтены при совершенствовании и создании новых методов и средств определения мощности тракторов и их двигателей.

1.3 Особенности определение мощности тракторных двигателей в условиях эксплуатации

Прежде чем приступить к изложению материала дадим краткое описание условий эксплуатации техники. Под условиями эксплуатации обычно понимают совокупность факторов, воздействующих на изделие при его эксплуатации [78]. К ним относятся: климатические [80], условия использования машины по назначению [35], состояние РОБ [82], квалификация обслуживающего персонала и т. п. Представим в дальнейшем условия эксплуатации тракторов в СХП Иркутской области, не касаясь климатических условий и условий использования машин по назначению, поскольку их можно принять постоянными.

Итак, в Иркутской области имеется 191 сельскохозяйственное предприятие [129], из которых 25 – крупные, с площадью сельскохозяйственных угодий более 6 тыс. га. Все остальные можно отнести к средним и мелким. Они представлены в виде обществ с ограниченной ответственностью (ООО), крестьянско-фермерских хозяйств (КФХ) и индивидуальных предприятий (ИП). Состав машинно-тракторного парка мелких и средних хозяйств: 3-5 тракторов и столько же зерноуборочных комбайнов. Средний срок службы тракторов – 20 и более лет. Основным объектом ремонтно-обслуживающей базы крупных предприятий является центральная ремонтная мастерская (ЦРМ). В мелких предприятиях она отсутствует. В хозяйствах области нет передвижных средств технического обслуживания и диагностических установок. Техническое обслуживание машин в плановом порядке и в объеме согласно ГОСТ 20793-86 [3] не выполняется. Практически оно сводится к смене масла в двигателе. В целом, это типичная картина, по крайней мере, для АПК Восточно-Сибирского региона. Ясно, что уровень технической эксплуатации тракторов в сельскохозяйственных предприятиях Иркутской области весьма низок. В связи с этим, естественно, возникает вопрос: определяют ли мощность двигателей и каким образом это осуществляют? Для того чтобы дать ответ на этот вопрос, нами проведено выборочное обследование хозяйств Иркутской области. На первом этапе оно заключалось в следующем.

Путем случайной выборки было принято под наблюдение 38 предприятий (19,9 % от всех хозяйств области), в каждом из которых был проведен опрос инженеров, а в их отсутствии — лиц, ответственных за эксплуатацию тракторов, на предмет применения методов и средств определения мощности тракторных двигателей. При этом каждому эксперту были заданы следующие одни и те же вопросы:

1. Какой из представленных методов (табл. 1.3, первый столбец), по вашему мнению, является основным при постановке диагноза «Мощность двигателя занижена более чем на 5 % от ее номинального значения?».

2. Знаете ли Вы какие-либо приборы для определения мощности дизеля?

3. Хотели ли бы Вы использовать эти приборы?

4. Доверяете ли Вы результатам измерений мощности при применении приборов?

5. Почему в Вашем хозяйстве нет технических средств определения мощности? Предполагаемые ответы:

Таблица 1.3 – Методы оценки и контроля мощности двигателей

тракторов, применяемые в сельскохозяйственных предприятиях

Иркутской области

 

Название метода	Краткое описание сущности метода	Количественные оценки метода:
		число экспер-тов, указавших на метод, чел.	в % от суммы
Методы субъективной оценки параметра
1. По признаку: трактор «тянет – не тянет»	По изменению скорости дви-жения трактора при его ис-пользовании с одной и той же нагрузкой	16	42,1
2. По повышен-ному расходу топлива	По результатам учета коли-чества топлива, заправляемого в бак	8	21,1
3. По цвету отра-ботанных газов	Сопоставляют визуально цвет газов контролируемого тракто-ра с исправным	6	15,8
4. По признакам перегрева двига-теля	Наблюдают за изменением температуры охлаждающей жидкости и масла по штатным приборам при выполнении энергоемких работ	3	7,9
5. По расходу га-зов, прорываю-щихся в картер	По появлению выбросов газов через сапун или маслозалив-ную горловину	2	5,3
6. По отсутст-вию возможнос-ти пуска дизеля	Выполняют все необходимые операции для успешного пус-ка, но при этом не получают положительного результата	1	2,6
Методы определения параметра при применении технических средств
7. Метод Н. С. Ждановского	Измеряют частоту вращения коленчатого вала при работе двигателя на одном цилиндре	1	2,6
8. Динамический метод СибИМЭ	Измеряют ускорение коленча-того вала в процессе свобод-ного разгона двигателя от ми-нимальных оборотов холос-того хода до максимальных	1	2,6
	Всего	38	100

а) отсутствуют средства на их приобретение;

б) руководство предприятия не считает их нужными;

в) другие причины.

Результаты опроса обработаны и представлены в табл. 1.3 и 1.4. Они показывают следующее.

Сельскохозяйственные предприятия Иркутской области обеспечены средствами контроля мощности двигателей только на 5,2 % (табл. 1.3). К ним относятся средства, необходимые для определения мощности по методу Н. С. Ждановского и СибИМЭ (прибор ИМД-Ц). Поэтому в 95 % хозяйств области используют субъективные методы оценки параметра. Наиболее распространенный метод оценки мощности двигателя по признаку «тянет – не тянет» (42,1 %), на втором месте метод оценки по расходу топлива – 21,1 % и на третьем – по цвету отработанных газов – 15,8 %. В сумме они составляют около 80 % (79,0 %).

Данные табл. 1.4 показывают, что основная часть (70 %) специалистов знает о существовании приборов для определения мощности двигателей. Специалисты в своем большинстве (95 %) доверяют результатам определения мощности по приборам и хотели бы их использовать в своей практике. Основной причиной низкой обеспеченности хозяйств средствами

Таблица 1.4 – Результаты ответов экспертов на вопросы, заданные для оценки намерений по использованию приборов для определения

мощности и причин их отсутствия в хозяйствах

Вопросы	Ответы % от суммы
	положи- тельные	отрица- тельные
Знаете ли Вы какие-либо приборы для определения мощности дизеля?	да 70 %	нет 30 %
Хотели ли бы Вы использовать эти приборы?	да 95 %	нет 5 %
Доверяете ли Вы результатам изме-рений мощности при применении прибо-ров?	да 95 %	нет 5 %
Почему в Вашем хозяйстве нет тех-нических средств определения мощнос-ти?	а) отсутствуют средства на их приобретение – 95 %; б) руководство предприятия не считает их нужными – 5 %; в) другие причины – 0 %.

диагностирования является отсутствие денежных ресурсов, что подтвердили 95 % опрошенных.

Таким образом, из-за отсутствия технических средств диагностирования в сельскохозяйственных предприятиях Иркутской области мощность тракторных двигателей преимущественно (в 95 % случаев) оценивают субъективными методами, наиболее распространенным из которых (составляет 42, 1 %) является метод по принципу «тянет – не тянет». Это, безусловно, снижает эффективность эксплуатации машин.

1.4 Анализ научных исследований по обоснованию методов определения мощности двигателя

Изучением проблем диагностирования машин в сельском хозяйстве занимались ведущие ученые нашей страны. Научные основы диагностики машин сельскохозяйственного назначенния созданы трудами В. А. Аллилуе-ва, В. И. Бельских, Г. В. Веденяпина, Н. С. Ждановского, С. А. Иофинова, В. М. Лившица, В. М. Михлина, А. В. Николаенко, А. И. Селиванова, К. Ю. Скибневского, И. П. Терских, И. Е. Ульмана, Б. А. Улитовского, С. С. Черепанова, В. И. Черноиванова и др. Значительный вклад в разработку методов и средств диагностирования внесли: В. В. Альт, Д. М. Воронин, И. П. Добролюбов, А. В. Дунаев, А. В. Колчин, В. В. Коротких, Г. М. Крохта, Н. И. Мошкин, С. П. Озорнин, В. В. Остриков, А. М. Плаксин, В. Г. Ряков, Ю. Н. Упкунов, А. П. Уткин, А. И. Федотов, Н. М. Хмелевой и др.

По совершенствованию технологии и средств диагностирования сельскохозяйственных машин ведут плодотворную работу научно-исследовательские институты — Государственное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский технологический институт ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка» (ГОСНИТИ), Государственный научно-исследовательский тракторный институт (НАТИ), Сибирский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства (СибИМЭ), а также высшие учебные заведения — Московский государственный аграрный университет им. В.П.Горячкина, Санкт-Петербургский государственный аграрный университет, Бурятская государственная сельскохозяйственная академия, Красноярский государственный аграрный университет, Новосибирский государственный аграрный университет, Челябинский государственный агроинженерный университет, Беларусский аграрный технический университет (Беларусь), Киевский аграрный университет (Украина) и др. Созданием, совершенствованием и промышленным выпуском технических средств диагностирования в России успешно занимаются: ГНУ ГОСНИТИ (АООТ «Агротехнопарксервис»), научно-производственная фирма «МЕТА», «Группа Компаний ГАРО», ООО «Красноуфимский опытно-экспериментальный завод», ООО «Автоспецоборудование», ОАО МОПАЗ (г. Малоярославец) и другие предприятия. За рубежом — фирмы «Катерпиллер» и «Комацу», концерн «Дженерал Моторс», а также другие ведущие фирмы и концерны Великобритании, Германии, Италии, Китая, США, Франции, Швеции и Японии [124].

К настоящему времени в области технического диагностирования машин выполнено множество научно-исследовательских работ различных видов — учебников и учебных пособий, диссертаций и научных отчетов, реферативных сборников, монографий, статей, тезисов и др. Безусловно, это свидетельствует о том, что данная область знаний всегда актуальна и востребована практикой [124].

При этом значительная часть работ посвящена диагностированию тракторов и их двигателей, в частности, обоснованию методов и средств определения мощности и расхода топлива [20, 21, 23, 27, 28, 29, 35, 41, 51, 56, 89, 94, 100, 101, 102, 105, 106, 107, 109, 111, 132 и др.]. Данной проблемой наши ученые и инженеры занимаются на протяжении нескольких десятков лет. Так, в период с 1980 по 1990 г. техническим диагностированием в России был охвачен практически весь парк сельскохозяйственных машин (около 95 %), что обеспечило повышение коэффициента готовности техники до 0,94-0,98, снижение эксплуатационных издержек на 30 % и простоев по техническим неисправностям в 1,5-2,0 раза [95]. Поэтому вполне можно было бы полагать, что к настоящему времени в этой области знаний нет проблем. Однако это далеко не так.

В литературных источниках, касающихся обоснования методов определения мощности двигателей, имеют место противоречивые высказывания. Так, в работе [29, с. 218] автор В. И. Бельских пишет: «Наиболее простой вариант бестормозной проверки мощности основан на использовании механических потерь в отключенных цилиндрах в качестве нагрузки работающих цилиндров (Речь идет о бестормозном методе проф. Н. С. Ждановского – пояснение авторов данной работы). Мощность работающих цилиндров определяют на режиме перегрузки по частоте вращения коленчатого вала. Этот способ применим для определения мощностных показателей четырехцилиндровых дизелей, механический КПД которых не превышает 0,75. В связи с ограниченной областью применения и низкой точностью он не получил широкого распространения». В книге [102, с. 56] коллектив авторов под руководством проф. В. М. Михлина сообщает следующее (в сущности противоположное): «Широко распространена применительно к четырехцилиндровым двигателям бестормозная проверка в режиме работы на одном цилиндре при выключении подачи топлива в три остальные. Оставшийся в работе цилиндр оказывается полностью загруженным за счет механических сопротивлений двигателя и работает с полной цикловой подачей топлива на одном из режимов корректорной ветви характеристики». А вот что утверждает по этому же методу проф. И. П. Терских в своей монографии [101, с. 221, 222]: «Большой практический интерес представляет диагностика на основе бестормозных испытаний. Бестормозная проверка двигателя по режиму работы на одном цилиндре позволяет выявить и оценить: отклонение мощности отдельных цилиндров и двигателя в целом от номинальных значений, неравномерность работы цилиндров… По результатам бестормозной проверки оценивают топливную экономичность отдельных цилиндров и двигателя в целом, сопоставимую с данными тормозных испытаний. … Предложенный профессором Н. С. Ждановским бестормозной метод применяется только для четырехцилиндровых двигателей. Однако его возможности еще не исчерпаны».

Разные и противоречивые мнения по одному и тому же вопросу ведущих ученых нашей страны в области диагностики машин свидетельствуют о том, что методы определения мощности тракторных двигателей пока ещё недостаточно изучены.

И, по мнению Г. Е. Топилина, это действительно так. На основе проведенного анализа он приходит к выводу о том, что существующие методы диагностирования мощностных показателей тракторных двигателей (бестормозной метод профессора Н. С. Ждановского, метод задросселированнного давления, парциальный метод), хотя и применяются в практике испытаний, однако имеют ряд недостатков: необходимость промежуточных вычислений при определении мощности; конструктивную несовместимость с новыми моделями тракторов (например, Т-150, Т-150К и др.); недостаточно высокие экономические, технические и метрологические показатели; низкую эксплуатационную надежность аппаратуры [111].

Трудно не согласиться с мнением Г. Е. Топилина и вот почему. Во-первых, недостатки объективно необходимы, поскольку они обуславливают дальнейшее развитие, а во-вторых, недостатки появляются тогда, когда пользователь предъявляет новые требования к интересующему его объекту. На наш взгляд, в данном случае Г. Е. Топилин выразил мнение пользователя советских времен (источник [111] датирован 1984 годом). Более того, можно утверждать, что автор в своей работе [111] изложил требование социалистической экономики. Здесь уместно отметить, что в нашей стране в ту пору именно в таком направлении и шло развитие методов и средств диагностирования машин, причем достаточно успешно. Тогда, по словам автора этой же работы в практике испытаний двигателей применялись различные методы. По-нашему мнению венцом развития теории и практики испытаний двигателей в то время стал прибор ИМД-Ц проф. В. М. Лившица (ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии). Он выпускался отечественной промышленностью [117], вошел во все учебники по технической эксплуатации машин [21, 26, 76, 89, 97, 104, 131], изучался во всех вузах, по крайней мере, сельскохозяйственного профиля, был востребован производством и даже признан за рубежом [132]. Что же мы имеем сейчас, после 1991 года, в эпоху рыночной экономики?

Измеритель мощности двигателя ИМД-Ц не выпускается. Взамен этого прибора учеными ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии создан аналог – автодизельтестер АДТ-1 [66], однако и он не нашел широкого применения. В ГНУ ГОСНИТИ Россельхозакадемии на базе известного прибора ИМД-Ц разработан микропроцессорный измеритель параметров дизеля МИПД-1 – не востребован. Кроме того, после 1991 года не выпускаются отечественной промышленностью многие позиции контрольно-диагностического оборудования [69], например, стенд КИ-8927 ГОСНИТИ [41] (КИ-8948 ГОСНИТИ) [20, 27, 101] для испытания колесных тракторов при определении их тягово-экономических показателей.

Создается впечатление, что рынок «захлестнул» науку! Так ли это? Мы попытались разобраться в этом вопросе, полагая, что отказ от диагностирования – ни есть решение проблемы.

В связи с этим в дальнейшем нами была поставлена задача: определить направление развития методов и средств диагностирования как таковых на современном этапе и при этом выявить методы и средства, относящиеся к определению мощности двигателя и трактора. Кроме того, предполагалось найти какую-либо ясность по вопросу практического применения методов и средств диагностирования в современных социально-экономических условиях развития нашей страны.

В качестве источника информации были приняты во внимание все публикации научно-теоретического журнала «Техника в сельском хозяйстве» за период за последние 12 лет (с 1999 по 2010 годы). Такой выбор обусловлен тем, что в нем в равной степени представлены работы по различным направлениям использования и развития техники в сельскохозяйственном производстве на всей территории нашей страны. При этом учитывалось, что статьи отбирались по мере поступления их в редакцию и при соблюдении одинаковых требований к ним. Следовательно, каждая публикация — это результат случайной выборки [125]. Данная методика проведения анализа нами заимствована в работе [125].

Итак, за прошедшие 12 лет в журнале опубликовано 1277 тематических статей (без учета публикаций рекламного характера и специальных сообщений). Из них по обеспечению работоспособности (ТО, хранению и ремонту) машин — 136 статей, что составило 10,6 % от их общего числа. Из 136 статей только 23 [19, 33, 36, 40, 42, 43, 45, 48, 49, 55, 62, 68, 70, 71, 72, 85, 86, 88, 93, 95, 119, 120, 122] (16,9 % от 136) относятся к методам и средствам диагностирования.

На следующем этапе нами были изучены и проанализированы все 23 публикации, касающиеся методов и средств диагностирования. В результате анализа были выявлены статьи, которые относятся к методам и средствам диагностирования машинно-тракторных агрегатов — 1 [93], а также машины в целом — 5 [33, 45, 71, 72, 95] и ее составных частей, к которым отнесены: двигатель – 11 [36, 48, 49, 55, 62, 68, 70, 85, 86, 119, 120], ходовая система – 4 [19, 40, 42, 43], гидросистема навесного устройства – 1 [88] и рулевое управление – 1 [122]. В дальнейшем 11 статей по двигателю были распределены по их принадлежности к отдельным системам двигателя. При этом были найдены соответствующие количественные оценки (табл. 1.5). Распределение статей по их принадлежности к объектам диагностирования проиллюстрировано на рис. 1.5 в виде диаграммы.

Данные табл. 1.5 и рис. 1.5 показывают, что наиболее интенсивно развиваются методы и средства диагностирования двигателя – 47,8 % статей (занимают первое место). На втором месте – диагностирование машины в целом — 23,5 %. На третьем – ходовая система — по 17,4 % статей.

Распределение работ по составным частям машины следующее (в порядке убывания удельного веса статей): двигатель, ходовая система, гидросистема навесного устройства и рулевое управление. Такое распределение объясняется, прежде всего, тем, что двигатель из перечисленных составных частей является самым дорогим и составляет около 50 % от стоимости машины. Кроме того, от технического состояния двигателя существенно зависят технико-экономические показатели использования машины, например, производительность и расход топлива. На втором месте по стоимости — ходовая система. Только колеса трактора «Кировец» составляют 25-30 % его стоимости. Гидравлическая система и рулевое управление по стоимости находятся примерно на одном уровне — в пределах 5-8 % от стоимости машины.

Таблица 1.5 – Анализ статей, относящихся к методам и средствам диагностирования МТА, машины и ее составных частей

Тематика статей — их принадлежность к объектам диагностирования	Количественные оценки статей:
	число статей, шт.	в % от суммы
1. Машинно-тракторный агрегат (МТА) [93]	1	4,3
2. Машина в целом [33, 45, 71, 72, 95]	5	21,7
3. Двигатель [36, 48, 49, 55, 62, 68, 70, 85, 86, 119, 120]	11	47,8
4. Ходовая система [19, 40, 42, 43]	4	17,4
5. Гидросистема навесного устройства [88]	1	4,3
6. Рулевое управление [122]	1	4,3
Всего	23	100,0

Рисунок 1.5 – Диаграмма принадлежности статей к объектам диагностирования: цифры по оси абсцисс — порядковые

номера по графе 1 табл. 1.5

С другой стороны, двигатель — самая ненадежная составная часть машины и по этому показателю занимает первое место. Ходовая система по уровню надежности находится на втором месте. Гидравлическая система и рулевое управление имеют более высокий уровень надежности, чем двигатель и ходовая система.

Таким образом, в условиях рыночного производства стоимость составной части машины и ее надежность являются факторами, определяющими необходимость проведения научных исследований. При этом не принимается во внимание даже безопасность выполнения механизированных работ и дорожного движения.

Однако это вовсе не означает, что в современных экономических условиях нет объективной необходимости совершенствования методов и средств диагностирования. Напротив, конструкция тракторов, в том числе и их двигателей, в условиях конкуренции постоянно совершенствуется. В этой связи, безусловно, должны совершенствоваться методы и средства их диагностирования. Более того, средства диагностирования сами являются товаром, конкурируют на рынке аналогичной продукции, что уже предопределяет объективную необходимость постоянного улучшения их эксплуатационных свойств.

Теперь от общего анализа перейдем к тем работам, которые напрямую относятся к методам определения мощности и расхода топлива машин.

В работе [93] (она касается оценки топливной экономичности агрегата) М. И. Романченко предложен расчетно-вероятностный метод определения эксплуатационного часового расхода топлива при использовании транспортного агрегата в составе трактора. При этом учтены эксплуатационные факторы, влияющие на расход топлива. В основу метода положена регуляторная характеристика двигателя. Метод позволяет определять показатели топливно-экономической эффективности работы транспортного агрегата.

В статье [62] предложен метод оценки топливной экономичности дизельных двигателей по дымности отработанных газов (авторы: А. В. Колчин и А. В. Дальниковский, ГОСНИТИ). Метод основан на том, что экономичная и малотоксичная работа дизеля взаимообусловлены. Снижение эффективности работы дизеля приводит к его повышенной дымности. И наоборот, появление признаков повышенной дымности отработанных газов свидетельствует о снижении полноты сгорания топлива, то есть об уменьшении эффективности работы дизеля. Авторы утверждают, что в условиях эксплуатации машин в целях повышения их топливной экономичности целесообразен постоянный контроль дымности отработанных газов дизелей на основе оптических преобразователей – дымомеров ИНА-109, СМОГ-1М-01, КИД-2М, Мета-01.

Ряд работ, найденных в журнале «Техника в сельском хозяйстве», хотя и относится к двигателю, но имеет частный характер. Например, статьи [36, 55, 70, 85] посвящены совершенствованию методов и средств диагностирования топливоподачи, [119, 120] – воздухоподачи, [48, 49, 86] – цилиндропоршневой группы, [68] – кривошипно-шатунного механизма двигателя.

В сущности, все названные работы направлены на решение проблемы сбережения материальных, технических, трудовых и других видов ресурсов в условиях рыночной экономики. Сюда же следует отнести проблему экологической безопасности [62].

Теперь, все-таки, попытаемся найти ясность по вопросу практического применения методов и средств диагностирования в современных экономических условиях развития нашей страны.

Итак, в статье Р. Ю. Соловьева, В. М. Михлина и А. В. Колчина [95] дан четкий ответ на поставленный нами вопрос. Он заключается в следующем [95]: «Существующий этап развития технической диагностики в условиях рынка отличается особенностями, связанными с работой в новых условиях, в частности с недостатком денежных средств у сельскохозяйственных производителей, МТС и ремонтных предприятий. Это послужило основой для разработки и производства недорогих, но надежных средств диагностирования, необходимых в первую очередь для технического сервиса машин.». На наш взгляд, именно поэтому отечественная промышленность отказалась от выпуска дорогих стендов для испытания двигателей и тракторов КИ-8927 ГОСНИТИ (КИ-8948 ГОСНИТИ), только поэтому сегодня не производят электронные приборы типа ИМД-Ц или МИПД-1 на его базе.

Таким образом, с переходом на рыночную экономику диагностика, как наука, сохранилась. Ее дальнейшее развитие – это создание автоматизированных бортовых систем диагностирования, контроль и самодиагностика электронных систем новых машин, управление комфортом в кабине оператора и даже дистанционное диагностирование основных агрегатов машин [95]. Очевидно сюда же должны быть вписаны методы определения мощности и расхода топлива тракторов и их двигателей. Однако все это должно осуществляться наряду с развитием простых внешних средств диагностирования [95], доступных в настоящее время сельскому товаропроизводителю. Использование простейших методов и средств диагностирования в практике эксплуатации машин всегда дает большой экономический эффект и своей актуальности не теряет [101].

1.5 Выводы и задачи исследования

Анализ мощности и расхода топлива как основных показателей работы и обобщенных параметров технического состояния двигателя и трактора, методов их испытаний при определении мощности, изучение особенностей определения мощности тракторных двигателей в условиях эксплуатации, а также обобщение и анализ научных исследований по обоснованию методов и средств определения мощности двигателей сельскохозяйственных тракторов позволяют сделать следующие выводы:

1. Мощность и расход топлива — основные топливно-экономические показатели работы двигателя и трактора и в то же время — обобщенные параметры их технического состояния. От их значений напрямую зависят производительность, экономичность и экологическая безопасность машинно-тракторных агрегатов, а также оценка необходимости выполнения работ по восстановлению работоспособности составных частей двигателя и трактора.

Поэтому определение мощности и расхода топлива является важной диагностической операцией. При эксплуатации допускается снижение эффективной мощности двигателя не более чем на 5 %, а повышение мощности и часового расхода топлива не более чем на 7 % по сравнению с номинальными значениями.

2. В основу определения мощности положен энергетический метод, который базируется на оценке состояния объектов путем измерения вырабатываемой, передаваемой или потребляемой ими энергии. Таким образом, мощность и расход топлива определяют только в условиях рабочего режима – с полной цикловой подачей топлива, что соответствует требованиям ГОСТ 18509-88.

3. В нашей стране наибольшее развитие получили методы определения мощности двигателя, к которым относятся бестормозной метод проф. Н. С. Ждановского, парциальный и дифференциальный, а также бестормозной или динамический метод СибИМЭ. В процессе их совершенствования такие показатели, как погрешность и трудоемкость определения мощности двигателя, практически остались на одном и том же уровне. Стоимость капиталовложений в освоение методов увеличилась почти в 2 раза, а их универсальность повысилась в 3 раза, что обусловлено применением электронных приборов типа ИМД-Ц.

Наряду с этим методы испытания трактора почти не развивались. Создан всего один такой метод – тормозной, который обладает большей информативностью (позволяет определять техническое состояние трактора в целом, а также двигателя и других его составных частей) в сравнении с методами испытаний двигателя, но отличатся сложностью практической реализации, высокой стоимостью и может быть пригоден только для испытания колесных тракторов.

4. Каждый метод имеет свои достоинства и недостатки.

Наиболее точный и в то же время самый дорогой – тормозной метод.

Наиболее простой и доступный как в смысле практической реализации, так и по стоимости – бестормозной метод проф. Н. С. Ждановского, но он применим только для 4-цилиндровых двигателей.

Парциальный и дифференциальный методы по точности мало уступают тормозному методу, но при их реализации требуются дополнительные средства загрузки двигателя, что приводит к необходимости выполнения сложных промежуточных вычислений, а также увеличивает объем работ по испытанию и стоимость методов.

Наиболее универсальный – бестормозной или динамический метод СибИМЭ, однако его точность зависит от многих факторов.

В целом, информация о методах определения мощности двигателей противоречива и не позволяет выбрать лучший метод для конкретных условий его применения.

5. Практическая реализация известных методов испытания двигателя при определении мощности сегодня затруднена отсутствием промышленного выпуска необходимых технических средств: выключателей цилиндров – для методов Н. С. Ждановского, парциального и дифференциального; приборов типа ИМД-Ц – для метода СибИМЭ.

Стендовые испытания колесных тракторов для определения их тягово-динамических и экономических показателей хотя и применялись в практике, но в настоящее время это тоже не представляется возможным из-за отсутствия промышленного выпуска динамометрических стендов.

6. Проведенные нами наблюдения и результаты экспертного анализа показали, что из-за дефицита денежных средств сельскохозяйственные предприятия Иркутской области обеспечены всего лишь на 5 % приборами для испытаний двигателя при определении его мощности, которые были приобретены еще 15…20 лет тому назад. Примерно такая же оснащенность этими приборами и по стране в целом.

Поэтому из-за отсутствия технических средств диагностирования в сельскохозяйственных предприятиях Иркутской области мощность тракторных двигателей преимущественно (в 95 % случаев) оценивают субъективными методами, наиболее распространенным из которых (составляет 42, 1 %) является метод по признаку «тянет – не тянет». Это, безусловно, снижает эффективность эксплуатации машин.

В результате, как показали наши исследования, в хозяйствах области эффективная мощность двигателей ниже номинальной на 21 % по тракторам ДТ-75М и на 12 % по МТЗ-1221, что согласуется с литературными данными по стране: мощность двигателей сельскохозяйственных мобильных машин в условиях эксплуатации ниже номинальной на 10…20 %, а в отдельных случаях – на 30 %.

7. Анализ литературных источников позволяет сделать вывод и о том, что наряду с разработкой сложных электронных и автоматизированных систем диагностирования дальнейшее развитие диагностики должно идти в направлении создания простых приборов с невысокой стоимостью и с возможностью их эксплуатации персоналом различной квалификации. Использование простейших методов и средств диагностирования в практике эксплуатации машин всегда дает большой экономический эффект и своей актуальности не теряет.

На основании результатов анализа состояния вопроса сформулированы следующие основные задачи исследования:

1. Разработать математическую модель определения тяговой мощности трактора и эффективной мощности двигателя в процессе тяговых испытаний при трогании машины с места под нагрузкой.

2. Обосновать параметры процесса тяговых испытаний при трогании трактора с места под нагрузкой, а также применяемые при этом технические средства.

3. Обосновать состав технических средств передвижных тяговых лабораторий, их основные технические характеристики и разработать технологические рекомендации по их применению при проведении тяговых испытаний тракторов мощностью от 100 до 600 кВт.

4. Провести производственную проверку результатов исследований и оценить их ожидаемую эффективность.

2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЯГОВОГО МЕТОДА ИСПЫТАНИЙ ТРАКТОРА ПРИ ТРОГАНИИ С МЕСТА ПОД НАГРУЗКОЙ

2.1 Логическое моделирование процесса тяговых испытаний

Прежде чем приступить к изложению материала, дадим необходимые пояснения, которые касаются предмета нашего исследования.

Логическое моделирование – моделирование, основанное на применении логической модели [78].

Логическая модель – модель, в которой используются законы логики [78].

Процесс – это ход, развитие какого-нибудь явления, последовательная смена состояний в развитии чего-нибудь [101]. С учетом этого под процессом испытаний будем понимать совокупность операций, выполняемых при испытании трактора в установленной последовательности.

Параметры процесса – показатели, характеризующие те изменяющиеся физические величины, которые определяют моделируемый процесс [78].

Тяговые испытания трактора (в общем понимании) – это процесс определения его тягово-динамических и экономических характеристик при движении машины в заданных условиях и в функции тяговой нагрузки, приложенной к тягово-сцепному устройству [96]. Для простоты изложения здесь и далее будем называть этот вид испытаний тяговыми испытаниями трактора в движении.

Тяговые испытания трактора при трогании с места под нагрузкой – это процесс определения его тягово-динамических и экономических характеристик при трогании машины с места в заданных условиях и в функции тяговой нагрузки, приложенной к тягово-сцепному устройству.

Отсюда следует, что названные методы тяговых испытаний отличаются режимом нагружения машины силой тяги: в известном методе – при движении под нагрузкой, в предлагаемом – при трогании с места под нагрузкой. Вместе с тем процессы испытаний на основе этих методов весьма схожи и вполне согласуются с процессом функционирования трактора. Более того, в совокупности эти процессы представляют рабочий процесс машины в целом: трогание машины с места и последующее ее движение соответствуют предлагаемому и известному методам тяговых испытаний.

Поэтому для получения логической модели процесса испытаний трактора при трогании с места под нагрузкой примем за аналог процесс функционирования трактора при выполнении технологических операций.

В первом приближении (априори) эта модель может быть представлена в следующем графическом виде (рис. 2.1), где символами обозначены внешние воздействия: — входные; — управляющие; — возмущающие; — выходные [17, 18, 75].

 

Рисунок 2.1 – Многомерная модель процесса тяговых испытаний трактора при трогании с места под нагрузкой (обозначения в тексте)

Из-за случайного характера входных , управляющих и возмущающих воздействий выходные параметры могут рассматриваться в виде случайных процессов или случайных последовательностей. Чтобы учесть случайные факторы при испытании трактора, необходимо установить вероятностно-статистические оценки выходных параметров – найти их математические ожидания или

средние значения [17, 18].

При установлении вероятностно-статистических оценок выходных параметров тракторов применяют метод функций случайных аргументов. Его сущность состоит в том, что трактор рассматривается в виде модели «вход-выход» (рис. 2.2) [17, 18].

Рисунок 2.2 – Одномерная модель процесса тяговых испытаний трактора при трогании с места под нагрузкой (обозначения в тексте)

При этом входные и выходные переменные величины определяются детерминированной (неслучайной) функциональной зависимостью [17, 18].

В нашем исследовании (рис. 2.3) входные переменные трактора – это тяговое усилие и часовой расход топлива , которые являются аргументами. К выходным переменным трактора относятся: и — тяговая мощность трактора и удельный тяговый расход топлива. По двигателю: N_T и g_T являются входными переменными, а соответствующие им значения эффективной мощности и удельного эффективного расхода топлива — выходными. В связи с этим детерминированные функции связи будут иметь вид:

Рисунок 2.3 – Логическая модель определения энергетических

показателей трактора и двигателя в процессе тяговых испытаний:

линиями со стрелками на обоих концах показано взаимодействие

объектов (другие обозначения в тексте)

Следовательно, тяговые испытания трактора, в сущности, сводятся к определению N_T и g_T, а также N_в и g_в по измеренным в процессе испытаний значениям Р_T и G_T. При этом процесс испытаний осуществляется (рис. 2.3) во взаимодействии, с одной стороны, трактора и нагрузочного устройства (неподвижного объекта с основанием), а с другой – двигателя и трактора. Данный процесс испытаний протекает под нагрузкой, но при отсутствии движения трактора – при его трогании с места. Если, конечно, при этом не учитывать незначительное перемещение трактора, которое обусловлено наличием свободного хода, а также рабочего хода в нагрузочном устройстве.

На этапе математического моделирования функции связи (2.1)-(2.4) устанавливают на основе теории трактора, при экспериментировании находят их математические ожидания, а также соответствующие им статистические оценки.

Таким образом, математическое описание процесса тяговых испытаний трактора при трогании с места под нагрузкой представляется в виде количественных соотношений, связывающих каждый параметр из выходных (N_T, g_T, N_в, g_в) с входными параметрами – аргументами, которыми являются тяговое усилие трактора Р_T и часовой расход топлива G_T .

2.2 Способы тяговых испытаний на уровне новых технических решений

При выполнении научных исследований, касающихся тяговых испытаний тракторов, на кафедре эксплуатации машинно-тракторного парка и безопасности жизнедеятельности ФГБОУ ВПО «Иркутская государственная сельскохозяйственная академия» получено более 10 патентов РФ на изобретения [6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16]. Обобщение этой информации позволило классифицировать способы тяговых испытаний трактора по трем основным признакам (рис. 2.4):

а) по режиму нагружения испытываемой машины;

б) по виду применяемого нагрузочного устройства;

в) по виду используемых средств измерения силы тяги.

Однако прежде чем говорить об отличительных особенностях того или иного способа, на первом этапе покажем процесс тяговых испытаний в общем виде. Это даст возможность лучше понять существо вопроса.

Итак, испытание трактора при трогании с места под нагрузкой заключается в следующем (рис. 2.5). Подготавливают к испытаниям трактор (например, проводят необходимые операции ТО, прогревают двигатель),

Рисунок 2.4 – Классификация способов тяговых испытаний трактора

Рисунок 2.5 — Схема тяговых испытаний трактора при трогании с места:

1 — основание; 2 – нагрузочное устройство; 3 – средство измерения

силы тяги; 4-трактор

расходомер топлива, средство для измерения силы тяги 3, например динамометр, и нагрузочное устройство 2. Затем на двигатель устанавливают расходомер топлива (не показан), машину 4 присоединяют к нагрузочному устройству 2, как показано на рис. 2.5. Устройство 2 при этом жестко соединено с основанием 1. Обеспечивают достаточную силу сцепления ходового аппарата машины 4 с основанием 1. Нажимают на педаль главной муфты сцепления и полностью выключают ее. Устанавливают рычаг

переключения передач в положение, соответствующее нужной включенной передаче. Выбирая зазоры в соединениях машины 4 с динамометром 3 и нагрузочным устройством 2, трогаются с места. Для чего плавно увеличивают подачу топлива и одновременно отпускают педаль главной муфты сцепления, контролируя устойчивость работы двигателя. При этом одновременно и непрерывно фиксируют мгновенный расход топлива в единицах массы или объема. Выбирают режим испытаний: один из двух. При реализации первого режима (соответствует максимальной силе тяги) процесс испытания завершают при обнаружении начала неустойчивой работы двигателя. При реализации второго режима (соответствует номинальной силе

тяги) процесс испытания на данной передаче завершают при обнаружении устойчивой работы двигателя на номинальной частоте вращения коленчатого вала, что контролируют по тахоспидометру или тахометру. Нажимают на педаль главной муфты сцепления и полностью выключают ее. Рычаг переключения передач устанавливают в нейтральное положение и уменьшают подачу топлива. При необходимости опыт повторяют или проводят испытания на другой передаче. После чего отсоединяют машину от нагрузочного устройства 2, с трактора 4 демонтируют динамометр 3, с двигателя — расходомер топлива.

Теперь представим способы тяговых испытаний в том порядке, в каком они приведены по результатам обобщения патентной информации (рис. 2.4).

Способы тяговых испытаний трактора, отличающиеся режимом нагружения. Они показаны в описании процесса испытаний трактора.

Первый способ [8, 9, 12, 13, 127] – испытание трактора при максимальной силе тяги (рис. 2.5).

Процесс испытаний по данному способу сводится к определению максимальных значений силы тяги и часового расхода топлива. При этом процесс испытаний завершают при обнаружении начала неустойчивой работы двигателя.

Второй способ [14, 15] – испытание трактора при номинальной силе тяги.

Процесс испытаний по этому способу заключается в определении номинального значения силы тяги и максимального часового расхода топлива. При этом процесс испытаний завершают при обнаружении устойчивой работы двигателя на номинальной частоте вращения коленчатого вала, что контролируют по тахоспидометру или тахометру.

Способы тяговых испытаний трактора, отличающиеся по виду применяемого нагрузочного устройства.

Первый способ [11, 128] – при применении специального нагрузочного устройства, представляющего собой, например, Z-образную бетонную опору, вмонтированную в грунт, или какого-либо другого аналогичного объекта, обладающего достаточно большой силой сопротивления при его смещении с места.

Второй способ – при использовании в качестве нагрузочного устройства трактора с включенным стояночным тормозом.

Способы тяговых испытаний трактора, отличающиеся по виду применяемых средств измерения силы тяги.

Первый способ [7] – механические средства в виде пружинных динамометров.

Второй способ [6] – гидромеханические средства, выполненных на базе силовых гидроцилиндров.

Третий способ [10] – гидромеханические с элементами электроники, оснащенные датчиками давления с возможностью передачи электросигнала на компьютер.

Таким образом, информация по патентам РФ на изобретения обобщена, способы тяговых испытаний тракторов классифицированы по трем основным признакам. Теперь дальнейшие наши исследования будут направлены на обоснование и выбор наиболее приемлемых способов и создание на их основе соответствующих методов тяговых испытаний тракторов.

2.3 Математическое описание процесса тяговых испытаний

2.3.1 Описание процесса на основе тяговой характеристики трактора

На первом этапе найдем математическое описание тяговой мощности трактора и эффективной мощности его двигателя при нагружении максимальной силой тяги [123]. Для чего воспользуемся тяговой характеристикой трактора [96].

Пусть при испытании исправного трактора в режиме трогания с места получена соответствующая эталонная зависимость тяговой мощности от силы тяги (рис. 2.6) — = . При этом график мощности представлен кривой линией ОАВ, одна часть которой ОА — регуляторная ветвь, другая АВ — корректорная ветвь. Впишем в график мощности треугольник ОАВ таким образом, чтобы точка О совпала с началом координат, точка А соответствовала номинальному значению силы тяги и номинальной тяговой мощности , а точка В — максимальной силе тяги , как показано на рис. 2.6. Из точек А и В опустим перпендикуляры на ось абсцисс: А и В . Пусть также, спустя некоторое время, трактор оказался неисправным — его тяговая мощность не соответствует установленному допуску на ее снижение. При испытании неисправного трактора в том же режиме и с использованием того же нагрузочного устройства (в идентичных условиях) получена реальная зависимость = , которая описывается кривой линией ОА₁В₁. Впишем в этот график аналогичным образом треугольник ОА₁В₁ и из точек А₁ и В₁ также опустим перпендикуляры на ось абсцисс: А₁ и В₁ , где и —

 

Рисунок 2.6 — Графическое моделирование процесса измерения тяговой

мощности трактора в режиме трогания с места – фрагмент тяговой характеристики трактора (обозначения в тексте)

номинальное и максимальное значение силы тяги, измеренное или полученное при испытании.

Из рис. 2.6 нетрудно видеть, что все треугольники, относящиеся к линии ОАВ, подобны соответствующим треугольникам линии ОА₁В₁. Если треугольники (плоские фигуры) подобны, то их соответствующие стороны пропорциональны [38]. Исходя из этого, имеем (рис. 2.6):

где — коэффициент соответствия (пропорциональности) максимальной силы тяги ее значению в точке перегиба на графике функции = , далее для краткости изложения — коэффициент соответствия силы тяги максимальной тяговой мощности. Следует заметить, что коэффициент по своему физическому смыслу наиболее близок известному [103] коэффициенту приспособляемости двигателя –

где , — максимальный и номинальный крутящий момент двигателя. Для тракторных дизелей находится в пределах от 1,1 до 1,2 [103].

Также из рис. 2.6 в общем виде имеем следующее описание функции номинальной тяговой мощности трактора:

где — угол наклона условной прямой регуляторной ветви тяговой характеристики (прямой ОА) к оси абсцисс.

Для промежуточного значения тяговой мощности (в интервале от 0 до ) уравнение (2.7) можно переписать в следующем виде:

где — промежуточное значение силы тяги, соответствующее .

Выразим из (2.5) —

где соответствует .

Теперь подставим (2.9) в (2.8). В результате получим искомое математическое описание тяговой мощности трактора при его нагружении максимальной силой тяги в режиме трогания с места:

Для получения в развернутом виде выразим в дальнейшем .

В соответствии с рис. 2.6

Математическое описание тяговой мощности трактора — из выражения [118] — для тягового агрегата (без привода через ВОМ):

где — эффективная мощность двигателя; — потери мощности при передаче энергии от двигателя на тягу. При этом

где — механические потери мощности в трансмиссии, включая потери на трение в звеньях гусениц; , , — потери мощности на передвижение (качение) трактора, на преодоление подъема и на буксование. Для тяговых испытаний в режиме трогания машины с места:

Тогда уравнение (2.14) примет вид:

Подставим (2.15) в исходное уравнение (2.13) и после преобразований получим:

где — передаточное число трансмиссии; — радиус качения ведущих колес.

Теперь подставим найденные значения (2.17) и (2.18) в (2.12) и после упрощений получим искомое значение тяговой мощности трактора в окончательном виде при его нагружении максимальной силой тяги в режиме трогания с места:

Уравнение (2.20) представим с учетом (2.19). После чего математическое описание эффективной мощности двигателя при нагружении трактора максимальной силой тяги в режиме трогания с места примет следующий окончательный вид:

Таким образом, получены математические описания тяговой мощности трактора (2.19) и эффективной мощности его двигателя (2.21) при нагружении трактора максимальной силой тяги в режиме трогания с места.

На завершающем этапе найдем математическое описание этих же параметров при нагружении трактора номинальной силой тяги [123]. Для этого исходную формулу (2.10) представим в виде:

Таким образом, на основе тяговой характеристики найдено математическое описание тяговой мощности трактора и эффективной мощности его двигателя в двух вариантах: при нагружении максимальной и номинальной силой тяги.

2.3.2 Описание процесса на основе функции касательной силы тяги трактора

Математическое описание процесса тяговых испытаний на основе функции касательной силы тяги трактора выполним на примере определения номинальной эффективной мощности двигателя и соответствующей ей номинальной тяговой мощности трактора при его нагружении номинальной силой тяги в режиме трогания с места.

В его основу математического описания положим формулу, известную из теории трактора и автомобиля [96, 118]:

где — номинальная касательная сила тяги трактора, кН; — номинальная эффективная мощность двигателя, кВт; — передаточное отношение трансмиссии от коленчатого вала к оси ведущих колес трактора; — механический КПД трансмиссии; — радиус качения, м; — частота вращения коленчатого вала двигателя на номинальном скоростном режиме, с^-1.

При тяговых испытаниях обычно измеряют силу тяги трактора, которую затем приводят к его номинальной силе тяги . Найдем из уравнения тягового баланса трактора [118].

При достаточном сцеплении значение находят по уравнению [118]:

где – часть касательной силы тяги, условно расходуемой на привод ВОМ; — сила сопротивления качению; — сила сопротивления движению трактора на подъем.

Для тяговых испытаний в режиме трогания машины с места – при отключенном ВОМ, отсутствии перемещения (качения) трактора и при проведении испытаний на ровной горизонтальной площадке:

Таким образом, математическое описание процесса тяговых испытаний на основе функции касательной силы тяги трактора найдено и представлено в виде описания эффективной мощности двигателя (2.30) и тяговой мощности трактора (2.31) при его нагружении номинальной силой тяги в режиме трогания с места.

2.3.3 Анализ и обобщение результатов математического описания процесса тяговых испытаний

Проанализируем результаты математического описания процесса тяговых испытаний, в частности выясним, имеют ли полученные модели, описание которых выполнено различными способами (соответственно: 2.3.1 и 2.3.2), какие-либо различия и могут ли они быть представлены в виде обобщенных моделей, которые можно принять во внимание для дальнейшего исследования. При этом будем исходить из того, что результаты моделирования не должны зависеть от способа их получения.

Для решения поставленной задачи сопоставим результаты моделирования процесса на основе функции касательной силы тяги (2.3.2) с результатами моделирования этого же процесса (2.3.1) по тяговой характеристике трактора.

Для этого умножим числитель и знаменатель правой части уравнения (2.30) на номинальный крутящий момент двигателя [118]. Тогда выражение (2.30) примет следующий общий вид:

Теперь сопоставим:

(2.32) – описание номинальной эффективной мощности двигателя на основе функции касательной силы тяги –

с (2.24) – тоже по тяговой характеристике при нагружении трактора номинальной силой тяги –

и с (2.21) – тоже по тяговой характеристике при нагружении трактора максимальной силой тяги –

Сопоставление показывает, что формулы (2.34) и (2.35), полученные по тяговой характеристике, согласуются с аналогичной формулой, найденной на основе функции касательной силы тяги. При этом формулы (2.34) и (2.35) отличаются одна от другой потому, что они получены при различных режимах испытаний. Это свидетельствует о том, что математическое описание процесса тяговых испытаний выполнено правильно. Результаты моделирования (2.19), (2.21), (2.23) и (2.24), принятые за основу для дальнейших исследований, представлены в табл. 2.1.

Далее, в приведенных формулах (табл. 2.1) = и = . При этом постоянными величинами являются: В связи с этим можно записать

где и — постоянные коэффициенты для заданного вида испытаний, например, для трактора и тяговой установки.

Таблица 2.1 – Результаты математического описания процесса тяговых

испытаний при различных вариантах нагружения трактора силой тяги

Графическая иллюстрация функций = , = и их взаимосвязи показана на рис. 2.7. Проанализируем его.

 

Рисунок 2.7 – Графическая иллюстрация функций при тяговых испытаниях трактора в режиме трогания с места под нагрузкой (другие обозначения в тексте)

Итак, графики функций (линии ОА₁В₁ и ОАВ) имеют одну и ту же область определения, их максимумы (точки А₁ и А) лежат на одной и той же вертикальной линии, проходящей через точку , минимумы равны нулю, когда сила тяги равна нулю. При этом они отличаются местом расположения на графике (рис. 2.7).

График функции проходит выше графика функции , что обусловлено механическими потерями мощности в трансмиссии трактора:

Еще один аспект, на который следовало бы обратить внимание в ходе анализа – это физическая сущность процесса тяговых испытаний. Из (2.36) и (2.37) следует, что при постоянных значениях коэффициентов и мощность трактора и его двигателя преобразуется в силу тяги .

С другой стороны, мощность – это работа, выполненная в единицу времени (скорость совершения работы) [116] –

Пусть тяговое устройство представляет собой упругодеформированное тело (пружину). Тогда сила тяги трактора равна силе упругости (проекции силы упругости на ось х), которая пропорциональна деформации [116]:

где k — коэффициент упругости (для пружины – жесткость); знак минус указывает на то, что направлена в сторону, противоположную деформации х.

По третьему закону Ньютона, деформирующая сила равна по модулю силе упругости и противоположно ей направлена, то есть

Элементарная работа dA, совершаемая силой при бесконечно малой деформации dx, равна [116]

идет на увеличение потенциальной энергии тягового устройства (пружины).

Таким образом, потенциальная энергия упругодеформированного тела [116]

Полная механическая энергия Е системы – энергия механического движения Т и взаимодействия П [116]:

то есть равна сумме кинетической и потенциальной энергий.

Поскольку энергия механического движения при трогании машины с места практически равна нулю, то в энергетическом смысле мощность трактора в процессе испытаний идет на создание потенциальной энергии – энергии взаимодействия трактора и тягового устройства.

Таким образом, анализ и обобщение результатов математического описания позволили интерпретировать процесс тяговых испытаний в виде нескольких вариантов и объяснить его физическую сущность.

2.4 Условия реализации тяговых испытаний, их математическое описание и анализ

2.4.1 Основные условия тяговых испытаний

К основным условиям практической реализации тяговых испытаний при трогании машины с места под нагрузкой относятся:

а) возможность передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колесам (ходовому аппарату) трактора:

б) достаточность сцепления ведущих колес машины с основанием;

в) достаточность силы сопротивления нагрузочного устройства;

г) возможность определения мощности и расхода топлива в условиях рабочего режима – с полной цикловой подачей топлива;

д) безопасность испытаний.

Рассмотрим в дальнейшем эти условия в изложенном порядке и при необходимости найдем их математическое описание.

Возможность передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колесам (ходовому аппарату) трактора принципиально показана на рис. 2.8.

Физически передача крутящего момента через муфту сцепления осуществляется за счет трения контактирующих поверхностей ведущего и ведомого и дисков. Аналогичным образом крутящий момент передается через гидромеханическую трансмиссию (ГМП), которой оснащены современные тракторы. При этом следует отметить, что в жестких конструкциях трансмиссий передача крутящего момента производится посредством зубчатой передачи.

Математически условия передачи крутящего момента для трактора с ГМТ можно записать в виде неравенств:

где , — максимальный момент трения муфты сцепления и трансмиссии; — максимальный эффективный момент двигателя.

Достаточность сцепления ведущих колес (ходового аппарата) машины с основанием определяется величиной движущей силы по сцеплению [91]

Рисунок 2.8 – Динамическая схема передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колесам трактора: Д – двигатель; МС – муфта сцепления;

Т и ВК – трансмиссия и ведущие колеса; 1 и 2 – ведущий и ведомый диски муфты сцепления; стрелками показано направление передачи момента

где — максимальная сила сцепления ходового аппарата машины с почвой (или с основанием); — коэффициент сцепления; — сцепной вес трактора. Для гусеничных тракторов, а также для тракторов со всеми ведущими колесами, в качестве сцепного веса принимается весь вес трактора ( = ), а для колесных тракторов с одной ведущей осью ≈ 2/3 .

С учетом (2.52) достаточность сцепления ведущих колес (ходового аппарата) испытываемого трактора с основанием определяется по выражению:

где — максимальная сила тяги трактора при его испытании.

Достаточность силы сопротивления тормозного устройства рассмотрим в двух вариантах – в соответствии с рис. 2.4 — при использовании:

а) специального тормозного устройства;

б) трактора как тормозного устройства.

Достаточность силы сопротивления специального тормозного устройства [11] при условии, что

где — сила сопротивления сдвигу с места нагрузочного устройства.

Достаточность силы сопротивления трактора как тормозного устройства при условии, что

где — сила сопротивления сдвигу с места трактора [99].

При этом в соответствии с [99] может быть вычислено по формуле:

где — предельная сила трения, которая возникает при стремлении сдвинуть одно тело по поверхности другого в плоскости соприкосновения тел; — статический коэффициент трения; N — нормальная реакция.

Следует иметь в виду, что условие достаточности силы сопротивления трактора при тяговых испытаниях может быть реализовано при включенном тормозе, а при необходимости – при включенной передачи. Соблюдение этих требований позволит предотвратить качение (перекатывание) трактора, что недопустимо при проведении тяговых испытаний.

Возможность определения мощности и расхода топлива в условиях рабочего режима – с полной цикловой подачей топлива.

Безопасность испытаний – важнейшее условие практической реализации процесса тяговых испытаний трактора при трогании с места. Она может быть гарантирована при выполнении следующих условий:

а) достаточности силы сопротивления нагрузочного устройства;

б) достаточной прочности всех элементов конструкций, входящих в комплекс технических средств для тяговых испытаний трактора (нагрузочное устройство, динамометр, присоединительные звенья);

в) соответствие механизма навески всем требованиям конструкторской и эксплуатационной документации;

г) соблюдение персоналом всех требований инструктажа на рабочем месте;

д) соответствие процесса испытаний рабочему режиму трогания трактора с места.

2.4.2 Анализ условий реализации тяговых испытаний

Теперь проанализируем испытываемый трактор, устройство для измерения силы тяги (динамометр) и нагрузочное устройство как систему (рис. 2.5), реализуемую в процессе тяговых испытаний и обеспечивающую определение мощности. Для этого представим графики испытания трактора, совмещенные с характеристикой нагрузочного устройства (рис. 2.9).

На рис. 2.9 дан совмещенный график зависимости силы тяги и силы сопротивления нагрузочного устройства от хода (перемещения) S машины при ее трогании с места, где и — максимальное значение – номинальная сила . Причем значения приняты по первой передаче трактора и характеризуют его тяговые свойства. Линия является характеристикой нагрузочного устройства: всегда больше Линии на графике с буквенными обозначениями ОАВ (ОАВF),+ ОАСD (ОАСDG) и ОАСЕ (ОАСЕН) — функции

P_c, P_т,

кН

Рисунок 2.9 – Графики испытания трактора, совмещенные

с характеристикой нагрузочного устройства (обозначения в тексте)

Проиллюстрированы графически (рис. 2.9) два процесса испытания трактора: первый – при нагружении максимальной силой тяги – линии ОАВF, ОАСDG и ОАСЕН; второй – при нагружении номинальной силой тяги – линии ОАВ, ОАСD и ОАСЕ. Если считать, что отрезок ОА на графике есть перемещение испытываемого трактора, обусловленное только выбором зазоров в присоединительных звеньях, то каждый из этих методов может быть реализован в трех вариантах: I — без запаса хода силового звена нагрузочного устройства (линии ОАВF и ОАВ); II, III — соответственно с ограниченным (линии ОАСDG и ОАСD) и с достаточным (линии ОАСЕН и ОАСЕ) запасом хода силового звена нагрузочного устройства. Из рис. 2.9 следует, что > > : запас силы сопротивления нагрузочного устройства обеспечен.

2.5 Анализ вариантов тяговых испытаний и их выбор

Проанализируем варианты тяговых испытаний трактора (табл. 2.1) с целью выбора лучшего из возможных. При этом выбор «лучшего» варианта произведем по двум критериям: первый – нагружение испытываемого трактора минимальной силой тяги и второй – получение наиболее точных результатов эксперимента.

В соответствии с табл. 2.1 возможно два варианта тяговых испытаний трактора при трогании с места: при нагружении испытываемой машины максимальной и номинальной силой тяги. Первый вариант реализуют до начала неустойчивой работы двигателя (до остановки двигателя, то есть до тех пор, пока двигатель не заглохнет), второй – до обнаружения устойчивой работы двигателя на номинальной частоте вращения коленчатого вала. Следовательно, измеряемая сила тяги зависит от варианта испытаний трактора и, кроме того, от передачи, на которой его проводят.

Для выявления этих отличий нами выполнены расчеты измеряемой силы тяги по передачам при реализации указанных вариантов испытаний на примере трактора ДТ-75М (табл. 2.2, рис. 2.10). Расчеты произведены по формулам [118]:

Результаты расчетов показывают (табл. 2.2, рис. 2.10), что при реализации обоих вариантов испытаний сила тяги трактора уменьшается с увеличением порядкового номера передач – пропорционально их передаточным числам трансмиссии . Наибольшее значение измеряемой силы тяги по всем передачам наблюдается при фиксации , наименьшее — при . Причем с повышением порядкового номера передач (с уменьшением передаточного числа ) разность измеренных значений сокращается, но несущественно. Так, на первой передаче она составляет 8,1 кН, на седьмой – 3,5 кН. Значение существенно изменяется при переходе от первой передачи к седьмой: в 2,38 и в 2,17 раза соответственно при измерении силы тяги на основе фиксации

Следовательно, если исходить из того, что чем меньше измеряемое значение , тем лучше, то с этой точки зрения наиболее предпочтительным является вариант испытаний при фиксации , который следует осуществлять на высшей передаче.

Теперь проанализируем потенциальную (возможную) погрешность определения . Из табл. 2.1 имеем следующие формулы для вычисления — (2.39), (2.41):

Таблица 2.2 – Изменение силы тяги по передачам трактора ДТ-75М при реализации различных вариантов испытаний

Вариант испытаний	Измеряемая сила тяги (в кН) по передачам трактора:
	I (41,1)	II (36,9)	III (33,2)	IV (29,8)	V (26,8)	VI (22,1)	VII (19,5)
при	51,7	45,9	41,3	37,0	33,3	27,5	24,2
при	43,6	39,1	35,2	31,6	28,4	23,4	20,7
Примечание – В скобках указаны передаточные числа трансмиссии

Рисунок 2.10 – Изменение силы тяги по передачам трактора ДТ-75М при ее фиксировании на основе измерения 1 (●) и 2 (○)

(точки расчетные – по табл. 2.2)

На первом этапе классифицируем все факторы, влияющие на результат определения по следующим признакам:

а) переменные, получаемые в результате измерений, а также контролируемые при выполнении измерений: — (2.61); , — (2.62); в (2.62) нет, но этот параметр относится к контролируемому при измерении ;

б) условно постоянные факторы, принятые за постоянные величины: — (2.61), (2.62);

в) постоянные, являющиеся конструктивными параметрами трактора: и — (2.61), (2.62), а также эксплуатационными характеристиками — и — (2.61);

Полученные результаты обобщены и представлены в табл. 2.3, а также проиллюстрированы на рис. 2.11. Их анализ показывает следующее.

Если считать, что условно постоянные ( ) и постоянные ( , и , , ) факторы не влияют на погрешность определения эффективной мощности двигателя , то наиболее предпочтительным по точности является вариант испытаний трактора при максимальной силе тяги с последующим использованием для расчетов функциональной зависимости (2.61).

В самом деле, из рис. 2.11 следует, что при реализации режима испытаний с измерением номинальной силы тяги определяют указанную силу, контролируя при этом номинальную частоту вращения коленчатого

Таблица 2.3 – Факторы, влияющие на погрешность определения эффективной мощности двигателя при реализации различных

вариантов тяговых испытаний трактора

вала двигателя . В результате имеет место две среднеквадратических погрешности (принято, что они распределяются по закону Гаусса): среднеквадратическая погрешность измерения и контроля . Причем первая погрешность – это инструментальная погрешность динамометра (дифференциальная функция ), вторая – погрешность тахометра (дифференциальная функция ). Для сравнения: при реализации режима испытаний с измерением максимальной силы тяги частоту вращения коленчатого вала не контролируют, поскольку процесс испытаний протекает до обнаружения неустойчивой работы двигателя или до его остановки. В

Рисунок 2.11 – Графическая иллюстрация формирования погрешности определения тяговой мощности трактора (эффективной мощности двигателя) в процессе тяговых испытаний: — средние квадратические отклонения — среднеквадратическая погрешность измерений (другие обозначения в тексте)

этом случае имеет место только одна погрешность (дифференциальная функция ), обусловленная измерением .

В результате возникает противоречие: процесс испытаний при максимальной силе тяги наиболее точный, но более энергонасыщенный; процесс испытаний при номинальной силе тяги менее точный, хотя и позволяет испытывать тракторы при наименьшей силе тяги.

Таким образом, в соответствии с принятыми критериями выбора (нагружение испытываемого трактора минимальной силой тяги и получение наиболее точных результатов эксперимента) на теоретическом этапе исследования не представляется возможным определить лучший вариант тяговых испытаний.

Выводы

1. В результате логического моделирования установлено, что тяговые испытания трактора при трогании с места под нагрузкой сводятся к определению тяговой мощности трактора и эффективной мощности двигателя, а также соответствующего им расхода топлива по измеренным в процессе испытаний значениям силы тяги трактора и массы расхода топлива за единицу времени.

При этом процесс испытаний осуществляется в условиях рабочего режима трогания с места – с полной цикловой подачей топлива – во взаимодействии, с одной стороны, трактора и нагрузочного устройства (неподвижного объекта с основанием), а с другой – двигателя и трактора. При этом трактор взаимодействует с основанием.

2. В первом приближении (априори) модель испытаний представлена в виде совокупности внешних воздействий, к которым относятся: входные, управляющие, возмущающие и выходные.

Из-за случайного характера входных, управляющих и возмущающих воздействий выходные параметры рассмотрены в виде случайных процессов или случайных последовательностей. При установлении вероятностно-статистических оценок выходных параметров применен метод функций случайных аргументов, сущность которого состоит в том, что трактор представлен в виде модели «вход-выход».

При этом входные (сила тяги трактора и масса расхода топлива за единицу времени) и выходные (тяговая мощность трактора и эффективная мощность двигателя, а также соответствующий им расход топлива) переменные величины имеют детерминированную (неслучайную) функциональную зависимость

3. В основу теоретической разработки методов испытаний трактора положены патенты России на изобретения, полученные автором или в соавторстве с сотрудниками ФГБОУ ВПО «Иркутская государственная сельскохозяйственная академия». Обобщение патентной информации позволило классифицировать способы тяговых испытаний трактора по трем основным признакам:

а) по режиму нагружения испытываемой машины (два способа – при нагружении трактора номинальной и максимальной силой тяги);

б) по виду применяемого нагрузочного устройства (два способа – при использовании специального нагрузочного устройства и трактора в качестве такого устройства);

в) по виду используемых средств измерения силы тяги (три способа – при применении механических, гидромеханических и устройств с элементами электроники).

4. Получено математическое описание тяговой мощности трактора и эффективной мощности двигателя для испытания трактора в режиме трогания с места при его нагружении как максимальной, так и номинальной силой тяги.

Поскольку энергия механического движения при трогании машины с места практически равна нулю, то в энергетическом смысле мощность трактора в процессе испытаний идет на создание потенциальной энергии – энергии взаимодействия трактора и тягового устройства.

Математическое описание процесса тяговых испытаний трактора найдено на основе теоретической механики, теории трактора, теории случайных процессов и представлено в виде детерминированных функций.

5. Выявлены, представлены в виде математического описания (количественных соотношений) и проанализированы основные условия практической реализации тяговых испытаний при трогании машины с места под нагрузкой, к которым относятся:

а) возможность передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колесам (ходовому аппарату) трактора;

б) достаточность сцепления ведущих колес машины с основанием;

в) достаточность силы сопротивления нагрузочного устройства;

г) возможность определения мощности и расхода топлива в условиях рабочего режима – с полной цикловой подачей топлива;

д) безопасность испытаний.

6. Проанализированы варианты тяговых испытаний трактора и осуществлена их оценка с целью выбора наиболее приемлемого для практики (лучшего).

Однако при этом возникает противоречие: процесс испытаний при максимальной силе тяги наиболее точный, но более энергонасыщенный; процесс испытаний при номинальной силе тяги менее точный, хотя и позволяет испытывать тракторы при наименьшей силе тяги.

Таким образом, установлено, что в соответствии с принятыми критериями выбора (нагружение испытываемого трактора минимальной силой тяги и получение наиболее точных результатов эксперимента) на теоретическом этапе исследования не представляется возможным определить лучший вариант тяговых испытаний.

7. В связи с вероятностным характером процесса тяговых испытаний трактора на этапе теоретического исследования не представляется возможным дать полную оценку математических описаний в практическом приложении. Для этого требуется провести экспериментальные исследования по определению параметров процесса тяговых испытаний при трогании трактора с места под нагрузкой, а также параметров применяемых при этом технических средств. Кроме того, нужны экспериментальные данные для разработки технологических карт на проведение тяговых испытаний, а также для обоснования экономической эффективности результатов исследования.

Полученные результаты теоретического исследования в дальнейшем использованы при разработке методики экспериментального исследования, при обосновании методов и средств определения мощности тракторов и их двигателей.

3 МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1 Программа экспериментального исследования

Программа исследования включает в себя следующие этапы:

1. Экспериментальная проверка возможности использования тракторов в качестве тормозных устройств и достаточности сцепления ведущих колес (ходового аппарата) трактора с основанием.

2. Получение эталонных числовых значений механического КПД трансмиссии трактора при его испытании в режиме трогания с места под нагрузкой.

3. Экспериментальные исследования процесса тяговых испытаний.

4. Оценка результатов исследования и принятие решений

Выполнение этапов — в последовательности согласно рис. 3.1.

Возможность использования тракторов в качестве тормозных устройств и достаточность сцепления ведущих колес (ходового аппарата) трактора с основанием (этап 1) определяют визуально – при испытании этих машин на площадках с различным покрытием и с учетом состояния проверяемого объекта. При этом критерием возможности использования объектов (тракторов) в качестве тормозных устройств является достаточность силы сопротивления трактора как тормозного устройства: отсутствие перемещения испытываемого трактора при необходимости сдвинуть его под действием максимальной силы тяги другого трактора. Критерий достаточности сцепления ходового аппарата трактора с основанием — достаточность силы сцепления ходового аппарата трактора с основанием: отсутствие буксования испытываемого трактора при его трогании с места под нагрузкой, соответствующей максимальной силе тяги.

Методика получения эталонных числовых значений механического КПД трансмиссии трактора при его трогании с места под нагрузкой (этап 2) предусматривает исходные данные, математический аппарат и порядок получения названного КПД в эталонных условиях. При этом техническое состояние трансмиссии (муфты сцепления) испытываемого трактора должно отвечать всем требованиям нормативно-технической и эксплуатационной документации на этот трактор, а испытания должны проводиться с использованием сертифицированных приборов (динамометров) и в идентичных условиях. Числовые значения механического КПД трансмиссии определяют расчетно-экспериментальным методом — из равенства максимальных крутящих моментов: с одной стороны, момент, подведенный

Рисунок 3.1 — Этапы экспериментального исследования

от двигателя через трансмиссию к ведущим колесам трактора, а с другой – момент, снимаемый с ведущих колес трактора. В результате находят математическое ожидание (среднее значение) КПД трансмиссии, которое затем используют при определении эффективной мощности двигателя.

Экспериментальные исследования процесса тяговых испытаний (этап 3) включают в себя получение статистических данных (оценок) по погрешности и трудоемкости определения мощностных показателей тракторов и их двигателей. К таким показателям относятся тяговая мощность трактора и эффективная мощность двигателя. При этом предусмотрены вариантные исследования процесса тяговых испытаний, позволяющие учесть силу тяги, до которой нагружают трактор, средства измерения силы тяги, а также передачу, на которой осуществляют испытание. Исследования проводят на различных тракторах модели ДТ-75М (выборка объектов наблюдения – случайная), но в идентичных условиях реализации процесса. В результате обработки статистических данных оценивают точность и достоверность определения параметров, а также находят существенность их отличий по сопоставимым вариантам.

В завершение (этап 4) представлена методика оценки погрешности (точности) математического описания процесса тяговых испытаний трактора. Она предусматривает оценку погрешности математического описания мощностных показателей тракторов, в частности, эффективной мощности их двигателей. При этом погрешность или точность математического описания определена как степень совпадения значений расчетных и действительных выходных величин, осуществляемая с заданной доверительной вероятностью. В качестве выходных величин приняты статистические оценки по параметрам: сила тяги трактора и КПД трансмиссии. Такой подход к оценке возможен и обусловлен тем, что полученные математические модели являются детерминированными.

3.2 Методика экспериментальной проверки достаточности сцепления ходового аппарата тракторов с основанием

Методика предусматривает экспериментальную проверку достаточности сцепления ведущих колес (ходового аппарата) тракторов с основанием при их испытании при трогании с места под нагрузкой.

Цель проверки – выявить передачи, на которых возможно было бы проведение тяговых испытаний трактора.

Метод проверки – испытание.

Проверяемые объекты – тракторы ДТ-75М и МТЗ-80.

Тормозное устройство – стенд тормозной экспериментальный СТЭ-100 (рис. 3.2).

Стенд СТЭ-100 состоит из двух жестко соединенных между собой частей: вверху, над поверхностью площадки, имеет П-образную конструкцию, внизу, размещенную в грунте и залитую бетоном, – Z-образную конструкцию. П-образная часть – это две вертикальные стойки из швеллера, соединенные между собой горизонтальными и наклонными поперечинами из уголка. В стойках выполнены отверстия с возможностью установки в них винта с присоединительной муфтой, причем на разную высоту относительно поверхности площадки. Площадка, прилегающая к стенду, асфальтирована. В состав стенда входят ограничители хода испытываемой машины, которые размещены перед стендом симметрично относительно продольной оси стенда и на ширину друг от друга, равную колеи испытываемого трактора. Кроме того, в состав стенда может входить динамометр ДОР-3-И, присоединительные размеры которого адаптированы с присоединительной муфтой стенда. Стенд рассчитан на поперечную нагрузку 100 кН и выполнен по патенту России на изобретение № 2411485 [11].

Рисунок 3.2 – Стенд тормозной СТЭ-100 (в центре) с присоединенным к нему динамометром ДОР-3-И: на переднем плане – ограничители хода испытываемой машины

Порядок испытаний. Трактор устанавливают на площадку стенда так, чтобы его продольная ось совпадала с продольной осью стенда, проходящей через отверстия. При этом ориентируются на ограничители хода испытываемой машины, входящие в состав стенда.

Посредством механизма навески присоединяют трактор к динамометру ДОР-3-И таким образом, чтобы горизонтальная осевая линия динамометра была соосна с винтом присоединительного устройства стенда или параллельна поверхности площадки. Это осуществляют подбором отверстий, выполненных в стенде, по высоте. Обеспечивают безопасность испытаний, убедившись в отсутствии посторонних лиц в направлении предполагаемого движения трактора.

Испытание при трогании трактора с места под нагрузкой осуществляют сначала на высшей передаче и далее в порядке их снижения до тех пор, пока не будет обнаружено буксование испытываемого трактора. Трогание трактора с места производят в соответствии с технологическими картами (приложение Б).

Критерий достаточности сцепления ходового аппарата трактора с основанием — достаточность силы сцепления ходового аппарата трактора с основанием: отсутствие буксования испытываемого трактора при его трогании с места под нагрузкой, соответствующей максимальной силе тяги.

Основные требования и условия проверки.

1. Тормозной СТЭ-100 и динамометр ДОР-3-И должны быть комплектными и исправными.

2. Тракторы как проверяемые объекты должны быть исправными.

3. При подготовке к испытанию трактор должен быть надежно соединен посредством его механизма навески с проушиной динамометра, а динамометр – с муфтой стенда.

4. Для обеспечения безопасности в зоне испытаний не должны присутствовать посторонние лица. Экспериментатор, ведущий визуальное наблюдение за перемещением проверяемого объекта (трактора), должен находиться слева или справа от этого объекта – на расстоянии не ближе 2 м.

5. Трогание трактора с места в процессе испытаний – обычный рабочий режим трогания машины с места под нагрузкой: при полной подаче топлива, без буксования; завершение испытания (трогания с места) – при обнаружении неустойчивой работы двигателя или до остановки двигателя, а также при обнаружении буксования.

Контроль буксования испытываемого трактора – визуальный: по положению метки, нанесенной мелом на поверхности гусеницы или шине, относительно контрольной линии или бруса на опорной поверхности.

Повторность испытаний — не менее трех.

Таким образом, данная методика предусматривает экспериментальную проверку достаточности сцепления ведущих колес (ходового аппарата) трактора с основанием при его испытании в процессе трогания с места под нагрузкой.

3.3 Методика экспериментальной проверки возможности использования тракторов в качестве тормозных устройств

Методика предусматривает экспериментальную проверку возможности использования тракторов различных марок в качестве тормозных устройств для тяговых испытаний тракторов, а также проверку и уточнение условий их применения.

Метод проверки – испытание.

Проверяемые объекты – тракторы ДТ-75М и МТЗ-80, которые в перспективе могли бы быть использованы в качестве тормозных устройств.

Тракторы, воздействующие на проверяемые объекты силой тяги, – ДТ-75М и МТЗ-80.

Схемы испытаний (проверяемый объект – воздействующий на него трактор):

А. ДТ-75М — ДТ-75М;

Б. МТЗ-80 — ДТ-75М;

В. ДТ-75М — МТЗ-80;

Г. МТЗ-80 — МТЗ-80.

Критерий возможности использования объектов (тракторов) в качестве тормозных устройств — достаточность силы сопротивления трактора как тормозного устройства: отсутствие перемещения испытываемого трактора при необходимости сдвинуть его под действием максимальной силы тяги другого трактора.

Основные требования и условия проверки.

1. Тракторы как проверяемые объекты, а также тракторы, воздействующие на проверяемые объекты, должны быть исправными.

2. При подготовке к испытанию проверяемый объект и воздействующий на него трактор должны быть надежно соединены посредством их механизмов навески таким образом, чтобы нижние тяги механизма навески воздействующего трактора находились в горизонтальном положении.

3. Испытания должны проводиться на ровных горизонтальных площадках трех типов:

а) с цементно-бетонным или асфальтобетонным покрытием;

б) с щебенчатым или гравийным покрытием;

в) без покрытия – с сухим твердым глинистым или песчаным грунтом (по условиям движения — сухая укатанная грунтовая дорога).

4. Состояния проверяемого объекта при его испытании:

а) трактор заторможен двигателем (включена задняя передача);

б) трактор заторможен стояночным или основным тормозом, а также двигателем.

5. Трогание трактора с места в процессе испытаний – обычный рабочий режим трогания машины с места под нагрузкой: на высшей передаче при полной подаче топлива, без буксования; завершение испытания (трогания с места) – при обнаружении неустойчивой работы двигателя или до остановки двигателя, а также при обнаружении буксования.

6. Для обеспечения безопасности в зоне испытаний не должны присутствовать посторонние лица. Экспериментатор, ведущий визуальное наблюдение за перемещением проверяемого объекта (трактора), должен находиться слева или справа от этого объекта – на расстоянии не ближе 2 м.

Варианты испытаний.

Порядок формирования вариантов испытаний — по табл. 3.1, где заглавной буквой перед скобками дан порядковый номер схемы испытаний (на примере схемы А), первой и второй буквами в скобках обозначены соответственно виды покрытий площадок и состояние проверяемого объекта при его испытании – по п.п. 3 и 4 настоящей методики. При этом буквы в скобках получены при формальном пересечении линий: первая – по столбцу, вторая – по строке.

В соответствии с принятыми схемами испытаний и согласно табл. 3.1 полный набор вариантов испытаний (для всех схем – А, Б, В, Г):

А: (а-а), (а-б); (б-а), (б-б); (в-а), (в-б);

Б: (а-а), (а-б); (б-а), (б-б); (в-а), (в-б);

В: (а-а), (а-б); (б-а), (б-б); (в-а), (в-б);

Г: (а-а), (а-б); (б-а), (б-б); (в-а), (в-б).

Контроль перемещения испытываемого трактора – визуальный: по положению метки, нанесенной мелом на поверхности гусеницы или шине, относительно контрольной линии или бруса на опорной поверхности.

Повторность испытаний — не менее трех.

Принятие решений по каждому варианту испытаний (выводов относительно возможности использования трактора в качестве тормозного устройства) — на основании критерия, требования которого должны быть выдержаны при всех проведенных испытаниях, предписанных для данного варианта.

Таблица 3.1 – Формирование вариантов испытаний тракторов

на примере схемы А

Варианты состояний проверяемого объекта (трактора, являющегося тормозным устройством):	Варианты площадок:
	а) с цементно-бетонным или асфальтобетонным покрытием	б) со щебенча-тым или гравийным покрытием	в) без покрытия – с сухим твердым глинистым или песчаным грунтом
а) трактор заторможен двигателем (включена задняя передача)	А(а-а)	А(б-а)	А(в-а)
б) трактор заторможен стояночным или основным тормозом, а также двигателем	А(а-б)	А(б-б)	А(в-б)

Таким образом, данная методика предусматривает экспериментальную проверку возможности применения тракторов в качестве тормозных устройств для тяговых испытаний машин при трогании с места, а также проверку и уточнение условий их применения.

3.4 Методика определения механического КПД трансмиссии

Методика предусматривает исходные и экспериментальные данные, математический аппарат и порядок получения механического КПД трансмиссии трактора при его испытании в эксплуатационных условиях при трогании с места под нагрузкой.

Основные принятые термины и определения.

Эксплуатационные условия испытаний – совокупность требований к уровню квалификации тракториста, техническому состоянию трактора и тормозному устройству, а также к условиям испытаний.

К ним относятся следующие требования:

1. Тракторист, участвующий в испытании, должен иметь стаж работы по данной профессии не менее трех лет; перед проведением испытаний он должен пройти соответствующий инструктаж.

2. По трактору: техническое состояние испытываемого трактора, в частности, муфты сцепления, трансмиссии и ходового аппарата, должно отвечать всем требованиям нормативно-технической и эксплуатационной документации на этот трактор; перед испытаниями каждый трактор должен быть подвергнут обкатке на холостом ходу в течение от 5 до 8 мин.

3. По тормозному устройству: оно должно обеспечивать трогание с места трактора при отсутствии движения вперед; динамометр, входящий в состав тормозного устройства должен быть сертифицирован, проверен в установленном порядке и исправным.

4. По режиму испытаний, который должен быть идентичен для всех испытаний: процесс трогания испытываемой машины с места – при полной подаче топлива, плавный; завершение процесса трогания: при испытании в режиме номинальной силы тяги – до достижения частоты вращения коленчатого вала двигателя, равной номинальной; при испытании в режиме максимальной силы тяги – при обнаружении начала неустойчивой работы двигателя или при его заглохании.

4. По условиям испытаний, которые должны быть идентичны для всех испытаний: температура окружающего воздуха – в пределах от 10 до 25 ^оС; температура охлаждающей жидкости двигателя – в пределах от 80 до 95 ^оС.

5. По площадкам, на которых производится испытание: они должны быть ровными, их поверхности – сухими; они должны иметь цементно-бетонное, асфальтобетонное, щебенчатое или гравийное покрытие; площадки без покрытия должны быть выполнены в виде сухой укатанной грунтовой дороги.

Метод определения механического КПД трансмиссии трактора – расчетно-экспериментальный.

где — максимальный крутящий момент двигателя; — передаточное число трансмиссии; — максимальная касательная сила тяги; — радиус качения.

Тогда из уравнения (3.1) с учетом (3.2) и (3.3) получим

Поскольку экспериментальное определение без снятия двигателя с трактора затруднено из-за отсутствия соответствующих методов и средств, то от перейдем к . Для этого умножим числитель и знаменатель правой части уравнения (3.4) на n – частоту вращения коленчатого вала двигателя. После чего выражение (3.4) для режима испытаний при номинальной силе тяги (при п = ) примет вид:

Режимы и варианты тяговых испытаний при определении КПД трансмиссии – по табл. 3.2.

Средства измерения номинальной силы тяги (табл. 3.3, рис. 3.3) — динамометр растяжения электронный ДОР-3-И фирмы ООО «ПетВес» с основными характеристиками: относительная погрешность измерений – 0,02 %; нижний предел измерений – 1 кН; верхний предел измерений – 100 кН; отсчет показаний для нагрузки до 1 кН – в единицах Н, свыше 1 кН – в единицах кН.

Таблица 3.2 – Режимы и варианты тяговых испытаний при определении

КПД трансмиссии тракторов ДТ-75М

Тракторы	Режимы испытаний:			Варианты испытаний (обозначение)
	сила тяги, до которой нагружают трактор	средства измерения силы тяги	передача, на которой осу-ществляют испытание
ДТ-75М	Номи- нальная	Динамометр специальный (по табл. 3.4)	VI	ДТ-ДС- VI-Н
			VII	ДТ-ДС-VII-Н
МТЗ-80/82	Номи- нальная	Динамометр специальный (по табл. 3.4)	IХ	МТЗ-ДС-IХ-Н

Методы и средства определения эффективной мощности двигателя (табл. 3.3, рис. 3.4): метод проф. Н. С. Ждановского [89] или парциальный метод [20] с догрузкой дизеля гидросистемой трактора.

Повторность измерений — не менее трех [54].

Объем испытаний п (объем выборки или количество объектов испытаний) — по уравнению [34, 61, 130]:

где — квантиль нормального распределения — в соответствии с доверительной вероятностью ; — коэффициент вариации; — относительная ошибка.

При V > 0,08 объем испытаний п должен быть увеличен, а при V < 0,08 число п может быть уменьшено.

Учет информации — в специальной таблице, в которой фиксируют результаты измерений при реализации каждого варианта испытаний.

Обработка информации — на персональном компьютере, с применением программы «Статистика».

Таблица 3.3 – Контролируемые параметры и средства их измерений при определении механического КПД трансмиссии

Рисунок 3.3 – Динамометр растяжения электронный ДОР-3-И в сборе для измерения силы тяги трактора

Рисунок 3.4 – Средства определения эффективной мощности при парциальных испытаниях двигателя: слева – выключатели цилиндров;

в центре – дроссель-расходомер ДР-90; справа – прибор

для измерения частоты вращения коленчатого вала двигателя –

стробоскоп-тахометр DТ2240В

В целом, данная методика позволяет определить механический КПД трансмиссии исправного трактора при его испытании в эталонных условиях при трогании с места под нагрузкой.

3.5 Методика экспериментального исследования процесса тяговых испытаний при определении его основных параметров

Методика предусматривает получение дифференциальных функций и распределения основных параметров процесса тяговых испытаний, а также их статистическую оценку. Некоторые методические принципы данной методики заимствованы из работ [121, 124].

В качестве основных параметров приняты погрешность и трудоемкость определения тяговой мощности трактора и эффективной мощности его двигателя.

Основные виды погрешностей измерений, принятые во внимание: основная, случайная, систематическая, средняя квадратическая, абсолютная, относительная и приведенная [47, 121].

Содержание данной методики представлено на рис. 3.5 на примере определения погрешностей измерений [121].

Основные термины и определения, принятые в методике [124].

Технические решения (объекты изобретений, относящиеся к технике) — устройство, способ.

Устройство (прибор, стенд, установка, сооружение) — конструктивный элемент или совокупность конструктивных элементов, находящихся в функционально-конструктивном единстве.

Способ — процесс выполнения взаимосвязанных действий над материальным объектом и с помощью материальных объектов.

Применительно к тяговым испытаниям машин — это процесс выполнения операций по измерению энергетических показателей, например, тяговой мощности и массового расхода топлива с использованием соответствующих технических средств. Для сравнения: метод — форма осуществления способа, методика — совокупность действий по практическому выполнению чего-либо.

Погрешность измерения (определения показателей) — характеристика результата измерения, представляющая собой отклонение найденного значения величины от ее истинного значения [60, 90, 110, 121].

Основная погрешность — погрешность при нормальных условиях [5].

 

Рисунок 3.5 — Основные элементы методики экспериментального

исследования параметров процесса тяговых испытаний

(на примере погрешности определения энергетических показателей)

 

Случайная составляющая основной погрешности (далее для простоты изложения — случайная погрешность) — составляющая основной погрешности, которая изменяется во времени случайным образом при одном и том же значении информативного параметра входного сигнала [5]. Случайные погрешности обнаруживаются в том, что при нескольких измерениях одной и

той же величины, произведенных с одинаковой тщательностью, получаются числовые значения, отличающиеся одно от другого в последних значащих цифрах [67, 121].

Систематическая составляющая основной погрешности (далее для простоты изложения — систематическая погрешность) — составляющая основной погрешности, которая при одном и том же значении информационного параметра входного сигнала в неизменных условиях применения изделия остается постоянной или изменяется настолько медленно, что ее изменениями за время измерения можно пренебречь, или изменяется по определенному закону, если условия изменяются. Примером систематической погрешности может служить погрешность настройки — отклонение значения настроенной величины от ее предписанного значения [5, 121].

Основные положения, принятые во внимание, при определении случайной погрешности измерения [34, 60, 67, 121, 130]:

1. Частота появления случайных погрешностей различной величины обычно подчинена нормальному закону распределения (закону Гаусса).

2. При достаточно большом числе измерений параметра погрешности, одинаковые по величине и разные по знаку, встречаются одинаково часто (первая аксиома теории ошибок). Поэтому случайная погрешность всегда имеет два знака: .

3. Малые случайные погрешности встречаются чаще, чем большие (вторая аксиома теории ошибок). Очень большие погрешности не встречаются. Поэтому кривая нормального распределения имеет свой максимум у оси у в зоне минимальных ошибок. Чем точнее измерение, тем чаще появляются малые и тем реже появляются грубые ошибки.

Особенности определения погрешности измерения при применении существующих методов.

Существующие методы и средства определения энергетических показателей тракторов и их двигателей проверены многолетней практикой их применения. Поэтому можно считать, что при их использовании систематическая погрешность измерения отсутствует (равна нулю). Вместе с тем в руководствах по эксплуатации приборов не в полной мере отражены случайные погрешности, к которым относится, например, средняя квадратическая погрешность. В связи с этим по существующим методам и средствам можно ограничиться определением только случайной погрешности.

Порядок определения погрешности при применении экспериментальных методов.

Метод определения случайной погрешности основан на определительных статистических испытаниях [121].

Метод определения систематической погрешности — на сравнительных статистических испытаниях экспериментальных методов и средств с соответствующими эталонными методами и средствами, применяемыми при реализации существующих методов определения энергетических показателей тракторов и их двигателей.

Режимы и варианты тяговых испытаний тракторов ДТ-75М — по табл. 3.4.

Таблица 3.4 – Режимы и варианты тяговых испытаний по погрешности определения мощностных показателей тракторов ДТ-75М и МТЗ-80/82

Тракторы	Режимы испытаний:			Варианты испытаний (обозначение)
	сила тяги, до которой нагружают трактор	средства измерения силы тяги (по табл. 3.4)	передача, на которой осу-ществляют испытание
ДТ-75М	Макси- мальная	Динамометр специальный	VI	ДТ-ДС- VI -М
			VII	ДТ-ДС-VII-М
		Динамометр эксперимен- тальный	VII	ДТ-ДЭ-VII-М
МТЗ-80/82	Номи- нальная	Динамометр специальный	IХ	МТЗ-ДС-IХ-Н
	Макси- мальная	Динамометр специальный	IХ	МТЗ-ДС-IХ-М

Средства измерения номинальной и максимальной силы тяги:

а) динамометр растяжения электронный ДОР-3-И (табл. 3.3, рис. 3.3) фирмы ООО «ПетВес» с основными характеристиками: относительная погрешность измерений – 0,2 %; нижний предел измерений – 1 кН; верхний предел измерений – 100 кН; отсчет показаний для нагрузки до 1 кН – в единицах Н, свыше 1 кН – в единицах кН;

б) динамометр экспериментальный гидравлический ДГЭ-100 (рис. 3.6);

в) динамометры ДОР-3-И и ДГЭ-100 последовательно соединенные полосой (рис. 3.7).

Рисунок 3.6 – Динамометр экспериментальный гидравлический ДГЭ-100

Рисунок 3.7 – Динамометры ДОР-3-И (слева) и ДГЭ-100 (справа) соединенные полосой (в центре) – подготовленные к эксперименту

Методы и средства определения эффективной мощности двигателя (табл. 3.3, рис. 3.4): метод проф. Н. С. Ждановского [89] или парциальный метод [20] с догрузкой дизеля гидросистемой трактора.

Условия испытаний — идентичные: при одинаковом объеме испытаний и при одной и той же повторности измерений; на одних и тех же объектах испытаний — тракторах модели ДТ-75М; теми же исполнителями; в одном и

том же режиме работы двигателя и трактора; при одной и той же температуре окружающего воздуха — от 15 до 22 ^оС.

Методика (технология) измерений при применении эталонных методов и средств — в соответствии с источниками [20, 89], а также с учетом руководств по эксплуатации на используемые при этом приборы; при испытании экспериментальных методов и средств — по предварительно разработанным технологическим картам (приложение 2).

Повторность измерений — не менее трех [54].

Объем испытаний п (объем выборки или количество объектов испытаний) — по уравнению (3.8).

Учет информации — в специальной таблице, в которой фиксируют результаты измерений при реализации каждого варианта испытаний.

Обработка информации — на персональном компьютере, с применением программы «Статистика».

Параметр случайной погрешности — средняя квадратическая погрешность.

Оценка систематической погрешности производится на основе сопоставления результатов испытаний каждого экспериментального метода (варианта по табл. 3.4) с эталонным методом.

Систематическую погрешность вычисляют как модуль разности — по формуле:

где — математическое ожидание результата определения показателя с применением эталонного метода и i-го варианта экспериментального метода.

При этом считают, что если расхождение существенно, то принимают за систематическую погрешность. Если это расхождение несущественно, то полагают, что такая погрешность отсутствует, и в этом случае находят абсолютную и относительную погрешность по формулам:

Основные требования к определению трудоемкости измерений параметра заключаются в следующем. Данные по трудоемкости получают в процессе реализации методов. При этом определение энергетических показателей трактора и двигателя выполняют в соответствии с технологическими картами (приложение Б), при трехкратной повторности измерений, но без учета установки трактора на площадку.

Таким образом, данная методика позволяет определить и оценить погрешность и трудоемкость определения энергетических показателей тракторов и их двигателей как при применении существующих методов, так и предлагаемых приборов.

3.6 Методика статистической оценки результатов сравнительных экспериментов

Методика предусматривает статистическую оценку точности и достоверности определения параметров процесса тяговых испытаний, а также оценку результатов сравнительных экспериментов — сопоставимых вариантов испытаний.

Предмет статистической оценки – определение оценок точности и достоверности и, кроме того, существенности отличий (случайности расхождений) выборочных средних, полученных при реализации сопоставимых вариантов.

Сопоставимые варианты тяговых испытаний – по табл. 3.5.

Оценка точности и достоверности определения мощностных показателей производится по результатам обработки экспериментальных данных на персональном компьютере, с применением программы «Статистика».

Точность определения параметра оценивают при заданной доверительной вероятности ( не менее 0,95) по следующим формулам.

Абсолютная ошибка, вычисленная:

Оценка случайности расхождений — по критериям Стьюдента и Романовского.

Порядок оценки случайности расхождения по критерию Стьюдента [47, 98, 126].

1. Вычисляют среднее квадратическое отклонение S объединенной выборки:

2. Находят модуль разности (абсолютную величину разности между эмпирическими средними)

 

Таблица 3.5 – Сопоставляемые варианты тяговых испытаний

тракторов ДТ-75М и МТЗ-80/82

Сопоставляемые варианты испытаний	Проверяемые факторы, существенность отличий	Отличительные условия испытаний
1. ДТ-ДС-VI-Н ДТ-ДС-VII-Н	Влияние различных пере-дач на результат определе-ния механического КПД трансмиссии	Разные передачи – VI и VII
2. ДТ-ДС-VI-М ДТ-ДС-VII-М	Влияние различных пере-дач на результат определе-ния мощностных показате-лей	Разные передачи – VI и VII
3. ДТ-ДС-VII-М ДТ-ДЭ-VII-М	Влияние различных сред-ств измерений силы тяги на результат определения мощностных показателей	Разные средства измере-ний силы тяги – дина-мометр специальный и экспериментальный
4. МТЗ-ДС-IХ-М МТЗ-ДС-IХ-Н	Влияние различных режи-мов испытаний на резуль-тат определения мощност-ных показателей	Разные режимы испыта-ний – при измерении максимальной и номи-нальной силы тяги
5. 5.1. П-ДТ-ДС-VI-Н 5.2. П-ДТ-ДС-VII-Н 5.3. П-ДТ-ДС-VI-М 5.4. П-ДТ-ДС-VII-М 5.5. П-ДТ-ДЭ-VII-М 5.6. П-МТЗ-ДС-IХ-М 5.7. П-МТЗ-ДС-IХ-Н	Существенность отличий определения эффективной мощности двигателя при реализации парциального (П) метода и каждого из экспериментальных	Разные методы опре-деления эффективной мощности двигателя
Примечание – Варианты испытаний: по п. 1 – в соответствии с табл. 3.2, другие – по табл. 3.4

Таким образом, данная методика позволяет определить статистические оценки точности и достоверности и, кроме того, существенности отличий (случайности расхождений) выборочных средних, полученных при реализации сопоставимых вариантов тяговых испытаний.

3.7 Методика оценки погрешности математического описания процесса тяговых испытаний трактора

Методика предусматривает оценку погрешности математического описания мощностных показателей тракторов, в частности, эффективной мощности их двигателей, получаемой в процессе тяговых испытаний.

Основные термины и определения, принятые в методике.

Погрешность или точность математического описания определяется как степень совпадения значений расчетных и действительных выходных величин [39, 44, 65].

Расчетная выходная величина – это величина, рассчитанная с помощью детерминированной модели при средних значениях ее случайных (измеряемых) параметров, входящих в состав модели.

Действительная выходная величина – величина, вычисленная по этой же модели, но с учетом отклонений, обусловленных случайным характером измеряемых параметров.

Расчетные формулы для оценки погрешности математической модели.

Погрешность математической модели по совокупности п учитываемых выходных величин оценивается выражением [65]:

где — относительная погрешность; — выходная величина i-параметра, принятая за действительную – вычисленная без учета отклонений случайных величин; — выходная величина того же i-го параметра, вычисленная с учетом отклонений случайных величин.

Найдем математическое описание погрешности модели эффективной номинальной мощности двигателя .

В основу ее определения положим найденную ранее формулу (2.39), табл. 2.1:

Для простоты дальнейшего изложения обозначим = , = и тогда (3.26) примет вид:

Определим расчетное (среднее) и действительное значения выходной величины .

Подставим в (3.25) найденные значения (3.28), а также (3.29) или (3.30) и после упрощения получим — относительную погрешность математической модели определения эффективной мощности двигателя при нагружении трактора максимальной силой тяги, обусловленную погрешностью динамометра:

где — нижняя или верхняя доверительная граница при определении — среднее квадратическое отклонение случайной величины .

Теперь найдем в соответствии с (3.25) суммарную погрешность математической модели , обусловленную погрешностью динамометра и определения при нагружении трактора максимальной силой тяги:

Полученные результаты обобщены и сведены в табл. 3.6. Их анализ показывает, что при постоянных значениях , и основными источниками погрешности математических моделей эффективной мощности двигателя являются соответствующие им средние квадратичекие отклонения (среднеквадратические погрешности динамометра), а также среднее квадратическое отклонение .

Таблица 3.6 – Математические описания погрешности моделей и

основные источники погрешности

Кроме того, как следует из рис. 2.11, при нагружении трактора до номинальной силы тяги требуется контролировать частоту вращения коленчатого вала двигателя, что дополнительно влияет на погрешность. Поэтому в результате экспериментальных исследований вполне можно ожидать, что значение окажется больше чем . Отсюда, следует иметь в виду, что значения при проведении экспериментов формируются как за счет инструментальной погрешности динамометра, так и в результате воздействия процесса испытаний. В этой связи нужно также отметить, что значение зависит в основном от инструментальной погрешности динамометра.

Для получения числовых значений погрешности и (табл. 3.6) нужны экспериментальные данные, по которым предварительно должны быть вычислены математические ожидания а также средние квадратические отклонения

Таким образом, данная методика позволяет оценить погрешность математических моделей эффективной мощности двигателя (по табл. 2.1) как в целом с доверительной вероятностью 0,95, так и по отдельным параметрам этих моделей.

 

Выводы

1. Представленные методические разработки в целом направлены на получение методики по обоснованию и выбору наиболее приемлемых для практики методов и средств тяговых испытаний тракторов при трогании с места под нагрузкой.

2. В основу методики положены результаты теоретического исследования, а также результаты анализа и обобщения новых технических решений, направленных на создание новых методов тяговых испытаний машин.

3. Методика позволяет определить возможность использования тракторов в качестве тяговых устройств, оценить достаточность сцепления ходового аппарата трактора с основанием, получить расчетно-экспериментальным методом числовое значение механического КПД трансмиссии трактора при его испытании при трогании с места под нагрузкой, а также провести экспериментальные исследования процесса тяговых испытаний машин по его основным параметрам.

Завершающий этап методики – оценка погрешности (точности) математического описания процесса тяговых испытаний трактора.

4. Теоретической основой методики являются теории: вероятностей и математической статистики, измерений и ошибок, планирования эксперимента, анализа и выбора, а также теория двигателя внутреннего сгорания, трактора и автомобиля.

5. Обработка информации — компьютерная: с применением программной среды «Ехсеl» и «Статистика-6».

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ РЕЗУЛЬТАТЫ

4.1 Экспериментальная проверка возможности тяговых испытаний тракторов при трогании с места под нагрузкой

Экспериментальная проверка была проведена в соответствии с методиками 3.2 и 3.3. Она предусматривала определение возможности практического использования тракторов различных марок в качестве тормозных устройств, а также проверку и уточнение условий их применения и испытания при трогании с места под нагрузкой.

На первом этапе были проведены проверочные испытания на примере тракторов ДТ-75М и МТЗ-80 при применении тормозного стенда СТЭ-100 и динамометра ДОР-3-И (рис. 4.1). Тяговые испытания по передачам, начиная с высшей, были осуществлены в обычном рабочем (штатном) режиме трогания машины с места под нагрузкой.

а б

 

Рисунок 4.1 – Проверка метода тяговых испытаний тракторов при применении тормозного стенда СТЭ-100 и динамометра ДОР-3-И:

а, б – фрагменты испытаний ДТ-75М и МТЗ-80

В результате выявлено, что на асфальте трактор ДТ-75М загружается до остановки двигателя на VII и VI передачах, на V и последующих более низких передачах трактор пробуксовывает. Аналогичные результаты в этих же условиях получены и по МТЗ-80: трактор загружается на передачах с IХ по VII, после чего он буксует. При этом расчетное значение силы тяги по обоим тракторам на этих передачах попадает в интервал значений, полученных в результате пяти измерений. Одновременно с этим проверен стенд: получен положительный результат, поскольку какой-либо деформации или сдвига стенда не произошло.

Таким образом, проверка показала, что тяговые испытания тракторов ДТ-75М и МТЗ-80 при трогании с места под нагрузкой возможны, в данном случае на асфальте, но на ограниченных, высших передачах.

Практически при испытаниях фиксировались следующие события

перемещение тормозного устройства (стенда) и буксование воздействующего на него трактора отсутствуют – оценка события: «да»,

буксование трактора, воздействующего на тормозное устройство, наблюдается – оценка события: «нет»,

перемещение тормозного устройства наблюдается – оценка события: «нет»,

где — сила сопротивления сдвигу с места тормозного устройства (стенда) или трактора, используемого в качестве тормозного устройства; — максимальная сила тяги трактора, воздействующего на тормозное устройство; — максимальная сила сцепления ходового аппарата машины с основанием.

На следующем этапе аналогичным образом проверялась возможность использования тракторов в качестве тормозных устройств, а также возможность тяговых испытаний тракторов на площадках с различным покрытием. При испытании в качестве проверяемых объектов (тормозных устройств) были использованы тракторы ДТ-75М и МТЗ-80/82. Причем эти же машины были применены как тракторы, воздействующие на проверяемые объекты силой тяги. Схемы испытаний для примера проиллюстрированы на рис. 4.2, где на каждом рисунке первый и второй тракторы справа – соответственно воздействующий трактор и проверяемый объект (трактор как тормозное устройство).

В процессе испытаний были приняты во внимание все запланированные методикой 3.3 варианты и при этом выдержаны все предусмотренные требования и условия проверки. Всего было проведено 24 испытания, каждое их которых было выполнено с трехкратной повторностью. При этом тяговые испытания тракторов ДТ-75М были проведены только на седьмой передаче, МТЗ-80/82 – на девятой передаче.

Результаты испытаний представлены в табл. 4.1. Их анализ показывает следующее.

 

а б

Рисунок 4.2 – Экспериментальная проверка возможности тяговых

испытаний тракторов при трогании с места под нагрузкой:

а, б – фрагменты испытаний по схемам: Б. МТЗ-80-ДТ-75М;

В. ДТ-75М-МТЗ-80

Результат испытаний не зависит от покрытия площадок. Это можно объяснить тем, что коэффициент сцепления движителей с основанием по всем принятым во вниманием типам покрытий площадок (табл. 4.1) примерно одинаков и находится в пределах от 0,7 до 1,0 (табл. В.4) [118]: 0,7-0,9 – по колесным тракторам и 1,0 – по гусеничным. Испытания по схеме «В. ДТ-75М-МТЗ-80/82» не дали положительных результатов при обоих вариантах торможения второго трактора. Так, при торможении двигателем наблюдается прокручивание колес, а при фиксации тормозами и двигателем – скольжение колес (юз). В обоих случаях , кроме того, во втором случае

Испытания по схеме «Б. МТЗ-80/82-ДТ-75М» дали положительные результаты во всех случаях: перемещение тормозного устройства, второго трактора, и буксование воздействующего на него первого трактора отсутствуют.

При испытаниях по схемам «А. ДТ-75М-ДТ-75М» и «Г. МТЗ-80/82-МТЗ-80/82» получены одни и те же результаты: при торможении двигателем наблюдается прокручивание колес, а при фиксации тормозами и двигателем второй трактор надежно работает как тормозное устройство, если исправны муфта сцепления и тормоза. Так, например, при испытании был обнаружен один трактор МТЗ-80/82 с неисправной муфтой сцепления. В результате, этот трактор не выдержал испытание.

Таблица 4.1 – Результаты экспериментальной проверки возможности

использования тракторов ДТ-75М и МТЗ-80/82 в качестве тормозных устройств

Схемы испы-таний	Результаты испытаний по их вариантам: «да» или «нет» – положительные или отрицательные
	ЦБ-Д	ЦБ-ТД	ЩГ-Д	ЩГ-ТД	УД-Д	УД-ТД
А ДТ-75М- ДТ-75М	нет (прокру-чивание гусениц)	да	нет (прокру-чивание гусениц)	да	нет (прокру-чивание гусениц)	да
Б МТЗ-80/82- ДТ-75М	да	да	да	да	да	да
В ДТ-75М- МТЗ-80/82	нет (прокру-чивание колес)	нет (сколь-жение колес – юз)	нет (прокру-чивание колес)	нет (сколь-жение колес – юз)	нет (прокру-чивание колес)	нет (сколь-жение колес – юз)
Г МТЗ-80/82- МТЗ-80/82	нет (прокру-чивание колес)	да	нет (прокру-чивание колес)	да	нет (прокру-чивание колес)	да
Примечания: 1. Первыми буквами варианта испытаний обозначены типы площадок: ЦБ — с цементно-бетонным или асфальтобетонным покрытием; ЩГ — с щебенчатым или гравийным покрытием; УД — без покрытия – с сухим твердым глинистым или песчаным грунтом (по условиям движения — сухая укатанная грунтовая дорога). 2. Вторыми буквами обозначены состояния проверяемого объекта при его испытании: Д — трактор заторможен двигателем (включена задняя передача); ТД — трактор заторможен стояночным или основным тормозом, а также двигателем.

Таким образом, результаты экспериментальной проверки показывают, что тяговые испытания тракторов могут быть проведены в следующем сочетании: ДТ-75М-ДТ-75М, МТЗ-80/82-ДТ-75М и МТЗ-80/82-МТЗ-80/82, где первый – это испытываемый трактор, а второй используется в качестве тормозного устройства. При использовании тракторов в качестве тяговых устройств наилучшим таким устройством является трактор, зафиксированный как тормозной системой, так и двигателем. Площадки для проведения испытаний могут иметь цементно-бетонное, асфальтобетонное, щебенчатое или гравийное покрытие, либо они могут быть выполнены без покрытия – в виде укатанной грунтовой дороги с глинистым или песчаным грунтом. Причем вид покрытия площадки не оказывает существенного влияния как на процесс тяговых испытаний, так и на их результат. Разумеется, для испытаний тракторов также могут быть применены специальные тяговые стенды (рис. 4.1).

 

4.2 Результаты определения и оценки механического КПД трансмиссии

Механический КПД трансмиссии тракторов определен в соответствии с методикой 3.4, статистическая оценка полученных экспериментальных данных выполнена по методике 3.6.

Для определения механического КПД трансмиссии на первом этапе были получены экспериментальные данные по тракторам ДТ-75М и МТЗ-80/82, к которым относятся номинальная сила тяги трактора и номинальная эффективная мощность его двигателя. Измерение этих параметров производилось в производственных условиях, выборка тракторов – случайная, а их испытание – по схемам: А (ДТ-75М-ДТ-75М), Б (МТЗ-80/82-ДТ-75М) или Г (МТЗ-80/82-МТЗ-80/82). При измерении и были применены приборы по табл. 3.4. На рис. 4.3 для примера показан фрагмент тяговых испытаний трактора МТЗ-80 при применении динамометра ДОР-3-И и трактора ДТ-75М в качестве тягового устройства.

На следующем этапе по формуле (3.7) были вычислены числовые значения по средним (из трех измерений по каждому трактору) данным и при известных справочных параметрах (приложение В). Обработка статистических данных была выполнена на персональном компьютере в программной среде «Статистика». Результаты обработки представлены в табл. 4.2, на рис. 4.4, а также в табл. 4.3.

Теперь проанализируем полученные результаты статистической обработки экспериментальных данных. Они показывают следующее.

Статистические данные по всем трем выборкам наиболее ближе согласуются с нормальным законом распределения, о чем свидетельствует критерий согласия Пирсона.

При этом значения математического ожидания и других статистических параметров (среднее квадратическое отклонение, коэффициент вариации, доверительные границы и стандартная ошибка) близки друг к другу по всем вариантам выборок. И все-таки для более точной оценки найдем в дальнейшем существенность отличий математических ожиданий КПД трансмиссии сначала при сопоставлении различных передач (седьмой и шестой) одного и того же трактора (ДТ-75М), а затем этих же передач с одной из передач (девятой) другого трактора (МТЗ-80/82). Данная работа выполнена по методике 3.6, ее результаты представлены в табл. 4.3.

Рисунок 4.3 – Измерение силы тяги трактора МТЗ-80 (слева) динамометром ДОР-3-И (Z-образный, в центре) при применении трактора ДТ-75М (справа) в качестве тягового устройства на площадке с гравийным покрытием

Проведенная оценка существенности отличий математических ожиданий КПД трансмиссии (табл. 4.2 и 4.3) как по критерию Стьюдента, так и Романовского показывает, что их расхождения несущественны. Причем КПД трансмиссии не зависит как от номера передачи трактора одной и той же марки, так и от марки тракторов, принятых во внимание – ДТ-75М и МТЗ-80/82. Модуль разности находится в пределах от 0,0005 до 0,0015, то есть изменяется незначительно: от 0,05 до

Таблица 4.2 — Результаты статистической обработки экспериментальных

данных по КПД трансмиссии

Рисунок 4.4 — Распределение коэффициента полезного действия (КПД)

трансмиссии тракторов: 1, 2 – ДТ-75М, седьмая и шестая передачи;

3 – МТЗ-80/82, девятая передача

0,16 %. Это можно объяснить тем, что тракторы ДТ-75М и МТЗ-80/82 имеют одну и ту же механическую трансмиссию, причем одинаковую по конструкции.

Таким образом, в завершение можно отметить, что в рядовых условиях эксплуатации значение КПД трансмиссии при тяговых испытаниях тракторов ДТ-75М и МТЗ-80/82 при их трогании с места под нагрузкой находится в пределах (табл. 4.2) от 0,949 до 0,972, его среднее значение по обеим маркам этих машин – 0,960. Относительная ошибка полученных данных не превышает 0,05 при доверительной вероятности 0,95.

Полученное значение КПД трансмиссии при трогании машины с места несколько выше, чем при движении. Так, если трансмиссия трактора состоит из двух передач, одна из которых цилиндрическая, а другая коническая, то среднее значение механического КПД такой трансмиссии составит [118]

где — КПД цилиндрической передачи (находится в пределах от 0,95 до 0,98, среднее значение – 0,965); — КПД конической передачи (в

Таблица 4.3 — Результаты оценки существенности отличий

математических ожиданий КПД трансмиссии тракторов

ДТ-75М и МТЗ-80/82

пределах от 0,94 до 0,96, среднее – 0,95). В нашем случае = 0,96, что больше 0,92 на 0,04 или на 4,2 %. Физически КПД трансмиссии – это коэффициент, учитывающий потери на трение. Очевидно, что при трогании с места при отсутствии движения потери на трение уменьшаются, чем и объясняется повышение КПД трансмиссии с 0,92 до 0,96.

4.3 Результаты экспериментального исследования процесса тяговых испытаний

В соответствии с методикой 3.5 проведены вариантные исследования и получены основные параметры процесса тяговых испытаний и технические характеристики применения экспериментальных образцов приборов, представленных в табл. 3.4. К таким параметрам и характеристикам относятся: режим испытаний (передача, на которой осуществляют испытание; сила тяги, до которой нагружают трактор), погрешность определения тяговой мощности трактора и эффективной мощности его двигателя (абсолютная, систематическая, относительная и приведенная), а также трудоемкость определения этих параметров.

Для обеспечения сопоставимости результатов эксперименты по каждому варианту испытаний были выполнены в идентичных условиях: парциальные и тяговые испытания по каждому трактору были проведены в одно и то же время, на одной и той же площадке, при применении одних и тех же средств измерения силы тяги и определения эффективной мощности двигателя, по одним и тем же методикам и одними и теми же исполнителями. При этом изменению подлежали только те условия, которые обусловлены вариантом. Соблюдение принципа идентичности показано на примере (рис. 4.5) испытания средств измерения силы тяги трактора МТЗ-80, что обеспечено их последовательным соединением.

Обработка экспериментальных данных была выполнена на персональном компьютере в программной среде «Статистика», статистическая оценка результатов сравнительных экспериментов – по методике 3.6.

Оценка влияния различных передач на погрешность определения эффективной мощности двигателей.

Результаты статистической обработки экспериментальных данных по эффективной мощности двигателей тракторов ДТ-75М – при сопоставлении парциальных испытаний с тяговыми испытаниями на различных передачах (на седьмой и шестой) представлены в табл. Г.1 и на рис. 4.6, результаты

Рисунок 4.5 – Фрагмент испытания динамометров ДЭГ-100 (слева)

и ДОР-3-И (справа) при их последовательном соединении

 

оценки существенности отличий математических ожиданий эффективной мощности этих двигателей – в табл. 4.4. Они показывают следующее.

Статистические данные по всем трем вариантам испытаний наиболее ближе согласуются с нормальным законом распределения, о чем свидетельствует критерий согласия Пирсона.

Оценка существенности отличий математических ожиданий эффективной мощности двигателей показывает, что вариант тяговых испытаний на седьмой передаче в соответствии с критериями Стьюдента (Р = 0,13 > 0,05) и Романовского (1,46 < 3) не имеет существенных отличий от парциальных испытаний (табл. 4.4). При этом модуль разности составляет 0,2 кВт (0,3 % от 61,9 – от эффективной мощности, найденной по результатам парциальных испытаний). Вариант тяговых испытаний на шестой передаче как по критерию Стьюдента (Р = 0,00002 < 0,05), так и Романовского (8,68 > 3) существенно отличается от парциальных испытаний (табл. 4.4). Модуль разности в данном случае составляет 1,2 кВт или 1,9 %.

Если принять парциальные испытания за эталонный вариант, то наибольшую погрешность определения эффективной мощности двигателя имеет вариант тяговых испытаний на шестой передаче.

 

Рисунок 4.6 — Распределение эффективной мощности двигателей тракторов ДТ-75М: 1 – парциальные испытания; 2, 3 – тяговые

испытания при применении динамометра ДОР-3-И,

седьмая и пятая передачи

Таким образом, при выборе передачи, на которой должны проводиться тяговые испытания, следует отдавать предпочтение наивысшей передаче (по ДТ-75М – седьмой). Это позволит производить тяговые испытания при наименьшей силе тяги и с более высокой точностью.

Оценка влияния различных средств измерений силы тяги на погрешность определения эффективной мощности двигателей.

Результаты статистической обработки экспериментальных данных по эффективной мощности двигателей тракторов ДТ-75М – при сопоставлении парциальных испытаний с тяговыми испытаниями на седьмой передаче при различных средствах измерения силы тяги представлены в табл. Г.2, а также на рис. 4.7, результаты оценки существенности отличий математических ожиданий эффективной мощности этих двигателей – в табл. 4.5. Их анализ показывает следующее.

Статистические данные по всем трем вариантам испытаний наиболее ближе также согласуются с нормальным законом распределения, о чем свидетельствует критерий согласия Пирсона.

Таблица 4.4 — Результаты оценки существенности отличий

математических ожиданий эффективной мощности двигателей тракторов ДТ-75М при сопоставлении парциальных испытаний с тяговыми испытаниями на различных передачах — на седьмой и шестой

Проведенная оценка существенности отличий математических ожиданий эффективной мощности двигателей тракторов ДТ-75М показывает, что вариант тяговых испытаний с сертифицированным динамометром ДОР-3-И на седьмой передаче в соответствии с критериями Стьюдента (Р = 0,13 > 0,05) и Романовского (1,46 < 3) не имеет существенных отличий от парциальных испытаний (табл. 4.5). При этом модуль разности составляет 0,2 кВт (0,3 % от 61,9 – от эффективной мощности, найденной по результатам парциальных испытаний). Вариант тяговых испытаний с экспериментальным динамометром ДГЭ-100 на этой же передаче как по критерию Стьюдента (Р = 0,00002 < 0,05), так и Романовского (7,23 > 3)

существенно отличается от парциальных испытаний двигателя (табл. 4.5). Модуль разности в данном случае составляет 1,0 кВт или 1,6 %. Если парциальные испытания двигателя также принять за эталонный вариант, то наибольшую погрешность определения эффективной мощности двигателя имеет вариант тяговых испытаний с экспериментальным динамометром ДГЭ-100.

Следовательно, модуль разности , равный 1,0 кВт, является систематической ошибкой, которую нужно учитывать при использовании экспериментального динамометра ДГЭ-100.

 

Рисунок 4.7 — Распределение эффективной мощности двигателей тракторов ДТ-75М: 1 – парциальные испытания; 2, 3 – тяговые испытания на седьмой передаче при применении динамометров ДОР-3-И и ДГЭ-100

Таблица 4.5 — Результаты оценки существенности отличий математических ожиданий эффективной мощности двигателей тракторов

ДТ-75М при сопоставлении парциальных испытаний с тяговыми испытаниями на седьмой передаче при различных

средствах измерения силы тяги

 

Оценка влияния различных режимов измерений силы тяги на погрешность определения эффективной мощности двигателей.

Результаты статистической обработки экспериментальных данных по эффективной мощности двигателей тракторов МТЗ-80/82 – при сопоставлении парциальных испытаний с тяговыми испытаниями на девятой передаче при различных режимах измерения силы тяги представлены в табл. Г.3, а также на рис. 4.8, результаты оценки существенности отличий математических ожиданий эффективной мощности этих двигателей – в табл. 4.6. Они показывают следующее.

Статистические данные по всем трем вариантам испытаний в соответствии с критерием согласия Пирсона наиболее ближе согласуются с нормальным законом распределения.

Оценка существенности отличий математических ожиданий эффективной мощности двигателей показывает, что вариант тяговых испытаний в режиме максимальной силы тяги в соответствии с критерием Романовского (2,89 < 3) не имеет существенных отличий от парциальных испытаний (табл. 4.6). При этом модуль разности составляет 0,2 кВт (0,4 % от 55,4 – от эффективной мощности, найденной по результатам парциальных испытаний). Вариант тяговых испытаний в режиме номинальной силы тяги существенно отличается от парциальных испытаний (табл. 4.6): критерий

Рисунок 4.8 — Распределение эффективной мощности двигателей

тракторов МТЗ-80/82: 1 – парциальные испытания; 2, 3 – тяговые

испытания на девятой передаче при измерении силы тяги при

номинальном и максимальном режимах

Таблица 4.6 — Результаты оценки существенности отличий

математических ожиданий эффективной мощности двигателей тракторов МТЗ-80/82 при сопоставлении парциальных испытаний с тяговыми испытаниями на девятой передаче при различных режимах измерения силы тяги

Романовского 15,91 > 3. Модуль разности в данном случае составляет 1,1 кВт или 2,0 %. Если принять парциальные испытания за эталонный вариант, то наибольшую погрешность определения эффективной мощности двигателя имеет вариант тяговых испытаний при измерении номинальной силы тяги.

Таким образом, при выборе режима испытаний следует отдавать предпочтение режиму максимальной силы тяги.

Полученные результаты обобщены и представлены в табл. 4.7. Проанализируем их.

Таблица 4.7 – Результаты оценки погрешности и существенности

отличий различных вариантов тяговых испытаний с парциальными

На погрешность определения эффективной мощности двигателей при тормозных испытаниях тракторов оказывают влияние выбранная передача, режим измерения силы тяги (номинальный или максимальный), а также средства измерения силы тяги. При этом тяговые испытания наиболее чувствительны к выбранной передаче. Так, на седьмой передаче абсолютная погрешность составляет 0,2 кВт (0,32 %) и по Критерию Романовского не является существенной, на шестой передаче – 1,2 кВт (1,94 %), что существенно. Поэтому при выборе передач предпочтение нужно отдать наивысшей передачи. На втором месте – режимы измерения силы тяги трактора. Наибольшую погрешность определения эффективной мощности двигателя имеет вариант тяговых испытаний при измерении номинальной силы тяги: абсолютная погрешность 1,1 кВт против 0,2 кВт при измерении максимальной силы тяги, что в % составляет соответственно 1,99 и 0,36. И на третьем месте – средства измерения силы тяги. Сертифицированный динамометр ДОР-3-И точнее, чем экспериментальный на базе стандартного тракторного гидроцилиндра. Динамометр ДОР-3-И дает абсолютную погрешность 0,2 кВт, экспериментальный – 1,0 кВт. Причем погрешность сертифицированного динамометра по критерию Романовского несущественна, погрешность экспериментального динамометра существенна и ее следует считать как систематическую.

В целом, полученные результаты позволили сделать обоснованный (исходя из погрешности определения эффективной мощности двигателя) выбор передачи, на которой следует проводить тяговые испытания, режима измерения силы тяги, а также технических средств ее измерения. В

частности, для снижения погрешности тяговые испытания следует проводить на наивысшей передаче и при максимальном режиме измерения силы тяги, а при использовании экспериментального динамометра – учитывать его систематическую погрешность по следующей формуле:

И еще один аспект, касающийся погрешности. Поскольку тяговая мощность определяется путем умножения функции эффективной мощности двигателя на КПД трансмиссии (табл. 2.1), значение которого принято постоянным, то погрешность тяговой мощности трактора находится в тех же пределах, что и эффективной мощности его двигателя.

Относительная ошибка определения параметров не превышает 0,05 при доверительной вероятности 0,95.

Следующий этап экспериментального исследования процесса тяговых испытаний – определение трудоемкости. Она найдена на примере трактора ДТ-75М при реализации двух вариантов тяговых испытаний: при использовании сертифицированного (ДТ-ДС-VII-М) и экспериментального (ДТ-ДЭ-VII-М) динамометров. Такой подход обусловлен тем, что сам процесс тяговых испытаний, как показали предварительные наблюдения, не зависит от режима измерения силы тяги и марки испытываемого трактора. Он скоротечен и составляет не более 1 мин. При этом трудоемкость тяговых испытаний в значительной мере зависит от трудоемкости подготовительно-заключительных работ, которая определяется взаимной приспособленностью средства и объекта диагностирования. Можно полагать, что тракторы различных марок как объекты диагностирования в одинаковой степени приспособлены к тяговым испытаниям. Отсюда и возникает необходимость определения трудоемкости тяговых испытаний по названным вариантам.

Статистические данные по трудоемкости были получены в процессе тяговых испытаний – в соответствии с методикой 3.5. Относительная ошибка определения трудоемкости не превышает 0,05 при доверительной вероятности 0,95.

Результаты статистической обработки экспериментальных данных по трудоемкости определения эффективной мощности двигателя при применении приборов ДОР-3-И и ДГЭ-100 представлены в табл. 4.8.

Таблица 4.8 — Трудоемкость тяговых испытаний при применении различных приборов для измерения силы тяги

Вариант тяговых испытаний (по табл. 3.5)	Трудоемкость:			Относительная ошибка определения параметра, %
	математи- ческое ожидание, чел.-мин	среднее квадратическое отклонение, чел.-мин	коэффи- циент вариации
ДТ-ДС-VII-М (прибор ДОР-3-И)	8,2	0,94	0,12	4,6
ДТ-ДЭ-VII-М (прибор ДГЭ-100)	8,6	0,86	0,10	4,8

Они показывают следующее. Средняя трудоемкость тяговых испытаний с применением прибора ДГЭ-100 составляет 8,6 чел.-мин, ДОР-3-И – 8,2 чел.-мин, что на 0,4 чел.-мин или на 4,7 % ниже, чем по ДГЭ-100. Это обусловлено тем, что ДОР-3-И лучше приспособлен для использования по назначению. В частности, он имеет меньшую массу и габаритные размеры и выполнен в одном конструктивном блоке. Вместе с тем к преимуществам прибора ДГЭ-100 следует отнести низкую стоимость, простоту конструкции, возможность использования при его создании стандартных конструктивных элементов, например, тракторного гидроцилиндра и манометра.

Таким образом, установлено, что наиболее точным режимом тяговых испытаний следует считать такой режим, при котором силу тяги измеряют при максимальной нагрузке и на наивысшей передаче, что в полной мере согласуется с теоретическими положениями.

Если принять во внимание, что трудоемкость по применяемым приборам ДОР-3-И и ДГЭ-100 изменяется несущественно, то с точки зрения минимальной погрешности наиболее предпочтительным вариантом тяговых испытаний следует считать такой, при котором силу тяги измеряют при максимальной нагрузке и на наивысшей передаче.

4.4 Оценка погрешности математического описания процесса тяговых испытаний

Оценка погрешности математического описания выполнена по методике 3.7. Во внимание были приняты следующие варианты тяговых испытаний: ДТ-ДС-VII-М и МТЗ-ДС-IХ-Н (табл. 3.4), статистические оценки которых приведены в табл. 4.9 в качестве исходных данных для вычисления погрешности.

Таблица 4.9 – Исходные данные для вычисления погрешности математического описания

Погрешность модели по выбранным вариантам тяговых испытаний (по формулам табл. 3.6, исходные данные по табл. 4.9):

Таким образом, погрешность математического описания процесса тяговых испытаний, вычисленная на примере эффективной мощности двигателя, не превышает 12 % по тракторам ДТ-75М и 6 % по МТЗ-80/82 при доверительной вероятности 0,95.

Выводы

1. В процессе совершенствования методов определения мощности двигателей погрешность и трудоемкость остались на одном и том же уровне, а стоимость капиталовложений в их реализацию увеличилась в 5 раз, что затрудняет их использование в современных условиях. Наряду с этим методы испытания тракторов почти не развивались. Существующий тормозной метод дорогостоящий, пригоден только для колесных тракторов и при использовании на крупных станциях технического обслуживания. Этим объясняется необходимость совершенствования методов и средств определения мощностных показателей тракторов.

2. Разработана математическая модель определения тяговой мощности трактора и эффективной мощности двигателя в процессе тяговых испытаний при трогании машины с места под нагрузкой. В общем виде она представляет собой зависимость мощности от силы тяги трактора. Модель получена в двух вариантах: при нагружении трактора максимальной и номинальной силой тяги. Причем оба варианта согласуются между собой, а это свидетельствует о том, что математическое описание процесса тяговых испытаний выполнено правильно. Погрешность модели не превышает 12 % по тракторам ДТ-75М и 6 % по МТЗ-80/82 при доверительной вероятности 0,95.

Выявлена физическая сущность процесса тяговых испытаний: мощность трактора в процессе испытаний идет на создание потенциальной энергии, энергии взаимодействия трактора и тормозного устройства, то есть мощность трактора и его двигателя преобразуется в силу тяги.

3. Обоснованы наиболее эффективные параметры процесса тяговых испытаний, а также применяемые при этом технические средства.

Тяговые испытания тракторов марок ДТ-75М и МТЗ-80/82 могут быть проведены в следующем сочетании: ДТ-75М-ДТ-75М, МТЗ-80/82-ДТ-75М и МТЗ-80/82-МТЗ-80/82, где первый – это испытываемый трактор, а второй используется в качестве тормозного устройства.

При использовании тракторов в качестве тяговых устройств наилучшим средством их фиксации является двигатель. По условиям достаточности сцепления тяговые испытания могут быть проведены как на площадках с твердым покрытием, так и без покрытия – на твердом глинистом грунте. Причем испытания тракторов ДТ-75М по условиям достаточности сцепления могут быть осуществлены на любой из передач, МТЗ-80/82 – только на передачах с девятой по шестую.

Установлено, что КПД трансмиссии не зависит как от номера передачи трактора одной и той же марки, так и от марки тракторов, принятых во внимание – ДТ-75М и МТЗ-80/82. По этим маркам машин он находится в пределах от 0,949 до 0,972, его среднее значение – 0,960 при относительной ошибке не более 0,05 и доверительной вероятности 0,95.

4. Установлено, что погрешность определения эффективной мощности двигателей тракторов ДТ-75М на седьмой передаче несущественна (критерий Романовского 1,46 < 3) и составляет 0,2 кВт (0,32 %), на пятой передаче существенна (критерий Романовского 8,68 > 3) и равна 1,2 кВт (1,94 %). По тракторам МТЗ-80/82 на девятой передаче при максимальном режиме измерения силы тяги погрешность несущественна (критерий Романовского 2,89 < 3) – 0,2 кВт (0,36 %), при номинальном режиме она существенна (критерий Романовского 15,91 > 3) – 1,1 кВт (1,99 %). В идентичных условиях (на одной и той же передаче и при одном и том же режиме измерения силы тяги) применение ДГЭ-100 в сравнении с ДОР-3-И дает погрешность 1,0 кВт (1,62 %), что существенно (критерий Романовского 7,23 > 3). Поэтому для снижения погрешности тяговые испытания следует проводить на наивысшей передаче и при максимальной силе тяги, а при использовании экспериментального динамометра – учитывать его систематическую погрешность.

В процессе совершенствования тяговых испытаний найдены новые технические решения, на которые получено 7 патентов РФ на изобретения.

5. Средняя трудоемкость применения прибора ДГЭ-100 составляет 8,6 чел.-мин, ДОР-3-И – 8,2 чел.-мин, что на 0,4 чел.-мин или на 4,7 % ниже, чем по ДГЭ-100. Это обусловлено тем, что ДОР-3-И лучше приспособлен для использования по назначению: имеет меньшую массу и габаритные размеры и выполнен в одном конструктивном блоке. К преимуществам прибора ДГЭ-100 следует отнести низкую стоимость, простоту конструкции, возможность использования при его создании стандартных конструктивных элементов, например, тракторного гидроцилиндра и манометра.

6. Разработаны технологические карты на определение тяговой мощности тракторов ДТ-75М и МТЗ-80/82 и эффективной мощности их двигателей.

5 ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИЛОЖЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ К СОЗДАНИЮ И ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ПЕРЕДВИЖНЫХ ТЯГОВЫХ ЛАБОРАТОРИЙ

Прежде чем приступить к изложению материала данного раздела сделаем некоторые вводные пояснения.

Первое. Настоящий подраздел составлен по результатам исследований, представленных в разделах 1-4, экспериментальные исследования в которых для их простоты проведения выполнены на примере тракторов ДТ-75М и МТЗ-80/82; мощность их двигателей не превышает 100 кВт. Однако в дальнейшем эти результаты в целом были приняты за основу при разработке лабораторий для тяговых испытаний тракторов мощностью от 100 до 600 кВт. При этом было учтено и то, что осуществить эксперименты с использованием более мощных тракторов на первом этапе разработки лабораторий весьма затруднительно по причине высокой стоимости эксперимента, а также из-за отсутствия в практике, по крайней мере, в СХП Иркутской области, тракторов, имеющих мощность двигателей в пределах от 250 до 400 и от 400 до 600 кВт.

Второе. При разработке лабораторий было принято положение о том, что они предназначены для получения тяговых характеристик тракторов. В общем, тяговая характеристика выражает зависимость тяговой мощности, скорости движения, удельного и часового расхода топлива, буксования и тягового КПД от силы тяги. Исследовать одновременно все названные шесть показателей применительно к тяговым лабораториям также достаточно сложно, даже нереально при отведенном времени на разработку. При этом не менее важно и то, есть ли необходимость и рациональность: с помощью передвижных лабораторий определять все эти показатели? Поэтому число показателей, контролируемых лабораторией экспериментально, было принято равным одному, которым является показатель – максимальная сила тяги трактора по передачам. Она измеряется наиболее точно и с минимальными затратами труда и средств, как это было установлено в ходе экспериментальных исследований процесса испытаний тракторов ДТ-75М и МТЗ-80/82. При известности этого показателя представляется возможным расчетным путем получить следующие показатели: номинальная сила тяги, номинальная тяговая мощность трактора и эффективная номинальная мощность его двигателя. При этом последний показатель принят в дополнение к установленным показателям тяговой характеристики, что, на наш взгляд, расширяет эксплуатационные возможности лабораторий.

И, наконец, третье. Настоящее исследование не является исчерпывающим, напротив, — это первый шаг к созданию методов и средств для тяговых испытаний машин при трогании с места под нагрузкой. В дальнейшем в первую очередь необходимо дополнить данное исследование определением расхода топлива, а также обосновать тяговые испытания машин при трогании с места в режиме частичной нагрузки.

5.1 Общие положения

Лаборатория тяговых испытаний – это комплекс технических средств и документации (технологии), предназначенных для проведения тяговых испытаний тракторов с целью оценки их общего технического состояния или их двигателей, а также с целью контроля основных тяговых показателей (характеристик) тракторов.

В основу методики испытаний положен метод тяговых испытаний при трогании машины с места под нагрузкой.

Физическая сущность процесса тяговых испытаний при трогании с места под нагрузкой: при взаимодействии трактора и тормозного устройства (любого неподвижного объекта) без движения взаимодействующих объектов и без буксования трактора его энергия (условно – его мощность) в процессе испытаний преобразуется в потенциальную энергию взаимодействия трактора и тормозного устройства – в силу тяги трактора.

Математическое описание процесса испытаний – на основе функции касательной силы тяги трактора.

Общее техническое состояние трактора или двигателя определяют в результате тяговых испытаний – при сопоставлении измеренных значений тяговой мощности трактора и эффективной мощности его двигателя с соответствующими допустимыми или номинальными (паспортными) значениями.

За основные тяговые показатели, получаемые с целью контроля паспортных данных, в данном исследовании приняты максимальная и номинальная сила тяги трактора. При этом максимальную силу тяги получают при испытании трактора (экспериментально), номинальную – расчетным путем – по измеренной максимальной силе тяги.

Режим испытаний – в соответствии с режимом трогания трактора с места под нагрузкой, регламентированным руководством по его эксплуатации.

Условия испытаний – нормальные.

Основные технические средства испытаний: нагрузочное средство, амортизатор, а также один или несколько динамометров для измерения силы тяги.

5.2. Цель, необходимость, особенность тяговых испытаний тракторов и проблемы их осуществления на практике

Цель тяговых испытаний – ресурсосбережение при использовании машин. В частных случаях целью испытаний является: а) установление тяговых (эксплуатационных) свойств (характеристик) трактора при его выпуске из производства или приобретении при поставке отечественными и иностранными поставщиками; б) определение технического состояния трактора и его составных частей при его эксплуатации.

В целом, необходимость тяговых испытаний обусловлена тем, что тяговую характеристику тракторов используют для:

1) определения динамических и экономических свойств при типовых испытаниях и получения энергетических показателей, вносимых в техническую документацию (технические характеристики) на трактор;

2) оценки качества импортируемых или экспортируемых машин, а также качества продукции тракторного завода при контрольных испытаниях;

3) получения исходных данных для расчета машинно-тракторных агрегатов, технического нормирования тракторных работ, проектирования сельскохозяйственных машин, предназначенных для работы с данным трактором;

4) оценки в процессе эксплуатации трактора его общего технического состояния и его основных составных частей (двигателя, муфты сцепления, коробки перемены передач, ведущих мостов).

Необходимость тяговых испытаний в настоящее время становится всё более актуальной, поскольку как зарубежные, так и отечественные машиностроители (следует полагать, в коммерческих целях) не указывают в руководствах по эксплуатации современных тракторов их технические характеристики, касающиеся тяговых (основных) свойств. Поэтому потребители продукции (эксплуатационники) затрудняются, во-первых, в выборе марок машин, во-вторых, в их правильном агрегатировании и, в-третьих, в оценке технического состояния машин.

Особенность тяговых испытаний состоит в том, что в основу определения тяговой характеристики положен энергетический метод, который базируется на оценке состояния объектов путем измерения вырабатываемой (преобразуемой из энергии топлива), передаваемой или потребляемой ими энергии. Тяговые показатели получают только в условиях рабочего режима, причем при полной цикловой подаче топлива.

Проблемы осуществления тяговых испытаний тракторов на практике:

1) отсутствие современных научно обоснованных способов, методов и методик тяговых испытаний: существующие рекомендации по тяговым испытаниям были разработаны ещё в первой половине прошлого века;

2) слабая приспособленность имеющихся технических средств для испытаний машин, к которым относятся тормозные стенды и тяговые лаборатории, созданные ещё в прошлом веке для отечественных тракторов малой мощности, не более 100 кВт. В настоящее время отечественная промышленность их не выпускает, они малопригодны для испытания современных тракторов, мощность которых постоянно растет и сегодня, например по тракторам иностранного производства, она уже превышает 1000 кВт. Разумеется, с повышением мощности машин требуется увеличение мощности средств испытаний. Кроме того, в последние годы МТП нашей страны с учетом иностранной техники насчитывает более 100 различных марок тракторов. В связи с этим направление по созданию стендов, как и мощных тяговых лабораторий, можно считать бесперспективным;

3) отсутствие четкого понимания необходимости тяговых испытаний машин, а также дифференцированного подхода к выбору показателей, входящих в состав тяговой характеристики;

4) отсутствие альтернативы тяговым испытаниям машин;

5) особенность природно-производственных и социально-экономических условий предприятий АПК: отсутствие в СХП современной РОБ и дефицит денежных средств на её создание, рассредоточенность хозяйств по площади (большое расстояние переездов машин, особенно в Сибири) и труднопроходимые дороги, сезонный и скоротечный характер сельскохозяйственного производства, слабая обеспеченность механизаторами и инженерными кадрами, а также низкий уровень их квалификации и технической культуры.

Учитывая возрастающую потребность тяговых испытаний, их особенность – высокую энергоемкость процесса испытаний, а также принимая во внимание проблемы осуществления испытаний машин на практике, можно сделать вывод о том, что для современного сельскохозяйственного производства крайне необходимо создание простых,

доступных по стоимости и удобных в применении методов и средств для тяговых испытаний машин.

5.3 Процесс тяговых испытаний, условия и основные выбранные параметры его реализации применительно к лабораториям

На первом этапе представим процесс тяговых испытаний трактора с учетом его реализации применительно к лаборатории, предназначенной для испытания машин большой мощности. Итак, испытание трактора при трогании с места под нагрузкой заключается в следующем (рис. 5.1). Подготавливают к испытаниям трактор (например, проводят необходимые операции ТО, прогревают двигатель), средство для измерения силы тяги 3, например динамометр, и нагрузочное устройство 2 (на рис. 5.1 в качестве нагрузочного устройства для примера показана опора, жестко связанная с основанием 1). Затем машину 4 присоединяют к нагрузочному устройству 2, как показано на рис. 5.1. Устройство 2 при этом жестко соединено с основанием 1. Обеспечивают достаточную силу сцепления ходового аппарата машины 4 с основанием 1. Нажимают на педаль главной муфты сцепления и полностью выключают ее. Устанавливают рычаг переключения передач в положение, соответствующее нужной включенной передаче.

II

Рисунок 5.1 — Схема тяговых испытаний трактора при трогании с места:

1 — основание; 2 – нагрузочное устройство; 3 – средство измерения

силы тяги; 4-трактор; I, II – векторы силы тяги при размещении

силового звена горизонтально и под углом к горизонту

Выбирая зазоры в соединениях машины 4 с динамометром 3 и нагрузочным устройством 2, трогаются с места. Для чего плавно увеличивают подачу топлива и одновременно отпускают педаль главной муфты сцепления, контролируя устойчивость работы двигателя. При режиме испытаний, соответствующем максимальной силе тяги, процесс испытания завершают при обнаружении начала неустойчивой работы двигателя – практически, в момент заглохания (остановки) двигателя. Нажимают на педаль главной муфты сцепления и полностью выключают ее. Рычаг переключения передач устанавливают в нейтральное положение и уменьшают подачу топлива. При необходимости опыт повторяют или проводят испытания на другой передаче. После чего отсоединяют машину от нагрузочного устройства 2, с трактора 4 демонтируют динамометр 3. В завершение следует отметить, что для обеспечения достаточного сцепления ходового аппарата испытываемой машины с основанием силовое звено (присоединительный стержень с динамометром 3) может быть размещено под углом к горизонту, как показано на рис. 5.1. Этот вариант наиболее приемлем для испытания тракторов большой мощности.

Основные условия практической реализации тяговых испытаний при трогании машины с места под нагрузкой:

а) возможность передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колесам (ходовому аппарату) трактора:

б) достаточность сцепления ведущих колес машины с основанием;

в) достаточность силы сопротивления нагрузочного устройства;

г) возможность определения мощности и расхода топлива в условиях рабочего режима – с полной цикловой подачей топлива;

д) безопасность испытаний.

Перечисленные условия в полной мере относятся к лаборатории и могут быть реализованы при ее использовании по назначению. Они достаточно подробно изложены в подразделе 2.4 и во избежание повтора далее здесь не представлены.

Основные параметры процесса тяговых испытаний и технические средства для их осуществления, а также результаты выбора представлены в табл. 5.1.

Таким образом, в соответствии с полученными результатами исследований (разд. 2-4, табл. 5.1) и их анализом при формировании передвижных тяговых лабораторий тракторов могут быть приняты за основу следующие параметры процесса тяговых испытаний и технические средства для его осуществления:

● режим нагружения машины (процесс тяговых испытаний) – при максимальной силе тяги;

● нагрузочное устройство – портативная нагрузочная платформа, устанавливаемая под ведущие колеса трактора или под опорную поверхность гусениц;

● средство для измерения силы тяги – динамометры тензометрические электронные с программным обеспечением.

 

Таблица 5.1 – Параметры процесса тяговых испытаний и технические

средства для их осуществления, наиболее приемлемые (рекомендуемые)

для лаборатории

Параметры и сред-ства в общем виде	Характеристики или требования	Результаты выбора: да, нет
1. Режимы нагруже-ния машины:
б) при максимальной силе тяги	Позволяет измерить максимальную силу тяги, обладает повышенной точностью и простотой в реализации. Число контролируемых параметров: 1 – максимальная сила тяги. Представляется возможным опреде-лить номинальную силу тяги по переда-чам расчетным способом	Да
а) при номинальной силе тяги;	Позволяет измерить номинальную силу тяги, имеет меньшую точность, чем режим по п. 1б, и более сложен в реализации. Число контролируемых параметров: 2 – номинальная сила тяги и номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя. Представляется возможным опреде-лить максимальную силу тяги по переда-чам расчетным способом	Нет
2. Нагрузочные устройства:
а) опора, вмонтиро-ванная в грунт (осно-вание);	Обладает универсальностью (приме-нима для всех марок тракторов), но не является транспортабельной	Нет
б) портативная плат-форма, устанавлива-емая под ведущие колеса трактора;	Применима преимущественно для колесных тракторов (для гусеничных машин длина платформы увеличивается до длины опорной части гусениц), обладает транспортабельностью	Да

Продолжение табл. 5.1

Параметры и сред-ства в общем виде	Характеристики или требования	Результаты выбора: да, нет
в) трактор как нагру-зочное устройство	Трактор, выбранный в качестве нагру-зочного устройства, должен быть мощ-нее испытываемого, что усложняет под-готовку к испытаниям и ограничивает их возможности	Нет
3. Средства для измерения силы тяги (динамометры):
а) механические (пружинные);	Имеют простую конструкцию, но промышленностью не выпускаются и не имеют программного обеспечения	Нет
б) гидравлические (на базе гидроци-линдра);	Имеют простую конструкцию, но промышленностью не выпускаются и не оснащены программным обеспечением	Нет
в) тензометрические электронные с про-граммным обеспече-нием	Имеют сложную, но малогабаритную конструкцию; выпускаются промышлен-ностью и оснащены программой, скоммутированной с ПК	Да

В завершение следует отметить, что режим нагружения машины – весьма желателен только при максимальной силе тяги; при этом вид нагрузочного устройства и динамометра может быть принят по усмотрению пользователя лаборатории.

5.4 Математическое описание процесса тяговых испытаний, выбранного для лабораторий

 

Итак, процесс тяговых испытаний известен (выбран) – при нагружении испытываемого трактора максимальной силой тяги. Поэтому в дальнейшем вполне логично представить его математическое описание в уточненной форме, причем удобной для практического применения.

Следует полагать, что в зависимости от цели и поставленных задач тяговых испытаний их программа может иметь различное содержание. При этом априори будем исходить из того, что пользователь лаборатории в результате испытаний должен получить следующие показатели:

● максимальная сила тяги трактора по одной, нескольким или по всем передачам – экспериментально;

● расчетная максимальная сила тяги трактора по тем же передачам – по ниже приведенным формулам – на основе известных из руководств по эксплуатации технических характеристик;

● расчетно-экспериментальное значение тяговой мощности трактора по одной из передач и эффективной мощности его двигателя – по ниже приведенным формулам – на основе экспериментальных значений максимальной силы тяги трактора и известных из руководств по эксплуатации технических характеристик.

Далее приведем эти формулы.

Номинальная сила тяги трактора , при отсутствии движения трактора она принята равной касательной силе тяги [96, 118]:

где — номинальная сила тяги трактора, кН; — номинальная эффективная мощность двигателя, кВт; — передаточное отношение трансмиссии от коленчатого вала к оси ведущих колес трактора; — механический или гидромеханический КПД трансмиссии; — радиус качения, м; — частота вращения коленчатого вала двигателя на номинальном скоростном режиме, с^-1.

Расчетная номинальная сила тяги по передачам – из (5.1):

где — передаточное отношение трансмиссии от коленчатого вала к оси ведущих колес трактора при включенной п-передаче.

Расчетная максимальная сила тяги трактора по передачам – из (5.2) с учетом коэффициента приспособляемости двигателя :

где — расчетная максимальная сила тяги трактора, вычисленная по п-передаче, кН.

При этом

или

или

где , — максимальный (в режиме перегрузки) и номинальный крутящий момент двигателя, Н·м; — частота вращения коленчатого вала двигателя при его максимальном крутящем моменте. Для тракторных дизелей находится в пределах от 1,1 до 1,2 [103]; для конкретной марки двигателя он может быть вычислен по одной из формул (5.4)-(5.6), если из руководств по эксплуатации известны соответствующие данные для расчетов.

Расчетно-экспериментальное значение номинальной силы тяги трактора по передачам (кН) –

где — максимальная сила тяги трактора, измеренная при включенной п-передаче, кН.

Расчетно-экспериментальное значение эффективной номинальной мощности двигателя находят по одной из передач – из (5.2):

где — в кВт.

Умножив обе части (5.8) на , получим расчетно-экспериментальное значение номинальной тяговой мощности трактора , которое может быть найдено так же по одной из передач:

Полученные результаты сведены в табл. 5.2. Графическая иллюстрация функций и их взаимосвязи показана на рис. 5.2. При этом функции по передачам от 1 до 5 (их номера обозначены цифрами) отражены соответственно толстыми и тонкими линиями. Проанализируем их.

Поскольку тяговые испытания тракторов при трогании с места под нагрузкой проводятся без движения и при достаточном сцеплении ходового аппарата машины с основанием, то буксование и, следовательно, потери мощности на буксование отсутствуют. Этим объясняется равнозначность

Таблица 5.2 – Математическое описание выбранного для лабораторий

процесса тяговых испытаний – при нагружении испытываемого трактора максимальной силой тяги

 

номинальной тяговой мощности по передачам: точки перегиба регуляторных и корректорных ветвей лежат на одной горизонтальной линии.

графики представляют собой регуляторную характеристику двигателя и отражают соответствующие графики тяговой характеристики данного трактора.

Эффективная номинальная мощность двигателя одинакова по всем

 

Рисунок 5.2 – Графическая иллюстрация функций при тяговых испытаниях трактора в режиме трогания с места под нагрузкой (другие обозначения в тексте)

передачам – точки перегиба этих графиков также лежат на одной горизонтальной линии, но расположена она выше линии номинальной тяговой мощности трактора.

В результате получается, что при определении как тяговой мощности трактора, так и эффективной мощности его двигателя достаточно провести тяговые испытания на одной из передач. Что касается силы тяги, то она различна по передачам и уменьшается с повышением порядкового номера передачи. Поэтому для снижения энергонапряженности процесса тяговых испытаний и улучшения его безопасности испытания желательно проводить на высших передачах, если, разумеется, это согласуется с программой испытаний.

В целом, представленный математический аппарат позволяет по известным из руководства по эксплуатации трактора данным получить расчетную номинальную и максимальную силу тяги по передачам, а по известному экспериментальному значению максимальной силы тяги по передачам – ее расчетно-экспериментальное значение , а также расчетно-экспериментальные значения номинальной тяговой мощности трактора и его двигателя . В конечном итоге на основе этих данных представляется возможным произвести оценку соответствия заявленных (изложенных в РЭ) технических характеристик с фактическими, которые получены экспериментально и расчетно-экспериментально.

5.5 Основные технические средства лабораторий

5.5.1 Динамометры, пределы их измерений, результаты выбора и обеспечение безопасности использования

Динамометры (они предназначены для измерения силы как физической величины) обычно подбирают в соответствии с пределами изменений измеряемой силы. При этом исходят из того, чтобы интервал значений силы от нижнего до верхнего пределов измерений (от НПИ до ВПИ) динамометра накрывал пределы изменений измеряемой величины. Получается, чтобы подобрать динамометр, нужно заранее знать пределы изменений силы, которую нужно будет измерить.

5.5.1.1 Безопасные пределы измерений силы тяги тракторов различной мощности и динамометры для их измерений

Особенностью тяговых испытаний машин при трогании с места под нагрузкой является то, что измеряемая сила тяги может многократно превышать значение номинальной силы тяги трактора в движении. Следовательно, если не установить безопасные (допускаемые) пределы измерений силы тяги и не соблюдать их, то в результате тяговых испытаний при трогании с места могут не выдержать нагрузку и разрушиться нагруженные свыше нормы составные части трактора, к которым, прежде всего, относятся механизм навески и трансмиссия. Это обусловлено тем, что силовой расчет трактора и расчеты его деталей на прочность выполнены с учетом его максимальной силы тяги в движении. Практически это означает, что при тяговых испытаниях при трогании с места измеряемая сила тяги не должна превышать максимальную силу тяги трактора в движении, то есть

где — максимальная сила тяги трактора, измеренная при включенной п-передаче; — допускаемая для измерения максимальная сила тяги.

Однако найти значение в эксплуатационно-технической документации на иностранный или вновь выпускаемый отечественный трактор сегодня не представляется возможным. Вместе с тем известны, как правило, данные по мощности тракторного двигателя, которые можно легко найти, например, в рекламной информации. Поэтому для решения данной задачи в качестве известной величины принята номинальная эффективная мощность двигателя трактора. Тогда значение может быт вычислено по формулам:

где — допускаемая для измерения максимальная сила тяги по колесным и гусеничным тракторам; — коэффициент, учитывающий степень преобразования эффективной мощности двигателя в номинальную силу тяги на низшей рабочей передаче, при работе на стерне средней влажности – по тем же видам машин. Для расчетов по (5.16)-(5.17) приняты следующие данные: (результаты, выполненных нами исследований, которые для сокращения объема материала здесь не приводятся), = 1,3. Результаты расчетов – в табл. 5.3, технические характеристики динамометров для справки даны в табл. 5.4.

Таким образом, установлено, что при необходимости измерения максимальной силы тяги колесных и гусеничных машин в состав тяговых лабораторий тракторов мощностью от 100 до 250 кВт должны входить динамометры ДОР-3-100И(3) и ДОР-3-500И(3), мощностью от 250 до 400 кВт – ДОР-3-200И(3) и ДОР-3-500И(3), а от 400 до 600 кВт – ДОР-3-500И(3).

Таблица 5.3 – Результаты расчета пределов изменений максимальной

силы тяги тракторов мощностью от 100 до 600 кВт и выбора динамометров для тяговых лабораторий

Таблица 5.4 – Основные технические характеристики динамометров в исполнении ДОР

Наименование (исполнение), тип датчика (Х)	Наибольший предел изме-рения, кН	Наименьший предел изме-рения, кН	Дискретность отсчетного устройства, кН
ДОР-3-50И (3)	50	5	0,01
ДОР-3-100И (2)	100	10	0,02
ДОР-3-100И (3)	100	10	0,02
ДОР-3-200И (3)	200	20	0,05
ДОР-3-500И (3)	500	50	0,1
ДОР-3-1000И (3)	1000	100	0,2
ДОР-3-2000И (4)	2000	200	0,5
Основные характеристики индикатора R320: легкое и простое использование; ЖКИ-дисплей с подсветкой, высота цифр – 20 мм; установка даты и времени; счетный режим; режим фиксирования пикового значения массы на дисплее индикатора; инфракрасный порт для передачи данных на компьютер; подключение дистанционной клавиши; интерфейс RS-232 для передачи данных на компьютер или принтер; питание индикатора осуществляется от сети или от 4-х батарей АА-типа (около 50 часов без подзарядки)

5.5.1.2 Выбор передач трансмиссии с учетом допускаемого значения силы тяги по условиям безопасности

С целью обеспечения безопасности более точно подбор динамометра нужно производить по конкретной марке трактора – на основе расчетных значений максимальной силы тяги трактора по передачам (разумеется, если такие данные удастся найти в руководстве по эксплуатации (РЭ) или другой документации на испытываемый трактор), как это показано в табл. 5.5 по трактору К-744Р4, где вычислены по формуле (5.3)-(5.11) – по примеру (5.18) при номинальной эффективной мощности двигателя – = 309 кВт, статистическом радиусе качения колеса – = 0,8 м, КПД трансмиссии – = 0,96 (для исправной трансмиссии) и коэффициенте приспособляемости двигателя – = 1,4 (для современных тракторов повышенной мощности). При этом передаточные числа трансмиссии были приняты по трактору К-701, поскольку в руководствах по эксплуатации тракторов и другой доступной информации по модели К-744 эти данные отсутствуют.

Пример расчета для четвертой передачи четвертого режима трактора К-744Р4 мощностью 309 кВт:

Таблица 5.5 – Расчетные значения максимальной силы тяги трактора (на

примере К-744Р4) по передачам и области применения динамометров

то есть допускаемая для измерения максимальная сила тяги по колесному трактору К-744Р4 составила 141 кН. Сопоставляя это число (141 кН) с данными графы 4 таблицы 5.5 и принимая во внимание неравенство (5.15), получаем следующий результат: с учетом условий безопасности тяговые испытания трактора К-744Р4 при трогании с места под нагрузкой можно проводить на передачах: I-4 (69 < 141), II-3 (69 < 141), II-4 (60 < 141), …, IV-4 (40 < 141). Для этих передач в соответствии с измеряемой силой тяги (графа 4 таблицы 5.5) подобраны динамометры (графа 5 таблицы 5.5).

Применение этих динамометров для измерения силы тяги по другим (низшим) передачам неизбежно приведет к их разрушению, а если использовать динамометры с более высоким ВПИ и все-таки измерять силу тяги по этим передачам, то это уже приведет к разрушению механизма навески, деталей трансмиссии и других составных частей трактора.

Безусловно, возникает вопрос: как поступать, если сила тяги по передачам не указана в РЭ; и вычислить ее по (5.3)-(5.11) не представляется возможным из-за отсутствия данных по передаточным числам трансмиссии. Да, это так. Однако мощность трактора известна всегда. Поэтому по примеру (5.19) вычисляют допускаемую для измерения максимальную силу тяги и, ориентируясь на трактор-прототип (близкий аналог), тяговые испытания проводят на высших передачах, обращая особое внимание на соответствие измеряемой силы ВПИ динамометра. Лучший вариант: поступить по приведенному примеру, в котором за аналог трактора К-744Р принят К-701 – в частности, данные по передаточным числам трансмиссии. По этим данным и известной мощности двигателя трактора К-744Р4 по (5.3)-(5.11) была вычислена максимальная сила тяги по передачам. В дополнение к этому по (5.16) определена допускаемая для измерения максимальная сила тяги по К-744Р4. На основе полученных данных были приняты необходимые решения, обеспечивающие безопасность тяговых испытаний трактора при трогании с места под нагрузкой.

5.5.2 Нагрузочные устройства для тяговых испытаний

Нагрузочные устройства предназначены для нагружения испытываемой машины силой тяги и ее фиксации динамометром, что осуществляется при взаимодействии машины и устройства при реализации заданного режима тяговых испытаний. В качестве нагрузочных устройств в настоящей работе предложено два варианта: нагрузочная платформа и нагрузочная опора.

5.5.2.1 Технические требования к нагрузочным устройствам

Технические требования к нагрузочным устройствам обусловлены необходимостью обеспечения их доступного, причем безопасного, надежного и эффективного, функционирования в составе передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов. Основные условия тяговых испытаний и требования к ним изложены в подразделе 2.4.1. Поэтому во избежание повтора здесь представим только те требования, которые напрямую касаются нагрузочных устройств. К таким требованиям относятся транспортабельность и универсальность.

Требование транспортабельности: устройство должно обладать возможностью его транспортирования при использовании доступного транспорта либо в собранном виде (в сборе), либо в демонтированном.

Для транспортирования устройства в сборе требуется специальное погрузочно-разгрузочное средство, а также специальное транспортное средство. Для транспортирования устройства в демонтированном виде имеют место быть дополнительные затраты на монтажно-демонтажные работы. Очевидно, что при значительном сокращении этих затрат второй вариант решения задачи транспортабельности наиболее приемлем. Поэтому он и был принят за основу.

Требование универсальности, на наш взгляд, не имеет альтернативных решений в данном проекте: чем выше уровень универсальности, тем лучше. В связи с этим было принято решение по созданию устройств такой конструкции, которые были бы пригодны для всех тяговых лабораторий – для испытания колесных и гусеничных тракторов мощностью от 100 до 250 кВт, от 250 до 400 кВт и от 400 до 600 кВт.

5.5.2.2 Нагрузочная платформа и обоснование ее основных параметров

5.5.2.2.1 Описание устройства и принципа действия платформы

В основу создания платформы положены новые технические решения в соответствии с заявкой на выдачу патента на изобретение «Нагрузочная платформа для тяговых испытаний машин». Учитывая это, а также для краткости изложения далее эти материалы представлены в сокращении.

Платформа состоит (рис. 5.3) из основания 5, собственно платформы, сформированной из лонжеронов 6 со взъездными мостиками 9 под ведущие колеса испытываемого трактора, передней 4 и задней 7 балок с продольными

 

Рисунок 5.3 – Нагрузочная платформа: а – вид сбоку с испытываемой машиной; вид сверху (машина не показана): 1 – фиксатор; 2 – опора;

3 – ручка; 4, 7 – балки передние и задние; 5 – основание; 6 – лонжерон;

8 – ось; 9 – мостик; 10 – прорезь; 11 – болт; 12, 14, 16 – шкворни;

15 – муфта; 17 – прицеп; 18 – колесо; 19 – трактор; 20 –коврик

прорезями 10 в них, и динамометра 13. К полкам лонжеронов 6 жестко присоединены фиксаторы 1 из уголков, в отверстия которых, а также в прорези 10 лонжеронов 6 пропущены болты 11, на свободные концы которых установлены шайбы и навинчены гайки (не показано). Лонжероны 6 и балки 4 и 7 выполнены из швеллера и установлены на основании 5 посредством их полок. Швеллеры балки 4 со стороны их свободных концов жестко соединены между собой трубками, образующими ручки 3, а в просвет между этими швеллерами жестко установлена вертикальная опора 2 с проушинами на ее свободном конце для присоединения динамометра 13. При этом динамометр 13 присоединен к прицепному устройству 17 таким образом, что

его продольная ось лежит в вертикальной продольной плоскости симметрии машины 19 и находится под острым углом к горизонту. Кроме того, для обеспечения возможности испытания гусеничных машин лонжероны 6 могут быть дополнительно снабжены ковриками 20, выполненными из деревянных досок (брусков с прямоугольным поперечным сечением), присоединенных болтами (не показано) к рабочим поверхностям лонжеронов 6.

Испытание машины 19 на платформе проводят следующим образом. При необходимости испытания гусеничных машин на рабочие поверхности лонжеронов 6 устанавливают коврики 20. Машину 19 задним (своим) ходом устанавливают на платформу: её задние ведущие колеса 18 (или гусеницы – не показано) по мостику 9 поднимаются на лонжероны 6, проходят по ним (или по коврикам 20) к передней балке 4. Машину 19 останавливают на расстоянии от балки 4, достаточном для присоединения динамометра 13 к муфте 15 посредством шкворня 14, и присоединяют к ней динамометр 13. Поскольку длина платформы (лонжеронов 6 с мостиками 9) меньше базы машины 19, то её передние управляемые колеса находятся на основании 5 (не показано), а задние 18 – на платформе. В результате машина 19 нагружает платформу своей силой тяжести, что обеспечивает устойчивое положение платформы на основании 5 в процессе испытаний. Гусеничную машину устанавливают таким образом, что все ее опорные катки размещаются на беговой дорожке, а ее передняя часть свободна – не касается ковриков 20. Далее осуществляют процесс тяговых испытаний как изложено в подразделе 5.3. После чего отсоединяют машину 19 от динамометра 13, и она своим ходом (при движении вперед) съезжает с платформы.

Демонтаж платформы осуществляют в следующем порядке. Свинчивают с фиксаторов 1 их болты 11, отсоединяют от лонжеронов 6 мостики 9, снимают с балок 4 и 7 лонжероны 6 и убирают с основания названные балки. При испытании гусеничных тракторов лонжероны 6 демонтируют вместе с ковриками 20. Монтаж платформы – в обратном порядке.

Предложенная платформа обладает улучшенными эксплуатационными свойствами, к которым относятся транспортабельность и универсальность.

Транспортабельность платформы обусловлена ее малыми массогабаритными параметрами, простотой конструкции из легкосъемных деталей (швеллеров), а также небольшим объемом монтажно-демонтажных работ.

Универсальность платформы состоит в возможности ее применения при испытании машин как в гаражных, так и полевых условиях (в качестве основания 5 может быть использован асфальт, бетон, асфальтобетон, гравийное покрытие и грунт любой плотности – платформа может быть либо установлена на основании 5, либо частично погружена (осажена под действием силы тяжести машины) в него, например, в грунт), причем имеющих различные размеры шин и колеи (беговые дорожки регулируются по ширине шин, а также в соответствии с колеёй машины путем перемещения лонжеронов 6 по балкам 4 и 7), а также в возможности использования платформы при испытании как колесных, так и гусеничных машин различной мощности (достаточность силы сцепления колес или гусениц с опорной поверхностью лонжерон 6 или ковриков 20 (для гусеничных машин) обеспечена как силой тяжести испытываемой машины, так и увеличением сцепного веса этой машины за счет силы тяги, направленной под углом к горизонту).

5.5.2.2.2 Основные конструктивные параметры и масса платформы

К таким параметрам отнесены: линейные размеры конструктивных элементов платформы и пределы ее регулирования (установки беговых дорожек) по ширине, а также масса названных элементов платформы. Они должны удовлетворять техническим требованиям по п. 5.5.2.1, в частности, универсальности, то есть обеспечивать возможность установки на платформу тракторов мощностью от 100 до 600 кВт, и транспортабельности.

Методически решим эту задачу следующим образом. В соответствии с этим на первом этапе в качестве исходных данных примем основные параметры базовой комплектации трактора К-744 (рис. 5.4), полагая при этом, что этот трактор соответствует мощности 600 кВт. Получив данные по конструкции платформы для К-744, адаптируем ее применительно к трактору МТЗ-1221, принимая его за трактор мощностью 100 кВт. Такое допущение вполне приемлемо, поскольку мощность МТЗ-1221 составляет 95,6, то есть близка к 100 кВт. В завершение аналогичным образом учтем особенности конструкции ходовой части гусеничных машин, приняв за основу трактор Агромаш-90ТГ. Найдем эти параметры в дальнейшем в соответствии со схемой (рис. 5.5).

Расчет параметров платформы применительно к базовой комплектации трактора К-744 (рис. 5.4, 5.5).

Расчет ширины платформы для К-744.

Ширина беговой дорожки платформы L_Д – в соответствии с рис. 5.5:

L_Д = L_Шmax + 2L_З (5.20)

или по (5.20) получим

L_Д = 630 + 2·50 = 730 мм,

где L_Шmax – ширина беговой дорожки протектора шин ведущих колес трактора, имеющего наибольшую мощность из интервала от 100 до 600 кВт, мм (L_Шmax = 630 мм – принято для шин 800/65 R32 тракторов К-144Р2, К-744Р3 и К-744Р4); L_З – запас ширины беговой дорожки платформы (L_З = 50 мм – принято по 50 мм слева и справа от беговой дорожки протектора), мм.

Ширина лонжерона L_Л (высота швеллера h) с учетом просвета (свободного размера L_С):

L_Л = 0,5(L_Д – L_С) (5.21)

или при L_Д = 730 мм (из 5.20) и принятом значении L_С = 10 мм по (5.21) получим I_Л = 0,5(730 – 10) = 360 мм, номер швеллера лонжерона – 36.

Ширина платформы L_ПЛ – в соответствии с рис. 5.5:

L_ПЛ = L_К + L_Д + 2L_СБ (5.22)

или по (5.22) получим

L_ПЛ = 2115 + 730 + 2·100 = 3045 мм,

где L_К – колея платформы (принято по колее трактора К-744, рис. 5.4); L_СБ – длина свободной части балки.

Расчет длины платформы для К-744.

Длина беговой дорожки (без мостиков) – в соответствии с рис. 5.5:

D_БД = D_CП + D_Б + D_П + D_Д + D_Н + D_CЗ (5.23)

или по (5.23) получим

D_БД = 100 + 330 + 100 + 300 + 1400 + 1000 = 3230 мм,

где D_CП – длина свободной передней части беговой дорожки (лонжерона); D_Б – ширина (высота h) швеллера передней балки (принята на один номер швеллера меньше, чем номер швеллера лонжерона: номер швеллера лонжерона – 36 (360 мм), номер швеллера балки – 33 (330 мм); D_П – ширина просвета между швеллерами передней балки; D_Д – часть длины дорожки, необходимой для размещения динамометра; D_Н – длина от свободного конца механизма навески до вертикальной плоскости, проходящей через ось

Рисунок 5.4 – Основные параметры базовой комплектации трактора К-744:

B ………………….	База, мм ……….	3750
L ………………….	Длина, мм ……	7100
W ………………..	Ширина, мм …	2865
D …………………	Колея, мм …….	2115
H …………………	Высота, мм …..	3845
К …………………	Дорожный …… просвет, мм	460

Рисунок 5.5 – Схема для расчета основных конструктивных параметров платформы: 1, 2 – горизонтальные проекции точек крепления динамометра к проушине вертикальной опоры и к механизму навески трактора; 3 – остов трактора; 4, 5 – горизонтальные проекции колеса и гусеницы (чертеж платформы и необозначенные ее составные части – по рис. 5.3б,

буквенные обозначения – в тексте)

вращения ведущих колес; D_CЗ – длина свободной задней части беговой дорожки.Длина мостика D_М – по формуле

где Н_Л – ширина полки швеллера (b) лонжерона (для номера швеллера 36 число b равно 110 мм); α – угол наклона взъездной поверхности мостика к горизонту (принято: α = 30 град.).

Длина платформы D_ПЛ (в сборе с мостиком) – в соответствии с рис. 5.5 по формуле:

D_ПЛ = D_БД + D_М (5.25)

или по (5.25) получим

D_ПЛ = 3230 + 191 = 3421 мм.

Положение внутренней П_В и наружной П_Н точек прорези – пределы регулирования платформы (установки беговых дорожек) по ширине – по формулам:

П_В = 0,5L_К – 0,5L_Д – П_С, (5.26)

П_Н = 0,5L_К + 0,5L_Д + П_С (5.27)

или по (5.26)-(5.27) получим

П_В = 0,5·2115 – 0,5·730 – 25 = 667,5 ≈ 668 мм,

П_Н = 0,5·2115 + 0,5·730 + 25 = 1447,5 ≈ 1448 мм,

где П_В – положение внутренней точки прорези на оси симметрии балки – расстояние от оси симметрии платформы до начала прорези; П_Н – положение наружной точки прорези на оси симметрии балки – расстояние от оси симметрии платформы до конца прорези; П_С – расстояние от точки соединения лонжерона с балкой до наружной поверхности полки швеллера этого лонжерона (составляет 25 мм при применении фиксатора из уголка 50х50 мм)

Уточнение параметров платформы применительно к модели трактора МТЗ-1221 (рис. 5.5).

Колея задних колес МТЗ-1221 находится в пределах от 1600 до 2400 мм, колея платформы под К-744 – L_К = 2115 мм. Во избежание увеличения размеров платформы по ширине примем L_К для МТЗ-1221 в пределах от 1600 до 2115 мм и в соответствии с этим определим положение прорезей на балках платформы. Получается, что по верхнему значению L_К К-744 подходит для МТЗ-1221: П_Н ≈ 1448 мм. Параметр П_В для трактора МТЗ-1221 при L_К = 1600 мм, вычисленный по (5.26), составит

П_В = 0,5·1600 – 0,5·730 – 25 = 410 мм.

Таким образом, для обеспечения возможности испытания тракторов МТЗ-1221 (мощностью в пределах 100 кВт) платформа должна иметь следуюшие параметры: П_В = 410 мм, П_Н = 1448 мм.

Уточнение параметров платформы применительно к модели гусеничного трактора Агромаш-90ТГ (рис. 5.5).

Колея трактора Агромаш-90ТГ равна 1330 мм, что меньше колеи К-744 (2115 мм) и МТЗ-1221 (1600 мм). В связи с этим требуется перерасчет параметра П_В. По (5.26) при L_К = 1330 мм получим

П_В = 0,5·1330 – 0,5·730 – 25 = 275 мм.

Следовательно, для марок тракторов К-744, МТЗ-1221 и Агромаш-90ТГ – в окончательном варианте платформа должна иметь следуюшие значения по параметрам П_В и П_Н: П_В = 275 мм, П_Н = 1448 мм.

При известных в окончательном варианте параметрах П_В и П_Н в завершение представляется возможным определить длину каждой части задней балки (рис. 5.5) по формуле

L_ЗБ = 0,5L_ПЛ – П_В + L_СБ – П_С (5.28)

или по (5.28) получим

L_ЗБ = 0,5·3045 – 275 + 100 – 25 = 1322,5 ≈ 1323 мм.

Длина коврика D_К – в соответствии с рис. 5.5:

D_К = D_Н + D_CЗ (5.29)

или по (5.29) получим

D_К = 1400 + 1000 = 2400 мм.

Ширина коврика – по ширине гусеницы – не менее 350 мм: две деревянные доски, каждая из которых имеет ширину 180 мм.

Результаты расчета основных линейных размеров конструктивных элементов платформы сведены в табл. 5.6, где также представлены результаты расчета их массы. По полученным данным (табл. 5.6) определены габаритные размеры платформы и ее масса.

Габаритные размеры платформы, мм:

● длина (с мостиком) – 191 + 3230 = 3421 мм;

● ширина – по длине передней балки – 3045 мм;

● высота – с учетом ширины полки швеллера № 33 передней балки и высоты вертикальной опоры – 105 + 200 = 305 мм.

Масса платформы (кг) вычислена по формуле – в соответствии с табл. 5.6 –

М_П = N₉·M₉ + N₆·M₆ + N₄·M₄ + N₇·M₇ + N₂·M₂ + N₂₀·M₂₀ (5.30)

или по формуле (5.30) получим

М_П = 4·8 + 4·135 + 4·111 + 2·48 + 1·7 + 4·10 = 1159 кг,

где N, M – количество единиц и масса – из граф 3 и 6 табл. 5.6; подстрочные цифры – номера позиций по рис. 5.5 (графы 1 и 2 табл. 5.6).

Таблица 5.6 – Результаты расчета линейных размеров и массы основных конструктивных элементов платформы

Детали и составные части	Позиция по рис. 5.5	Коли-чество, ед.	Материал	Параметры	Значения пара-метров на ед.
1. Мостик взъезд-ной	9	4	Брус (100х180 мм), дерево	Длина, мм	191
				Ширина, мм	360
				Высота, мм	110
				Масса, кг	8
2. Лонжерон бего-вой дорожки	6	4	Швеллер номер 36	Длина, мм	3230
				Масса, кг	135
3. Балка передняя	4	2	Швеллер номер 33	Длина, мм	3045
				Масса, кг	111
4. Балка задняя	7	2	Швеллер номер 33	Длина, мм	1323
				Масса, кг	48,3
5. Опора верти-кальная составная	2	1	Швеллер номер 10	Длина, мм	200
				Масса, кг	6,9
6. Коврик	20	4	Доска, дерево	Длина, мм	2400
				Ширина, мм	180
				Высота, мм	50
				Масса, кг	10
Примечание – Другие параметра и их значения по поз. 2-5 (графа 1 данной табл.) – в соответствии с номерами швеллеров, указанных в графе 4.

5.5.2.3 Нагрузочная опора и обоснование ее основных параметров

5.5.2.3.1 Описание устройства и принципа действия опоры

В основу создания данного нагрузочного устройства положены новые технические решения в соответствии с заявкой на выдачу патента на изобретение «Нагрузочная опора для тяговых испытаний машин». Учитывая это, а также для краткости изложения далее эти материалы представлены в сокращении.

Нагрузочная опора (рис. 5.6) состоит из основания 1 в виде углубления и установленного в него силового модуля, беговой дорожки 10 и динамометра (не показано). Углубление выполнено с уступом в его донной части. Модуль содержит две стойки — переднюю 2 и заднюю 7, жестко соединенные между собой лонжероном 4 с раскосами 5 и 6. Модуль зафиксирован в углублении в двух направлениях: в продольном – опорными

Рисунок 5.6 – Нагрузочная опора: 1 – основание; 2, 7 – стойки передняя и задняя; 3, 9 – опорные доски передняя и задняя; 4 – лонжерон; 5, 6 – раскосы передние и задние; 8 – фиксаторы; 10 – беговая дорожка

досками – передней 3 и задней 9, в поперечном – фиксаторами 8. Передняя 2 стойка установлена со стороны передней стенки основания 1. Ее верхний конец ниже верхней горизонтальной линии основания 1. Задняя 7 стойка установлена на уступе, со стороны задней стенки основания 1. Ее верхний конец выступает за верхнюю горизонтальную линию основания 1 и выполнен с образованием проушины, ось вращения отверстий которой лежит в вертикальной плоскости, перпендикулярной продольной оси симметрии дорожки 10. При этом продольная ось симметрии лонжерона 4 лежит в вертикальной плоскости, проходящей через ось симметрии дорожки 10. Фиксаторы 8 в поперечном сечении имеют квадрат, в продольном – параллелограмм. Нижние грани фиксаторов 8 со стороны их свободных концов контактируют с верхними гранями досок 3 и 9. Их боковые грани с одной стороны прилегают к боковым поверхностям стоек 2 и 7, с противоположной стороны к боковым стенкам основания 1, а их торцевые грани прилегают к передней и задней стенкам основания 1. Кроме того, фиксаторы 8 выполнены с образованием вырезов на гранях, прилегающих к боковым стенкам основания 1, а также с образованием опорных поверхностей на их концевых частях.

Принцип работы нагрузочной опоры следующий. Машину задним (своим) ходом устанавливают на дорожку 10, ориентируясь на ее осевую линию, и останавливают ее на расстоянии от стойки 7, достаточном для присоединения динамометра к механизму навески. При трогании с места машина оказывает силовое воздействие через присоединенный к ней динамометр на стойку 7. Под действием силы тяги машины силовой модуль сначала выбирает зазоры в продольном направлении и перемещается на некоторое расстояние вперед между фиксаторами 8. Затем эта сила через стойку 7 передается доске 9. Если давление доски 9 на грунт (заднюю стенку основания 1) превышает его плотность, то грунт под доской 9 частично сжимается. Одновременно с этим создается крутящий момент силы тяги машины относительно доски 9, который направлен по часовой стрелке. При этом сила через стойку 7, лонжерон 4, раскосы 5 и 6, а также через стойку 2 передается к доске 3, где при ее взаимодействии с основанием возникает сила реакции и крутящий момент от этой силы, направленный против часовой стрелки и таким образом уравновешивающий крутящий момент от силы тяги. В случае, если вектор силы тяги имеет некоторое отклонение от линии симметрии беговой дорожки 10 влево или вправо, то увод модуля, особенно стойки 7, предотвращается силами реакции, возникающими при воздействии опорных поверхностей фиксаторов 8 на боковые стенки.

Демонтаж опоры осуществляют в следующей последовательности. Снимают с досок 3 и 9 фиксаторы 8, вынимают из углубления основания 1 силовой модуль в сборе, после чего убирают доски 3 и 9. Монтаж опоры – в следующем порядке: размещают в углублении доски 3 и 9, устанавливают модуль в сборе, на доски 3 и 9 – фиксаторы 8. Если опору планируют использовать стационарно, то полость углубления с размещенной в ней конструкцией в сборе заполняют грунтом до уровня горизонтальной линии основания 1. При необходимости использования опоры в передвижном варианте в ее состав входит крышка, которую устанавливают на основание 1.

Предложенная опора обладает улучшенными эксплуатационными свойствами, к которым относятся транспортабельность и универсальность.

Транспортабельность опоры обусловлена ее малыми массогабаритными параметрами, простотой конструкции, а также небольшим объемом монтажно-демонтажных работ в связи с отсутствием регулировок.

Универсальность опоры состоит в возможности ее применения при испытании машин как в гаражных, так и полевых условиях (в качестве беговой дорожки 10 может быть использован асфальт, бетон, асфальтобетон, гравийное покрытие и грунт любой плотности), причем имеющих различные размеры шин и колеи, а также в возможности использования опоры при испытании машин различной мощности (достаточность силы сцепления колес с опорной поверхностью беговой дорожки обеспечена как силой тяжести испытываемой машины, так и увеличением сцепного веса этой машины за счет силы тяги, направленной под углом к горизонту).

В совокупности это позволяет использовать предложенную опору в качестве нагрузочного устройства для тяговых испытаний машин.

5.5.2.3.2 Основные конструктивные параметры и масса опоры

К таким параметрам отнесены: линейные размеры конструктивных элементов опоры, а также их масса. Они должны удовлетворять техническим требованиям по п. 5.5.2.1, в частности, универсальности, то есть обеспечивать возможность установки на платформу тракторов мощностью от 100 до 600 кВт, и транспортабельности.

Расчет параметров опоры (рис. 5.6).

Высота (длина) стоек 7 Н_СТ – в соответствии с рис. 5.6 (по задней стойке 7), в мм:

Н_СТ = Н₁ + Н_В + Н_Н (5.31)

или по (5.31) получим

Н_СТ = 600 + 200 + 100 = 900 мм,

где Н₁ – глубина углубления со стороны уступа; Н_В , Н_Н – верхний и нижний концы (на рис. 5.6 не обозначены) задней стойки 7, выходящие за размер Н₁.

Длина лонжерона 4 L_Л, в мм:

L_Л = L₁ + L₂ – 2L_Д (5.32)

или по (5.32) получим

L_Л = 640 + 540 – 2·40 = 1100 мм,

где L₁, L₂ – длина углубления соответственно перед уступом и в месте расположения уступа; L_Д – толщина опорной доски (передней 3 и задней 9).

Длина фиксатора 8 L_Ф, в мм:

L_Ф = 1,3L_Л + 2L_Д (5.33)

или по (5.33) получим

L_Ф = 1,3·1100 + 2·40 = 1510 мм.

Ширина углубления основания 1 D, в мм:

D = 2D_Ф + 2D_СТ + D_Л (5.34)

или по (5.34) получим

D = 2·100 + 2·80 + 200 = 560 мм,

где D_Ф, D_СТ и D_Л – размеры фиксатора 8, стоек 2 и 7, лонжерона 4 – на рис. 5.6 не обозначены: D_Ф – ширина фиксатора (принято 100 мм – для бруса сечением 100х180 мм); D_СТ – ширина одной из боковых частей стойки – без учета размера лонжерона по ширине (принято 80 мм – по ширине полки швеллера номер 20); D_Л – ширина лонжерона (принято 200 мм – по высоте швеллера номер 20).

Габаритные размеры силового модуля в сборе, мм:

● длина модуля L_М равна длине лонжерона 4 (L_М = L_Л) – 1100 мм;

● высота модуля Н_М –

Н_М = Н₁ + Н₂ + Н_В + Н_Н (5.35)

или по (5.35) получим

Н_М = 600 + 400 + 200 + 100 = 1300 мм;

● ширина модуля D_М –

D_М = 2D_СТ + D_Л (5.36)

или по (5.36) получим

D_М = 2·80 + 200 = 360 мм.

Объем углубления Q_У, м³:

Q_У = S_УD = [Н₁(L₁ + L₂) + Н₂L₁]D (5.37)

или по (5.37) получим

Q_У = [0,60(0,64 + 0,54) + 0,40·0,64]0,56 = 0,54 м³,

где S_У – площадь продольного сечения углубления.

Результаты расчета основных линейных размеров конструктивных элементов опоры сведены в табл. 5.7, где также представлены результаты расчета их массы.

 

Таблица 5.7 – Результаты расчета линейных размеров и массы основных конструктивных элементов опоры

Детали и составные части	Позиция по рис. 5.6	Коли-чество, ед.	Материал	Параметры	Значения пара-метров на ед.
1. Стойка	2, 7	4	Швеллер номер 200	Длина, мм	900
				Масса, кг	16,6
2. Лонжерон	4	1	Швеллер номер 200	Длина, мм	1100
				Масса, кг	20,2
3. Раскос	5, 6	4	Уголок номер 5	Длина, мм	650
				Масса, кг	2,0
4. Доска опорная	3, 9	2	Брус (50х180 мм), дерево	Длина, мм	560
				Ширина, мм	180
				Высота, мм	50
				Масса, кг	1,5
5. Фиксатор	8	2	Брус (100х180 мм), дерево	Длина, мм	1510
				Ширина, мм	180
				Высота, мм	100
				Масса, кг	3.5
Примечание – Другие параметра и их значения по поз. 2-5 (графа 1 данной табл.) – в соответствии с номерами швеллеров, указанных в графе 4.

Масса опоры М_О (кг) вычислена по формуле – в соответствии с данными табл. 5.7 –

М_О = N_2-7·M_2-7 + N₄·M₄ + N_5-6·M_5-6 + N_3-9·M_3-9 + N₈·M₈ (5.38)

или по формуле (5.38) получим

М_О = 4·16,6 + 1·20,2 + 4·2,0 + 2·1,5 + 2·3,5 = 104,6 кг,

где N, M – количество единиц и масса – из граф 3 и 6 табл. 5.7; подстрочные цифры – номера позиций по рис. 5.6 (графы 1 и 2 табл. 5.7).

Масса силового модуля в сборе (кг) вычислена по формуле – в соответствии с данными табл. 5.7 –

М_М = N_2-7·M_2-7 + N₄·M₄ + N_5-6·M_5-6 (5.39)

или по формуле (5.38) получим

М_О = 4·16,6 + 1·20,2 + 4·2,0 = 94,6 кг.

5.5.2.4 Анализ предложенных вариантов средств нагружения машин и результаты их выбора

В подразделах 5.5.2.2 и 5.5.2.3 предложено два варианта средств нагружения машин: нагрузочная платформа (рис. 5.4) и опора (рис. 5.6). Оба эти средства предназначены преимущественно для передвижных лабораторий для тяговых испытаний. Главное их отличие – платформа устанавливается на поверхности основания, а опора – в углублении. Разумеется, возникает вопрос: какое из них лучше. Для ответа на этот вопрос в дальнейшем проведем анализ на основе их сравнения по массогабаритным параметрам. Исходные данные для анализа – по 5.5.2.2.2 и 5.5.2.3.2. Результаты анализа – в табл. 5.8. При этом для более правильного решения задачи выбора из названных средств выделены их наибольшие составные части.

Итак, из табл. 5.8 видно, что опора в сборе по габаритным размерам примерно в 3 раза меньше платформы и в 10 раз – по массе. Такое же соотношение наблюдается при сравнении их наибольших составных частей: силового модуля и лонжерона беговой дорожки. Получается, что опора более

Таблица 5.8 – Результаты сравнительного анализа

средств нагружения машин

Средства нагружения	Параметры:
	длина, мм	ширина, мм	высота, мм	масса, кг
Платформа
Платформа в сборе	3421	3045	305	1159
Наибольшая составная часть – лонжерон беговой дорожки (швеллер № 36)	3230	110 (ширина полки)	360 (высота швеллера)	135
Опора
Опора в сборе	1200	560	1300	104,6
Наибольшая составная часть – силовой модуль в сборе	1300	1100	360	94,6

транспортабельна, чем платформа. По универсальности оба средства равнозначны, хотя опора более универсальна – ее беговая дорожка может иметь неограниченные размеры как по длине, так и ширине. Поэтому если принять, что на подготовительно-заключительные работы по обоим объектам требуются одни и те же затраты труда (для монтажа опоры нужно выкопать в грунте углубление объемом 0,54 м³, при монтаже платформы и ее использовании при испытании тракторов с различной колеёй требуется регулировка беговой дорожки в соответствии с колеёй испытываемой машины), то лучшим средством нагружения машин является опора. Для её транспортирования не требуется специальное погрузочное средство (масса силового модуля не превышает 100 кг) и может быть использован автомобиль модели УАЗ (габаритные размеры 1100х360х1300 вполне могут вписаться в салон этого автомобиля).

Таким образом, опора в качестве нагрузочного средства, входящего в состав лабораторий, более предпочтительна, чем платформа, по ее массогабаритным параметрам, транспортабельности и универсальности.

5.5.3 Амортизаторы, основные параметры и результаты расчета

Назначение и устройство амортизаторов.

Амортизаторы предназначены для обеспечения плавного трогания машины с места (постепенного нагружения её двигателя) и в простейшем варианте представляют собой (рис. 5.7) цилиндрическую пружину сжатия, размещенную в цилиндре с возможностью силового взаимодействия с испытываемым объектом. Кроме цилиндрической пружины, в амортизаторе может быть использована тарельчатая пружина или он может состоять из ряда резиновых дисков, разделенных металлическими шайбами (не показано). Амортизатор соединяют последовательно с динамометром в цепи между испытываемой машиной и нагрузочным устройством. При использовании в качестве нагрузочного устройства платформы для уменьшения ее габаритного размера по длине амортизатор может быть встроен в стойку названного устройства.

Основные техническое требование к амортизаторам (другие требования аналогичны требованиям к нагрузочным средствам (подраздел 5.5.2.1) и поэтому здесь не приводятся):

а) жесткость деформируемого элемента, например пружины, должна соответствовать заданным (по мощности тракторов) пределам измеряемой силы;

б) диапазон рабочей деформации должен находиться в пределах от 100 до 250 мм.

Рисунок 5.7 – Схема амортизатора для тяговых испытаний машин:

1 – бугель; 2, 6 – крышки задняя и передняя; 3 – диск нажимной;

4 – корпус цилиндра; 5 – деформируемый элемент, например, пружина;

7 – шток; 8 – головка штока

Расчет амортизаторов выполнен в соответствии с названными требованиями. Результаты расчета приведены в табл. 5.9. В основу расчета положены значения допускаемой для измерения максимальной силы тяги (табл. 5.3), соответствующие эффективной мощности двигателей тракторов в интервалах от 100 до 250, от 250 до 400 и от 400 до 600 кВт, а также нижний предел рабочей деформации, который для каждого указанного интервала мощности был принят равным 100 мм. При этом были вычислены следующие основные параметры амортизаторов.

Жесткость деформируемого элемента z, соответствующая нижнему значению и вычисленная при рабочей деформации , равной 100 мм; Н/мм – по формуле

Таблица 5.9 – Результаты расчета параметров деформируемого

элемента амортизаторов для тяговых испытаний тракторов

мощностью от 100 до 600 кВт

Пример расчета. По формулам (5.40)-(5.41) в соответствии с данными табл. 5.9 получено, например, по колесным тракторам для нижнего предела измеряемой силы тяги 42 кН – для трактора мощностью 100 кВт:

Таким образом, расчеты показали, что при необходимости измерения максимальной силы тяги колесных и гусеничных машин в состав тяговых лабораторий тракторов мощностью от 100 до 600 кВт должны входить шесть амортизаторов с различной жесткостью деформирующего элемента, – соответственно по три амортизатора для колесных и гусеничных тракторов. Это обусловлено различными величинами измеряемой силы тяги и, следовательно, различными значениями жесткости деформируемых элементов амортизаторов, а также необходимостью обеспечения заданного диапазона рабочей деформации. Однако следует отметить, что при таком подходе к расчету амортизаторы имеют наиболее желаемый результат по диапазону рабочей деформации – в пределах от 100 до 252 мм (табл. 5.9). И все-таки, шесть амортизаторов – это много, и вряд ли пользователь согласится с таким результатом. Поэтому в дальнейшем было принято решение по созданию одного амортизатора с возможностью его использования при испытании тракторов мощностью от 100 до 600 кВт. Для этого по тем же формулам (5.40)-(5.41) были выполнены вариантные расчеты – при заданных значениях измеряемой силы, но при различных принятых данных по . Всего просчитано три варианта (табл. 5.10): при , равном 25, 50 и 100 мм.

 

Таблица 5.10 – Результаты вариантных расчетов по определению диапазона рабочей деформации амортизаторов параметров деформируемого для тяговых испытаний тракторов мощностью от 100 до 600 кВт

Результаты расчетов показывают (табл. 5.10), что амортизатор по первому варианту при мощности 100 кВт имеет наибольшую жесткость деформируемого элемента – 1680 мм и поэтому – наименьшие габаритные размеры, однако плохо то, что при этой мощности тоже наименьшее – 25 мм. Третий вариант в сравнении с первым: громоздкий — при мощности 600 кВт составляет 1090 мм, что приведет к удлинению беговой дорожки нагрузочного устройства. Поэтому второй вариант можно признать наиболее подходящим, хотя при мощности 600 кВт он тоже имеет достаточно большое значение параметра — 545 мм. Однако, как уже было отмечено, таких тракторов в нашей стране пока даже не выпускают. В итоге был принят второй вариант амортизатора, причем один для всех заданных градаций мощности тракторов. Его деформируемый элемент имеет жесткость 800 Н/мм при диапазоне рабочей деформации в пределах от 50 до 545 мм, соответствующей мощности от 100 до 600 кВт.

5.5.4 Средство для транспортирования приборов и оборудования лаборатории

Основные требования к выбору транспортного средства для лаборатории:

а) лаборатория должна базироваться на автомобиле повышенной проходимости, что необходимо в полевых условиях сельской местности;

б) в автомобиле, кроме водителя, должны комфортно размещаться двое исполнителей;

в) грузоподъемность и вместимость автомобиля – в соответствии с массогабаритными параметрами технических средств, входящих в состав лаборатории;

г) приборы и оборудование должны размещаться в грузовой части автомобиля и не создавать опасности для обслуживающего персонала.

В соответствии с изложенными требованиями в качестве транспортного средства может быть предложен автомобиль УАЗ-452: он имеет повышенную проходимость, достаточную грузоподъемность и вместимость, а также достаточное количество мест (рис. 5.8). Конкретизируем далее эти и другие эксплуатационные свойства названного автомобиля в плане возможности его применения в составе лаборатории.

Повышенная проходимость УАЗ-452 обеспечена колесной формулой 4х4, дорожным просветом 205 мм и базой 2300 мм.

Возможность размещения двух исполнителей, кроме водителя, имеется: в автомобиле предусмотрено 5 мест.

Грузоподъемность автомобиля УАЗ-452 составляет 925 кг, что вполне достаточно для перевозки приборов и оборудования лаборатории, так как их масса не превышает 200 кг: масса нагрузочной опоры в сборе – 104, 6 кг (табл. 5.8), суммарная масса других приборов (трех динамометров по 10 кг каждый – 30 кг и одного амортизатора – 12 кг) – не более 50 кг. Здесь следует отметить, что при необходимости использования в составе лаборатории опорной платформы, масса которой 1159 кг (табл. 5.8), автомобиль УАЗ-452 окажется не пригодным к применению по причине его недостаточной грузоподъемности.

Вместимость автомобиля УАЗ-452 позволяет разместить в его грузовом отсеке наиболее габаритную составную часть нагрузочной опоры – силовой модуль, что следует из табл. 5.11.

Для обеспечения безопасности пассажиров, находящихся в салоне, грузовой отсек может быть оснащен ложементом под размещение силового модуля.

а

б

Рисунок 5.8 – Общий вид автомобиля УАЗ-452:

а – фото (вид сбоку); б – чертеж общего вида

Таблица 5.11 – Габаритные размеры грузового отсека автомобиля

УАЗ-452 и силового модуля нагрузочной опоры

Сравниваемые объекты	Габаритные размеры, мм:
	длина	ширина	высота
Грузовой отсек автомобиля – по рис. 5.8	2033	1818	1315
Силовой модуль нагрузочной опоры – по табл. 5.8	1300	1100	360
Примечание – Длина грузового отсека вычислена как разность длин салона и сидения: 2733 – 700 = 2033 мм (рис. 5.8)

Таким образом, в качестве средства для транспортирования приборов и оборудования лаборатории принят автомобиль УАЗ-452 – он отвечает требованиям по проходимости, грузоподъемности, вместимости и безопасности.

5.6 Состав технических средств передвижных тяговых лабораторийдля испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт, от 250 до 400 кВт и от 400 до 600 кВт

В соответствии с подразделом 5.5 (он посвящен разработке технических средств для лабораторий) в состав передвижных тяговых лабораторий должны входить: одно нагрузочное средство (нагрузочная опора), три динамометра с разными пределами измерений силы, один амортизатор, а также одно транспортное средство (автомобиль). Если все перечисленные средства сформировать в один объект, то в результате будет получена одна лаборатория для испытания тракторов мощностью в пределах от 100 до 600 кВт. В итоге выходит, что создание трех лабораторий – в соответствии с тремя заданными интервалами мощности тракторов (от 100 до 250 кВт, от 250 до 400 кВт и от 400 до 600 кВт) не требуется: достаточно одной лаборатории. Ее технические характеристики составлены на основе обобщения результатов, полученных при разработке лабораторий, и представлены в табл. 5.12.

Таблица 5.12 – Технические характеристики передвижной лаборатории для тяговых испытаний тракторов

Наименование характеристик	Числовые значения и (или) описание
Общие
1. Назначение	Для тяговых испытаний тракторов и определения общего технического состояния трактора и его составных частей
2. Число исполнителей (кроме водителя автомобиля, на котором базируется лаборатория)	2: тракторист и инженер-диагност
3. Виды испытываемых тракторов	Колесные и гусеничные
4. Масса, колея и база испытываемых тракторов	Без ограничений
5. Место (условия) испытаний	Стационарные (гаражные) и полевые
6. Режим тяговых испытаний	трогании трактора с места под нагрузкой
7. Мощность тракторов (номинальная эффективная мощность их двигате-лей), испытание которых возможно при использовании лаборатории, кВт	от 100 до 600
8. Пределы измерений силы тяги по передачам, кН	от 10 до 500

Продолжение табл. 5.12

Наименование характеристик	Числовые значения и (или) описание
Нагрузочное устройство
9. Вид	Нагрузочная опора, встраиваемая в грунт или в бетонное, асфальто-бетонное покрытие
10. Габаритные размеры, мм: длина ширина	1300 1100
высота	360
11 Масса, кг	104
Динамометры
12. Количество динамометров, шт.	3
12. Вид динамометров	Тензометрический, с тензодатчиком VZ101B(2); индикатором R320, осна-щенным установкой даты и времени, режимом фиксирования пикового значения на дисплее индикатора, инфракрасным портом для передачи данных на компьютер
13. Питание индикатора	От сети или от 4-х батарей АА-типа
14. Модификации динамометров (первая строка) и их пределы измерений (вторая строка), кН: первый,   второй,   третий	ДОР-3-100И(3) 10 – 100 ДОР-3-500И(3) 20 – 200 ДОР-3-500И(3) 50 – 500
Амортизатор
15. Жесткость деформируемого элемента, Н/мм	800
16. Диапазон рабочей деформации (мм), соответствующий диапазону мощности от 100 до 600 кВт.	от 50 до 545

Окончание табл. 5.12

Наименование характеристик	Числовые значения и (или) описание
Автомобиль
17. Марка	УАЗ-452
18. Колесная формула	4х4
19. Дорожный просвет, мм	205
20. Количество мест	2 или 5
21. Грузоподъемность, кг	925

5.7 Технологические рекомендации по применению лаборатории для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт, от 250 до 400 кВт и от 400 до 600 кВт

Основные вопросы, касающиеся тяговых испытаний с применением передвижных лабораторий, на наш взгляд, достаточно подробно изложены в предыдущих подразделах данного раздела. Однако этот материал в большей степени направлен на обоснование принципов тяговых испытаний машин при использовании лаборатории, а также средств, входящих в ее состав. Поэтому в дальнейшем полученные результаты исследования представлены в виде технологических рекомендаций по применению лаборатории на практике, включающие в себя методики определения параметров процесса тяговых испытаний и выбора динамометров по условиям безопасности, определения технического состояния трактора и его составных частей, а также энергетических параметров. Кроме того, рекомендации включают в себя технологическую карту на испытания тракторов.

5.7.1 Методика определения параметров процесса тяговых испытаний и выбора динамометров по условиям безопасности

Методика предназначена для определения основных параметров процесса тяговых испытаний и выбора динамометров по условиям безопасности. К таким параметрам относятся: допускаемая для измерения максимальная сила тяги трактора; расчетное значение максимальной силы тяги трактора по передачам; выбранные передачи трансмиссии, на которых возможно проведение испытаний с учетом требований безопасности; верхний предел измерений динамометра, соответствующий измеряемой силе тяги.

Настоящая методика является составной (подготовительной) частью технологического процесса тяговых испытаний и направлена на обеспечение его безопасности.

Определение параметров и выбор динамометров осуществляется в следующем порядке.

1. Вычислить допускаемую для измерения максимальную силу тяги трактора по условиям безопасности – по формулам (5.16)-(5.17):

где — допускаемая для измерения максимальная сила тяги по колесным и гусеничным тракторам; — коэффициент, учитывающий степень преобразования эффективной мощности двигателя в номинальную силу тяги на низшей рабочей передаче, при работе на стерне средней влажности – по тем же видам машин; — номинальная эффективная мощность двигателя, кВт; — коэффициент приспособляемости двигателя.

Для расчетов по (5.42)-(5.43) данные по находят в РЭ на трактор, другие данные принимают:

2. Определить расчетное значение максимальной силы тяги трактора по передачам — по формуле (5.2)

где — расчетная максимальная сила тяги трактора, вычисленная по п-передаче, кН; — передаточное отношение трансмиссии от коленчатого вала к оси ведущих колес трактора при включенной п-передаче; — механический или гидромеханический КПД трансмиссии; — радиус качения, м; — частота вращения коленчатого вала двигателя на номинальном скоростном режиме, с^-1.

3. Выбрать передачи трансмиссии, на которых возможно проведение испытаний с учетом требований безопасности – из условия

При этом нужно иметь в виду, что в этом случае более точный выбор передач также не представляется возможным. В данной ситуации передачи выбирают методом опробования силы тяги. Для этого осуществляют процесс тяговых испытаний, реализуя его на высших передачах и контролируя измеряемую силу тяги, которая не должна превышать значения . Аналогичным образом, методом опробования, подбирают и динамометр, причем так, что сначала пробуют тот динамометр из ряда имеющихся в лаборатории (из трех), который имеет наибольшее значение ВПИ.

Пример 1. Определить параметры процесса тяговых испытаний и выбрать динамометры с учетом требований безопасности для колесного трактора К-744Р4, если известны: номинальная эффективная мощность его двигателя ( = 309 кВт) и передаточные числа трансмиссии по передачам ( ).

1. Допускаемая для измерения максимальная сила тяги трактора по условиям безопасности – по (5.42) –

2. Расчетное значение максимальной силы тяги трактора по передачам — по формуле (5.2)-(5.44). Результаты расчета приведены в табл. 5.5. Пример расчета для третьей передачи четвертого режима трактора К-744Р4 мощностью 309 кВт (более подробно он представлен в подразделе 5.5.1.2 и здесь приводится для полноты изложения материала и простоты его восприятия):

3. Выбор передач трансмиссии – по вычислениям (5.52)-(5.53): в соответствии с выражением (5.45) испытания трактора могут быть проведены на третьей передаче четвертого режима (96 < 141 кН) и нельзя испытывать трактор на первой передаче этого же режима (262 > 141 кН).

4. Подбор динамометров. При = 96 кН может быть ошибочно подобран динамометр с ВПИ 100 кН – ДОР-3-100И(3) – табл. 5.4. Правильный выбор – в соответствии с выражением (5.48), в котором для простоты решения задачи за основу принята его правая часть:

где в нашем примере

96 ≤ 1,15·100 или 96 ≤ 115, (5.55)

то есть требуется динамометр ДОР-3-200И(3) – с ВПИ 200 кН.

Таким образом, представленная методика позволяет определить параметры процесса тяговых испытаний и выбрать динамометры по условиям безопасности.

5.7.2 Методика определения технического состояния тракторов на основе тяговых испытаний при трогании с места под нагрузкой

Методика предусматривает определение общего технического состояния трактора, муфты сцепления и двигателя по результатам его тяговых испытаний при трогании с места под нагрузкой. В ее основу положены результаты математического моделирования процесса испытаний, а также метод сравнения параметров, полученных при испытании, с нормативными данными.

Методика включает в себя следующие этапы и алгоритм определения технического состояния трактора, муфты сцепления и двигателя (рис. 5.9).

1. Вычислить нормативную (расчетную) максимальную силу тяги при трогании трактора с места под нагрузкой на выбранной для испытаний передаче – по формуле (5.3)

Рисунок 5.9 – Алгоритм определения технического состояния трактора,

муфты сцепления (МС) и двигателя: — измеренное и

нормативное значение силы тяги трактора на п-передаче

где – нормативная (расчетная) максимальная сила тяги трактора, вычисленная по п-передаче, кН; – номинальная эффективная мощность двигателя, кВт; – передаточное отношение трансмиссии от коленчатого вала к оси ведущих колес трактора при включенной п-передаче; – механический или гидромеханический КПД трансмиссии; – коэффициент приспособляемости двигателя; – радиус качения, м; – номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя (при его максимальном крутящем моменте), с^-1.

При этом под нормативной максимальной силой тяги понимается максимальная сила тяги исправного трактора (отвечающего всем требованиям нормативно-технической документации), соответствующая максимальному крутящему моменту двигателя.

2. Произвести измерение максимальной силы тяги трактора при трогании с места под нагрузкой на передаче, по которой вычислено нормативное значение этой силы. По результатам измерений вычислить среднее значение измеренной максимальной силы тяги трактора – .

3. Установить или принять допускаемое снижение нормативной максимальной силы тяги трактора –

где — допускаемое снижение нормативной максимальной силы тяги трактора.

Проверка общего состояния муфты сцепления производится следующим образом. При движении по ровному горизонтальному участку полностью затормаживают трактор, не выключая сцепления. Если дизель при этом остановится, значит, сцепление работает нормально. Если же дизель только снизит частоту вращения коленчатого вала и будет продолжать работать, то это указывает на пробуксовывание дисков сцепления.

Следует отметить, что для простоты изложения данный метод показан на примере трактора, который снабжен механической трансмиссией. Если машина оснащена гидромеханической трансмиссией, то после проверки муфты сцепления убеждаются в исправности всех элементов гидропередачи.

Испытания с целью определения технического состояния трактора и его составных частей могут быть проведены на одной из передач, выбранных для тяговых испытаний с учетом требований безопасности.

Таким образом, методика позволяет определить общее техническое состояние трактора, муфты сцепления и двигателя по результатам его тяговых испытаний при трогании с места под нагрузкой.

5.7.3 Методика определения энергетических параметров тракторов на основе тяговых испытаний при трогании с места под нагрузкой

Методика предусматривает определение энергетических параметров трактора и его двигателя по результатам тяговых испытаний при трогании с места под нагрузкой. К таким параметрам относятся: нормативная (расчетная) и измеренная (фактическая) эффективная мощность двигателя и тяговая мощность трактора, а также аналогичные показатели по удельному эффективному и тяговому расходу топлива. В основу методики положены результаты математического моделирования процесса тяговых испытаний при трогании с места под нагрузкой.

Методика включает в себя математический аппарат (формулы), позволяющий вычислить следующие параметры.

1. Нормативная (расчетная) эффективная мощность двигателя трактора при его трогании с места под нагрузкой на выбранной для испытаний передаче – в соответствии с формулой (5.8)

где — в кВт. Здесь и далее другие обозначения – по подразделу 5.7.2.

2. Измеренная (фактическая) эффективная мощность двигателя трактора при его трогании с места под нагрузкой на выбранной для испытаний передаче – в соответствии с формулой (5.8)

3. Нормативная (расчетная) тяговая мощность трактора при его трогании с места под нагрузкой на выбранной для испытаний передаче – в соответствии с формулой (5.9)

4. Измеренная (фактическая) тяговая мощность трактора при его трогании с места под нагрузкой на выбранной для испытаний передаче – в соответствии с формулой (5.9)

5. Нормативный (расчетный) и измеренный (фактический) эффективный и тяговый расход топлива может быть вычислен по аналогии с п. 1-4 настоящей методики, если в дополнение к данным по будут получены из руководства по эксплуатации и по результатам испытаний соответствующие значения по часовому (мгновенному) расходу топлива.

Следует отметить, что тяговая мощность трактора как и эффективная мощность его двигателя не зависит от номера передачи, на которой проводят испытания, то есть эти параметры имеют одни и те же значения, как это показано на рис. 5.2. Поэтому испытания с целью определения энергетических параметров могут быть проведены на одной из передач, выбранных для тяговых испытаний с учетом требований безопасности.

Таким образом, на основе результатов математического моделирования процесса тяговых испытаний при трогании машины с места под нагрузкой разработана методика определение энергетических параметров трактора и его двигателя. Она может быть реализована на одной из передач, выбранных для тяговых испытаний с учетом требований безопасности.

5.7.4 Технологическая карта на тяговые испытания тракторов при трогании с места под нагрузкой

Карта (табл. 5.13) разработана на примере тяговых испытаний тракторов при их нагружении максимальной силой тяги, поскольку такой режим испытаний, как было показано выше, является наиболее эффективным. Для краткости и простоты изложения на начальном этапе она предусматривает получение одного параметра – силы тяги трактора на одной из безопасных передач как основного параметра, по которому при необходимости представляется возможным определить техническое состояние трактора и его составных частей (методика по 5.7.2), а также энергетические параметры (методика по 5.7.3). Подготовка к испытаниям –

Таблица 5.13 – Технологическая карта на тяговые испытания

трактора при его нагружении максимальной силой тяги

Операции	Технические требования	Источни-ки инфор-мации
1. Определить па-раметры процесса испытаний и вы-брать динамометр по условиям без-опасности	Определяемые параметры: допускаемая для измерения максимальная сила тяги трактора; расчетное значение максимальной силы тяги трактора по передачам; выбранные передачи (одна или несколько) трансмиссии, на которых возможно проведение испытаний с учетом требований безопасности; верхний предел измерений динамометра, соответст-вующий измеряемой силе тяги.	Методика 5.7.1. РЭ на трактор. РЭ на динамо-метр.

Продолжение табл. 5.13

Операции	Технические требования	Источни-ки инфор-мации
2. Выбрать пло-щадку, выполнить углубление и установить в него нагрузочную опору	Площадка должна быть ровной и горизонтальной, ее поверхность — сухой. Углубление и опора должны соответство-вать описанию ее устройства	Раздел 5.5.2.3
3. Подготовить трактор к испыта-ниям и установить его на беговую дорожку	Двигатель трактора должен быть прогрет, механизм навески трактора должен быть исправным и установлен в нижнее положе-ние. Продольная ось симметрии трактора дол-жна лежать в вертикальной плоскости, прохо-дящей через продольную ось симметрии беговой дорожки. Расстояние между точками присоединения нагрузочного устройства и трактора должно быть достаточным для присоединения к указанным точкам динамометра. Трактор должен быть заторможен стояночным тормозом.	РЭ на трактор. Раздел 5.5.2.3
4. Присоединить трактор к нагру-зочному устрой-ству посредством динамометра	Динамометр должен быть присоединен одной стороной к амортизатору устройства, а другой – к присоединительному элементу механизма навески.	РЭ на динамо-метр. РЭ на трактор
5. Выполнить кон-трольное трогание трактора с места и убедиться: а) в работоспособ-ности нагрузоч-ного устройства б) в отсутствии буксования; в) в работоспособ-ности динамомет-ра и ПК	Трогание с места – на выбранной (безопас-ной) передаче, при полной подаче топлива и в соответствии с РЭ на трактор. При обнаружении буксования поднять механизм навески на высоту, при которой силовая линия динамометра окажется под острым углом к плоскости основания, и повторить операцию. При обнаружении недостаточности жест-кости (сопротивления) нагрузочного устрой-ства устранить зазоры путем установки в них деревянных клиньев. Динамометр и ПК должны функциониро-вать в соответствии с РЭ.	РЭ на трактор. РЭ на динамо-метр

Окончание табл. 5.13

Операции	Технические требования	Приборы и обору-дование
6. Выполнить ис-пытание трактора: тронуться на тракторе с места и зафиксировать по-казания динамо-метра. После остановки двига-теля отключить передчу и снова пустить его.	Трогание с места – на выбранной (безопас-ной) передаче, при полной подаче топлива и в соответствии с РЭ на трактор. Трогание осуществлять до тех пор, пока не заглохнет двигатель – до создания трактором максимальной силы тяги. Операцию повторить заданное число раз.	РЭ на трактор
7. Демонтировать динамометр, при необходимости демонтировать нагрузочное устройство	Педаль управления подачей топлива должна находиться в крайнем заднем положении	РЭ на трактор. РЭ на динамо-метр
8. Определить техническое со-стояние трактора и его составных частей	Операции и последовательность их выполнения – по п. 1-7, дополнительные работы и вычисления – по методике 5.7.2	Методика 5.7.2 РЭ на трактор. РЭ на динамо-метр
9. Определить энергетические параметры трак-тора и его двига-теля	Основные операции и последовательность их выполнения – по п. 1-7, дополнительные работы и вычисления – по методике 5.7.3	Методика 5.7.3 РЭ на трактор. РЭ на динамо-метр
Примечание – Во избежание опасности перед проведением тяговых испыта-ний нужно внимательно изучить содержание подраздела 5.7, а также другие разделы настоящей работы, касающиеся обеспечения безопасности испы-таний. Главное при этом: сила тяги при трогании машины с места (при испы-тании) не должна превышать значение силы тяги в движении (в работе)!

по методике 5.7.1. В состав карты входят технологические операции, последние из которых представлены в общем виде, учитывая, что на них имеются названные методики, а также технические требования и дополнительны источники информации, необходимой для выполнения операций. На наш взгляд, карта содержит полный объем информации, достаточный для решения всех задач (в практическом приложении они приведены в методиках 5.7.1-5.7.3), которые возможны на основе тяговых испытаний тракторов при трогании с места под нагрузкой.

6 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ПЕРЕДВИЖНЫХ ТЯГОВЫХ ЛАБОРАТОРИЙ

Экономический эффект от применения передвижных тяговых лабораторий может быть получен в соответствии с их использованием в двух вариантах:

а) в СХП – для контроля энергетических параметров и технического состояния тракторов и их составных частей (двигателя, муфты сцепления и трансмиссии);

б) на машиноиспытательных станциях (МИС) – при определении тяговых характеристик (свойств) тракторов.

При этом следует отметить, что возможен и третий (совмещенный) вариант использования лабораторий – на МИС и в СХП. Однако этот вариант окажется малораспространенным на практике, поскольку в настоящее время число МИС в России не более 11, что несоизмеримо с числом СХП. Кроме того, можно полагать, что из названного числа только одна-две МИС может специализироваться на определении тяговых свойств тракторов, выпускаемых из производства или поступающих от иностранных машиностроителей. Поэтому в дальнейшем экономический эффект определен только по первым двум вариантам использования лабораторий – в СХП и на МИС. Для этого на первом этапе была вычислена стоимость лаборатории.

6.1 Стоимость лаборатории

Суммарная стоимость лаборатории С_Л определяется суммой затрат, включающих в себя стоимость следующих средств (табл. 5.12): динамометров С_Д (3 динамометра по 50 тыс. руб. каждый, что в сумме составляет 150 тыс. руб.), персонального компьютера С_К (40 тыс. руб.) нагрузочной опоры С_О (50 тыс. руб.), амортизатора С_А (16 тыс. руб.) и транспортного средства С_Т (автомобиль УАЗ-452, его стоимость 744 тыс. руб.). В соответствии с этим

С_Л = С_Д + С_К + С_О + С_А + С_Т (6.1)

или после подстановки в (6.1) приведенных данных получим

С_Л = 150 + 40 + 50 + 16 + 744 = 1000 тыс. руб.

Стоимость лаборатории в расчете на 100 обслуживаемых тракторов п_Т в год –

Таким образом, суммарная стоимость лаборатории составляет 1000 тыс. руб., в расчете на 100 обслуживаемых тракторов – 10 тыс. руб.

6.2 Экономический эффект от внедрения лаборатории

Экономический эффект от внедрения лаборатории в СХП найдем на примере определения мощностных показателей тракторов, что сделаем на основе сопоставления показателей (удельной стоимости контроля) по предложенным методу и средствам с соответствующими показателями по базовому (применяемому) парциальному методу определения эффективной мощности двигателей.

В соответствии с методикой определения экономической эффективности [73, 74] годовой экономический эффект равен:

где — годовой экономический эффект, руб.; — удельные (приведенные) затраты при существующем и базовом варианте, руб./единицу работы; — годовой объем работ, выполненный в расчетном году.

В общем виде затраты в процессе диагностирования – это сумма затрат труда З_т и средств З_с на диагностирование:

З = З_т + З_с. (6.4)

Удельные затраты труда (руб./мото-ч.) при диагностировании:

при базовом варианте

при предлагаемом варианте

где — трудоемкость определения мощности при базовом и предлагаемом вариантах; С_Ч – стоимость одного часа работы диагноста; — периодичность контроля мощности.

Удельные затраты средств диагностирования (руб./мото-ч.):

при базовом варианте

где — стоимость средств диагностирования при базовом и предлагаемом вариантах; — срок службы средств диагностирования; — годовая наработка тракторов.

Затем согласно (6.3) из первой суммы вычтем вторую и учтем при этом , приравняв его . В результате получим формулу для вычисления годового экономического эффекта от внедрения лаборатории в СХП, которая имеет вид:

Таким образом, годовой экономический эффект от внедрения лаборатории на примере определения мощностных показателей тракторов в сопоставлении с парциальными испытаниями двигателей составляет 5,9 тыс. руб. на один трактор.

Экономический эффект от внедрения лаборатории на МИС найдем по аналогии с определением этого показателя применительно к СХП – на основе сопоставления показателей (удельной стоимости испытаний) по предлагаемому и базовому вариантам испытаний. При этом в основу его определения также положим приведенные выше формулы (6.3) и (6.4).

Удельные затраты труда (руб./ед. испытаний):

при базовом варианте

при предлагаемом варианте

где — трудоемкость испытаний при базовом и предлагаемом вариантах; С_Ч – стоимость одного часа работы диагноста.

Таблица 6.1 – Исходные данные для вычисления годового экономического эффекта от внедрения лаборатории в СХП

Удельные затраты средств испытаний (руб./ед. испытаний):

при базовом варианте

Таблица 6.2 – Исходные данные для вычисления годового

экономического эффекта от внедрения лаборатории в МИС

Таким образом, годовой экономический эффект от внедрения лаборатории на МИС составляет 450 тыс. руб.

6.3 Срок окупаемости лаборатории

Срок окупаемости лаборатории может быть определен по формуле

или при выражение (6.15) примет вид:

где П, З – соответственно прибыль и затраты при использовании лаборатории, руб.; п_О – число обслуживаемых объектов.

Срок окупаемости лаборатории в СХП – по (6.16) –

Срок окупаемости лаборатории на МИС – по (6.16) –

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Цель тяговых испытаний (при применении любых средств, в том числе и передвижных лабораторий) – ресурсосбережение при использовании машин. В частных случаях целью тяговых испытаний тракторов является:

а) установление тяговых (эксплуатационных) свойств (характеристик) трактора при его выпуске из производства или приобретении при поставке отечественными и иностранными поставщиками;

б) определение технического состояния трактора и его составных частей при его эксплуатации.

При комплексном подходе к ресурсосбережению: тяговые испытания, как и средства диагностирования машин, с одной стороны, обеспечивают ресурсосбережение при использовании машин, а с другой – сами являются потребителями ресурсов (затрат труда и средств), которые расходуются на создание методов и средств, а также на проведение испытаний.

В связи с этим проведенное исследование было направлено на создание простых, доступных по стоимости и удобных в применении методов и средств для тяговых испытаний машин, причем таких, которые могли бы функционировать в виде передвижной лаборатории. В процессе выполнения этой задачи разработана передвижная лаборатория для тяговых испытаний тракторов мощностью от 100 до 600 кВт. В основу ее разработки положены результаты теоретических исследований (раздел 2), методика (раздел 3), а также результаты экспериментальных исследований (раздел 4), которые получены на примере тракторов небольшой мощности – до 100 кВт. В дальнейшем эти результаты были положены в основу разработки названной лаборатории (раздел 5) – по принципу: «от простого – к сложному».

Разработанная лаборатория может быть использована как передвижная для тяговых испытаний тракторов мощностью от 100 до 600 кВт с целью:

а) установления тяговых характеристик, что возможно только на высших передачах трансмиссии – в пределах тех передач, при испытании которых сила тяги при трогании с места не превышает значения силы тяги трактора в движении – при работе на первой или основных рабочих передачах. Для установления характеристик по всем передачам, в том числе и по низшим, предложенный метод испытания при трогании с места должен быть реализован при частичной нагрузке (патент РФ 2708415). Для этого требуются дополнительные исследования, в ходе которых должны быть определены режимы испытаний и погрешность измерения силы тяги при частичной нагрузке. Кроме того, на наш взгляд, в этом вопросе еще предстоит разобраться: нужно ли для получения тяговых характеристик испытывать машину на всех передачах, а их чаще всего бывает до 16 единиц. Может быть, вполне достаточно определить силы тяги на низшей и высшей передачах, что и указать в РЭ трактора в виде предела изменений силы тяги. Этого будет уже вполне достаточно, чтобы по указанному интервалу силы тяги подобрать к этому трактору рабочие машины.

б) определение технического состояния трактора и его составных частей при его эксплуатации возможно в полном объеме, кроме снятия параметров по удельному эффективному и удельному тяговому расходу топлива. Для получения этих параметров тоже требуются дополнительные исследования, в процессе которых должны быть уточнены режимы испытаний, а также подобраны и адаптированы приборы для измерения часового (мгновенного) расхода топлива при нагружении трактора силой тяги.

Найдена математическая модель процесса тяговых испытаний, в соответствии с которым выбран наилучший режим измерения силы тяги – при максимальной силе тяги (до остановки двигателя). Полученная модель в дальнейшем положена в основу разработки рабочих режимов (выбора «безопасных» передач трансмиссии), технических средств и документации (методик и технологических карт), входящих в состав лаборатории.

Определены основные технические средства лаборатории – динамометры, нагрузочные устройства, амортизатор и средство для транспортирования приборов и оборудования лаборатории.

Предложены динамометры модификации ДОР, которые представляют собой электронные тензометрические устройства, выполненные с возможностью подключения их к компьютеру и оснащенные программой. Установлено, что для измерения силы тяги тракторов мощностью от 100 до 600 кВт требуется три динамометра с пределами измерений: от 10 до 100 кН, от 20 до 200 кН и от 50 до 500 кН.

Предложены нагрузочные устройства в двух вариантах: в виде платформы и опоры. Определены их конструктивные размеры и массы. Установлено, что лучшим из них по массогабаритным параметрам является нагрузочная опора.

Предложен амортизатор, который может входить в конструкцию нагрузочного устройства, или выполнен в виде отдельного прибора. При его разработке проведены вариантные расчеты с целью выбора такого амортизатора, который бы подходил по своим рабочим характеристикам для испытания всех тракторов мощностью от 100 до 600 кВт.

Предложено средство для транспортирования приборов и оборудования лаборатории – автомобиль УАЗ-452. Установлено, что по числу мест для пассажиров, грузоподъемности и габаритным размерам грузового отсека этот автомобиль вполне подходит для лаборатории. При этом в качестве нагрузочного устройства в расчет принята опора.

Даны технологические рекомендации по применению лаборатории. К ним относятся:

● Методика определения параметров процесса тяговых испытаний и выбора динамометров по условиям безопасности;

● Методика определения технического состояния тракторов на основе тяговых испытаний при трогании с места под нагрузкой;

● Методика определения энергетических параметров тракторов на основе тяговых испытаний при трогании с места под нагрузкой;

● Технологическая карта на тяговые испытания тракторов при трогании с места под нагрузкой.

Годовой экономический эффект применения тягового метода и средств измерения силы тяги, вычисленный в сопоставлении с парциальными испытаниями двигателей, составляет 5,9 тыс. руб. на один трактор. При внедрении тягового метода в АО «Сибирская Нива» Иркутского района и ФГУП «Элита» Эхирит-Булагатского района Иркутской области годовой экономический эффект составил соответственно 6,2 и 6,8 тыс. руб.

В целом, разработанная лаборатория является передвижной и универсальной (по диапазону мощности обслуживаемых тракторов), которая включает в себя необходимые технические средства и технологическую документацию и предназначена для установления тяговых характеристик тракторов по высшим передачам трансмиссии, а также для определения их технического состояния.

Разумеется, настоящая разработка – это первый этап в создании передвижной лаборатории для тяговых испытаний машин. В дальнейшем представляется возможным формирование лаборатории в натуре – в виде экспериментального образца. Это можно сделать, поскольку приборы и оборудование, которые входят в ее состав, уже известны и доступны для приобретения или изготовления. Затем нужно будет провести экспериментальную проверку на функционирование нагрузочного средства (опоры), причем желательно совместно с амортизатором. Режимы испытаний и динамометры проверять не требуется, поскольку они уже отработаны экспериментально.

Одновременно с этим весьма желательно выполнить исследование по обоснованию тяговых испытаний при трогании машины с места при частичной нагрузке, что позволит безопасно проводить испытания на низших передачах. Нужно подобрать экспериментально и адаптировать приборы для измерения часового (мгновенного) расхода топлива при нагружении трактора силой тяги в режиме трогания с места. В результате в нашей стране впервые появится современная (с компьютерным оснащением) передвижная лаборатория для тяговых испытаний тракторов с широким диапазоном их мощности и с возможностью установления и контроля их технических характеристик, а также определения их технического состояния. Безусловно, такая лаборатория найдет широкое применение в сферах производства машин, государственного контроля и при их эксплуатации, причем не только в России, но и за рубежом.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. ГОСТ 7057-2001. Тракторы сельскохозяйственные. Методы испытаний. – Взамен ГОСТ 7057-81; введ. 2003-01-01. — М. : Изд-во стандартов, 2002. — 11 с.

2. ГОСТ 18509-88. Дизели тракторные и комбайновые. Методы стендовых испытаний. – Взамен ГОСТ 18509-80; введ. 1990-01-11. — М. : Изд-во стандартов, 1988. — 128 с.

3. ГОСТ 20760-75. Техническая диагностика. Тракторы. Параметры и качественные признаки технического состояния. — Введ. 1986-01-01. — М. : Изд-во стандартов, 1984. — 23 с.

4. ГОСТ 20793-86. Тракторы и машины сельскохозяйственные. Техническое обслуживание. – Взамен ГОСТ 20793-81; введ. 1988-01-01. – М. : Изд-во стандартов, 1987. – 17 с.

5. ГОСТ 23222-88. Характеристики точности выполнения предписанной функции средств автоматизации. Требования к нормированию. Общие методы контроля [Электронный ресурс]. – Введ. 1990-01-01. — Режим доступа: www.complexdoc.ru/scan/ГОСТ 23222-88 (14 сент. 2010).

6. Пат. 2140627 Рос. Федерация, МПК⁷ G 01 М 17/00, G 01 L 5/13. Гидромеханическое тягово-тормозное устройство для технического диагностирования транспортных средств / Хабардин В.Н., Парунов В.В., Сарапулов П.Н., Иванов Н.П.; заявитель и патентообладатель Иркут. гос. с.-х. акад. — № 97100705/28; заявл. 10.01.97; опубл. 27.10.99, Бюл. № 30. – 4 с.

7. Пат. 2144659 Рос. Федерация, МПК⁷ G 01 М 17/00. Механическое тягово-тормозное устройство для технического диагностирования транспортных средств / Хабардин В.Н., Хабардин С.В, Сарапулов П.Н; заявитель и патентообладатель Иркут. гос. с.-х. акад. — № 97100704/28; заявл. 10.01.97; опубл. 20.01.00, Бюл. № 2. – 5 с.

8. Пат. 2164670 Рос. Федерация, МПК⁷ G 01 L 5/13. Способ определения максимальной силы тяги на крюке транспортного средства / Хабардин В.Н.; заявитель и патентообладатель Иркут. гос. с.-х. акад. — № 96115966/28; заявл. 31.07.96; опубл. 27.03.01, Бюл. № 9. – 5 с.

9. Пат. 2219512 Рос. Федерация, МПК⁷ G 01 М 17/00. Способ определения максимального значения часового расхода топлива при тяговых испытаниях транспортного средства / Хабардин В.Н. Хабардин С.В.; заявитель и патентообладатель Иркут. гос. с.-х. акад. — № 2001121434/28; заявл. 30.07.01; опубл. 20.12.03, Бюл. № 35. – 5 с.

10. Пат. 2396535 Рос. Федерация, МПК G 01 М 17/007 (2006.01). Гидромеханическое устройство для тяговых испытаний машин / Хабардин В.Н. Хабардин С.В., Чубарева М.В., Шелкунова Н.О., Пивкин И.В., Мерзляков А.В.; заявитель и патентообладатель Иркут. гос. с.-х. акад. — № 2009134572/11; заявл. 15.09.09; опубл. 10.08.10, Бюл. № 22. – 25 с.

11. Пат. 2411485 Рос. Федерация, МПК⁷ G 01 М 17/00. Устройство для нагружения автотранспортного средства при его испытании в тяговом режиме трогания с места / Хабардин С.В., Бородин С.Г. ; заявитель и патентообладатель Иркут. гос. с.-х. акад. — № 2009148912/11; заявл. 28.12.09; опубл. 10.02.11, Бюл. № 4. – 5 с.

12. Пат. 2430339 Рос. Федерация, МПК G 01 L 5/13 (2006.01). Способ определения тяговой мощности транспортного средства при его испытании в тяговом режиме трогания с места / Хабардин В. Н., Хабардин С. В. ; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Иркут. гос. с.-х. акад.» – № 2009134577/28 ; заявл. 15.09.2009; опубл. 27.09.2011 Бюл. № 27. – 9 с.

13. Пат. 2430340 Рос. Федерация, МПК G 01 L 5/13 (2006.01). Способ определения эффективной мощности двигателя транспортной машины при ее испытании в тяговом режиме трогания с места / Хабардин В. Н., Хабардин С. В. ; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Иркут. гос. с.-х. акад.» – № 2009134575/28 ; заявл. 15.09.2009; опубл. 27.09.2011, Бюл. № 27. – 7 с.

14. Пат. 2438105 Рос. Федерация, МПК G01L 5/13 (2006.01). Способ определения номинальной тяговой мощности транспортной машины / Хабардин С. В. ; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Иркут. гос. с.-х. акад.» – № 2010113029/28 ; заявл. 05.04.2010; опубл. 27.12.2011, Бюл. № 36. — 5 с.

15. Пат. 2430338 Рос. Федерация, МПК G 01 L 5/00 (2006.01). Способ определения номинальной эффективной мощности двигателя транспортной машины / Хабардин С. В. ; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Иркут. гос. с.-х. акад.» – № 2010113026/28 ; заявл. 05.04.2010; опубл; 27.09.2011, Бюл. № 27. — 7 с.

16. Пат. 2430341 Рос. Федерация, МПК G 01 L 5/13 (2006.01), G 01 М 17/00 (2006.01). Способ определения общего технического состояния транспортной машины, ее муфты сцепления и двигателя на основе тяговых испытаний в режиме трогания с места / Хабардин В. Н. ; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Иркут. гос. с.-х. акад.» – № 2009134579/28 ; заявл. 15.09.2009; опубл. 27.09.2009, Бюл. № 27. — 9 с.

17. Агеев Л. Е. Основы расчета оптимальных и допускаемых режимов работы машинно-тракторных агрегатов / Л. Е. Агеев. – Л. : Колос. Ленингр. отд-ние, 1978. – 296 с.

18. Агеев Л. Е. Эксплуатация энергонасыщенных тракторов / Л. Е. Агеев, С. Х. Бахриев. – М. : Агропромиздат, 1991. – 271 с.

19. Александров И. К. Экспериментальные исследования потерь в пневмошине на роликовом стенде / И. К. Александров // Техника в сел. хоз-ве. — 2003. — № 5. – С. 39.

20. Аллилуев В. А. Практикум по эксплуатации машинно-тракторного парка : учеб. пособие / В. А. Аллилуев, А. Д. Ананьин, А. Х. Морозов. – М. : Агропромиздат, 1987. – 304 с.

21. Аллилуев В. А. Техническая эксплуатация машинно-тракторного парка : учеб. пособие / В. А. Аллилуев, А. Д. Ананьин, В. М. Михлин. – М. : Агропромиздат, 1991. – 367 с.

22. Аринин И. Н. Диагностирование технического состояния автомо-биля / И. Н. Аринин. – М. : Транспорт, 1978. – 176 с.

23. Арсентьев В. А. Совершенствование метода парциальных испыта-ний дизельных двигателей за счет применения электромеханической догрузки : автореф. дис. … канд. техн. наук : 05.20.03. / В. А. Арсентьев. — Иркутск, 2000. – 20 с.

24. Баранов А. А. Обеспечение надежности машин на стадии проектирования / А. А. Баранов, В. П. Козубов, В. П. Свердлов // Тракторы и с.-х. машины. — 2003. – № 11. – С. 5 — 6.

25. Баширов Р. М. Повышение эффективности использования плоско-резных машинно-тракторных агрегатов / Р. М. Баширов, А. А. Сахапов // Механизация и электрификация сел. хоз-ва. — 2005. — № 2. — С. 18 — 21.

26. Беднарский В. В. Техническое обслуживание и ремонт автомоби-лей : учеб. для вузов / В. В. Беднарский. — 3-е изд., перераб. и доп. – Ростов н/Д. : Феникс, 2007. — 456 с.

27. Бельских В. И. Диагностирование и обслуживание сельскохозяй-ственной техники / В. И. Бельских. – 2-е изд., перераб. и доп. – М. : Колос, 1980. – 575 с.

28. Бельских В. И. Справочник по техническому обслуживанию и диагностированию тракторов / В. И. Бельских. – М. : Россельхозиздат, 1975. – 400 с.

29. Бельских В. И. Справочник по техническому обслуживанию и диагностированию тракторов / В. И. Бельских. – 3-е изд., перераб. и доп. — М. : Россельхозиздат, 1986. – 399 с.

30. Болтинский В. Н. Теория, конструирование и расчет тракторных и автомобильных двигателей : учеб. для вузов / В. Н. Болтинский. – М. : Изд-во сельскохозяйственной литературы, — 1962. – 392 с.

31. Бородин С. Г. Результаты анализа методов испытаний тракторных двигателей при определении их мощности / С. Г. Бородин, С. В. Хабардин, В. Н. Хабардин, М. В. Чубарева // Вестник ИрГСХА. – 2012. — Вып. 51. — С. 111 — 117.

32. Бураев М. К. К эффективности машиноиспользования в МТС / М. К. Бураев // Техника в сел. хоз.-ве. — 2008. — № 1. — С. 40-41.

33. Ванин В. С. Современные способы измерения вибраций / В. С. Ванин // Техника в сел. хоз.-ве. — 2009. — № 1. — С. 29-33.

34. Веденяпин Г. В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных / Г. В. Веденяпин. — 3-е изд., перераб. — М. : Колос, 1973. — 200 с.

35. Веденяпин Г. В. Эксплуатация машинно-тракторного парка : учебник для высш. проф. образования / Г. В. Веденяпин, Ю. К. Киртбая, М. П. Сергеев. — М. : Сельхозиздат, 1963. — 430 с.

36. Власов П. А. Работа топливной аппаратуры улучшится / П. А. Власов, А. Н. Скарлыкин // Техника в сел. хоз-ве. — 2004. – № 1. – С. 32-34.

37. Воронин Д. М. Оценка технического состояния двигателя внутреннего сгорания / Д. М. Воронин, А. Ю. Понизовский // Механизация и электрификация сел. хоз-ва. — 2009. — № 2. — С. 26-27.

38. Выгодский М. Я. Справочник по элементарной математике / М. Я. Выгодский. — М. : Наука, 1979. — 336 с.

39. Голинкевич Т. А. Прикладная теория надежности / Т. А. Голинкевич. — М. : Высш. шк., 1977. — 160 с.

40. Горшков Ю. Г. Автоматическое устройство для поддержания норм давления воздуха в пневматических шинах / Ю. Г. Горшков, Г. А. Ларионова, М. С. Дмитриев, А. В. Зайнишев, И. С. Житенко // Техника в сел. хоз.-ве. — 2009. — № 6. — С. 44-47.

41. Грибков В. М. Справочник по оборудованию для технического обслуживания и ремонта тракторов и автомобилей / В. М. Грибков [и др.]. – М. : Россельхозиздат, 1978. – 272 с.

42. Григоров В. И. Повышение безотказности автомобилей КаМАЗ диагностированием передней подвески / В. И. Григоров // Техника в сел. хоз.-ве. — 2009. — № 5. — С. 39-41.

43. Григоров В. И. Повышение безотказности автомобилей КаМАЗ диагностированием задней подвески / В. И. Григоров // Техника в сел. хоз.-ве. — 2009. — № 6. — С. 55-56.

44. Дайитбегов Д. М. Программное обеспечение статистической обработки данных / Д. М. Дайитбегов, О. В. Калмыкова, А. И. Черепанов. — М. : Финансы и статистика, 1984. — 192 с.

45. Добролюбов И. П. Классификация технических состояний механиз-мов циклического действия с использованием измерительных экспертных систем / И. П. Добролюбов // Техника в сел. хоз-ве. — 2003. — № 3. – С. 31-36.

46. Добролюбов И. П. Периодичность контроля вредных выбросов при испытании и ремонте двигателей внутреннего сгорания / И. П. Добролюбов, В. В. Дмитриев // Механизация и электрификация сел. хоз-ва. — 2009. — № 2. – С. 27-29.

47. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта : с основами статистической обработки результатов исследований / Б. А. Доспехов. — 4-е изд., перераб. и доп. — М. : Колос, 1979. — 416 с.

48. Дунаев А. В. Выбор методов и средств диагностирования цилиндро-поршневой группы автотракторных двигателей / А. В. Дунаев // Техника в сел. хоз-ве. — 2007. — № 6. – С. 25-28.

49. Дунаев А. В. Экспресс-оценка остаточного ресурса цилиндро-поршневой группы двигателей внутреннего сгорания / А. В. Дунаев // Техника в сел. хоз-ве. — 2008. — № 6. – С. 34-37.

50. Елизаров В. П. Система машин и технологий для растениеводства / В. П. Елизаров, Н. М. Антышев, В. М. Бейлис // Техника в сел. хоз-ве. — 2009. — № 4. – С. 3-7.

51. Ждановский Н. С. Бестормозные испытания и система бестормоз-ных характеристик автотракторных карбюраторных двигателей / Н. С. Ждановский : сб. научн. работ, т. 9 – Л. : Сельхозгиз, 1953. – С. 127-147.

52. Ждановский Н. С. Диагностика автотракторных двигателей / Н. С. Ждановский, В. А. Аллилуев, А. В. Николаенко, Б. А. Улитовский ; под ред. Н. С. Ждановского. — 2-е изд., перераб. и доп. — Л. : Колос, 1981. — 295 с.

53. Ждановский Н. С. Надежность и долговечность автотракторных двигателей / Н. С. Ждановский, А. В. Николаенко. — 2-е изд., перераб. — Л. : Колос, 1981. — 295 с.

54. Завалишин Ф. С. Методы исследований по механизации сельскохозяйственного производства / Ф. С. Завалишин, М. Г. Манцев. — М. : Колос, 1982. — 231 с.

55. Загородских Б. П. Снижение межцикловой неравномерности подачи топлива / Б. П. Загородских, П. А. Плотников // Техника в сел. хоз-ве. — 2005. — № 3. – С. 28-30.

56. Змановский В. А. Исследование переходных процессов ДВС : вопросы диагностики и обслуживания машин / В. А. Змановский, В. М. Лившиц, В. М. Змановский. – Новосибирск : СибВИМ, 1968. – С. 216-227.

57. Иофинов С. А. Контроль работоспособности трактора / С. А. Иофинов, Н. Н. Гевейлер. — Л. : Машиностроение, 1985. — 238 с.

58. Иофинов С. А. Эксплуатация машинно-тракторного парка / С. А. Иофинов, Г. П. Лышко. — 2-е изд., перераб. — М. : Колос, 1984. — 352 с.

59. Капустин В. П. Технологическое обслуживание сельскохозяйствен-ных машин и агрегатов / В. П. Капустин, Ю. Е. Глазков // Техника в сел. хоз-ве. — 2010. – № 1. – С. 26 — 28.

60. Ким К. К. Метрология, стандартизация, сертификация и электроизмерительная техника : учеб. пособие / К. К. Ким, Г. Н. Анисимов, В. Ю. Барбарович, Б. Я. Литвинов. — СПб. : Питер, 2006. — 368 с.

61. Ковриков И. Т. Основы научных исследований и УНИРС : учеб. / И. Т. Ковриков. – Оренбург : ООО «Агентство «Пресса», 2011. – 212 с.

62. Колчин А. В. Оценка топливной экономичности тракторных и комбайновых дизелей по дымности отработавших газов / А. В. Колчин, А. В. Дальниковский // Техника в сел. хоз-ве. — 2003. — № 3. – С. 27-31.

63. Краснощеков Н. В. Повышение производительности машинных агрегатов – приоритетное направление технической политики в АПК / Н. В. Краснощеков // Тракторы и с.-х. машины. — 2002. – № 1. – С. 9 — 11.

64. Крохта Г. М. Формирование современной системы технического сервиса в АПК / Г. М. Крохта, В. В. Коноводов, Г. П. Бут // Механизация и электрификация сел. хоз-ва. — 2002. — № 11. — С. 2-3.

65. Ксеневич И. П. Аспекты проектирования сложных вероятностных нелинейных динамических неголономных систем / И. П. Ксеневич // Тракторы и с.-х. машины. — 2007. — № 8. — С. 20 — 27.

66. Лившиц В. М. Перспективные разработки в области диагностики автотракторных двигателей / В. М. Лившиц, С. В. Крашенинников, С. П. Пятин // Вестник ИрГСХА. – 2010. — Вып. 38. — С. 77 — 81.

67. Лихачев В. С. Испытания тракторов : учеб. пособие для вузов / В. С. Лихачев. — 3-е изд., перераб. и доп. — М. : Машиностроение, 1974. — 288 с.

68. Ломухин В. Б. Применение ремонтно-восстановительных составов в АПК / В. Б. Ломухин // Техника в сел. хоз-ве. — 2008. — № 6. – С. 44-45.

69. Лялякин В. П. Концепция развития ремонта техники на базе восстановления и упрочнения деталей / В. П. Лялякин // Механизация и электрификация се. хоз-ва. — 2001. — № 6. — С. 2-7.

70. Мамедов Ф. А. Электромагнитный расходомер для жидких продуктов / Ф. А. Мамедов, А. Е. Малиновский, Е. Е. Пугач // Техника в сел. хоз-ве. — 2006. — № 5. – С. 9-12.

71. Мачнев В. А. Использование ударных явлений для диагности-рования механизмов / В. А. Мачнев // Техника в сел. хоз-ве. — 2002. — № 6. – С. 32-33.

72. Мачнев В. А. Обоснование параметра для оценки технического состояния подшипников качения / В. А. Мачнев, А. В. Мачнев, В. И. Шишкин // Техника в сел. хоз-ве. — 2004. — № 3. – С. 33-35.

73. Методика определения экономической эффективности использования в сельском хозяйстве результатов научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, новой техники, изобретений и рационализаторских предложений / Е. Я. Удовенко [и др.] ; под рук. Г. М. Лозы. — М. : ВАСХНИЛ, 1980. — 117 с.

74. Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники / В. И. Драгайцев [и др.] ; под рук. А. В. Шпилько. — М. : Мин-во с.-х и продовольствия Рос. Федерации, 1998. — 220 с.

75. Методика разработки математического описания технологических процессов. — М. : Изд-во стандартов, 1982. — 55 с.

76. Мирошников Л. В. Диагностирование технического состояния автомобилей на автотранспортных предприятиях / Л. В. Мирошников, А. П. Болдин, В. И. Пал. – М. : Транспорт, 1977. – 263 с.

77. Михлин В. М. Управление надежностью сельскохозяйственной техники / В. М. Михлин. – М. : Колос, 1984. – 335 с.

78. Надежность и эффективность в технике : справочник : в 10 т. / ред. совет : В. С. Авдуевский (пред.) [и др.]. – М. : Машиностроение, 1986.

Т. 1 : Методология. Организация. Терминология / под ред. А. И. Рембезы. – 224 с.

79. Надежность и эффективность в технике : справочник : в 10 т. / ред. совет : В. С. Авдуевский (пред.) [и др.]. – М. : Машиностроение, 1987.

Т. 9 : Техническая диагностика / под общ. ред. В. В. Клюева, П. П. Пархоменко. – 352 с.

80. Надежность и эффективность в технике : справочник : в 10 т. / ред. совет : В. С. Авдуевский (пред.) [и др.]. – М. : Машиностроение, 1990.

Т. 10 : Справочные данные по условиям эксплуатации и характеристикам надежности / под общ. ред. В. А. Кузнецова. – 336 с.

81. Немцев А. Е. Основы формирования системы технического сервиса в АПК Сибири : монография / А. Е. Немцев, В. В. Коротких; Россельхозакадемия. Сиб. регион. отд-ние; Сиб. ин-т механизации и электрификации сел. хоз-ва. – Новосибирск, 2009. – 153 с.

82. Немцев А. Е. Построение системы обеспечения работоспособности сельскохозяйственной техники в АПК Сибири / А. Е. Немцев, В. В. Коротких // Вестник ИрГСХА. – 2010. — Вып. 38. — С. 81 — 86.

83. Немцев А. Е. Система технического сервиса в АПК : монография / А. Е. Немцев. — Новосибирск : РАСХН. Сиб. отд-ние. СибИМЭ, 2002. — 264 с.

84. Никитин Е. А. Диагностирование дизелей / Е. А. Никитин, Л. В. Станиславский. – М. : Машиностроение, 1987. – 224 с.

85. Новые средства и методы диагностирования топливной аппаратуры дизелей / В. Н. Хабардин [и др.] // Техника в сел. хоз-ве. — 2006. — № 5. – С. 28-31.

86. Новые средства для определения компрессии автотракторных двигателей и результаты их испытаний / В. Н. Хабардин [и др.] // Техника в сел. хоз-ве. — 2008. — № 3. – С. 27-29.

87. Ожегов С. И. Словарь русского языка : 70000 слов / С. И. Ожегов. – 21-е изд., перераб. и доп. – М. : Рус. яз., 1989. – 924 с.

88. Павлов А. И. Методика исследования рукавов высокого давления / А. И. Павлов // Техника в сел. хоз-ве. — 2007. — № 2. – С. 35-36.

89. Пильщиков Л. М. Практикум по эксплуатации машинно-трактор-ного парка : учеб. пособие / Л. М. Пильщиков. – М. : Колос, 1976. – 272 с.

90. Политехнический словарь / гл. ред. А. Ю. Ишлинский. — 3-е изд., перераб. и доп. — М. : Большая Российская энциклопедия, 2000. — 656 с.

91. Привалов П. В. Теоретические основы разработки методики техни-ческого сервиса сельскохозяйственных машин / П. В. Привалов, Е. А. Яворская, Г. С. Сидоров // Механизация и электрификация сел. хоз-ва. — 2002. — № 11. — С. 4-5.

92. Райков И. Я. Испытания двигателей внутреннего сгорания : учеб. для вузов / И. Я. Райков. – М. : Высш. шк., — 1975. – 320 с.

93. Романченко М. И. Расчетно-вероятностный метод определения эксплуатационного расхода топлива тракторными транспортными агрегатами / М. И. Романченко // Техника в сел. хоз.-ве. — 2009. — № 5. — С. 25-27.

94. Сергеев А. Г. Точность и достоверность диагностики автомобиля / А. Г. Сергеев. – М. : Транспорт, — 1980. – 188 с.

95. Соловьев Р. Ю. Современная концепция обслуживания и ремонта машин / Р. Ю. Соловьев, В. М. Михлин, А. В. Колчин // Техника в сел. хоз- ве. — 2008. — № 1. – С. 12-15.

96. Скотников В. А. Основы теории и расчета трактора и автомобиля / В. А. Скотников, А. А. Мащенский, А. С. Солонский ; под ред. В. А. Скотникова. — М. : Агропромиздат, 1986. — 383 с.

97. Спичкин Г. В. Практикум по диагностированию автомобилей : учеб. пособие для СПТУ / Г. В. Спичкин, А. М. Третьяков. — 2-е изд., перераб. и доп. — М. : Высш. шк., 1986. — 439 с.

98. Статистические методы обработки эмпирических данных : рекомендации / В. А. Грешников [и др.]. — М. : Изд-во стандартов, 1978. — 232 с.

99. Тарг С. М. Краткий курс теоретической механики / С. М. Тарг. — М. : Наука, 1972. — 480 с.

100. Тарханов А. П. Разработка матричного метода определения мощ-ности тракторных двигателей в эксплуатационных условиях при неизвестных механических потерях : автореф. дис. … канд. техн. наук : 05.20.03. / А. П. Тарханов. — Иркутск, 2004. – 22 с.

101. Терских И. П. Функциональная диагностика машинно-тракторных агрегатов / И. П. Терских. – Иркутск : Изд-во Иркут. ун-та, 1987. — 312 с.

102. Техническая диагностика тракторов и зерноуборочных комбайнов / В. А. Аллилуев [и др.] ; под ред. В. М. Михлина. — М. : Колос, 1978. — 287 с.

103. Техническая эксплуатация автомобилей / под ред. Г. В. Крамаренко. — М. : Транспорт, 1972. — 440 с.

104. Техническое обслуживание и ремонт машин в сельском хозяйстве : учебник для нач. проф. образования / В. В. Курчаткин [и др.]; под ред. В. В. Курчаткина. — М. : Академия, 2003. — 464 с.

105. Техническое обслуживание и ремонт машин в сельском хозяйстве : учеб. пособие для вузов / В. И. Черноиванов [и др.]; под ред. В. И. Черноиванова. – М. : ГОСНИТИ ; Челябинск : ЧГАУ, 2003. — 992 с.

106. Технология диагностирования тракторов / В. И. Бельских [и др.] ; под ред. В. И. Бельских. — М. : ГОСНИТИ, 1973. — 280 с.

107. Технологические карты по диагностированию и прогнозированию остаточного ресурса сельскохозяйственных машин. – Новосибирск : ЦЭРИС, 2000. — 166 с.

108. Технологичекие рекомендации по организации диагностирования тракторов / К. Ю. Скибневский [и др.]; под ред. С. И. Костенко. – М. : ГОСНИТИ, 1980. – 136 с.

109. Технологическое руководство по диагностированию тракторов и самоходных сельскохозяйственных комбайнов / А. В. Колчин [и др.]; под научн. рук. В. И. Черноиванова. — М. : Росинформагротех, 2006. — 241 с.

110. Тойберт Т. Оценка точности результатов измерений / Т. Тойберт; пер. с нем. – М. : Энергоатомиздат, 1988. – 88 с.

111. Топилин Г. Е. Работоспособность тракторов / Г. Е. Топилин, В. М. Забродский. — М. : Колос, 1984. — 303 с.

112. Тракторные дизели : справочник / Б. А. Взоров [и др.]; под ред. Б. А. Взорова. – М. : Машиностроение, 1981. – 535 с.

113. Тракторы «Беларусь» МТЗ-80, МТЗ-82 и их модификации : инструкция по эксплуатации и техническому обслуживанию / В. Г. Левков [и др.]. — Мн. : Ураджай, 1988. — 174 с.

114. Тракторы «Беларусь» МТЗ-100, МТЗ-102, МТЗ-80А, МТЗ-82А : техническое описание и инструкция по эксплуатации / Э. А. Бомберов [и др.]. — Мн. : Ураджай, 1987. — 352 с.

115. Трактор ДТ-75М «Казахстан» : техническое описание и инструкция по эксплуатации 85А.00004ТО. – Алма-Ата : Кайнар, 1982. — 256 с.

116. Трофимова Т. И. Курс физики : учеб. пособие для вузов / Т. И. Трофимова. – М. : Высш. шк., 1997. – 542 с.

117. Устройство измерительное ИМД-ЦМ : формуляр 2.781.802 ФО, методика поверки МИ 1675-87. – 1989. – 32 с.

118. Фере Н. Э. Пособие по эксплуатации машинно-тракторного парка / Н. Э. Фере. — М. : Колос, 1978. — 256 с.

119. Филатов М. И. Методика определения остаточного ресурса турбокомпрессоров мобильных энергетических средств / М. И. Филатов, А. П. Подлевских, О. А. Алексеев // Техника в сел. хоз-ве. — 2008. — № 2. – С. 36-39.

120. Филатов М. И. Расчет динамических сил, действующих на подшипник скольжения вала турбокомпрессора / М. И. Филатов, А. П. Подлевских, О. А. Алексеев // Техника в сел. хоз-ве. — 2007. — № 2. – С. 26-29.

121. Хабардин А. В. Совершенствование средств измерения свободного хода рулевого колеса тракторов сельскохозяйственного назначения : дис. … канд. техн. наук : 05.20.03 / А. В. Хабардин. — Иркутск, 2010. — 250 с.

122. Хабардин В. Н. Новые средства и методы диагностирования рулевого управления тракторов и комбайнов / В. Н. Хабардин, Н. В. Степанов, С. В. Хабардин // Техника в сел. хоз-ве. — 2007. — № 3. – С. 41-44.

123. Хабардин В. Н. Определение эффективной мощности двигателя при испытании трактора в тяговом режиме движения с места / В. Н. Хабардин, С. В. Хабардин // Вестник КрасГАУ. – 2009. — № 12. – С. 176 – 179.

124. Хабардин В. Н. Ресурсосберегающие технологии, методы и сред-ства технического обслуживания тракторов : монография / В. Н. Хабардин. — Иркутск : Изд-во ИрГСХА, 2009. — 384 с.

125. Хабардин В. Н. Современные направления развития технического обслуживания машин / В. Н. Хабардин // Техника в сел. хоз.-ве. — 2009. — № 5. — С. 28-30.

126. Хабардин С. В. Методика оценки технических решений на основе экспериментальных исследований / С. В. Хабардин, А. В. Хабардин, В. Н. Хабардин // Научные достижения производству : материалы науч.-практ. конф. молодых ученых с междунар. участием, 20-22 апреля 2011 г. — Иркутск, 2011. — С. 345 — 349.

127. Хабардин С. В. Методы испытаний трактора в тяговом режиме движения с места / С. В. Хабардин // Техника и технологии инженерного обеспечения АПК : материалы IV-го регионального науч.-произв. семинара «Чтения И.П. Терских» (26–27 сентября 2011 г.). — Иркутск, 2011. — С. 53 — 57.

128. Хабардин С. В. Стенд для испытания тракторов при трогании с места под нагрузкой / С. Г. Бородин // Актуальные вопросы технического, технологического и кадрового обеспечения АПК : материалы междунар. науч.-практич. конф. и V-го регионального науч.-произв. семинара, посвященные 80-летию со дня рождения д. т. н., проф. засл. деятеля науки и техники РФ Терских Ивана Петровича «Чтения И.П. Терских» (25–26 сентября 2012 г.). — Иркутск, 2012. — С. 194 — 196.

129. Чубарева М. В. Анализ огрганизации системы технического сервиса на сельскохозяйственных предприятиях Иркутской области / М. В. Чубарева // Вестник ИрГСХА. – 2010. — Вып. 38. — С. 125 — 130.

130. Щиголев Б. М. Математическая обработка наблюдений / Б. М. Щиголев. — 3-е изд., перераб. — М. : Наука, 1969. — 344 с.

131. Эксплуатация подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин : учебник для студ. высш. учеб. заведений / А. В. Рубайлов [и др.]; под ред. Е. С. Локшина. — М. : Академия, 2007. — 512 с.

132. Яник И. Система технического обслуживания сельскохозяйствен-ных машин / И. Яник, Н. Ремшеи ; пер. с венгр. П. Мари ; под ред. В. В. Курчаткина. – М. : Колос, 1984. – 347 с.

Приложения