Отраслевая сеть инноваций в АПК

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ​

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

word image 1069 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

word image 1070 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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: word image 1071 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

в) режим максимального момента (перегрузки)

word image 1072 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

г) для режима минимально устойчивых оборотов двигателя

word image 1073 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

Во всех этих показателях

word image 1074 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт (1.1)

word image 1075 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт word image 1076 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт (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 word image 1077 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт временным word image 1078 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт и вероятностным word image 1079 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт . Общий коэффициент [58]

word image 1080 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт (1.3)

Коэффициент word image 1081 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт учитывает динамику рабочего процесса двигателя – изменение степени наполнения цилиндров, коэффициента избытка воздуха и др. Коэффициент word image 1082 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт характеризует вероятностные изменения показателей при работе за период t вследствие износа, разрегулировок, понижения надежности (несмотря на своевременное и высококачественное ТО) и т. д. Коэффициент word image 1083 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт 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 word image 1084 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт и номинальной тяговой мощности word image 1085 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт равной ее максимальному значению word image 1086 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

б) режим холостого хода – движение без нагрузки – при word image 1087 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

в) режим перегрузки – движение с максимально допустимой по условиям загрузки или сцепления тяговой нагрузкой word image 1088 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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

word image 1089 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт (1.4)

word image 1090 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

word image 1091 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт (1.5)

word image 1092 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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

Мощность Nв и расход топлива gв – 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

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

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 word image 1093 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт и расход топлива word image 1094 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – 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].

word image 1095 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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 word image 1096 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт вычисляют по формуле [111]:

word image 1097 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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).

word image 1098 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

word image 1099 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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]:

word image 1100 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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]:

word image 1101 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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]

word image 1102 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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]:

word image 1103 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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]

word image 1104 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

Ввиду того, что коэффициенты а и b дробные, при подсчете мощности требуется логарифмирование. Чтобы облегчить эту задачу, строят номограмму или составляют таблицу, задаваясь значениями word image 1105 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт 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 word image 1106 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт находят по формуле:

word image 1107 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

word image 1108 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

При испытании, например, четырехцилиндрового двигателя температурным методом определяют экспериментально С, а также ТН и ТК за время word image 1109 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт сначала на первой паре цилиндров, а затем на второй. По полученным данным вычисляют word image 1110 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт Значения NM 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
word image 1111 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт 0,2 0,4 0,6 0,9 1,0
word image 1112 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт , 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 word image 1113 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – по формуле:

word image 1114 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

где word image 1115 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – число марок машин, контроль мощности двигателей которых возможен с применением i-метода; NC – суммарное число марок машин.

Стоимость капиталовложений CKi в реализацию каждого i-метода –

word image 1116 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

где word image 1117 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – 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.

word image 1118 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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

определения мощности двигателя в процессе

совершенствования методов

word image 1119 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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

word image 1120 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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: word image 1121 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – входные; word image 1122 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – управляющие; word image 1123 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – возмущающие; word image 1124 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – выходные [17, 18, 75].

word image 1125 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

 

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

Из-за случайного характера входных word image 1126 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт , управляющих word image 1127 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт и возмущающих word image 1128 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт воздействий выходные word image 1129 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт параметры могут рассматриваться в виде случайных процессов или случайных последовательностей. Чтобы учесть случайные факторы при испытании трактора, необходимо установить вероятностно-статистические оценки выходных word image 1130 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт параметров – найти их математические ожидания или

средние значения [17, 18].

При установлении вероятностно-статистических оценок выходных word image 1131 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт 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].

word image 1132 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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

При этом входные word image 1133 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт и выходные word image 1134 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт переменные величины определяются детерминированной (неслучайной) функциональной зависимостью [17, 18].

В нашем исследовании (рис. 2.3) входные word image 1135 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт переменные трактора – это тяговое усилие word image 1136 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт и часовой расход топлива word image 1137 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт , которые являются аргументами. К выходным word image 1138 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт переменным трактора относятся: word image 1139 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт и word image 1140 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – тяговая мощность трактора и удельный тяговый расход топлива. По двигателю: NT и gT являются входными переменными, а соответствующие им значения эффективной мощности word image 1141 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт и удельного эффективного расхода топлива word image 1142 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – выходными. В связи с этим детерминированные функции связи будут иметь вид:

word image 1143 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

word image 1144 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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 NT и gT, а также Nв и gв по измеренным в процессе испытаний значениям РT и GT. 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 (NT, gT, Nв, gв) с входными параметрами – аргументами, которыми являются тяговое усилие трактора РT и часовой расход топлива GT .

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),

word image 1145 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

Рисунок 2.4 – Классификация способов тяговых испытаний трактора

word image 1146 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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) – word image 1147 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт = word image 1148 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт . 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 word image 1149 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт и номинальной тяговой мощности word image 1150 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт , а точка В – максимальной силе тяги word image 1151 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт , как показано на рис. 2.6. Из точек А и В опустим перпендикуляры на ось абсцисс: А word image 1152 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт и В word image 1153 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт . 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 word image 1154 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт = word image 1155 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт , 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: А1word image 1156 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт и В1word image 1157 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт , где word image 1158 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт и word image 1159 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

 

word image 1160 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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):

word image 1161 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

где word image 1162 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – коэффициент соответствия (пропорциональности) максимальной силы тяги ее значению в точке перегиба на графике функции word image 1163 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт = word image 1164 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт , далее для краткости изложения – коэффициент соответствия силы тяги максимальной тяговой мощности. Следует заметить, что коэффициент word image 1165 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт по своему физическому смыслу наиболее близок известному [103] коэффициенту приспособляемости двигателя word image 1166 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

word image 1167 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

где word image 1168 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт , word image 1169 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – максимальный и номинальный крутящий момент двигателя. Для тракторных дизелей word image 1170 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт 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:

word image 1171 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

где word image 1172 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – угол наклона условной прямой регуляторной ветви тяговой характеристики (прямой ОА) к оси абсцисс.

Для промежуточного значения тяговой мощности word image 1173 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт (в интервале от 0 до word image 1174 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт ) уравнение (2.7) можно переписать в следующем виде:

word image 1175 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

где word image 1176 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – промежуточное значение силы тяги, соответствующее word image 1177 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт .

Выразим word image 1178 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт из (2.5) –

word image 1179 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

где word image 1180 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт соответствует word image 1181 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт .

Теперь подставим word image 1182 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт (2.9) в (2.8). В результате получим искомое математическое описание тяговой мощности трактора word image 1183 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт при его нагружении максимальной силой тяги word image 1184 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт в режиме трогания с места:

word image 1185 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

Для получения word image 1186 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт в развернутом виде выразим в дальнейшем .

В соответствии с рис. 2.6

word image 1187 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

Математическое описание тяговой мощности трактора word image 1188 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – из выражения [118] – для тягового агрегата (без привода через ВОМ):

word image 1189 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

где word image 1190 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – эффективная мощность двигателя; word image 1191 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – потери мощности при передаче энергии от двигателя на тягу. При этом

word image 1192 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

где word image 1193 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – механические потери мощности в трансмиссии, включая потери на трение в звеньях гусениц; word image 1194 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт , word image 1195 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт , word image 1196 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – потери мощности на передвижение (качение) трактора, на преодоление подъема и на буксование. Для тяговых испытаний в режиме трогания машины с места:

word image 1197 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

Тогда уравнение (2.14) примет вид:

word image 1198 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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

word image 1199 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

где word image 1200 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – передаточное число трансмиссии; word image 1201 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – радиус качения ведущих колес.

Теперь подставим найденные значения word image 1202 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт (2.17) и word image 1203 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт (2.18) в (2.12) и после упрощений получим искомое значение тяговой мощности трактора word image 1204 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт в окончательном виде при его нагружении максимальной силой тяги word image 1205 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт в режиме трогания с места:

word image 1206 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

word image 1207 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

Уравнение (2.20) представим с учетом (2.19). После чего математическое описание эффективной мощности word image 1208 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт двигателя при нагружении трактора максимальной силой тяги word image 1209 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт в режиме трогания с места примет следующий окончательный вид:

word image 1210 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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:

word image 1211 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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]:

word image 1212 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

где word image 1213 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – номинальная касательная сила тяги трактора, кН; word image 1214 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – номинальная эффективная мощность двигателя, кВт; word image 1215 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – передаточное отношение трансмиссии от коленчатого вала к оси ведущих колес трактора; word image 1216 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – механический КПД трансмиссии; word image 1217 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – радиус качения, м; word image 1218 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – 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 word image 1219 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт . Найдем word image 1220 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт из уравнения тягового баланса трактора [118].

При достаточном сцеплении значение word image 1221 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт находят по уравнению [118]:

word image 1222 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

где word image 1223 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – часть касательной силы тяги, условно расходуемой на привод ВОМ; – сила сопротивления качению; word image 1224 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – 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:

word image 1225 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

word image 1226 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

Таким образом, математическое описание процесса тяговых испытаний на основе функции касательной силы тяги трактора найдено и представлено в виде описания эффективной мощности двигателя word image 1227 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт (2.30) и тяговой мощности трактора word image 1228 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт (2.31) при его нагружении номинальной силой тяги word image 1229 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт 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 word image 1230 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт [118]. Тогда выражение (2.30) примет следующий общий вид:

word image 1231 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

Теперь сопоставим:

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

word image 1232 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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

word image 1233 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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

word image 1234 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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) word image 1235 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт = word image 1236 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт и word image 1237 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт = word image 1238 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт . При этом постоянными величинами являются: word image 1239 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт В связи с этим можно записать

word image 1240 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

где word image 1241 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт и word image 1242 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – 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

word image 1243 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

Графическая иллюстрация функций word image 1244 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт = word image 1245 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт , word image 1246 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт = word image 1247 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт и их взаимосвязи показана на рис. 2.7. Проанализируем его.

 

word image 1248 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

Рисунок 2.7 – Графическая иллюстрация функций word image 1249 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт при тяговых испытаниях трактора в режиме трогания с места под нагрузкой (другие обозначения в тексте)

Итак, графики функций word image 1250 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт (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 word image 1251 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт , минимумы равны нулю, когда сила тяги word image 1252 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт равна нулю. При этом они отличаются местом расположения на графике (рис. 2.7).

График функции word image 1253 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт проходит выше графика функции word image 1254 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт , что обусловлено механическими потерями мощности в трансмиссии word image 1255 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт трактора:

word image 1256 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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 word image 1257 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт и word image 1258 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт мощность трактора и его двигателя преобразуется в силу тяги word image 1259 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт .

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

word image 1260 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

Пусть тяговое устройство представляет собой упругодеформированное тело (пружину). Тогда сила тяги трактора word image 1261 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт равна силе упругости word image 1262 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт (проекции силы упругости на ось х), которая пропорциональна деформации [116]:

word image 1263 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

где k – коэффициент упругости (для пружины – жесткость); знак минус указывает на то, что word image 1264 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт направлена в сторону, противоположную деформации х.

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

word image 1265 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

Элементарная работа dA, совершаемая силой word image 1266 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт при бесконечно малой деформации dx, равна [116]

word image 1267 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

идет на увеличение потенциальной энергии тягового устройства (пружины).

Таким образом, потенциальная энергия упругодеформированного тела [116]

word image 1268 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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

word image 1269 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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:

word image 1270 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

где word image 1271 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт , word image 1272 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – максимальный момент трения муфты сцепления и трансмиссии; word image 1273 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – максимальный эффективный момент двигателя.

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

word image 1274 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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

word image 1275 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

где word image 1276 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – максимальная сила сцепления ходового аппарата машины с почвой (или с основанием); word image 1277 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – коэффициент сцепления; word image 1278 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – сцепной вес трактора. Для гусеничных тракторов, а также для тракторов со всеми ведущими колесами, в качестве сцепного веса принимается весь вес трактора ( word image 1279 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт = word image 1280 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт ), а для колесных тракторов с одной ведущей осью word image 1281 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт ≈ 2/3 word image 1282 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт .

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

word image 1283 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

где word image 1284 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – 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

word image 1285 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

где word image 1286 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – сила сопротивления сдвигу с места нагрузочного устройства.

Достаточность силы сопротивления трактора как тормозного устройства при условии, что

word image 1287 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

где word image 1288 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – сила сопротивления сдвигу с места трактора [99].

При этом word image 1289 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт в соответствии с [99] может быть вычислено по формуле:

word image 1290 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

где word image 1291 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – предельная сила трения, которая возникает при стремлении сдвинуть одно тело по поверхности другого в плоскости соприкосновения тел; word image 1292 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – статический коэффициент трения; N – нормальная реакция.

word image 1293 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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 word image 1294 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт и силы сопротивления нагрузочного устройства word image 1295 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт от хода (перемещения) S машины при ее трогании с места, где word image 1296 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт и word image 1297 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – максимальное значение word image 1298 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – номинальная сила word image 1299 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт . Причем значения word image 1300 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт приняты по первой передаче трактора и характеризуют его тяговые свойства. Линия word image 1301 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт является характеристикой нагрузочного устройства: word image 1302 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт всегда больше word image 1303 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт Линии на графике с буквенными обозначениями ОАВ (ОАВF),+ ОАСD (ОАСDG) и ОАСЕ (ОАСЕН) – функции word image 1304 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

word image 1305 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

Pc, Pт,

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 word image 1306 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт > word image 1307 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт > word image 1308 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт : 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 word image 1309 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт и номинальной word image 1310 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт 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]:

word image 1311 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

Результаты расчетов показывают (табл. 2.2, рис. 2.10), что при реализации обоих вариантов испытаний сила тяги word image 1312 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт трактора уменьшается с увеличением порядкового номера передач – пропорционально их передаточным числам трансмиссии word image 1313 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт . Наибольшее значение измеряемой силы тяги word image 1314 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт по всем передачам наблюдается при фиксации word image 1315 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт , наименьшее – при word image 1316 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт . Причем с повышением порядкового номера передач (с уменьшением передаточного числа word image 1317 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт ) разность измеренных значений word image 1318 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт сокращается, но несущественно. Так, на первой передаче она составляет 8,1 кН, на седьмой – 3,5 кН. Значение word image 1319 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт существенно изменяется при переходе от первой передачи к седьмой: в 2,38 и в 2,17 раза соответственно при измерении силы тяги word image 1320 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт на основе фиксации word image 1321 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

Следовательно, если исходить из того, что чем меньше измеряемое значение word image 1322 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт , тем лучше, то с этой точки зрения наиболее предпочтительным является вариант испытаний при фиксации word image 1323 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт , который следует осуществлять на высшей передаче.

Теперь проанализируем потенциальную (возможную) погрешность определения word image 1324 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт . Из табл. 2.1 имеем следующие формулы для вычисления word image 1325 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – (2.39), (2.41):

word image 1326 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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 word image 1327 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт 51,7 45,9 41,3 37,0 33,3 27,5 24,2
при word image 1328 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт 43,6 39,1 35,2 31,6 28,4 23,4 20,7
Примечание – В скобках указаны передаточные числа трансмиссии

word image 1329 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

Рисунок 2.10 – Изменение силы тяги word image 1330 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт по передачам трактора ДТ-75М при ее фиксировании на основе измерения word image 1331 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт 1 (●) и word image 1332 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт 2 (○)

(точки расчетные – по табл. 2.2)

На первом этапе классифицируем все факторы, влияющие на результат определения word image 1333 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт по следующим признакам:

а) переменные, получаемые в результате измерений, а также контролируемые при выполнении измерений: word image 1334 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – (2.61); word image 1335 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт , word image 1336 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – (2.62); в (2.62) word image 1337 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт нет, но этот параметр относится к контролируемому при измерении word image 1338 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт ;

б) условно постоянные факторы, принятые за постоянные величины: word image 1339 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – (2.61), (2.62);

в) постоянные, являющиеся конструктивными параметрами трактора: word image 1340 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт и word image 1341 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – (2.61), (2.62), а также эксплуатационными характеристиками – word image 1342 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт и word image 1343 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – (2.61); word image 1344 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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 ( word image 1345 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт ) и постоянные ( word image 1346 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт , word image 1347 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт и word image 1348 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт , word image 1349 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт , word image 1350 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт ) факторы не влияют на погрешность определения эффективной мощности двигателя word image 1351 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт , то наиболее предпочтительным по точности является вариант испытаний трактора при максимальной силе тяги word image 1352 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт 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 word image 1353 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт 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

word image 1354 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

вала двигателя word image 1355 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт . В результате имеет место две среднеквадратических погрешности word image 1356 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт (принято, что они распределяются по закону Гаусса): среднеквадратическая погрешность измерения word image 1357 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт и контроля word image 1358 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт . Причем первая погрешность – это инструментальная погрешность динамометра (дифференциальная функция word image 1359 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт ), вторая – погрешность тахометра (дифференциальная функция word image 1360 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт ). Для сравнения: при реализации режима испытаний с измерением максимальной силы тяги word image 1361 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт частоту вращения коленчатого вала не контролируют, поскольку процесс испытаний протекает до обнаружения неустойчивой работы двигателя или до его остановки. В

word image 1362 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

Рисунок 2.11 – Графическая иллюстрация формирования погрешности определения тяговой мощности трактора (эффективной мощности двигателя) в процессе тяговых испытаний: word image 1363 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – средние квадратические отклонения – среднеквадратическая погрешность измерений word image 1364 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт (другие обозначения в тексте)

этом случае имеет место только одна погрешность word image 1365 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт (дифференциальная функция word image 1366 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт ), обусловленная измерением word image 1367 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт .

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 word image 1368 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт (сила тяги трактора и масса расхода топлива за единицу времени) и выходные word image 1369 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт (тяговая мощность трактора и эффективная мощность двигателя, а также соответствующий им расход топлива) переменные величины имеют детерминированную (неслучайную) функциональную зависимость word image 1370 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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

word image 1371 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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].

28

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.

word image 1372 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

где word image 1373 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – максимальный крутящий момент двигателя; word image 1374 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – передаточное число трансмиссии; word image 1375 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – максимальная касательная сила тяги; word image 1376 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – радиус качения.

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

word image 1377 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

Поскольку экспериментальное определение word image 1378 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт без снятия двигателя с трактора затруднено из-за отсутствия соответствующих методов и средств, то от word image 1379 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт перейдем к word image 1380 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт . 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 = word image 1381 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт ) примет вид:

word image 1382 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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

Средства измерения номинальной силы тяги word image 1383 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт (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)

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]:

word image 1384 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

где word image 1385 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – квантиль нормального распределения – в соответствии с доверительной вероятностью word image 1386 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт ; word image 1387 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – коэффициент вариации; word image 1388 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – относительная ошибка.

word image 1389 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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

word image 1390 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

31

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

word image 1391 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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].

 

word image 1392 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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: word image 1393 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт .

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

МТЗ-ДС-IХ-Н
Макси-

мальная

Динамометр

специальный

МТЗ-ДС-IХ-М

Средства измерения номинальной word image 1394 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВти максимальной word image 1395 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт 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).

32

Рисунок 3.6 – Динамометр экспериментальный гидравлический ДГЭ-100

33

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 word image 1396 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт (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).

word image 1397 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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 word image 1398 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт вычисляют как модуль разности word image 1399 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – по формуле:

word image 1400 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

где word image 1401 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – математическое ожидание результата определения показателя с применением эталонного метода и i-го варианта экспериментального метода.

При этом считают, что если расхождение word image 1402 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт существенно, то word image 1403 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт принимают за систематическую погрешность. Если это расхождение несущественно, то полагают, что такая погрешность отсутствует, и в этом случае находят абсолютную word image 1404 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт и относительную word image 1405 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт погрешность по формулам:

word image 1406 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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 word image 1407 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт ( word image 1408 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт не менее 0,95) по следующим формулам.

Абсолютная ошибка, вычисленная:

word image 1409 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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:

word image 1410 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

2. Находят модуль разности word image 1411 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт (абсолютную величину разности между эмпирическими средними)

word image 1412 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

 

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

word image 1413 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

word image 1414 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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 word image 1415 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт по совокупности п учитываемых выходных величин оценивается выражением [65]:

word image 1416 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

где word image 1417 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – относительная погрешность; word image 1418 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – выходная величина i-параметра, принятая за действительную – вычисленная без учета отклонений случайных величин; word image 1419 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – выходная величина того же i-го параметра, вычисленная с учетом отклонений случайных величин.

Найдем математическое описание погрешности модели эффективной номинальной мощности двигателя word image 1420 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт .

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

word image 1421 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

Для простоты дальнейшего изложения обозначим word image 1422 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт = word image 1423 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт , word image 1424 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт = word image 1425 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт и тогда (3.26) примет вид:

word image 1426 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

Определим расчетное (среднее) и действительное значения выходной величины word image 1427 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт .

word image 1428 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

word image 1429 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

Подставим в (3.25) найденные значения (3.28), а также (3.29) или (3.30) и после упрощения получим word image 1430 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – относительную погрешность математической модели определения эффективной мощности двигателя при нагружении трактора максимальной силой тяги, обусловленную погрешностью динамометра:

word image 1431 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

word image 1432 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

где word image 1433 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – нижняя или верхняя доверительная граница при определении word image 1434 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – среднее квадратическое отклонение случайной величины word image 1435 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт .

Теперь найдем в соответствии с (3.25) суммарную погрешность математической модели word image 1436 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт , обусловленную погрешностью динамометра и определения word image 1437 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт при нагружении трактора максимальной силой тяги:

word image 1438 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

Полученные результаты обобщены и сведены в табл. 3.6. Их анализ показывает, что при постоянных значениях word image 1439 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт , word image 1440 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт и word image 1441 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт основными источниками погрешности математических моделей эффективной мощности двигателя word image 1442 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт являются соответствующие им средние квадратичекие отклонения word image 1443 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт (среднеквадратические погрешности динамометра), а также среднее квадратическое отклонение word image 1444 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт .

Таблица 3.6 – Математические описания погрешности моделей и

основные источники погрешности

word image 1445 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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 word image 1446 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт окажется больше чем word image 1447 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт . Отсюда, следует иметь в виду, что значения word image 1448 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт 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 word image 1449 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт зависит в основном от инструментальной погрешности динамометра.

Для получения числовых значений погрешности word image 1450 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт и word image 1451 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт (табл. 3.6) нужны экспериментальные данные, по которым предварительно должны быть вычислены математические ожидания word image 1452 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт а также средние квадратические отклонения word image 1453 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

Таким образом, данная методика позволяет оценить погрешность математических моделей эффективной мощности двигателя word image 1454 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт (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.

21 24

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 word image 1455 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт word image 1456 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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

word image 1457 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт буксование трактора, воздействующего на тормозное устройство, наблюдается – оценка события: «нет»,

word image 1458 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт перемещение тормозного устройства наблюдается – оценка события: «нет»,

где word image 1459 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – сила сопротивления сдвигу с места тормозного устройства (стенда) или трактора, используемого в качестве тормозного устройства; word image 1460 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – максимальная сила тяги трактора, воздействующего на тормозное устройство; word image 1461 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – 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.

16

18

 

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 word image 1462 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт 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 word image 1463 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт , кроме того, во втором случае word image 1464 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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 word image 1465 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт на первом этапе были получены экспериментальные данные по тракторам ДТ-75М и МТЗ-80/82, к которым относятся номинальная сила тяги word image 1466 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт трактора и номинальная эффективная мощность word image 1467 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт 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 word image 1468 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт и word image 1469 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт 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 word image 1470 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт по средним (из трех измерений по каждому трактору) данным word image 1471 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт и word image 1472 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт при известных справочных параметрах word image 1473 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт (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 word image 1474 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт 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.

09

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 word image 1475 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт 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 word image 1476 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт 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

word image 1477 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

word image 1478 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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]

word image 1479 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

где word image 1480 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – КПД цилиндрической передачи (находится в пределах от 0,95 до 0,98, среднее значение – 0,965); word image 1481 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – КПД конической передачи (в

Таблица 4.3 – Результаты оценки существенности отличий

математических ожиданий КПД трансмиссии тракторов

ДТ-75М и МТЗ-80/82

word image 1482 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

пределах от 0,94 до 0,96, среднее – 0,95). В нашем случае word image 1483 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт = 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

02

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 word image 1484 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт 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 word image 1485 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт 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.

 

word image 1486 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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 word image 1487 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт 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

word image 1488 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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 word image 1489 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт 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 word image 1490 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт 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 word image 1491 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт , равный 1,0 кВт, является систематической ошибкой, которую нужно учитывать при использовании экспериментального динамометра ДГЭ-100.

 

word image 1492 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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

 

word image 1493 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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 word image 1494 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт 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 word image 1495 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт 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

word image 1496 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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

word image 1497 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

Романовского 15,91 > 3. Модуль разности word image 1498 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт 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

word image 1499 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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:

word image 1500 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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

word image 1501 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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

word image 1502 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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.

word image 1503 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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 word image 1504 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт , при отсутствии движения трактора она принята равной касательной силе тяги [96, 118]:

word image 1505 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

где word image 1506 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – номинальная сила тяги трактора, кН; word image 1507 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – номинальная эффективная мощность двигателя, кВт; word image 1508 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – передаточное отношение трансмиссии от коленчатого вала к оси ведущих колес трактора; word image 1509 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – механический или гидромеханический КПД трансмиссии; word image 1510 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – радиус качения, м; word image 1511 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – частота вращения коленчатого вала двигателя на номинальном скоростном режиме, с-1.

Расчетная номинальная сила тяги по передачам word image 1512 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – из (5.1):

word image 1513 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

где word image 1514 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – передаточное отношение трансмиссии от коленчатого вала к оси ведущих колес трактора при включенной п-передаче.

Расчетная максимальная сила тяги трактора по передачам word image 1515 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – из (5.2) с учетом коэффициента приспособляемости двигателя word image 1516 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт :

word image 1517 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

где word image 1518 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – расчетная максимальная сила тяги трактора, вычисленная по п-передаче, кН.

При этом

word image 1519 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

или

word image 1520 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

или

word image 1521 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

где word image 1522 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт , word image 1523 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – максимальный (в режиме перегрузки) и номинальный крутящий момент двигателя, Н·м; word image 1524 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – частота вращения коленчатого вала двигателя при его максимальном крутящем моменте. Для тракторных дизелей word image 1525 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт 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 word image 1526 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт (кН) –

word image 1527 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

где word image 1528 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – максимальная сила тяги трактора, измеренная при включенной п-передаче, кН.

Расчетно-экспериментальное значение эффективной номинальной мощности двигателя word image 1529 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт находят по одной из передач – из (5.2):

word image 1530 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

где word image 1531 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – в кВт.

Умножив обе части (5.8) на word image 1532 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт , получим расчетно-экспериментальное значение номинальной тяговой мощности трактора word image 1533 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт , которое может быть найдено так же по одной из передач:

word image 1534 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

Полученные результаты сведены в табл. 5.2. Графическая иллюстрация функций word image 1535 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт и их взаимосвязи показана на рис. 5.2. При этом функции word image 1536 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт 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

 

word image 1537 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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

word image 1538 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт графики представляют собой регуляторную характеристику двигателя и отражают соответствующие графики тяговой характеристики данного трактора.

Эффективная номинальная мощность двигателя одинакова по всем

 

word image 1539 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

Рисунок 5.2 – Графическая иллюстрация функций word image 1540 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт 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 word image 1541 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт и максимальную word image 1542 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт силу тяги по передачам, а по известному экспериментальному значению максимальной силы тяги по передачам word image 1543 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – ее расчетно-экспериментальное значение word image 1544 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт , а также расчетно-экспериментальные значения номинальной тяговой мощности трактора word image 1545 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт и его двигателя word image 1546 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт . 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

word image 1547 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

где word image 1548 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – максимальная сила тяги трактора, измеренная при включенной п-передаче; word image 1549 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – допускаемая для измерения максимальная сила тяги.

Однако найти значение word image 1550 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт 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 word image 1551 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт трактора. Тогда значение word image 1552 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт может быт вычислено по формулам:

word image 1553 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

где word image 1554 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – допускаемая для измерения максимальная сила тяги по колесным и гусеничным тракторам; word image 1555 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт – 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 word image 1556 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт по (5.16)-(5.17) приняты следующие данные: word image 1557 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт (результаты, выполненных нами исследований, которые для сокращения объема материала здесь не приводятся), word image 1558 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт = 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

word image 1559 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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
Тензодатчики для ДОР
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 word image 1560 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт (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 word image 1561 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт вычислены по формуле (5.3)-(5.11) – по примеру (5.18) при номинальной эффективной мощности двигателя – word image 1562 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт = 309 кВт, статистическом радиусе качения колеса – word image 1563 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт = 0,8 м, КПД трансмиссии – word image 1564 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт = 0,96 (для исправной трансмиссии) и коэффициенте приспособляемости двигателя – word image 1565 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт = 1,4 (для современных тракторов повышенной мощности). При этом передаточные числа трансмиссии word image 1566 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт 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 word image 1567 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт для четвертой передачи четвертого режима трактора К-744Р4 мощностью 309 кВт:

word image 1568 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

Таблица 5.5 – Расчетные значения максимальной силы тяги трактора (на

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

word image 1569 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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

 

word image 1570 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

word image 1571 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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 LД – в соответствии с рис. 5.5:

LД = LШmax + 2LЗ (5.20)

или по (5.20) получим

LД = 630 + 2·50 = 730 мм,

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

Ширина лонжерона LЛ (высота швеллера h) с учетом просвета (свободного размера LС):

LЛ = 0,5(LД – LС) (5.21)

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

Ширина платформы LПЛ – в соответствии с рис. 5.5:

LПЛ = LК + LД + 2LСБ (5.22)

или по (5.22) получим

LПЛ = 2115 + 730 + 2·100 = 3045 мм,

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

Расчет длины платформы для К-744.

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

DБД = D + DБ + DП + DД + DН + D (5.23)

или по (5.23) получим

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

где D – длина свободной передней части беговой дорожки (лонжерона); DБ – 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); DП – ширина просвета между швеллерами передней балки; DД – часть длины дорожки, необходимой для размещения динамометра; DН – длина от свободного конца механизма навески до вертикальной плоскости, проходящей через ось

word image 1572 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

word image 1573 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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

word image 1574 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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 – длина свободной задней части беговой дорожки.Длина мостика DМ – по формуле

word image 1575 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

где НЛ – 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 DПЛ (в сборе с мостиком) – в соответствии с рис. 5.5 по формуле:

DПЛ = DБД + DМ (5.25)

или по (5.25) получим

DПЛ = 3230 + 191 = 3421 мм.

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

ПВ = 0,5LК – 0,5LД – ПС, (5.26)

ПН = 0,5LК + 0,5LД + ПС (5.27)

или по (5.26)-(5.27) получим

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

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

где ПВ – положение внутренней точки прорези на оси симметрии балки – расстояние от оси симметрии платформы до начала прорези; ПН – положение наружной точки прорези на оси симметрии балки – расстояние от оси симметрии платформы до конца прорези; ПС – 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 – LК = 2115 мм. Во избежание увеличения размеров платформы по ширине примем LК 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 LК К-744 подходит для МТЗ-1221: ПН ≈ 1448 мм. Параметр ПВ для трактора МТЗ-1221 при LК = 1600 мм, вычисленный по (5.26), составит

ПВ = 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: ПВ = 410 мм, ПН = 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 ПВ. По (5.26) при LК = 1330 мм получим

ПВ = 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 ПВ и ПН: ПВ = 275 мм, ПН = 1448 мм.

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

LЗБ = 0,5LПЛ – ПВ + LСБ – ПС (5.28)

или по (5.28) получим

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

Длина коврика DК – в соответствии с рис. 5.5:

DК = DН + D (5.29)

или по (5.29) получим

DК = 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 –

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

или по формуле (5.30) получим

МП = 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

word image 1576 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

word image 1577 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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 НСТ – в соответствии с рис. 5.6 (по задней стойке 7), в мм:

НСТ = Н1 + НВ + НН (5.31)

или по (5.31) получим

НСТ = 600 + 200 + 100 = 900 мм,

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

Длина лонжерона 4 LЛ, в мм:

LЛ = L1 + L2 – 2LД (5.32)

или по (5.32) получим

LЛ = 640 + 540 – 2·40 = 1100 мм,

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

Длина фиксатора 8 LФ, в мм:

LФ = 1,3LЛ + 2LД (5.33)

или по (5.33) получим

LФ = 1,3·1100 + 2·40 = 1510 мм.

Ширина углубления основания 1 D, в мм:

D = 2DФ + 2DСТ + DЛ (5.34)

или по (5.34) получим

D = 2·100 + 2·80 + 200 = 560 мм,

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

Габаритные размеры силового модуля в сборе, мм:

● длина модуля LМ равна длине лонжерона 4 (LМ = LЛ) – 1100 мм;

● высота модуля НМ

НМ = Н1 + Н2 + НВ + НН (5.35)

или по (5.35) получим

НМ = 600 + 400 + 200 + 100 = 1300 мм;

● ширина модуля DМ

DМ = 2DСТ + DЛ (5.36)

или по (5.36) получим

DМ = 2·80 + 200 = 360 мм.

Объем углубления QУ, м3:

QУ = SУD = [Н1(L1 + L2) + Н2L1]D (5.37)

или по (5.37) получим

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

где SУ – 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 МО (кг) вычислена по формуле – в соответствии с данными табл. 5.7 –

МО = N2-7·M2-7 + N4·M4 + N5-6·M5-6 + N3-9·M3-9 + N8·M8 (5.38)

или по формуле (5.38) получим

МО = 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 –

ММ = N2-7·M2-7 + N4·M4 + N5-6·M5-6 (5.39)

или по формуле (5.38) получим

МО = 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.

word image 1578 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

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 word image 1579 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт и вычисленная при рабочей деформации word image 1580 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт , равной 100 мм; Н/мм – по формуле

word image 1581 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 до 600 кВт

Таблица 5.9 – Результаты расчета параметров деформируемого

элемента амортизаторов для тяговых испытаний тракторов

мощностью от 100 до 600 кВт

word image 1582 Разработка передвижных тяговых лабораторий для испытания тракторов мощностью: от 100 до 250 кВт; от 250 до 400 кВт; от 400 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: