Повышение эксплуатационных показателей мта с колесным трактором класса 1,4 за счет применения упругой навески и гидравлического увеличителя сцепного веса на почвах пониженной влажности
На правах рукописи
АБИДУЛИН Сергей Назымович
ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ МТА
С КОЛЕСНЫМ ТРАКТОРОМ КЛАССА 1,4
ЗА СЧЕТ ПРИМЕНЕНИЯ УПРУГОЙ НАВЕСКИ И
ГИДРАВЛИЧЕСКОГО УВЕЛИЧИТЕЛЯ СЦЕПНОГО ВЕСА
НА ПОЧВАХ ПОНИЖЕННОЙ ВЛАЖНОСТИ
Специальность 05.20.01 – Технологии и средства механизации
сельского хозяйства
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Волгоград 2009 2
Работа выполнена на кафедре: «Тракторы, автомобили, теплотехни ка» ФГОУ ВПО «Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия»
Научный руководитель: заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Кузнецов Николай Григорьевич
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Ляшенко Михаил Вольфредович кандидат технических наук, доцент Жидков Георгий Иванович
Ведущая организация – ОАО «Тракторная компания «ВГТЗ»
Защита диссертации состоится «19» октября 2009 г. в 12.30 часов на заседании диссертационного совета Д 220.008.02 при ФГОУ ВПО «Вол гоградская государственная сельскохозяйственная академия» по адресу:
400002, г. Волгоград, проспект Университетский, 8, ауд. 214.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВГСХА Автореферат разослан «17» сентября 2009 г. и размещен на сайте http: // www. vgsha. ru
Ученый секретарь диссертационного совета, д. с.-х. н., профессор А.И.Ряд нов
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы исследования.
При использовании колесных тракторов на скоростях 6…9 км/ч на почвах пониженной влажности, характерных для проведения технологиче ских операций в засушливый период или после уборки озимых культур, отмечен негативный результат: чрезмерное увеличение динамических на грузок, связанных с увеличением частоты и амплитуды колебаний машин но-тракторного агрегата и обусловленных наличием неровностей на по верхности поля, а также неоднородностью структурного состава сухой почвы. Все перечисленные факторы отрицательно сказываются на энерге тических и экологических показателях работы машинно-тракторных агре гатов (МТА).
Наиболее перспективными мерами стабилизации нагрузочных режи мов трактора в составе МТА и борьбы с негативными последствиями уве личения динамичности являются: введение упругих звеньев в отдельные механизмы трактора (в систему “валопровод”, т.е. муфту сцепления, дви жители, механизм навески, непосредственно в крепление рабочих органов), использование догружающих устройств и двигателей постоянной мощности (ДПМ).
В связи со сказанным особую актуальность приобретают разработка и научное обоснование применения в МТА набора конструктивных реше ний, в частности, комбинированное применение упругой связи в навеске и догружающего устройства для оптимизации режима их работы, направлен ные на наиболее полное использование тяговых, энергетических ресурсов трактора и повышения экологических показателей.
Целью исследования является повышение эффективности исполь зования колесных тракторов класса 1,4 в составе с.-х. МТА на почвах по ниженной влажности и снижение буксования движителей до экологически безопасных величин за счет комбинированного использования механиче ской упругой навески и гидравлического увеличителя сцепного веса.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следую щие задачи исследования:
1. Подготовить модификацию трактора МТЗ-80Л, оборудованного гидравлическим увеличителем сцепного веса и упругим навесным устрой ством.
2. На основе анализа особенностей влияния каждого из названных устройств на величину буксования провести теоретические исследования возможной эффективности использования МТА на сухих почвах при сов местном применении механического упругого элемента в навеске трактора и гидравлического увеличителя сцепного веса (ГСВ) путем оптимизации параметров опытного трактора на равных эксплуатационных режимах.
3. Выявить на базе теоретического исследования необходимые реги стрируемые параметры, характеризующие эффективность работы агрегата.
4. Разработать методику эксперимента и провести сравнительные ис пытания серийного и опытного образов трактора МТЗ-80Л в полевых усло виях для проверки эффективности комбинированного использования упру гой навески и гидродогружателя сцепного веса при выполнении энергоем ких технологических операций.
5. Произвести расчет технико-экономических показателей трактора МТЗ-80Л с предложенным механизмом навески и гидродогружателем сцепного веса.
6. На основе анализа результатов полевых испытаний разработать ре комендации к внедрению модификации трактора МТЗ-80Л, включающего навеску с механическим упругим элементом и гидравлический увеличи тель сцепного веса.
Объект исследования. Сельскохозяйственный колесный трактор об щего назначения МТЗ-80Л, оборудованный экспериментальным механиз мом навески с горизонтально расположенными механическими упругими элементами и гидравлическим увеличителем сцепного веса (ГСВ) в агрега те с плугом ПЛН-3-35 и культиватором КРН-4,2.
Методика исследования. Общая методика исследований предусмат ривала теоретический анализ рабочих гипотез, их экспериментальную про верку в полевых условиях и экономическую оценку результатов работы.
Сравнительные испытания трактора МТЗ-80Л проводились в поле вых условиях на основе общепринятых методик, а также частных методик, разработанных автором.
Научной новизной работы являются:
1. Способ повышения эффективности использования колесного трак тора МТЗ-80Л за счет совместного применения упругой навесной системы и гидравлического увеличителя сцепного веса;
2. Математическая модель одновременного влияния механического и гидравлического догружателей на изменение величины сцепного веса трактора и графо-аналитический метод определения необходимого давле ния подпора для снижения коэффициента буксования до допустимого при использовании ГСВ без применения упругой навески и при комбинирован ной работе ГСВ и упругой навески;
3. Эффективность комбинированного применения упругой навески и ГСВ на тракторах класса 1,4 при работе на почвах пониженной влажности.
На защиту выносятся:
1. Математическая модель по оценке влияния механического и гид равлического догружателей на величину сцепного веса трактора и опти мальное давление подпора в ГСВ;
2. Методика графо-аналитического определения необходимого (оп тимального) давления подпора для снижения коэффициента буксования до допустимого при текущем тяговом сопротивлении с учетом индивидуаль ного использования ГСВ и ограничительного давления подпора с учетом комбинированного использования ГСВ и УН при динамическом нагруже нии МТА;
3. Техническое решение и результаты сравнительных полевых испы таний тракторных МТА, серийного и оборудованного ГСВ и опытной на веской, на почвах пониженной влажности;
4. Оценка эффективности комбинированного применения упругой навески и ГСВ на тракторах класса 1,4 при работе на почвах пониженной влажности.
Практическая ценность и реализация результатов работы состо ит в обосновании целесообразности комбинированного использования упругой механической навески и гидроувеличителя сцепного веса на трак торе класса 1,4 при проведении энергоемких технологических операций на почвах пониженной влажности. Совместное использование этих устройств позволяет повысить производительность агрегата, топливную экономич ность и снизить эрозионную опасность, а также дополнительно расширить перечень операций, выполняемых тракторами класса 1,4 в мелких фермер ских хозяйствах.
Результаты работы могут быть использованы при разработке автома тизированных систем коррекции вертикальных нагрузок, совмещенных с упругими устройствами в навесках колесных тракторов, а также в учебных процессах сельскохозяйственных вузов.
Апробация работы. Результаты исследований доложены и одобре ны на научно-технических конференциях Волгоградской государственной сельскохозяйственной академии и на межвузовских научно-практических конференциях студентов и молодых ученых (2004…2006 гг.) Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 5 печатных работах общим объемом 2,1 печатных листа, личный вклад автора составляет 1,1 печатных листа.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов и списка использованных ис точников из 146 наименований и 22 приложений. Работа изложена на страницах, из них 131 страниц текста, 5 таблиц, 45 рисунков.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы, указывается цель ис следования, формулируются основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования» выпол нен обзор научных исследований, посвященных повышению тяговых воз можностей колесных сельскохозяйственных тракторов для использования их на повышенных скоростях и в условиях динамического нагружения.
Анализ источников показал, что для повышения тяговых возможно стей могут применяться методы, как прямого воздействия на упрочнение пятна контакта путем повышения сцепного веса (значительная балласти ровка трактора, использование догружателей ведущих колес), так и кос венного воздействия - путем снижения динамической нагрузки, передавае мой в зону пятна контакта (применение упругих элементов в валопроводе, подвеске, прицепных и навесных устройствах;
использование двигателей постоянной мощности).
Исследованию проблем в этих областях посвящены работы Автоно мова В.В., Агеева Л.Е., Аниловича В.Я., Гребнева В.П., Жутова А.Г., Ионас Я.Б., Касапа И.Ф., Кривова В.Г., Кузнецова Н.Г., Малюгина Г.Г., Моминбаева Б.К., Нуржакова А.Н., Строкова В.Л., Шведова В.Н. и др.
Различные научные исследования показывают, что введение упругой связи в отдельные механизмы трактора позволяет снизить динамичность протекающих процессов, то есть уменьшить амплитуду колебаний нагруз ки, например, на валу двигателя или непосредственно на движителях трак тора, и попутно практически во всех случаях обеспечить некоторое пони жение коэффициента буксования. Однако только лишь одна эта мера не позволяет избавиться от значительного буксования, возникающего при об работке почв с сохранением технологического тягового сопротивления.
Последнее замечание указывает на возможность использования ком бинации способов и устройств, способствующих снижению коэффициента буксования до допустимых норм, исключающих повышенное истирание почвы движителями и повышающих тяговые возможности трактора при динамическом нагружении агрегата.
Предлагаемой комбинацией может стать совместное применение упругих элементов в навеске трактора, снижающих динамичность форми рующегося тягового усилия, и гидроувеличителя сцепного веса (ГСВ), способствующего повышению несущей способности почвы за счет увели ченного сопротивления ее горизонтальной деформации со всеми вытекаю щими последствиями. Такой комбинированный способ стабилизации ре жимов нагружения трактора при работе в составе МТА должен объединить индивидуальную эффективность каждого из устройств, работа которых основывается на различных путях достижения результата.
Вторая глава «Теоретическое обоснование возможности повыше ния эффективности работы МТА» посвящена анализу тягово-сцепных свойств колесного трактора на почвах пониженной влажности как при ин дивидуальном использовании ГСВ, так и совместно с упругой навеской.
Для экспериментальной проверки теоретического анализа была под готовлена модификация трактора, оборудованного ГСВ и навеской с меха ническими упругими элементами, позволяющая сохранить стандартную компоновку гидроподъемного механизма и полностью использовать воз можности гидравлического контура, в том числе и для применения гидро догружателя (рис. 1).
Механизм навески состоит из неподвижной части 1, смонтированной на остове трактора, с жестко закрепленными на ней направляющей балкой 2 в виде бруса и винтовыми стержнями 4, и подвижной части 5, имеющей Г-образную форму. Подвижная часть навески с закрепленным на ней пол зуном 6 опирается на брус неподвижной части с одной стороны и на про дольные направляющие-ограничители 3 - с другой. Подвижная часть на вески в статическом состоянии поджимается к неподвижной части посред ством регулируемых, горизонтально расположенных пружин 7, установ ленных на винтовые стержни и зафиксированных регулировочными гайка ми 8. На подвижной части размещен механизм навески с сохранением ки нематических размеров. На горизонтальной поверхности подвижной части установлен подъемный силовой цилиндр 9, включенный в контур гидрав лического увеличителя сцепного веса 11 и гидроаккумулятора 12.
Рисунок 1 - Схема компоновки трактора с упругой механической навеской и гидравлическим догружателем За основу теоретического анализа была принята аналитическая зави симость для определения тягового сопротивления, предложенная проф.
Н.Г.Кузнецовым и идентичная ей по сути дробно-рациональная функция Куликова, являющаяся эталонной для трактора определенной конструкции с известным параметром k (для трактора МТЗ-80 k лежит в пределах 0,24 0,26).
k p =, где р=РТ/РТmax, 1 (1 k )p (1) 2с (B + 2t н )r0 2c ( B + 2 t н ) S b S b Q Вт 0 + tg ( ) РТ = + µ QВ QВт S, S Cre Сr (2) где QВ – вертикальная нагрузка на ведущее колесо;
S – шаг почвозацепов;
b – ширина почвозацепа;
QВт – вертикальная нагрузка колеса, приходящаяся на поверхность колеса, расположенную между почвозацепами;
В – ширина шины;
Сr – радиальная жесткость шины Н*м/рад;
с0 – коэффициент сцепления почвы (Н/м2);
– угол внутреннего трения почвенных частиц в законе Кулона;
tн – наружная высота почвозацепа;
– коэффици ент трения резины о почву;
– текущее значение буксования;
е – деформация шины.
Объединение этих зависимостей в систему взаимодополняющих урав нений дает возможность нахождения основных параметров, влияющих на величину максимально реализуемого тягового усилия РТmax, а следователь но, и определения величины буксования при заданных условиях нагруже ния с упрощением теоретических расчетов.
Анализ первого уравнения системы свидетельствует о том, что при различной степени нагружения исследуемого трактора допустимый коэф фициент буксования =0,1…0,12 всегда будет соответствовать определен ному диапазону относительного тягового усилия р=0,35…0,4 (рис. 2), а при изменении условий нагружения (характера нагружения, величины сцепного веса и т.д.) трансформации будет подвергаться параметр макси мально реализуемого тягового усилия PTmax, а следовательно, и текущая величина буксования (рис. 3).
Ртmax1 Ртmax 0, 0,6 1 0, 2 0, доп Рт 0 р Р т экспл 1 Рт 0 0,2 0,4 0,6 0,8 Рисунок 3 - Зависимость коэффициента Рисунок 2 - Зависимость коэффициента буксования от величины максимального буксования от относительного толкающего тягового усилия усилия tg. % 40 а/g 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1, Рисунок 4 - Зависимость коэффициента внутреннего трения в почве в относительных единицах к стационарной величине от ускорения колебаний Полное буксование движителей трактора, нагруженного крюковым усилием, характеризуется суммой буксования при стационарном нагруже нии и добавочного буксования, вызванного усилением колебательных яв лений, т.е. динамической составляющей:
= ст +, (3) где ст - стационарная величина буксования;
- динамическая составляющая буксо вания.
При вибрационной нагруженности агрегата на почвах пониженной влажности на величину РТmax окажет влияние главным образом изменение угла внутреннего трения в почве, который определяет касательные напряжения в почве по закону Кулона. Поэтому для нахождения условий нагружения при заданной частоте изменения динамического нагружения и определения динамической составляющей коэффициента буксования, можно не проделывать полных расчетов, а в соответствии с процентным уменьшением коэффициента внутреннего трения, устанавливаемого гра фической зависимостью tg=f(a/g) (рис. 4), изменить максимальное тяго вое усилие по сцеплению РТmax или текущее значение РТ, определив, тем са мым, условия стационарности текущего нагружения:
РТ PТ = стац. (4) [ % tg( )/100] стац Полученное значение PТ позволяет судить о максимально возмож ном теоретическом снижении буксования на величину динамической со ставляющей в заданных текущих условиях, а также характеризует мак симально возможный теоретический эффект от применения упругой навес ки.
При комбинированном использовании ГСВ и УН необходимо выпол нить условие, при котором часть функции по существенному снижению буксования до установления допустимой величины при одновременном сохранении технологического тягового сопротивления должна принять на себя упругая навеска, тем самым, снизив степень участия в этом ГСВ пу тем понижения давления подпора на соответствующую величину.
орудия при работе с гидродогружателем Рисунок 5 - Схема сил, действующих на вывешенную часть В разделе показано, что на вывешенную часть веса орудия влияет как величина давления подпора в ГСВ и удаленность центра тяжести орудия, так и положение мгновенной точки прицепа (рис. 5):
рSn 2 ( n 1 cos П + к 2 + L C )(sin Р cos Р tg П ) В G0 =. (5) n 3 ( L К + n 4 cos П + к 2 + L C ) Причем установлено, что для вывешивания одного и того же веса раз личное положение тяг навески (положение мгновенной точки прицепа) со ответствует различному диапазону давлений подпора. С увеличением по люсного расстояния LC при сохранении давления подпора вывешенный вес будет увеличиваться.
Показано, что вертикальная догрузка Y заднего моста трактора за счет использования части веса обрабатывающего орудия осуществляется одновременным влиянием как механического догружателя (усилием на крюке и положением тяг навески), так и применением гидродогружателя.
Тогда полная вертикальная реакция со стороны ведущего моста будет иметь вид:
YВ = 2Q В = YВ + Y = YВ + YВ КР + YВ + Р КР, Р ГСВ ст ст (6) ст где YВ - статическая реакция на ведущем мосту;
YВ КР - изменение реакции от при Р ГСВ+ Р ложения крюкового усилия;
YВ КР - изменение реакции ведущего моста от ис пользования ГСВ и измененной величины крюкового сопротивления в результате гид родогрузки.
Воздействие гидродогружателя на уменьшение опорной реакции ору дия приведет к уменьшению крюкового усилия на величину части сопро В тивлений с.-х. машины G 0 f 0 :
/ Г Г В Г PКР = PКР G 0 f 0 = PКР pSi н f 0. (7) Изменение результирующей сопротивления орудия в части указанных сил трения окажет самостоятельное воздействие на изменение вертикальных реакций на самом орудии, что дополнительно отразится на реакциях в тя гах навески и на изменении диапазона давлений подпора. Данная особен ность в уравнении (6) отражена составляющей YВ + РКР.
ГСВ По зависимости (6) произведен расчет вертикальных нагрузок, прихо дящихся на одно ведущее колесо, в зависимости от реализуемого крюково го сопротивления при различном давлении подпора ГСВ (рис. 6). На диа грамму нанесена расчетная зависимость максимального крюкового сопро тивления в диапазоне давлений ГСВ, влияющего на ухудшение устойчиво сти хода плуга по глубине обработки. Из графика видно, что для рабочих крюковых усилий максимальная величина давления подпора должна огра ничиваться на уровне 0,9 – 1,1 МПа.
Суммарное сопротивление трактора во всех случаях при использова нии ГСВ возрастает за счет более интенсивного роста сопротивления веду щего моста при его вертикальной догрузке за счет части веса обрабатыва ющего орудия. А сопротивление направляющего моста уменьшается по мере его разгрузки. Причем буксование движителей само по себе дополни тельно отражается на величине их сопротивления на перемещение.
Ркр, кгс а Па а а а а МП МП МП МП МП 0М 1, 1, 0, 1, 0, 1700 Рисунок 6 - Расчетные 1600 зависимости верти кальной нагрузки на ведущем колесе от 1400 Ymax(выгл)=f(Ркр) давления подпора в ГСВ на вспашке Y, 1650 кгс 1150 1200 1250 1300 1350 1400 1450 1500 1550 С повышением давления в ГСВ силовой к.п.д. f будет расти при вы полнении условия:
Р КР Р Тр Тр f Тр. (8) Р КР + Р КР Р f + Р f В ходе осуществления последовательной гидравлической догрузки трактора критерием возможного предела для повышения давления подпора должна являться такая дополнительная догрузка, при которой весь вы игрыш от последующего уменьшения буксования начнет перекрываться более интенсивным ростом потерь на перекатывание:
1 2 1. (9) 1 1 1 В разделе рассмотрен механизм оценки эффективности индивидуаль ного использования ГСВ и комбинирования ГСВ и УН. Входными пара метрами, определяющими обычные условия динамического нагружения, являлись: fдин - величина силового к.п.д. от воздействия крюкового сопро тивления;
дин - величина кинематического к.п.д..
При создании давления Р1 в ГСВ и достижения необходимой величи ны допустимого буксования справедливы следующие зависимости:
fР1 = fдин fР1 + f Р1, (10) Р1 = дин + Р1, (11) Х. Ч. = f, Р1 Р1 Р (12) где f Р - изменение силового к.п.д. при создании давления Р 1 в силовом цилиндре;
Р - изменение силового к.п.д. в результате понижения коэффициента буксования, f входящего в расчет сил сопротивления ведущего моста, за счет ГСВ;
- изменение Р кинематического к.п.д..
При комбинировании ГСВ и УН с понижением давления до величины Р2 предыдущие зависимости трансформируются:
fР 2 = fдин fР 2 + ( f Р 2 + f УН ), (13) Р 2 = дин + ( Р 2 + УН ), (14) Х2Ч. = fР 2 Р 2, Р (15).
УН где f - изменение силового к.п.д. в результате понижения буксования за счет применения УН, - изменение кинематического к.п.д. за счет ликвидации дина УН мической составляющей буксования при использовании УН.
В обоих случаях изменения силового к.п.д. за счет снижения буксова ния приблизительно равны, то есть f Р1 f Р 2 + f УН. Изменения ки нематического к.п.д. также равны, поскольку рассматривается работа при допустимом буксовании. Различие наблюдается в величинах изменения си лового к.п.д. при создании различного давления подпора, то есть fР 2 fР1, а отсюда следует, что:
Х2Ч. Х1. Ч.
Р Р (16).
В разделе предложен алгоритм определения необходимой и достаточ ной догрузки трактора при комбинированном применении ГСВ и УН для соответствия текущего тягового усилия РТ1 допустимому диапазону буксо вания доп, состоящий из девяти шагов, которые подробно рассмотрены в диссертации. Результатом счета по этому алгоритму является необходимое давление подпора, обеспечивающее допустимый коэффициент буксования.
Рисунок 7 - Расчетная 0,38 зависимость буксова 0,34 ния от тягового сопро СН УН СН 0,3 тивления 0,26 ( серийная 0,22 УН навеска;
0,18 упругая на ГСВ (1,0 Мпа)+СН 0,14 веска;
ГСВ (0,8 Мпа)+УН дэ 0,1 серийная на 0,06 веска и ГСВ;
Рт=200 кгс Рт=200 кгс 0,02 1 2 3 упругая на Рт веска и ГСВ).
800 1300 На рисунке 7 представлены расчетные зависимости характерных ре жимов работы агрегата на вспашке при различной комбинации исследуе мых устройств с учетом обработки данных спектральных плотностей, по лученных в результате поискового эксперимента. Данные графиков пока зывают, что индивидуальное использование ГСВ с ограничением давления подпора по критерию устойчивости хода орудия по глубине на уровне 1, МПа не обеспечит полностью достижение допустимого буксования. Ком бинация ГСВ и УН приведет к понижению величины буксования до допу стимого уровня при возможности понижения давления в ГСВ до 0,8 МПа.
В третьей главе «Методика экспериментальных исследований» из ложена методика подготовки, проведения и обработки экспериментальных исследований, которая позволила получить необходимые данные для про верки результатов теоретических исследований.
Испытания трактора МТЗ-80Л проводились на вспашке в агрегате с плугом ПЛН 3-35 и на культивации в агрегате с культиватором КРН – 4,2.
При экспериментальном исследовании применялся сравнительный ме тод обработки экспериментальных данных при раздельном использовании серийной навески, ГСВ, упругой навески, и при совместном использова нии серийной навески и ГСВ, а также упругой навески и ГСВ. Исследова ния с ГСВ проводили при настройке на различное давление подпора.
Установка тяг в навеске соответствовала минимальному воздействию механического догружателя.
В соответствии с задачами экспериментальных исследований в каче стве регистрируемых параметров были выбраны показатели, оцениваю щие:
а) энергетические свойства МТА (горизонтальная составляющая тяго вого сопротивления Ркр;
горизонтальная составляющая толкающего усилия Fт;
крутящий момент на ведущих колесах Мк и расход топлива Gт);
б) динамические качества (действительный путь, пройденный тракто ром Lд;
теоретический путь, пройденный трактором Lт;
перемещение на вески X;
частота вращения коленчатого вала двигателя ;
вертикальная нагрузка на балку заднего моста Fв);
в) эксплуатационные качества – величина давления р в контуре ГСВ.
В соответствии с программой исследований на экспериментальном тракторе был установлен измерительный комплекс, состоящий из перенос ного компьютера типа NoteBook, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) Е-440 и соединительной платы.
Все сигналы, характеризующие измеряемые параметры, поступали от соответствующих датчиков на аналоговый вход АЦП, в котором преоб разовывались в сигнал, распознаваемый программой «PowerGraph»
компьютера, и отражалась на экране в реальном времени в виде осцилло графических графиков. Запись производилась со скоростью сигнала Гц.
Математическая обработка, статистический и спектральный анализ данных проводился с помощью вложенных функций программы «Power Graph».
В четвертой главе представлены результаты исследований колесного трактора с серийной и упругой навесками при различной степени исполь зования гидродогружателя.
Исследование работы МТА на сухих почвах при индивидуальном ис пользовании ГСВ позволило установить, что величина полученного на ис пытаниях технологического крюкового усилия (рис. 9) при отсутствии до грузки обеспечивается при коэффициенте буксования, превышающем до пустимый (рис. 10).
Ркр.,кгс б, % 1700 i=68. i=68. i=83,55 1500 20 i=83. i=110. i=110. i=142. 1300 i=142. Р, Р, МПа 1200 МПа 0,0 0,5 1,0 1, 0,0 0,5 1,0 1, Рисунок 9 - Зависимость крюкового усилия Рисунок 10 - Зависимость потерь на буксо вание от давления подпора при пахоте от давления подпора при пахоте, кгс V, км/ч 8,5 i=68. 525 i=68. 7, i=83. 6,5 i=83. i=110. 5,5 i=110. 4,5 i=142. i=142. Р, Р, 3,5 МПа МПа 0,0 0,5 1,0 1, 0 0,5 1 1, Рисунок 11 - Зависимость скорости дви- тического отклонения крюкового уси жения от давления подпора при пахоте лия от давления подпора при пахоте Рисунок 12 - Зависимость среднеквадра Увеличение скорости движения агрегата (рис. 11) понижением переда точного отношения до iтр=68,0 увеличивает усилие на крюке. Эта же тен денция сохраняется и с повышением давления подпора в силовом цилин дре.
Следует особо отметить, что с повышением давления подпора свыше 1,0 МПа практически на всех передачах при вспашке наблюдалось сниже ние крюкового сопротивления, обусловленное неустойчивостью движения орудия по глубине на исследуемых почвах, а, следовательно, и отклонени ем от агротребований. При работе на скоростях свыше 7,5 км/ч (iтр=68,0) ухудшение устойчивости наблюдалось уже при давлении 1,0 МПа.
С понижением передаточного отношения величины среднеквадратиче ских отклонений РКР начинают возрастать на обоих типах навески (рис.
12), как вследствие роста среднего значения крюкового сопротивления, влияющего на амплитуду крюковых колебаний, так и в результате роста частоты возникновения ударных явлений. С применением УН максималь ное снижение КР составило 112 кгс в абсолютном выражении, которое на блюдалось при давлении в ГСВ 0,8 МПа при iтр=68,0. Расхождение кривых КР для серийной и опытной навесок увеличивается вплоть до скоростей 6,5-7,0 км/ч, которые достигаются повышением давления подпора до 0, МПа при iтр=68,0 или до 1,0 МПа при iтр=83,55, после чего относительное расхождение кривых начинает уменьшаться.
Наиболее высокая эффективность по снижению буксования достигну та на одних и тех же передачах с комбинированным использованием ГСВ и УН. Снижение коэффициента буксования при установлении давления на уровне 1,0 МПа с одновременным использованием УН на вспашке соста вило 70% (с 0,3 до 0,09) относительно серийного агрегата без гидродогру жателя, на культивации - 67% (с 0,24 до 0,08) при давлении в ГСВ 1, МПа.
Отмечено, что на повышенной скорости и при больших колебаниях, выявленных на вспашке, достижение допустимого буксования в 10-12% индивидуальным использованием ГСВ стало возможным только при созда нии давления подпора в диапазоне 0,9-1,1 МПа, которое, как было показа но выше, сопровождалось нарушением устойчивости глубины обработки.
Совместное же применение УН и ГСВ в этих же условиях и понижение давления до 0,8 МПа дало результат по установлению буксования в допу стимом интервале 12-10 % без нарушения агротребований. Таким образом, результаты экспериментальных исследований хорошо согласуются с рас четными данными.
Pf,кгс i=68. i=83. i=110. i=142. Р, 200 МПа 0,0 0,5 1,0 1, КПД тяг.
0, i=142, 0,693 i=110, 0, 0, i=83, 0, i=68, 0, Р, 0, МПа 0,0 0,5 1,0 1, Рисунок 13 - Зависимость потерь на перека- Рисунок 14 - Зависимость тягового тывание от давления подпора при пахоте к.п.д. трактора от давления подпора Сопровождающееся повышение сил сопротивления на перемещение трактора (рис. 13) при увеличении гидродогрузки, и как следствие, дина мика снижения силового к.п.д., в целом не препятствует абсолютному ро сту тягового к.п.д. (рис. 14). Такой характер нагружения свидетельствует о преимущественном росте кинематического к.п.д. в отличие от интенсивно сти снижения силового.
Комбинированное применение ГСВ и УН обеспечило более полную загрузку двигателя по мощности (рис. 15), а показатели тягового к.п.д. ука зывают на наибольшую эффективность ее использования, о чем также сви детельствуют данные по крюковой мощности (рис. 16). Причем комбини рованное применение УН и ГСВ обеспечило прирост крюковой мощности в среднем на 9-10 кВт на вспашке и 5-7 кВт – на культивации.
Nкр, кВт Nдв, кВт i=68, i=68,0 i=83, i=83. i=110, i=110, 25 i=142, i=142. Р, 15 Р, МПа 0,0 0,5 1,0 1,5МПа 0,0 0,5 1,0 1, Рисунок 15 - Зависимость мощности дви- Рисунок 16 - Зависимость крюковой гателя от давления подпора мощности от давления подпора при пахоте У опытного трактора на вспашке при использовании гидродогрузки на уровне 0,8 МПа по сравнению с серийным трактором без догрузки было достигнуто:
увеличение производительности Wга.ч на 26%, вызванное повышением скорости движения от индивидуального использования ГСВ, и на 32% при комбинированном применении ГСВ и УН;
снижение погектарного расхода топлива gга.ч на 29% и 34% - соответ ственно.
В результате группировки экспериментальных данных получена номо грамма кривых буксования (рис. 17) при использовании ГСВ и УН, позво ляющая определить необходимую степень догрузки трактора при обра ботке сухих почв и подобрать давление подпора ГСВ для соответствующе го крюкового усилия с целью достижения заданного уровня буксования (приближенная режимом функционирования к стационарному).
Анализ спектральной плотности тягового сопротивления (рис. 18) показал, что опытная навеска улучшает параметры входного сигнала тяго вого сопротивления при комбинированном использовании с ГСВ. В связи с этим достигается снижение спектральных плотностей относительно вари анта с ГСВ в 1,4…1,7 раза. При этом на повышенных скоростях вторая и третья составляющие снижаются интенсивнее, а на четвертой и в диапазо не частот 2-2,8 Гц при некотором снижении сохраняется повышенный энергетический уровень спектральной плотности.
0 МПа 0,5 МПа 0,8 МПа МПа 1,3 МПа% 1,0, Ркр, кгс 1700 12% 10% 14% 16% 18% 8% Ркр i=68, 1,5 МПа 1550 i=83,55 1500 i=110,0 1450 i=142, 1400 i=68, Ymax(выгл)=f(Ркр) i=83,55 i=110,0 1250 i=142,0 1100 1000 Y, кгс 1250 1300 1350 1400 1450 1500 Рисунок 17 - Графические зависимости крюкового сопротивления и буксования от вер тикальной нагрузки на ведущем колесе при использовании ГСВ и УН на вспашке P S кр 103, Н 2 Гц 0 1 2 3 4 5 6 Рисунок 18 - Спектральная плотность крюкового усилия на вспашке при i=68,0 ( - серийный агрегат с серийной навеской;
- серийный агрегат с упру гой навеской;
- ГСВ с серийной навеской;
- ГСВ с упругой навеской)
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 1. Проведен анализ работы МТА на почвах пониженной влажности с колесным трактором, оснащенным ГСВ, который показал, что применение ГСВ для обеспечения работы МТА при допустимом буксовании: сопрово ждается неустойчивым ходом орудия по глубине обработки;
повышает скорость движения, а значит, и производительность МТА;
способствует понижению силового к.п.д. трактора и повышению к.п.д. сельскохозяй, Гц ственного орудия;
не устраняет внешнего динамического влияния на трак тор и, в частности, на пятно контакта ведущего колеса;
повышает жест кость динамической системы МТА.
2. Проведены экспериментальные исследования индивидуального и комбинированного использования ГСВ и УН, которые показали:
- эффективность применения упругой навески с жесткостью 260 кН/м по снижению среднеквадратических отклонений возрастает с увеличением скорости движения в диапазоне от 4,5 до 7,5 км/ч. Максимальное сниже ние среднеквадратических отклонений наблюдалось при скорости движе ния 6,7 км/ч;
- взаимосвязь между создаваемым давлением подпора в ГСВ и величиной вывешенного веса определяется положением мгновенной точки прицепа.
В условиях максимального использования мощности двигателя индиви дуальное применение ГСВ в диапазоне давлений, сохраняющих устойчи вость движения орудия по глубине обработки, не обеспечивает достиже ние допустимого уровня буксования в 10-12 %;
- применение УН в составе экспериментального агрегата (ГСВ и УН) обес печивает стабилизацию режимов нагружения при работе с плугом и культиватором, способствует дополнительному снижению буксования движителей. Применение УН устраняет все негативные последствия от повышения скорости движения в результате использования ГСВ.
- повышенный эффект от совместного использования ГСВ и УН по отно шению к их суммарному индивидуальному использованию достигается за счет возможности снижения необходимого сцепного веса (понижения давления подпора ГСВ) при сохранении коэффициента буксования на до пустимом уровне. Величина возможного понижения сцепного веса (дав ления подпора ГСВ) зависит от степени динамичности внешнего нагру жения. Практически это позволяет установить величину буксования в до пустимом интервале в диапазоне давлений 0,8-1,0 МПа;
- при совместном использовании устройств относительно серийного трак тора на вспашке достигается повышение производительности агрегата на 27% и топливной экономичности на 31%, на культивации – на 18% и на 38% соответственно;
- модернизация серийного трактора комплектованием ГСВ и упругой на веской при выполнении рассмотренных операций на почвах пониженной влажности обеспечивает снижение приведенных затрат до 45 % в зависи мости от вида работ.
3. На основании полученных результатов анализа экспериментальных данных для эффективной и экологически безопасной работы на почвах по ниженной влажности можно рекомендовать:
- использование ГСВ с ограничением максимального давления подпора в силовом цилиндре на уровне 1,0 МПа (с установлением тяг навески в положение минимального влияния механического догружателя) при отсутствии на тракторе упругой навески;
- при комбинированном использовании упругой навески с оптимальной жесткостью и ГСВ может быть произведено снижение максимального давления подпора в силовом цилиндре до 0,8 МПа без ущерба для эко номической эффективности;
- исследовать возможность установки в механическую навеску допол нительного гидравлического устройства, соединенного с контуром ГСВ, частично принимающего на себя демпфирующую функцию упругой навески (за счет использования в качестве упругого элемента - гидравлического аккумулятора), а также выполняющего роль автома та для повышения давления подпора в ГСВ в зависимости от величи ны крюковых колебаний (перемещения подвижной части навески) для периодического и кратковременного снятия дополнительного веса с орудия и увеличения производительности за счет устранения момент ной пробуксовки движителей при одновременном повышении к.п.д.
с.-х. орудия.
Основные положения диссертации отражены в следующих пуб ликациях:
1. Использование гидродогружателя сцепного веса трактора МТЗ- с упругой навеской на вспашке / С.Н. Абидулин, Н.Г. Кузнецов // Известия нижневолжского агроуниверситетского комплекса «Наука и высшее про фессиональное образование» / ФГОУ ВПО Волгогр. гос. с.-х. акад. – Вол гоград, 2006. - №3(3). – С.63-64. – 0,35 п.л. (собств. – 0,25 п.л.).
2. Использование гидроувеличителя сцепного веса трактора класса 14 кН с упругой навеской на почвах пониженной влажности / С.Н. Абиду лин, Н.Г. Кузнецов // Сборник материалов научно-практической конферен ции «Инновации молодых ученых – развитию АПК России. Инновации – основа экономического роста АПК. Инженерно – техническое обеспечение АПК» / ФГОУ ВПО «ВГСХА». – Великие Луки, 2006. - Ч.2 – С.109-111. – 0,4 п.л. (собств. – 0,3 п.л.).
3. Использование гидроувеличителя сцепного веса трактора класса 14 кН с упругой навеской на почвах пониженной влажности / С.Н. Абиду лин, Н.Г. Кузнецов // Механизация и электрификация сельского хозяйства:
теоретич. и науч.-практич. журнал / – Москва, 2006. - №12. – С.11-12. – 0,35 п.л. (собств. – 0,25 п.л.).
4. Совместное применение упругой навески и гидроувеличителя сцепного веса трактора класса 14 кН на сухих почвах / С.Н. Абидулин, А.Г. Федоров // Материалы Х региональной конференции молодых иссле дователей Волгоградской области / ФГОУ ВПО Волгогр. гос. с.-х. акад. – Волгоград, 2006. – С.40-41. – 0,4 п.л. (собств. – 0,3 п.л.).
5. Пат. №2294612 Российская Федерация, МПК А 01 В 59/06. Меха низм навески трактора. / Кузнецов Н.Г., Абидулин С.Н., Федоров А.Г. // заявл.: 30.05.2005;
опубл.: 10.03.2007, Бюл. №7.
Подписано в печать 14.09. Формат 60х84 1/16. Уч. –изд. л. 1,0. Тир. 100. Зак.
Издательско-полиграфический комплекс ВГСХА «Нива»
400002, Волгоград, пр. Университетский,