ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДИЗЕЛЯ ТРАКТОРА НА ОПЕРАЦИЯХ ПОЧВООБРАБОТКИ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

6. Миронов Е.Б. Обеспечение надежности топливной аппаратуры дизельных двигателей внутреннего сгорания сельскохозяйственной техники / Е.Б. Миронов, Н.М. Пузров // Международный технико-экономический журнал. - М., 2017. -№ 2 - С. 131.

7. Митусова Т.Н. Стабильность дизельных топлив и антиокислительные присадки : сб. науч. трудов / Т.Н. Митусова, А.С. Недайборщ, М.А. Ти-таренко // Нефтегазопереработка. - 2016. - С. 72-74.

8. Седов Л.И. Методы подобия и размерностей в механике / Л.И. Седов. - 8-е изд., перераб. -М. : Наука, 1977. - 440 с.

9. Тимеркеев Р.Г. Промышленная чистота и тонкая фильтрация рабочих жидкостей летательных аппаратов / Р.Г. Тимеркеев, В.М. Сапожников. -М. : Машиностроение, 1986. - 151 с.

10. Шевченко Г.А. Сравнительный анализ способов повышения эффективности процесса гидроочистки дизельного топлива / Г.А. Шевченко, Н.И. Кривцова // Вестник Томского государственного университета. Химия. - Томск, 2015. - № 2. -С. 45-48.

Даманский Роман Викторович, Федеральное государственное унитарное предприятие «Омский экспериментальный завод», 79514085374@yandex.ru.

6. Mironov E.B. Obespechenie nadezhnosti top-livnoy apparaturyi dizelnyih dvigateley vnutrennego sgoraniya selskohozyaystvennoy tehniki / E.B. Mironov, N.M. Puzrov // Mezhdunarodnyiy tehniko-ekonomicheskiy zhurnal. - M., 2017. - № 2. - S. 131.

7. Mitusova T.N. Stabilnost dizelnyih topliv i antiokislitelnyie prisadki : sb. nauch. trudov / T.N. Mitusova, A.S. Nedayborsch, M.A. Titarenko // Neftegazopererabotka. - 2016. - S. 72-74.

8. Sedov L.I. Metodyi podobiya i razmernostey v mehanike / L.I. Sedov. - 8-e izd., pererab. - M. : Nauka, 1977. - 440 s.

9. Timerkeev R.G. Promyishlennaya chistota i tonkaya filtratsiya rabochih zhidkostey letatelnyih ap-paratov / R.G. Timerkeev, V.M. Sapozhnikov. - M. : Mashinostroenie, 1986. - 151 s.

10. Shevchenko G.A. Sravnitelnyiy analiz spo-sobov povyisheniya effektivnosti protsessa gidroo-chistki dizelnogo topliva / G.A. Shevchenko, N.I. Krivtsova // Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Himiya. - Tomsk, 2015. - № 2. - S. 4548.

Damanskii Roman Viktorovich, Federal State Unitary Enterprise, Omsk experimental plant, 79514085374@yandex.ru.

УДК 631.3.004.67 С.Ю. ЖУРАВЛЕВ

Красноярский государственный аграрный университет, Красноярск

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДИЗЕЛЯ ТРАКТОРА НА ОПЕРАЦИЯХ ПОЧВООБРАБОТКИ

Рассмотрены закономерности влияния переменной нагрузки на эксплуатационные показатели двигателей современных энергонасыщенных тракторов в технологиях растениеводства. Объектом исследования были показатели работы дизелей колесных 4К4 тракторов при выполнении технологических операций почвообработки. В ходе анализа результатов расчета по оценке влияния переменных внешних воздействий на параметры работы дизеля установлены следующие закономерности. Недоиспользование мощности у трех исследуемых дизелей различно и зависит от значения коэффициента приспособляемости по моменту Н-. Потери мощности у двигателя трактора К-744Р2 достаточно существенные - около 18%. Такие потери мощности обусловлены низким значением Кж = 1,21. Удельный расход топлива в области номинального режима дизеля ТМЗ-8481.10 по расчетным данным увеличится на 10%. Оптимальные нагрузочные режимы дизеля ТМЗ находятся в области 0,94-0,88 при увеличении коэффициента вариации крутящего момента vм от 0,05 до 0,2. Недоиспользование (снижение) мощности дизеля трактора К-424 в области номинального момента Мк.н достигает почти 8%, т.е. от 171 до 158 кВт. Одной из причин такого снижения мощности дизеля является невысокий по современным меркам запас крутящего момен-

© Журавлев С.Ю., 2020

та (согласно данным завода-производителя К, = 1,35). Величина оптимальной степени загрузки 1-, дизеля ЯМЗ-53625 составляет 0,96-0,974. Недоиспользование мощности у двигателя трактора «БЕЛАРУС 1523.4» (в области оптимальной загрузки А_-и = 0,88- 0,9 в диапазоне коэффициента вариации г,, = 0-0,2 составит 8,6%. В режиме номинальной мощности потери мощности составят 9,5%. Уровень потерь мощности невысок, это обусловлено значением коэффициента приспособляемости по моменту Кж = 1,25. Сопоставление представленных данных говорит о большей адаптации к воздействию переменной нагрузки дизелей, имеющих коэффициент > 1,25.

Ключевые слова: эксплуатационные показатели, переменная нагрузка, методика, трактор, дизель постоянной мощности, почвообработка.

Введение

В процессе рабочего хода почвообрабатывающие агрегаты испытывают воздействие переменной нагрузки, имеющей вероятностно-статистический характер своих значений, непрерывно и хаотично изменяющихся во времени. Причиной этого являются неровная поверхность поля, неравномерность влажности и состава почвенного слоя, колебания рабочего сопротивления агрегируемых машин-орудий [1; 2].

Значения переменной внешней нагрузки представляют собой детерминированные, случайные величины, которые оказывают влияние на режимы и показатели эксплуатационных свойств трактора, формируя средние в вероятностно-статистическом смысле выходные величины, влияющие на эффективность функционирования агрегата.

Материалы и методы исследований

Объектами исследований являются показатели работы дизелей постоянной мощности современных колесных 4К4 тракторов при выполнении технологических почвообрабатывающих операций.

Обоснование оптимальных параметров и режимов работы двигателя трактора в процессе выполнения агрегатом технологической операции основывается на расчетных значениях вероятностно-статистических оценок энергетических и технико-экономических показателей. Для решения этой задачи желательно применять метод функций случайных аргументов [1-8].

В соответствии с методом средние значения выходных параметров дизеля рассчитываются по следующим формулам.

Для двигателя постоянной мощности (ДПМ) значения энергетических показателей находят с помощью следующего выражения [4; 5]:

N = / (Мк ) = 9550-

0,5(а Мк + ЬМ2 + Ь оМ) + Мк + ЬМ2к + Ь оМ)ф(^) + " + аМк + Ь2Мк + Ь2С2м ) -Ом {Ь (р^н)Мк + П)Мк}

(1)

где Ые - математическое ожидание эффективной мощности, кВт; а, Ь, а1, Ь1, а2, Ь2 -

расчетные коэффициенты, определяемые при аппроксимации характеристики двигателя в зависимости от крутящего момента на валу дизеля (табл. 1) [7];

1/ t 2/

Ф(гП ) = (2л 1е /2 dt - функция Лапласа для У = /(МК); р^П) = (2л )-12 ехр (- 0,5^ ) -

0

плотность распределения аргумента г-; М к - текущее среднее значение крутящего мо-

МП -Мк тт мента; tП =—П--; ом - среднеквадратическое отклонение крутящего момента, Н^м;

Ом

МН - номинальное значение крутящего момента, Н-м; МП - значение предельного крутящего момента на стендовой характеристике дизеля постоянной мощности, Н-м.

Выражение (1) получено из следующей аппроксимации стендовой характеристики двигателя:

( ЛОУ = С(А1МК - при о < мк < мн-г

У, = = | = ■::::. .V, ■=: Л Г, £ .V,- (2)

Уз СО = С(АЭМК + В3Мпри Мн < < Мтах-,

где Мк - крутящий момент, Н-м; Мл - предельный момент, соответствующий максимальной мощности двигателя, Н-м; Мн - номинальный крутящий момент, Н-м; Мтах -максимальное значение крутящего момента на валу дизеля, Н-м; C - расчетный коэффициент, С = 955СГ1; Аъ Л2, А3, В1, В2, - расчетные величины, определяемые по параметрам стендовой характеристики двигателя (табл. 1) [4; 5].

Таблица 1

Аналитические выражения для расчета коэффициентов аппроксимации стендовой характеристики дизеля

Коэффициент Расчетная формула

п1

-1- {[«¡ц - "п]/Ск2 -

Ла »в + £0ц - ПяипУЬь. - 1)}

К - < - Ц,)/Ыл

- П^/Шп -

е2 —'чП,- — (М^сх ^¡У .)

а

Ид Аг-Аг

Ь в[ + в\

К

ьг Э- - Э,

Примечание. ти, ттЛ, и^п ~~ частота вращения вала двигателя соответственно: холостого хода, при номинальном моменте, при предельном моменте и при максимальном моменте, мин"-; Кд = Доишх/Доц; ^-а. = мп/мн.

Аналогичным путем получены расчетные формулы для определения математических ожиданий часового расхода топлива GT :

0Т = f (Мк ) = 0,5(о* + Ь*Ык ) + (о* + Ь\Ык ф(^ ) + (о* + Ь* Ык )Ф(1П )

(3)

\1Н ! 1 Ь2ЧУ(1П )},

где Gт - математическое ожидание часового расхода топлива, кг/ч; о*, Ь*, о*, Ь2, о , Ь -

расчетные коэффициенты, определяемые при аппроксимации стендовой характеристики дизеля по расходу топлива.

Математическое ожидание удельного расхода топлива находим по формуле

* = Т' (4)

е

где Gт - математическое ожидание часового расхода топлива, кг/ч; Ые - математическое ожидание эффективной мощности, кВт.

Результаты исследований Результаты численного эксперимента по оценке влияния колебаний крутящего момента на показатели эффективности дизелей ТМЗ-8481.10, ЯМЗ-53625 и Д-260.^3А представлены в табл. 2, 3, 4 и на рис. 1, 2, 3.

К п 'С

1 КоэфвшиешпВвризцш кругшего гюнмпа I., -- О

2 Казффщиетбтпиии щряиеги юм°>т; к., - Ц05 7 Коэффициент дариаш цзутиего тг&т ^ -0.1

4 /йвфрциент Йормщиь щряцега пг»гт, - Т>

5 Коэффициент! Вориашкрутиеге монета =

Рис. 1. Результаты вероятностной оценки показателей работы дизеля ТМЗ-8481.10 при различных значениях коэффициента вариации V у крутящего момента

Рис. 2. Средние значения энергетических показателей работы дизеля ЯМЗ-53625 в условиях вероятностной нагрузки

Н =528 МП=6Ю М^=660 МкНм

1 - коэффициент Вариации крутящего момента г,, =0

2 - коэффициент вариации крутящего момента г\ , =0,05 - ^ш^/ц^т? крутящего момента у., =0,1

4 - коэффициент вариации крутящего момента V,, =0,15

5 - коэффициент вариации крутящего момента ум =0,2

Рис. 3. Результаты вероятностной оценки показателей работы дизеля Д-260.1S3A при различных значениях коэффициента вариации г у крутящего момента

Результаты расчета математических ожиданий энергетических показателей работы двигателя ТМЗ-8481.10 трактора К-744Р2 в зависимости от значения коэффициента вариации крутящего момента vм на коленчатом валу дизеля трактора представлены в табл. 2 и на рис. 1.

Энергетические показатели дизеля ТМЗ-8481.10 заметно подвержены негативному воздействию колебаний нагрузки на коленчатом валу.

Потери мощности у двигателя трактора К-744Р2 достаточно существенные - около 18%. Такие потери мощности обусловлены низким значением Кп = 1,21. Удельный расход топлива в области номинального режима дизеля ТМЗ-8481.10 по расчетным данным увеличится на 10%. Оптимальные нагрузочные режимы дизеля ТМЗ находятся в области 0,94-0,88 при увеличении коэффициента вариации крутящего момента vм от 0,05 до 0,2.

Результаты расчета средних значений энергетических параметров дизеля ЯМЗ-53625 представлены в табл. 3 и на рис. 2.

При значениях коэффициента вариации крутящего момента vM на валу дизеля, учитываемых в диапазоне от 0 до 0,2 (принимаем следующие значения vM для трех основных групп операций почвообработки: 0,05-0,1 - третья группа, 0,1-0,15 - вторая группа и 0,15-0,2 - первая группа почвообрабатывающих операций), важнейший показатель эффективности работы дизеля мощность Ne на участке стендовой характеристики от Мк.н до Мкп принимает следующие значения.

В области номинального момента Мк.н недоиспользование (снижение) мощности дизеля достигает почти 8%, т.е. от 171 до 158 кВт. Одной из причин такого снижения мощности дизеля является невысокий по современным меркам запас крутящего момента (согласно данным завода-производителя коэффициент К = 1,35). Современные тракторные дизели могут иметь коэффициент К = 1,4-1,6 [9; 10]. Однако такое значение коэффициента приспособляемости позволяет дизелю поддерживать режим постоянной мощности при значениях частоты вращения дизеля пд от 2200 до 1600 мин-1. В области стендовой характеристики, соответствующей Мк.п, снижение мощности достигает при коэффициенте vM = 0,2-7,4%, при этом максимумы значений мощности сдвигаются в сторону номинального значения крутящего момента Мк.

С учетом влияния вероятностной нагрузки оптимальные нагрузочные режимы дизеля расположены в области значений Мк = 846-885 Н-м при значениях v,^ = 0,2-0, т.е. величина оптимальной степени загрузки дизеля Хм составляет 0,96-0,974. У данного дизеля, как и у большинства многих современных тракторных дизелей, максимум мощности Ne = 176 кВт стендовой характеристики находится в области предельного крутящего момента Мкп = 885 Нм.

Удельный расход топлива ~л при различных значениях коэффициента вариации

э g

момента практически не меняет своих значений на участке стендовой характеристики от момента Мкн до области, соответствующей Мкп. Только в режиме перегрузки (участок характеристики от Мкп до максимального момента Мтах) значения ~д существенно возрастают.

Анализ оценки воздействия вероятностного характера внешней нагрузки на дизель трактора К-424 при его использовании в составе различных почвообрабатывающих агрегатов показал, что современная система подготовки топливной смеси двигателя, включающая топливную систему Common Rail и турбонагнетатель, при запасе крутящего момента в 35% достаточно эффективно преодолевает негативное воздействие колебаний момента на валу дизеля. Особенно это отражается на расходе топлива д^.

Результаты вероятностной оценки показателей работы дизеля Д-260.^3А при различных значениях коэффициента вариации у^ крутящего момента представлены в табл. 4 и на рис. 3.

Недоиспользование мощности у двигателя трактора «БЕЛАРУС 1523.4» (в области оптимальной загрузки Аы = 0,38 — 0,9) в диапазоне коэффициента вариации vM = 0-0,2 составит 8,6%. В режиме номинальной мощности Nm потери мощности составят 9,5%. Уровень потерь мощности невысок, это обусловлено значением коэффициента приспособляемости по моменту Кп = 1,25, данный дизель можно отнести к двигателям постоянной мощности. Удельный расход топлива в области номинального режима дизеля Д-260.^3А по расчетным данным практически не увеличивается. Заметное увеличение удельного расхода топлива наблюдается в области предельного крутящего момента МИ -

3,6% и в области максимального момента Мтах - 5,4%. Оптимальные нагрузочные режимы дизеля находятся в области 0,88-0,9 при увеличении коэффициента вариации крутящего момента v„ от 0,05 до 0,2.

Заключение

Анализ оценки воздействия вероятностного характера внешней нагрузки на двигатели тракторов при их использовании в составе различных почвообрабатывающих агрегатов показал, что современная система подготовки топливной смеси двигателя, включающая топливную систему Common Rail и турбонагнетатель, при запасе крутящего момента в 35% и более достаточно эффективно преодолевает негативное воздействие колебаний момента на валу дизеля. Особенно это отражается на расходе топлива ;;. Двигатели с меньшим значением коэффициента приспособляемости Кп менее адаптированы к эффекту снижения (недоиспользования) мощности Ne и повышения удельного расхода топлива дв в результате воздействия на трактор и его двигатель колебаний нагрузки. Оптимальные с точки зрения максимальных средних значений мощности и расхода топлива режимы расположены в области характеристики дизеля на участке от номинального значения крутящего момента до предельного значения момента Afr]I.

S.Yu. Zhuravlev

Krasnoyarsk State Agricultural University, Krasnoyarsk

Operational parameters of diesel engine tractors for tillage operations

Regularities in the influence of variable load on the operational parameters of motors of modern energy-saturated tractors in crop production technologies are considered. The object of the study was the performance of diesel engines of wheeled 4K4 tractors during the exectution of technical operations of tillage. While analysizing the results of the calculations on the assessment of the impact of variable external effects on diesel engine operation parameters the following regularities were established. Underutilization of power in three diesel engines under study varies and depends on the value of adaptability factor at the moment of Kp. The power loss of the tractor K-744R2 was quite significant - about 18%. Such power loss is due to the low value of Kp = 1.21. Specific fuel consumption in the area of nominal mode of diesel TMZ-8481.10 according to the calculation data is increased by 10%. The optimal load modes of diesel engine are in the area of 0.94-0.88 with increase of torque variation factor vm from 0.05 to 0.2. Underutilization (reduction) of power of tractor diesel K-424 in the area of nominal moment reaches almost 8%, i.e. from 171 kW to 158 kW. One of the reasons for this reduction in diesel power is the low torque margin by modern standards (according to the data of the manufacturer, the coefficient of Kp = 1.35). The value of optimum degree of loading Xm of the diesel YaMZ-53625 is 0.96-0.974. Power underutilization of the tractor engine "BELARUS 1523.4" (in the area of optimal loading Xm = 0.88-0.9) in the range of coefficient of variation vm = 0-0.2 amounts to 8.6%. In the nominal power mode, the Nen power loss amounts to 9.5%. The level of power loss is low, this is due to the value of the adaptability factor at the moment Kp = 1.25. A comparison of the data presented indicates a greater adaptation to the variable load effects of diesel engines having a factor Kp > 1.25.

Keywords: operating parameters, variable load, method, tractor, constant power diesel, tillage.

Список литературы

1. Агеев Л.Е. Основы расчета оптимальных и допускаемых режимов работы машинно-тракторных агрегатов / Л.Е. Агеев. - Л. : Колос, 1978. -296 с.

2. Агеев Л.Е. Эксплуатация энергонасыщенных тракторов / Л.Е. Агеев, С.Х. Бахриев. - М. : Агропромиздат, 1991. - 271 с.

3. Журавлев С.Ю. Оценка эффективности функционирования мобильных сельскохозяйственных агрегатов с использованием тяговой характе-

References

1. Ageev L.E. Osnovy rascheta optimal'nyh i dopuskaemyh rezhimov raboty mashinno-traktornyh agregatov / L.E. Ageev. - L. : Kolos, 1978. - 296 s.

2. Ageev L.E. Ekspluataciya energonasyshchen-nyh traktorov / L.E. Ageev, S.H. Bahriev. - M. : Agropromizdat, 1991. - 271 s.

3. Zhuravlev S.Yu. Ocenka effektivnosti funkcionirovaniya mobil'nyh sel'skohozyajstvennyh agregatov s ispol'zovaniem tyagovoj harakteristiki traktora / S.Yu. Zhuravlev // Vestnik Krasnoyarskogo GAU. - 2011. - № 9. - S. 146-151.

ристики трактора / С.Ю. Журавлев // Вестник Красноярского ГАУ. - 2011. - № 9. - С. 146-151.

4. Журавлев С.Ю. Влияние переменных внешних факторов на производительность машинно-тракторных агрегатов / С.Ю. Журавлев // Вестник КрасГАУ. - 2011. - № 7. - Красноярский государственный аграрный университет. - С. 148-153.

5. Селиванов Н.И. Технологические свойства колесных тракторов : учеб. пособие / Н.И. Селиванов ; Краснояр. гос. аграр. у-нт. - Красноярск, 2019. - 308 с.

6. Эвиев В.А. Повышение эффективности функционирования тяговых и тягово-приводных агрегатов с трактором за счет оптимизации эксплуатационных режимов : автореф. дис. ... д.т.н. / В.А. Эвиев. - СПб. - Пушкин, 2006. - 32 с.

7. Журавлев С.Ю. Минимизация энергозатрат при использовании машинно-тракторных агрегатов : монография / С.Ю. Журавлев. - Красноярск, 2013.

8. Селиванов Н.И. Эксплуатационные параметры колесных тракторов высокой мощности / Н.И. Селиванов // Вестник Красноярского ГАУ. -

2014. - № 3. - С. 176-184.

9. Moessmer A. Grosstraktoren: Die Schuersten und staersten Schlepper / A. Moessmer // Gera Mond, 2011. - 144 р.

10. Парфенов А.П. Тенденции развития конструкций сельскохозяйственных тракторов / А.П. Парфенов // Тракторы и сельхозмашины. -

2015. - № 5. - С. 42-47.

Журавлев Сергей Юрьевич, канд. техн. наук, доцент, Красноярский ГАУ, suj61@mail.ru.

4. Zhuravlev S.Yu. Vliyanie peremennyh vneshnih faktorov na proizvoditel'nost' mashinno-traktornyh agregatov / S.Yu. Zhuravlev // Vestnik KrasGAU. - 2011. - № 7. - S. 148-153.

5. Selivanov N.I. Tekhnologicheskie svojstva kolesnyh traktorov : ucheb. posobie / N.I. Selivanov ; Krasnoyar. gos. agrar. u-nt. - Krasnoyarsk, 2019. -308 s.

6. Eviev V.A. Povyshenie effektivnosti funk-cionirovaniya tyagovyh i tyagovo-privodnyh agregatov s traktorom za schet optimizacii ekspluatacionnyh rezhimov : avtoref. dis. ... d.t.n. / V.A. Eviev. - SPb. : Pushkin, 2006. - 32 s.

7. Zhuravlev S.Yu. Minimizaciya energozatrat pri ispol'zovanii mashinno-traktornyh agregatov : monografiya / S.Yu. Zhuravlev. - Krasnoyarsk, 2013.

8. Selivanov N.I. Ekspluatacionnye parametry kolesnyh traktorov vysokoj moshchnosti / N.I. Selivanov // Vestnik Krasnoyarskogo GAU. - 2014.- № 3. -S. 176-184.

9. Moessmer A. Grosstraktoren: Die Schuersten und staersten Schlepper / A. Moessmer // Gera Mond, 2011. - 144 r.

10. Parfenov A.P. Tendencii razvitiya konstruk-cij sel'skohozyajstvennyh traktorov / A.P. Parfenov // Traktory i sel'hozmashiny. - 2015. - № 5. - S. 42-47.

Zhuravlev Sergey Yur'evich, Cand. Tech. Sci., Ass. Prof., Krasnoyarsk SAU, suj61@mail.ru.

УДК 631.3.004.58

А.М. КРИКОВ1, Н.М. ИВАНОВ1, А.Е. НЕМЦЕВ1, Р.Г. БЕРДНИКОВА2, А.Г. ФЕДОРОВ3

1Сибирский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства СФНЦА РАН, Новосибирск

2Томский сельскохозяйственный институт, филиал ФГБОУВО Новосибирский ГАУ, Томск

3Новосибирский военный институт имени генерала армии И.К. Яковлева войск национальной гвардии РФ, Новосибирск

ИНФОРМАЦИОННОЕ СОПРОВОЖДЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И ТЕХНИЧЕСКОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ТРАКТОРОВ И ГРУЗОВЫХ

АВТОМОБИЛЕЙ

Для совершенствования выполнения операций технического обслуживания и технического диагностирования тракторов и грузовых автомобилей путем сокращения затрат времени исполнителей на оперирование всем комплексом необходимой информации целесообразно применить компьютеризиро-

© Криков А.М., Иванов Н.М., Немцев А.Е., Бердникова Р.Г., Федоров А.Г., 2020