CC BY
70
АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 629.3.014.2:621.3
ЭКСПРЕСС-МЕТОД ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТРАКТОРОВ С КОЛЕСНОЙ ФОРМУЛОЙ 4К2
Н.Г. Кузнецов, доктор технических наук, профессор Д.С. Гапич, кандидат технических наук, доцент Е.В. Ширяева, соискатель
Волгоградский государственный аграрный университет
В статье представлена методика аналитического расчета эксплуатационных показателей колесного трактора, позволяющая сократить трудоемкость проведения натурных тяговых испытаний опытных тракторов.
Ключевые слова: тяговая характеристика трактора, кривая буксования, буксование, крюковое усилие, касательное усилие.
Выбор рациональных режимов агрегатирования почвообрабатывающих агрегатов на базе современных колесных тракторов, согласно классической теории трактора, основывается на использовании теоретической тяговой характеристики, определяющим компонентом которой, с точки зрения соответствия трактора своему функциональному назначению, является кривая буксования, описывающая его тягово-сцепные свойства с учетом физико-механических свойств почвы, свойств и геометрии шин, неустановившегося характера нагружения трактора крюковым усилием и свойств элементов силовой передачи.
Получение таких кривых для тракторов различных тяговых классов осуществляется при проведении тяговых испытаний по ГОСТ 30745-2001 на машиноиспытательных станциях (МИС) с применением соответствующего современного оборудования и измерительных приборов. Следует отметить, что на сегодняшний день государственные испытания сельскохозяйственной техники, поставляемой на российский рынок, для производителей необязательны, а информация, полученная в ходе различных испытаний и исследований на МИС за государственный счет, становится коммерческой. Поэтому зарубежные производители сельскохозяйственных тракторов избегают проведения таких независимых испытаний. Как правильно раскрыть эксплуатационные показатели таких тракторов, да ещё с учетом зональных особенностей эксплуатации - вопрос очень актуальный. Решение этого вопроса видится в разработке математических моделей, позволяющих с большой точностью и за короткий промежуток времени получать все требуемые тяговые характеристики.
В этом направлении сотрудниками Волгоградского ГАУ проделана большая работа [1, 2, 5, 4]. Получены математические модели, описывающие количественные характеристики тяговых возможностей тракторов с колесной формулой 4К2 в составе МТА с учетом режима его работы и характеристик шины и почвы. И этот математический аппарат сегодня актуален для прогнозирования эксплуатационных показателей трактора. Получаемые при этом тяговые характеристики представляют собой зависимости коэффициента буксования от полного горизонтального усилия, реализуемого крутящим моментом ведущего колеса, 5 = / (р), поэтому для дальнейшего использования таких зависимостей требуется корректировка тягового расчета трактора.
С учетом аппроксимации кривой крутящего момента двигателя дробно-рациональной функцией, предложенной в работе [3], алгоритм построения тяговой характеристики будет выглядеть следующим образом.
Расчет показателей тяговой характеристики проводим дискретно по точкам момента нагружения двигателя:
AM Д = M Д / N,
Д Д max
где - максимальный момент двигателя, Нм; N - число точек деления.
Д max
Начальную точку расчета определяем числом оборотов коленчатого вала при холостом ходе n = nx, ей соответствует максимальная угловая скорость коленчатого
вала СО = Cmax, момент двигателя равный нулю Мд = 0, нулевое касательное усилие
Pk = 0.
Далее в каждой точке дискретизации i последовательно вычисляем значения следующих взаимосвязанных величин:
1) Вертикальной нагрузки и деформации шины в зависимости от участка кривой буксования:
если Pkpt _1 ^ 0, то ei = ec > Qi = Qc >
где Qc - статическая нагрузка на ведущее колесо трактора, Н; ec - деформация шины ведущего колеса под действием статической вертикальной нагрузки, м;
Рр_1 + 1 cB\knec )2
крг _! +- cB\k П ec) I Q 2r если PkPl _ > 0, то Qi = Qc +-^-. ei = 1,043 Qi ro
L 1 ' \Cr (VkTT +1)
где с - коэффициент объемного смятия почвы (жесткость почвы), Н/м3; В - ширина шины, м; кп - приведенный коэффициент относительной жесткости шины; Ь - продольная база трактора, м; Тд - свободный радиус ведущего колеса, м; к - коэффициент относительной жёсткости шины.
2) Крутящий и загрузочный моменты двигателя:
мп- = ,МП / N, тп = ' / N.
Д г Д тах Д г
3) Крутящий момент ведущего колеса:
Мк, = гМ Дтах т^тр / N, где ¡тр - передаточное число трансмиссии, Т]тр - к.п.д. трансмиссии.
4) Касательная сила и относительное касательное усилие на колесе:
Рк, = Мк, /(то - ч), Р, = Рк,/ рктх .
где Р - максимальное касательное усилие, Н. ктах
5) Коэффициент буксования ведущего колеса:
8, =-—Р-—, если 8^ > 8ГГ> то 81 = 8ГГ>,
' 1 /1 7 \ 3 ' Ср ' Ср
1 - (1 - к8 ) р,
где к5 - коэффициент пропорциональности дробно-рациональной аппроксимации кривой буксования 5 = /(Рк) ; 5Ср - коэффициент буксования при полном сдвиге всех «почвенных
кирпичей» пятна контакта шины с почвой.
6) Сопротивление движению в случае движения ведущих колес по колее ведомых:
РВ
2
(расч) 1
2
сВкП оСГ
(1 -5 )2 го- з
е
2
. мк@Гь -Г +Мк—2-
2 го- е
сВ (кп е )2>
где Цк - коэффициент круговой эластичности шины, рад/(Нм); Гь - радиус барабана колеса, м; о - коэффициент гистерезисных потерь шин; Сг - радиальная жесткость единичного сектора шины, НУ(м-рад).
7) Крюковое усилие ведущего колеса:
РкРг = Ркг - РВ (расч} '
8) Коэффициент, характеризующий снижение угловой скорости коленвала двигателя при его загрузке:
КтДг
5 г, л .
1 - (1 - ка)тД/
где кт - коэффициент пропорциональности функции 5а = /(тд ) .
9) Частота вращения двигателя:
Щ = юшах - 5щ (щШах - ЮЫ ) , где юм - угловая скорость коленвала на режиме максимального момента двигателя, рад/с.
10) Действительная скорость движения трактора:
V = Щ (Г0 - е)(1 -5 )/ 2 тр.
11) Полезная мощность на крюке:
^ = Ркр V,.
12) Часовой расход топлива по полиномиальной аппроксимационной зависимости данных стендовых испытаний:
От. = -5-10-14+ 3,8-10-10т4 - 1,2-10-6«3 +1,7-10-3«2 - 12,6«, + 375,4.
13) Удельный расход топлива:
ёкр, = От. / Nкрl.
<
>
500 450 400 350 300 250 200 150 100 50
0
-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
О
Рисунок 1 - Тяговая характеристика трактора МТЗ-80Л для 4, 5, 6, 7 передач, с=4МН/м
Реализация этого алгоритма в компьютерной среде МаШсаё позволила создать вычислительный комплекс, позволяющий с большой точностью и за короткий период времени получать теоретические тяговые характеристики тракторов с колесной формулой 4К2 (рисунок 1), что позволяет сократить трудоемкость проведения натурных тяговых испытаний опытных тракторов, цена которых на сегодняшний день по данным ряда МИС составляет около 2300 рублей на 1 л.с. мощности двигателя трактора.
В целом, данный вычислительный комплекс также может быть использован для решения следующих задач:
- сравнительной оценки тяговых свойств колесных тракторов, относящихся к одному тяговому классу;
- оценки приспособленности колесных тракторов к местным условиям эксплуатации и режимам их нагружения в составе МТА;
- оценки соответствия проектируемых колесных тракторов техническому заданию;
- установления допускаемых режимов нагружения трактора в составе МТА;
- принятия решения о целесообразности приобретения данного колесного трактора к имеющемуся парку почвообрабатывающих машин.
Библиографический список
1. Гапич, Д.С. Теоретическая оценка тягово-сцепных характеристик колесных тракторов [Текст] / Д.С. Гапич, И.А. Несмиянов, Е.В. Ширяева // Тракторы и сельхозмашины. - 2012. - № 7. - С. 19-22.
2. Кузнецов, Н.Г. Динамика процесса буксования колесного трактора кл. 1, 4 [Текст] / Н.Г. Кузнецов, Д.С. Гапич, Е.В. Ширяева // Тракторы и сельхозмашины. - 2012. - № 12. - С. 23-25.
3. Кузнецов, Н.Г. Теория тягового баланса энергонасыщенных колесных тракторов при работе на тяжелых почвах засушливых зон [Текст]: учебное пособие / Н.Г. Кузнецов. -Волгоград: Волгогр. гос. с.-х. академ., 2004. -140с.
4. Фомин, С.Д. Моделирование динамики взаимодействия масс подсистемы «трактор - прицеп» для неустановившегося криволинейного движения [Текст] / С.Д. Фомин // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2012. - № 4 (28). - С. 202-207.
5. Фомин, С.Д. Устойчивость управляемого движения МТА с различным типом кинематической связи ведущих колес [Текст] / С.Д. Фомин // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2011. - № 4 (24). - С. 243-249.
E-mail: el.shirjaeva@gmail.com
