Методика оценки влияния переменных внешних воздействий на машинно-тракторный агрегат с учетом особенностей современных характеристик двигателя и трактора Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 631.3.004.67 С.А. Терских, С.Ю. Журавлев, В.Н. Котельников

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ ПЕРЕМЕННЫХ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА МАШИННО-ТРАКТОРНЫЙ АГРЕГАТ С УЧЕТОМ ОСОБЕННОСТЕЙ СОВРЕМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГАТЕЛЯ И ТРАКТОРА

Представлена методика оценки влияния случайного характера внешней нагрузки на показатели работы МТА, в состав которого входит трактор с двигателем постоянной мощности.

Рассмотрены регуляторная характеристика двигателя и тяговая характеристика трактора под воздействием колебаний крутящего момента на валу двигателя и силы тяги трактора.

Ключевые слова: агрегат, характеристика, методика, модель, нагрузка, колебания, коэффициент вариации, расчет, параметры.

S.A. Terskikh, S.Yu. Zhuravlyov, V.N. Kotelnikov

ESTIMATION TECHNIQUE OF THE INFLUENCE OF EXTERNAL CHANGEABLE EFFECTS ON THE MACHINE-TRACTOR UNIT (МТА) TAKING INTO ACCOUNT THE FEATURES OF MODERN ENGINE

AND TRACTOR CHARACTERISTICS

The estimation technique of influence of casual character of external loading on the МТА work indicators the structure of which includes a tractor with the engine of constant capacity is given.

The engine regulatory characteristics and the tractor traction characteristics under the influence of the twisting moment vibrations on the engine shaft and tractor driving force are considered.

Keywords: aggregate, description, technique, model, loading, vibrations, variation coefficient, calculation, parameters.

Под воздействием случайных внешних факторов энергетические и технико-экономические показатели машинно-тракторного агрегата (МТА) также являются случайными величинами и определяются своими вероятностно-статическими оценками: законами распределения, математическими ожиданиями, дисперсиями, среднеквадратическими отклонениями и др.

При определении эффективности функционирования агрегата в условиях переменных внешних воздействий используется математическая модель типа «вход-выход» (рис. 1, а). Данная модель основывается на методе функций случайных аргументов [1,2,4,5] . Входные ^ и выходные у величины связаны детерминированными зависимостями у. = / ). Эти зависимости устанавливаются при аппроксимации стен-

довых характеристик двигателя трактора (рис. 1, б,в), а также при аппроксимации тяговой характеристики трактора. Входные переменные ^ представляют собой случайные величины, изменяющиеся по нормальному закону распределения. В качестве входных величин рассматриваются крутящий момент, частота вращения вала двигателя, а также сила тяги на крюке. Спектр колебаний входных переменных, как установлено в многочисленных исследованиях, находится в пределах 0...5 Гц, коэффициент вариации входных переменных ух = (0.0,33) [1-5]. Данные колебания отрицательно воздействуют не только на двигатель с классической регуляторной характеристикой, но и определенным образом деформируют регуляторную характеристику двигателя с постоянной мощностью. Это установлено в ряде научных работ [4]. Отрицательное воздействие колебаний входных величин выражается в снижении энергетических и технико-экономических показателей работы МТА (рис.1,2).

В результате аппроксимации регуляторных характеристик двигателя (см. рис. 1, б,в) и тяговой характеристики трактора (рис. 2, б,г) получаем выражения для расчета математических ожиданий мощности двигателя, часового и удельного расхода топлива, производительности МТА, а также тяговой мощности трактора и удельного тягового расхода топлива.

Данные расчетные формулы позволяют достаточно эффективно оценить степень влияния случайного характера внешней нагрузки на показатели работы агрегата в том случае, когда коэффициенты вариации крутящего момента на валу двигателя и силы тяги трактора находятся в пределах (0.0,33).

X

У=Г(х)

У

мч

Э

мч

Э

б

Рис. 1. Схемы для определения вероятностно-статических оценок энергетических и технико-экономических показателей МТА: а - одномерная модель функционирования МТА; б - показатели МТА при случайном характере колебаний крутящего момента на валу двигателя с полкой постоянной мощности; в - показатели МТА при случайном характере колебаний крутящего момента на валу двигателя с классической регуляторной характеристикой

Для расчета средних значений эффективной мощности двигателя с постоянной мощностью и двигателя с классической регуляторной характеристикой используем выражение [1,3,4]:

2 2

N = 9550-

0,5(а*МК + Ъ*Мк + Ъ*а2м) - (а* Мк + Ъ* Мк + Ъ*а2м)ф(гн) + Ъ*у(1н )МКам

где А\ = пх; А'2

а* = А* + А*, а* = А* - А*, Ъ* = В* + В*, Ъ* = В* - В*,

(птт пи)

а

в

здесь их ин ит^ Мн и Мтх - данные регуляторной характеристики дизеля;

Мах = Мн х (1,15.1,20) и Мтах =МН х (1,35.1,55);

М

К=—— - коэффициент приспособляемости.

М н

<р(^)=(2ж )-1* ‘]в -1/1 ш- функция Лапласа;

0

Ф(гн) = (2ж)-12в(-0,5^н) - плотность распределения аргумента ^ , гн = (Мн —Мк/о-мЛ'

Мк , <ум - среднее значение крутящего момента и среднеквадратическое отклонение момента;

Мя и Мтх- номинальный и максимальный крутящий момент двигателя.

Математическое ожидание часового расхода топлива определяется по формуле

ОТ = 0,5(а + ЪЫК) - (а + ЪМк )ф(гн) + ъ1^(гн )ам, (2)

где а = а| + ^2, а = ^2 — , ь = + В2, Ъ = -^2 — В\;

А1 =Отх; А2 = Отн + [(<°тн — Ото )/(к — 1)];в = (°ш — Отх )/мн ;

вн = — (<Отн — Ото ИМн (к —1)];

Ож , Ош , Мн , Мтх - данные регуляторной характеристики дизеля.

Для определения удельного расхода топлива используется соотношение

- _т

8е = — ■ (3)

Ые

Математическое ожидание часовой производительности агрегата рассчитывается с использованием выражения

Ж Ч = СЖ 9550 —1

М К Пд + КМп

(4)

где Сш = 0,36^ тТК—1;

щ - тяговый КПД трактора;

к - удельное сопротивление агрегата;

т - степень использования времени работы агрегата;

М к - среднее значение крутящего момента;

П = 0,5(а* + Ь*Мк) — (а* + Ь* Мк )Ф(7Я) + Ъ[р(^н)ам - математическое ожидание частоты вращения вала двигателя, мин—;

Кл =[0,5Ь- — ЪфЦн )]рМ - корреляционный момент;

Ф(гн) и р(гн) - функции аргумента = (Мн — Мк) / им.

Влияние колебаний силы тяги на тяговую мощность трактора (см. рис. 2) оценивается с помощью формулы [2]

Nкр = Р кр ур + Кру, (5)

где N кр - математическое ожидание тяговой мощности;

Vр = 0,5(а** + Ъ** Рк) - (а** + Ъ** Рк )р(^) + Ь"*р(ін )ст - математическое ожидание рабочей скорости движения трактора на данной передаче (см. рис.2, б), м/с;

Крт = [о,5Ь** - Ь**Ф^н)\тр - корреляционный момент; А* =ух;

А* = vpн + \урн -V,™)/(£, -1)]; В** = 4х -vpм)1ррН; В** = -(урм -)/[Рр,(К -1)] - коэффициенты,

определяемые по типовой характеристике трактора;

Р

К = тах - коэффициент максимальной нагрузки трактора на данной передаче;

Ркр.н

а** = А* + А*, а* = А* - А*, Ь** = В* + В**, Ь* = В** - В*;

Ф(ін) и (р{гн) - функции аргумента їн = {Р^н - рк )ІОр;

Рк, ст - среднее значение и среднеквадратическое отклонение тяговой силы трактора на данной передаче;

Рщ> н - номинальное значение силы тяги;

Ртх - максимальное значение силы тяги.

Рис. 2. Модель функционирования трактора (а), его характеристики (б), (г) и вероятностная тяговая нагрузка (в), (д), изменяющаяся по закону Гаусса: у=Щ - функция связи; М(у) - математическое ожидание энергетического показателя (Ыкр, Цкр, ир, вт) трактора; и(у) - плотность распределения вероятностей величины у=Ркр

Для расчета математического ожидания удельного тягового расхода топлива используется соотношение [2]

ё кр = 0Т1N кр , (6)

где От = 0,5(а' + Ь'Ркр) - (а' + Ь[ Ркр )Ф^Н) + Ь[р(їИ)ар - математическое ожидание секундного

расхода топлива на данной передаче;

N кр - математическое ожидание тяговой мощности трактора на данной передаче; а' = А[ + А’2, а[ = А’2 - А[, Ь' = В[ + В', Ь[ = В' - В[ - коэффициенты, определяемые по типовой тяговой характеристике;

л; =G„;A = Gm +[(Gro -Ото)КК -l)];«;=(G„ -Gxyp,„;s; = -(Gm -G„)l\Fnr,(K, -l)J; Pm P„

К = ^max ; G^, Go, Gm, Pmax, P - данные тяговой характеристики трактора,

кр . н

Литература

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

2. Агеев, Л.Е. Сверхмощные тракторы сельскохозяйственного назначения / Л.Е. Агеев, В.С. Шкрабак,

B.Ю. Моргулис-Якушев. - Л.: Агропромиздат, 1986. - 386 с.

3. Журавлев, С.Ю. Повышение эффективности функционирования МТА за счет оптимизации эксплуатационных регистров и динамических характеристик моторно-трансмиссионной установки с механической ступенчатой трансмиссией на примере трактора Т-170Б: автореф. дис. ... канд. техн. наук /

C.Ю. Журавлев. - СПб.: Пушкин, 1994. - 19 с.

4. Журавлев, С.Ю. Определение оптимальных нагрузочных режимов машинно-тракторного агрегата (на примере трактора Т-170Б с двигателем Д-160) / С.Ю. Журавлев // Вестн. КрасГАУ. - Вып. 3. - Красноярск, 2003. - С. 189-193.

5. Болтинский, В.Н. Работа тракторного двигателя при неустановившейся нагрузке / В.Н. Болтинский. -М.: Сельхозиздат, 1949. - 216 с.

УДК 630 А.С. Горяев, А.Ю. Жук

ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБОВ ОСВОЕНИЯ АВАРИЙНОЙ ДРЕВЕСИНЫ В БЕРЕГОВОЙ ЗОНЕ ВОДОХРАНИЛИЩ

В статье рассматриваются основные проблемы, возникающие при создании и эксплуатации водохранилищ ГЭС, и предлагаются способы по их решению на базе устройств для ведения лесопользования в береговой зоне.

Ключевые слова: водохранилище, древесина, освоение, способ.

A.S. Goryayev, A.Yu. Zhuk SUBSTANTIATION OF THE WAYS OF EMERGENCY WOOD DEVELOPMENT IN THE COASTAL ZONE OF WATER BASINS

The main problems emerging in creation and operation of water basins of Hydro Power Station are considered in the article and the ways to solve this problem on the basis of facilities for wood use in the coast zone are offered.

Keywords: water basin, wood, development, way.

Многолетний опыт подготовки, создания и эксплуатации водохранилищ ГЭС в лесных регионах Сибири выявил проблемы экологического, экономического и социального характера. Одними из наиболее ощутимых экологических проблем эксплуатации водохранилищ ГЭС является затопление лесопокрытых территорий с запасом леса на 1 га до 300 м3 и наличие в акватории плавающего древесного сырья.

Проектами обычно предусматривалось два вида работ, сопутствующих подготовке ложа водохранилища: лесосводка, или вырубка товарной древесины, и лесоочистка, выполняемая различными способами, -с полной очисткой и корчевкой пней, с подрезкой их на уровне земли или с оставлением пней определенной высоты. Единых положений, регламентирующих во всех деталях размеры и порядок вырубки древостоев, характер лесоочистных работ и площадь, на которой они должны производиться, не существовало. Необходимых полноценных изысканий лесных массивов, как в зоне водохранилища, так и в прилегающих к нему