CC BY
9
Рубцовский индустриальный институт (филиал) ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет имени И.И. Ползунова»
Россия, 658207, Алтайский край, г. Рубцовск, ул. Тракторная, 2/6 Е-mail: kaporinvl@mail.ru; tm@rubinst.ru; vitsal_72@mail.ru
The influence of technological factors on the cutting ability of wheels and energy consumption during grinding of a microporous coating
Kaporin Vladimir Anatolyevich, engineer
Alekseev Nikolay Sergeevich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor Ivanov Sergey Vladimirovich, engineer
Rubtsovsk Industrial Institute (branch) of the Altai State Technical University named after I.I. Polzunova 2/6, Tractor St., Rubtsovsk, Altai Territory, 658207, Russia, E-mail: kaporinvl@mail.ru; tm@rubinst.ru; vitsal_72@mail.ru
Wear-resistant microporous nickel-based coatings belong to the group of hard-to-machine materials, whose abrasive treatment is associated with considerable difficulties. The main reasons for poor machinability of these coatings by grinding lie in the rapid loss of the cutting properties of abrasive wheels due to their blunting and active sticking of coating particles onto the working surface of a tool. A way of improving the grinding performance of microporous coatings is proposed by finding optimal values of processing factors that ensure maximum durability of the abrasive tool and low energy costs. The article presents the findings of a study of the cutting ability of wheels mode of electrocorundum in case of a cylindrical infeed grinding of microporous coatings. The dependence of the coefficient of cutting ability of the wheels Кр and the specific power of grinding Ny/I on the operational factors: cutting speeds, part rotation and radial feed, as well as on the elements of the performance of wheels: grain size and degree of hardness, have been studied. The methodology and research findings of the process of cylindrical infeed grinding of microporous coatings using an active planned experiment are described. For design of an experiment, a fractional factorial design was used, which was carried out according to scheme 25-2. The article highlights the conditions for conducting experiments, the chemical composition of the plasma sprayed coatings and sample sizes are given. A statistical analysis was carried out and mathematical models were obtained reflecting the effect on the surfaces of the response (coefficient Кр and grinding power Nw) of cutting conditions and performance of wheels. The further direction of using the obtained models for solving the problem of optimization of cutting modes performance of an abrasive tool according to the criterion of maximizing the durability of grinding wheels is shown.
Key words: microporous coatings; abrasive treatment; cutting ability of wheels; grinding power; optimization; mathematical model.
-♦-
УДК 629.114.2.004.
Обоснование контроля тяговой мощности трактора при трогании с места в режиме частичной нагрузки
С.В. Хабардин, канд. техн. наук ФГБОУ ВО Иркутский ГАУ
Тяговые испытания тракторов проводятся тремя основными способами: первый - в движении, второй -на стенде (тормозной), третий - при трогании с места под нагрузкой. Тяговые испытания в движении регламентированы государственными стандартами. При этом в качестве загрузочного устройства используют динамометрические лаборатории с электрическим торможением, оснащённые динамографами, осциллографами, самописцами, расходомерами и другими приборами. В качестве загрузочных устройств также используют тракторы, сопротивление движению которых регулируется изменением подачи топлива и переключением передач. Названный способ тяговых испытаний отличается высокой трудоёмкостью, а при его применении требуется сложное и дорогостоящее оборудование. В связи с этим предложен способ контроля тяговой мощности трактора при трогании с места в режиме частичной нагрузки, который позволяет проводить испытания машин при заданной незначительной (в сравнении с номинальной или максимальной) силе тяги, что улучшает качество испытаний и их техническую безопасность. В статье представлено обоснование этого способа. В основу методики исследования положены закономерности изменения мощностных показателей машин при их различном техническом состоянии, а также метод эталонирования. Проведено сравнительное исследование эталонной машины с испытываемой. Такое сравнение становится возможным при заранее известных закономерностях изменения мощностных показателей машин, имеющих различное техническое состояние. Ещё один методический аспект состоит в том, что при исследовании используются допускаемые значения названных показателей. В совокупности это позволяет обосновать возможность контроля тяговой
ИЗВЕСТИЯ ОРЕНБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО АГРАРНОГО УНИВЕРСИТЕТА
2020 • № 4 (84)
мощности машин при их трогании с места в режиме частичной нагрузки. Тяговые испытания трактора при трогании с места под нагрузкой могут быть реализованы с применением неподвижной опоры, а также с использованием другого трактора в качестве неподвижной опоры.
Ключевые слова: тяговая мощность, трактор, тяговые испытания, контроль, способ, сила тяги.
Под методом обычно понимают форму реализации способа. В практическом смысле метод - это перечень операций (действий), выполняемых в определённой последовательности при достижении какой-либо цели. При этом способ - это процесс выполнения действий над материальным объектом и с помощью материальных объектов [1].
Тяговый метод испытания машин - это метод определения мощностных и топливных показателей автотранспортных средств (тракторов, тяговых машин и автомобилей) при их нагружении силой тяги - нагрузкой, причём как полной, так и частичной.
Под полной нагрузкой обычно понимают нагружение машины до номинальной или максимальной силы тяги.
Частичная нагрузка - эта нагрузка, задаваемая в интервале больше ноля, но меньше номинального значения силы тяги.
Материал и методы исследования. Цель исследования - обоснование возможности контроля тяговой мощности машин при трогании с места в режиме частичной нагрузки.
Объект исследования - процесс тяговых испытаний машин при их трогании с места под нагрузкой.
В основу методики исследования положены закономерности изменения мощностных показателей машин при их различном техническом состоянии, а также метод эталонирования. В частности, проводится сравнительное исследование эталонной машины с испытываемой. Такое сравнение становится возможным при заранее известных закономерностях изменения мощностных показателей машин, имеющих различное техническое состояние. Ещё один методический аспект состоит в том, что при исследовании используются допускаемые значения названных показателей. В совокупности это позволяет обосновать возможность контроля тяговой мощности машин при их трогании с места в режиме частичной нагрузки.
Результаты исследования. Тяговые испытания тракторов проводятся тремя основными способами: первый - в движении, второй - на стенде (тормозной) [2 - 7], третий - при трогании с места под нагрузкой [8 - 11].
Способ тяговых испытаний в движении регламентирован государственными стандартами. При этом в качестве загрузочного устройства используют динамометрические лаборатории с электрическим торможением, оснащённые динамографами, осциллографами, самописцами, расходомерами и другими приборами. В каче-
стве загрузочных устройств также используют тракторы, сопротивление движению которых регулируется изменением подачи топлива и переключением передач [12, 13]. При последовательном изменении нагрузки с числом ступеней нагрузки не менее 12 от нуля до максимального значения замеряют тяговое усилие, продолжительность опыта, путь, пройденный трактором, массу (объём) израсходованного топлива, частоту вращения движителя (ведущих колёс), частоту вращения выходного вала двигателя, а также показатели, характеризующие физические свойства почвы. Максимальное тяговое усилие в процессе испытаний должно ограничиваться началом неустойчивой работы двигателя или буксованием, регистрируемым на основе визуальных наблюдений. Тяговые испытания в движении могут быть проведены только при соблюдении условий, касающихся физических свойств почвы и буксования колёс [12, 14].
Тяговые испытания на стенде проводят при испытании трактора на стенде, имеющем необходимый набор оборудования с приводными и опорными блоками, беговыми барабанами, электромашиной и нагрузочным жидкостным реостатом [2 - 7]. На стенде тяговая нагрузка определяется при прокручивании нагрузочных барабанов от ведущих колёс трактора при включении соответствующих передач трансмиссии. При этом электрическая машина, нагружающая барабан стенда, работает в режиме генератора, а ЭДС, вырабатываемая генератором, передаётся в общую электрическую сеть. С помощью жидкостного реостата в цепи генератора можно плавно менять нагрузку на ведущих колёсах трактора. Испытательные стенды позволяют имитировать скорость движения машины в пределах от 11,3 до 20,4 км/ч с изменением тяговых усилий от 1 до 35 кН, а также измерять часовой расход топлива от 0 до 70 кг/ч. Максимальная мощность, снимаемая с колёс трактора при тяговых испытаниях, 195 кВт, при этом занимаемая оборудованием площадь может превышать 35 м2.
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.
Тяговые испытания трактора при трогании с места под нагрузкой могут быть реализованы с применением неподвижной опоры, а также с использованием другого трактора в качестве неподвижной опоры.
Тяговые испытания отличаются режимом на-гружения машины [8 - 11]: первый режим - при максимальной силе тяги, второй - при номинальной силе тяги. По направлению силы тяги: первый режим - при силе тяги, направленной горизонтально к основанию, второй - при силе тяги, направленной под углом к основанию.
В ходе тяговых испытаний динамометром измеряют значение силы тяги испытываемой машины и при помощи математических выражений определяют значение тяговой мощности трактора и эффективной мощности его двигателя.
Все три способа имеют недостатки. Недостаток тяговых испытаний в движении заключается в необходимости применения испытательной лаборатории, имеющей в составе сложную динамометрическую тележку, оборудованную тормозным устройством для создания переменного сопротивления движению испытываемой машины.
Стендовые тяговые испытания требуют применения стендов большой мощности, что усложняет процесс испытаний и делает его более дорогим [13, 15]. Кроме того, на тормозных стендах с беговыми барабанами не представляется возможным испытание гусеничных машин.
Испытания машин при трогании с места под нагрузкой с выходом на номинальные и максимальные значения силы тяги могут привести к возникновению неисправностей муфты сцепления и трансмиссии. При этом виде испытаний требуется высоконадёжное тормозное устройство.
Однако необходимо отметить, что способ тяговых испытаний машин при трогании с места под нагрузкой является наиболее простым и недорогим в своей реализации и при существующих недостатках его необходимо совершенствовать. Его дальнейшее совершенствование представляется возможным на базе нового технического решения, выполненного на уровне изобретения, к которому относится способ контроля тяговой мощности автотранспортного средства при трогании с места в режиме частичной нагрузки [10, 11].
Сущность этого способа заключается в том, что тяговую мощность испытываемого средства контролируют по частоте вращения коленчатого вала двигателя в режиме частичной нагрузки - при наперёд заданной силе тяги, причём при полной подаче топлива. При этом сначала находят эталонное значение частоты вращения коленчатого вала двигателя для данной силы тяги, соответствующей исправному двигателю, и устанавливают допускаемое отклонение найденного параметра как в сторону снижения частоты вращения коленчатого вала двигателя, так и в сторону его повышения. Затем измеряют частоту вращения коленчатого вала испытываемого двигателя, причём при той же частичной
нагрузке и при полной подаче топлива. После чего полученное значение измеренной частоты вращения коленчатого вала двигателя сопоставляют с эталонным значением. Если измеренное значение частоты вращения коленчатого вала двигателя испытываемого средства попадает в интервал допускаемого отклонения эталонной частоты вращения коленчатого вала двигателя, считают, что тяговая мощность средства соответствует нормативному значению. Если измеренное значение частоты вращения коленчатого вала двигателя испытываемого средства не попадает в этот интервал, считают, что тяговая мощность средства не соответствует нормативному значению.
Способ контроля тяговой мощности автотранспортного средства при трогании с места в режиме частичной нагрузки представлен на рисунке 1, где, в частности, показаны графики зависимости частоты вращения коленчатого вала двигателя п от силы тяги на крюке Рт. При этом линией 1э показан график исправного двигателя с эталонной частотой пэ вращения коленчатого вала, линиями 1н и 1в - графики, соответствующие нижнему пэн и верхнему пэв допускаемым отклонениям частоты вращения коленчатого вала этого двигателя, которые могут быть получены с учётом допускаемого изменения параметра пэ соответственно как в сторону снижения частоты вращения коленчатого вала двигателя, так и в сторону его повышения. Другими символами обозначены: Ртч, Ртн - значение Рт, соответствующее режиму испытаний при частичной нагрузке (при нагрузке по силе тяги в интервале от нуля до номинальной) и на номинальном режиме (названные режимы проходят по вертикальным
Рис. 1 - Способ контроля тяговой мощности
трактора при трогании с места в режиме частичной нагрузки
ИЗВЕСТИЯ ОРЕНБУРГСКОГО ГОСУдАРСТВЕННОГО АГРАРНОГО УНИВЕРСИТЕТА
2020 • № 4 (84)
линиям через точки Ртч, Ртн, обозначенные на оси абсцисс); щ, п2 - частота вращения коленчатого вала испытываемых двигателей, первый из которых имеет заниженное значение этого параметра, а второй - завышенное; Аэ, А1, А2 -экспериментальные точки, полученные в режиме частичной нагрузки, лежащие на вертикальной линии, проходящей через точку Ртч на оси абсцисс, и соответствующие параметрам пэ, щ, п2.
Способ контроля тяговой мощности автотранспортного средства при трогании с места в режиме частичной нагрузки осуществляют следующим образом (рис. 2). Подготавливают средство, предположим трактор 1 и тяговое устройство 3, к испытанию, при котором, например, прогревают двигатель, проводят необходимые операции технического обслуживания, проверяют исправность тягового устройства. Затем присоединяют средство к тяговому устройству, оснащённому динамометром 2, трогаются с места под нагрузкой и при этом по штатному тахоспидометру контролируют частоту вращения коленчатого вала двигателя в режиме частичной нагрузки - при наперёд заданной силе тяги Ртч и при полной подаче топлива. В процессе трогания сначала находят эталонное значение частоты пэ вращения коленчатого вала двигателя для данной силы тяги (Ртч), соответствующей исправному двигателю (в точке Аэ), и устанавливают допускаемое отклонение найденного параметра как в сторону снижения частоты пэн вращения коленчатого вала двигателя, так и в сторону его повышения пэв.
Допускаемое отклонение пэ может быть установлено по допускаемому отклонению эффективной мощности двигателя автотранспортного средства: не более 5 % на снижение и не более 7 % на повышение мощности от её номинального значения. Затем измеряют частоту вращения коленчатого вала испытываемого двигателя (на рис. 1 это П1 и п2, соответствующие точкам А1 и А2), причём при той же частичной нагрузке Ртч
ччч ччч ч<\ ччч ччч !1
Рис. 2 - Схема тяговых испытаний трактора в режиме трогания с места:
1 - трактор; 2 - динамометр; 3 - тяговое устройство (нагрузочная опора)
и при полной подаче топлива. После чего полученное значение измеренной частоты (пх или п2) вращения коленчатого вала двигателя сопоставляют с эталонным значением пэ. Если измеренное значение частоты (пх или п2) вращения коленчатого вала двигателя испытываемого средства попадает в интервал допускаемого отклонения эталонной частоты пэ вращения коленчатого вала двигателя (на рис. 1 этот интервал обозначен в пределах от пэн до пэв), считают, что тяговая мощность средства соответствует нормативному значению. Если измеренное значение частоты (пх или п2) вращения коленчатого вала двигателя испытываемого средства не попадает в указанный интервал допускаемого отклонения эталонной частоты пэ вращения коленчатого вала двигателя, то считают, что тяговая мощность средства не соответствует нормативному значению.
На рисунке 1 для примера условно показаны три автотранспортных средства - три экспериментальных точки: А э - исправное средство, по которому предварительно определён интервал допускаемого отклонения (от пэн до пэв); А1 и А2 - испытываемые средства с целью контроля мощности, из которых первое не попадает в интервал допускаемого отклонения (от пэн до пэв) и, следовательно, его тяговая мощность не соответствует нормативному значению, а второе попадает в этот интервал, и поэтому его тяговая мощность соответствует нормативному значению.
Таким образом, предложенный способ позволяет проконтролировать тяговую мощность машины при трогании её с места в режиме частичной нагрузки, что осуществляется при небольшой нагрузке как на двигатель, так и на трансмиссию, а это позволяет более качественно выполнить данную операцию. Выводы
1. Предложен способ контроля тяговой мощности автотранспортного средства при трогании с места в режиме частичной нагрузки, позволяющий проводить тяговые испытания машин при заданной незначительной (в сравнении с номинальной и максимальной) силе тяги, что улучшает качество испытаний и их техническую безопасность.
2. Полученные результаты теоретического исследования процесса тяговых испытаний могут быть положены в основу методики экспериментального исследования данного процесса.
Литература
1. Ожегов С.И. Словарь русского языка: 70000 слов. 21-е изд., перераб. и доп. М.: Рус. яз., 1989. 924 с.
2. Аллилуев В.А., Ананьин А.Д., Морозов А.Х. Практикум по эксплуатации машинно-тракторного парка: учеб. пособие. М.: Агропромиздат, 1987. 304 с.
3. Аринин И.Н. Диагностирование технического состояния автомобиля. М.: Транспорт, 1978. 176 с.
4. Бельских В.И. Диагностирование и обслуживание сельскохозяйственной техники. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Колос, 1980. 575 с.
5. ГОСТ 18509 - 88. Дизели тракторные и комбайновые. Методы стендовых испытаний. Взамен ГОСТа 18509 - 80; введ. 199001-11. М.: Изд-во стандартов, 1988. 128 с.
6. ГОСТ 23734 - 98. Тракторы промышленные. Методы испытаний. Взамен ГОСТа 23734 - 79; введ. 01.07.2000. М.: Изд-во стандартов, 1999. 18 с.
7. Технология диагностирования тракторов / В.И. Бельских [и др.]; под ред. В.И. Бельских. М.: ГОСНИТИ, 1973. 280 с.
8. Результаты анализа методов испытаний тракторных двигателей при определении их мощности / С.Г. Бородин, С.В. Хабардин, В.Н. Хабардин [и др.] // Вестник Иркутской государственной сельскохозяйственной академии. 2012. Вып. 51. С. 111 - 117.
9. Пат. 2490610 Рос. Федерация, МПК G 01 L 5/13 (2006.01), G 01 М 17/007 (2006/01). Способ тяговых испытаний транспортных машин при трогании с места под нагрузкой / С.В. Хабардин, Л.А. Хабардина, С.Г.Бородин; заявит. и патентооблад. Иркут. гос. с.-х. акад. № 2012106269/11; заявл. 21.02.2012; опубл. 20.08.2013. Бюл. № 23.
10. Пат. 2708415 Рос. Федерация, G01М 17/00 (2006.01). Способ контроля тяговой мощности автотранспортного средства при
трогании с места в режиме частичной нагрузки / Хабардин С.В.; заявит. и патентооблад. ФГБОУ ВО «Иркут. гос. агр. ун-т им. А.А. Ежевского». № 2018100478; заявл. 09.01.2018; опубл. 06.12.2019. Бюл. № 34.
11. Хабардин В.Н., Хабардин С.В. Определение эффективной мощности двигателя при испытании трактора в тяговом режиме движения с места // Вестник КрасГАУ. 2009. № 12. С. 176 - 179.
12. ГОСТ 7057 - 2001. Тракторы сельскохозяйственные. Методы испытаний. Взамен ГОСТа 7057 - 81; введ. 2003-01-01. М.: Изд-во стандартов, 2002. 11 с.
13. Скотников В.А., Мащенский А.А., Солонский А.С. Основы теории и расчёта трактора и автомобиля. М.: Агропромиздат, 1986. 383 с.
14. ГОСТ 30745 - 2001. Тракторы сельскохозяйственные определение тяговых показателей. Межгосударственный стандарт. Введ. 01.01.2003. М.: Изд-во стандартов, 2002. 11 с.
15. Техническая диагностика тракторов и зерноуборочных комбайнов / под ред. В.М. Михлина. М.: Колос, 1978. 287 с.
Хабардин Сергей Васильевич, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник ФГБОУ ВО «Иркутский государственный аграрный университет имени А.А. Ежевского» Россия, 664038, Иркутская область, Иркутский р-н, пос. Молодёжный, 1 E-mail: fair.irk@mail.ru
Substantiation of tractor traction power control during the start-off process in the mode of partial load
Khabardin Sergey Vasilievich, Candidate of Technical Sciences, leading researcher Irkutsk State Agrarian University named after A.A. Ezhevsky 1, Set. Molodezhny, Irkutsk distrikt, Irkutsk region, 664038 E-mail: fair.irk@mail.ru
Traction tests of tractors are carried out in three main ways: the first - in motion, the second - on the stand (brake), the third - when starting off under load. Traction tests in motion are regulated by state standards. At the same time, dynamometric laboratories with electric braking are used as a loading device, equipped with dyna-mographs, oscilloscopes, recorders, flow meters and other devices. Tractors are also used as loading devices, the movement resistance of which is regulated by changing the fuel supply and shifting gears. The named method of traction tests is highly labor intensive, and its use requires complex and expensive equipment. In this regard, a method for controlling the tractor's traction power when starting off in partial load mode has been proposed, which allows testing machines at a given low (in comparison with the nominal or maximum) traction force, which improves the quality of the tests and their technical safety. The article presents the rationale for this method. The research methodology is based on the laws of change in the power indicators of machines with their various technical conditions, as well as the standardization method. In particular, a comparative study of the reference machine with the test. Such a comparison becomes possible with previously known patterns of change in the power indicators of machines with different technical conditions. Another methodological aspect is that the study uses the permissible values of these indicators. Together, this allows us to justify the ability to control the traction power of cars when they are moving in place in the partial load mode. Traction tests of a tractor when starting off under load can be implemented using a fixed support, as well as using another tractor as a fixed support.
Key words: control, traction power, tractor, traction tests, method, traction force.
-♦-
