CC BY
17
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 629.114.2.004
Определение тяговой мощности трактора при трогании с места в режиме частичной нагрузки
С.В. Хабардин, канд. техн. наук ФГБОУ ВО Иркутский ГАУ
В статье предложено определение тяговой мощности машины при трогании с места в режиме частичной нагрузки по способу, защищённому патентами России на изобретение. Сущность метода заключается в том, что тяговую мощность испытываемой машины определяют по частоте вращения коленчатого вала двигателя в режиме частичной нагрузки - при наперёд заданной силе тяги, причём при полной подаче топлива. При этом для данной силы сначала находят максимальную частоту вращения коленчатого вала двигателя, экспериментальная машина которого имеет номинальную тяговую мощность, соответствующую паспортным данным исправной машины, а затем - минимальную частоту вращения коленчатого вала двигателя, экспериментальная машина которого имеет тяговую мощность, соответствующую мощности, развиваемой при заданной частичной нагрузке. После чего измеряют частоту вращения коленчатого вала двигателя испытываемой машины, причём при той же частичной нагрузке и при полной подаче топлива. По полученным данным вычисляют тяговую мощность машины. В результате представляется возможным определение тяговой мощности трактора при трогании с места в режиме частичной нагрузки, который позволяет проводить испытания машин при заданной незначительной силе тяги, что улучшает качество испытаний и их техническую безопасность. Установлено, что тяговая мощность определяется на основе сравнения характеристик экспериментальных машин с заранее известными техническими характеристиками испытываемых машин. Полученные результаты теоретического исследования процесса тяговых испытаний могут быть положены в основу методики экспериментального исследования данного процесса, а в конечном итоге - в практику технического диагностирования машин, в частности для определения тяговой мощности трактора и эффективной мощности его двигателя.
Ключевые слова: трактор, тяговая мощность, определение, испытания, нагрузка, 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 [2 - 8].
Под полной нагрузкой обычно понимают нагружение машины до номинальной или максимальной силы тяги [4 - 6, 9 - 11].
Частичная нагрузка - эта нагрузка, задаваемая в интервале больше нуля, но меньше номинального значения силы тяги [7].
Тяговая мощность - это максимальная мощность автотранспортного средства, развиваемая при номинальной силе тяги [12].
Материал и методы исследования. Цель исследования - обоснование возможности определения 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 положены закономерности изменения мощностных показателей машин при их различном техническом состоянии, а также метод эталонирования. В частности, тяговая
мощность определяется в результате сравнения тяговых характеристик исправной (условно эталонной) машины, имеющей заранее известные технические характеристики, с аналогичными характеристиками испытываемой машиной. Такое сравнение становится возможным при заранее известных закономерностях изменения мощностных показателей машин с различным техническим состоянием. При этом учитывается отношение изменений тяговой мощности к изменениям частоты вращения коленчатого вала двигателя испытываемых машин.
Результаты исследования. Определение тяговой мощности машины при трогании с места в режиме частичной нагрузки предложено по способу, защищённому патентом России на изобретение [7]. Его сущность заключается в том, что тяговую мощность испытываемой машины определяют по частоте вращения коленчатого вала двигателя в режиме частичной нагрузки - при наперёд заданной силе тяги, причём при полной подаче топлива. При этом для данной силы сначала находят максимальную частоту вращения коленчатого вала двигателя, экспериментальная машина которого имеет номинальную тяговую мощность, соответствующую паспортным данным исправной машины, а также минимальную частоту вращения коленчатого вала двигателя, экспериментальная машина которого имеет тяговую мощность, соответствующую тяговой мощности, развиваемой при заданной частичной нагрузке. Затем измеряют частоту вращения коленчатого вала двигателя испытываемой машины
при той же частичной нагрузке и при полной подаче топлива. По полученным данным вычисляют тяговую мощность машины.
Представим способ определения тяговой мощности машины при трогании с места в режиме частичной нагрузки графически (рис. 1) [7] в виде тяговых характеристик машины. В частности, приняты во внимание зависимости частоты п вращения коленчатого вала двигателя и тяговой мощности ЫТ машины от силы тяги РТ: 12 -зависимость тяговой мощности от силы тяги экспериментальной машины, двигатель которой развивает номинальную тяговую мощность и машины, двигатель которой развивает мощность, соответствующую заданной силе тяги в режиме частичной нагрузки; 2^ 22 - зависимости частоты вращения коленчатого вала двигателя экспериментальной машины от его силы тяги, соответствующие линиям 1 и 12. Кроме того, на рисунке 1 обозначены: - максимальная частота вращения коленчатого вала двигателя, экспериментальная машина которого имеет номинальную тяговую мощность; я^т - минимальная частота вращения коленчатого вала двигателя, экспериментальная машина которого имеет такую тяговую мощность, которая соответствует тяговой мощности, развиваемой при заданной частичной нагрузке по силе тяги; пи - частота вращения коленчатого вала двигателя испытываемой машины; тах, - тяговая мощность экспериментальной машины, двигатель которой развивает номинальную тяговую мощность, и машины, двигатель которой развивает мощность, соответствующую заданной силе тяги в режиме частичной нагрузки; а - угол наклона регуляторной ветви графика тяговой мощности
Рис. 1 - Способ определения тяговой мощности машины при трогании с места в режиме частичной нагрузки
к оси абсцисс тяговой характеристики; Ртч, Ртн - значение Рт соответствующее режиму испытаний при частичной нагрузке (при нагрузке по силе тяги в интервале от 0 до номинальной) и на номинальном режиме (названные режимы проходят по вертикальным линиям через точки РТЧ, РТН, обозначенные на оси абсцисс); точка А на вертикали, проходящей через точку Ртч, лежащую на оси абсцисс, - испытываемая машина (условно), частота вращения двигателя которой равна пи и находится в интервале от nmax до nmin.
Найдём математическое описание процесса тяговых испытаний по предложенному способу. Пусть в порядке эксперимента были проведены тяговые испытания по крайней мере двух экспериментальных тракторов, один из которых имеет номинальную тяговую мощность, а тяговая мощность другого трактора значительно меньше номинальной, но соответствует некоторой силе тяги этой машины. Пусть также эта сила тяги будет соответствовать режиму частичной нагрузки при тяговых испытаниях других аналогичных машин. Надо иметь в виду, что испытания экспериментальных тракторов проводят для получения экспериментальных данных, необходимых в дальнейшем для проведения испытаний аналогичных машин с целью определения их тяговой мощности. В результате получены графики на тяговой характеристике (рис. 1): Ii, 12; 2i, 22. По графикам видно, что при изменении тяговой мощности машин от NTmax до Nj-min соответствующим образом изменяется частота
вращения коленчатого вала их двигателей - от
э э
nmax до nmin.
Отсюда представляется возможным найти коэффициент Фдп - коэффициент пропорциональности, учитывающий снижение тяговой мощности средства при уменьшении частоты вращения коленчатого вала двигателя и вычисленный по формуле:
Ф _ NTmax — NTmin (1)
фЫп _ э э , n — n ■
max min
где Nrmax, NTmin - тяговая мощность экспериментального трактора, двигатель которого развивает номинальную тяговую мощность, и трактора, двигатель которого развивает мощность, соответствующую заданной силе тяги в режиме частичной нагрузки; nmax - максимальная частота вращения коленчатого вала двигателя, имеющего номинальную тяговую мощность; nniin - минимальная частота вращения коленчатого вала двигателя, имеющего такую тяговую мощность, которая соответствует тяговой мощности, развиваемой при заданной частичной нагрузке по силе тяги. При NTmax = Nth, NTmin = Ртч tga уравнение (1) примет вид:
известия оренбургского государственного аграрного университета
2020 • № 3 (83)
^Nn =
Nth - -тч tg а
э э
П — n-max min
(2)
где ЫТН - номинальная тяговая мощность трактора, соответствующая номинальной силе тяги;
РТЧ - наперёд заданная сила тяги (режим частичной нагрузки), при которой осуществляют испытание трактора; tga - тангенс угла наклона регуляторной ветви графика тяговой мощности к оси абсцисс тяговой характеристики.
Пусть с целью определения тяговой мощности производят тяговые испытания некоторого (выбранного случайным образом из парка аналогичных машин) испытываемого трактора в режиме частичной нагрузки - при РТЧ (на рис. 1 эта машина условно показана точкой А). По рисунку 1 можно видеть, что если тяговая мощность машины будет равна ЫТтах (или ЫТН), то точка А будет лежать на пересечении вертикали РТЧ с линией 2^ Если тяговая мощность машины будет равна Ыттт (или Ртч tga), то точка А окажется на пересечении вертикали РТЧ с линией 22.
Следовательно, зная значение фЫп и частоту вращения коленчатого вала двигателя испытываемого трактора, найденную при той же частичной нагрузке и при полной подаче топлива, представляется возможным определить снижение тяговой мощности (её отклонение от номинального значения) этой машины по формуле:
ANT = (<ах — nH)9Nn,
(3)
aNT = Ках — ПИ)
nth — -тч tg а
э э
П — П ■ "max "min
(4)
В результате получено математическое описание процесса тяговых испытаний по предложенному способу [7], позволяющее определить тяговую мощность испытываемого трактора. Заметим при этом, что правильность формулы (6) подтверждается единицами измерения: умножив скобку на дробь, после сокращения частоты вращения (с-1 или оборот в секунду) получим мощность в кВт. Кроме того, при п'^ах = ^п , как и при птах = пи, вычитаемое из правой части уравнения (6) равно нулю. При этом = ЫТН, что также подтверждает правильность формулы (6).
Способ определения тяговой мощности машины при трогании с места в режиме частичной нагрузки [7] осуществляют следующим образом. Подготавливают машину, например трактор и тяговое устройство, к испытанию, при котором при необходимости прогревают двигатель, проводят необходимые операции технического обслуживания, проверяют исправность тягового устройства, тахоспидометра. Контролируя силу тяги динамометром, входящим в состав тягового устройства, а частоту вращения коленчатого вала двигателя, например штатным тахоспидометром, производят тяговые испытания трактора при трогании с места под нагрузкой и при полной подаче топлива в следующем порядке. При наперёд заданной силе тяги РТЧ (в режиме частичной нагрузки - при силе тяги, значительно меньшей номинального значения) сначала находят максимальную частоту <ах вращения коленчатого вала двигателя, экспериментальный трактор которого имеет номинальную тяговую мощность ЫТН (или ЫТтах),
где ДЯ? - снижение тяговой мощности испытываемого трактора;
пи - частота вращения коленчатого вала двигателя испытываемого трактора.
Подставим в (3) выражение (2) и получим математическое описание снижения тяговой мощности испытываемого трактора (в кВт), которое имеет следующий вид:
а также минимальную частоту
вращения
Принимая во внимание то, что измеренное значение тяговой мощности может отличаться от номинального на величину AN^, запишем:
NT = Nth - ANT, (5)
где ^и - тяговая мощность испытываемого трактора.
В завершение подставим в уравнение (5) правую часть уравнения (4) и получим математическое описание тяговой мощности испытываемого трактора (в кВт), которое имеет следующий вид:
NT = Nth— ^ах — пи) Nt Н ^ а. (6)
П — П ■ max min
коленчатого вала двигателя, экспериментальный трактор которого имеет такую тяговую мощность Ыттш, которая соответствует тяговой мощности, развиваемой при заданной частичной нагрузке. Затем измеряют частоту пи вращения коленчатого вала двигателя испытываемого трактора (на рис. 1 это условно показано точкой А), причём при той же частичной нагрузке (силе тяги РТЧ) и при полной подаче топлива. После чего определяют тяговую мощность машины по формуле (6).
Таким образом, предложенный способ позволяет определить тяговую мощность машины при трогании 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. Обоснована возможность определения тяговой мощности трактора при трогании с места в режиме частичной нагрузки, что позволяет проводить тяговые испытания машин при заданной незначительной (в сравнении с номинальной и максимальной) силе тяги, а это улучшает качество испытаний и их техническую безопасность.
П
2. Установлено, что тяговая мощность определяется на основе сравнения характеристик экспериментальных машин с заранее известными техническими характеристиками испытываемых машин.
3. 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. Бельских В.И. Диагностирование и обслуживание сельскохозяйственной техники. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Колос, 1980. 575 с.
3. Результаты анализа методов испытаний тракторных двигателей при определении их мощности / С.Г. Бородин, С.В. Хабардин,
B.Н. Хабардин [и др.] // Вестник ИрГСХА. 2012. Вып. 51.
C. 111 - 117.
4. ГОСТ 7057 - 2001. Тракторы сельскохозяйственные. Методы испытаний. Взамен ГОСТ 7057 - 81; введ. 2003-01-01. М.: Изд-во стандартов, 2002. 11 с.
5. Пат. 2430339 Рос. Федерация, МПК G 01 L 5/13 (2006.01). Способ определения тяговой мощности транспортного средства при его испытании в тяговом режиме трогания с места / Хабардин В.Н., Хабардин С.В.; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО Иркут. гос. с.-х. акад. № 2009134577/28; заявл. 15.09.2009; опубл. 27.09.2011 Бюл. № 27. 9 с.
6. Пат. 2430340 Рос. Федерация, МПК G 01 L 5/13 (2006.01). Способ определения эффективной мощности двигателя транспортной машины при её испытании в тяговом режиме трогания с места / Хабардин В.Н., Хабардин С.В.; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО Иркут. гос. с.-х. акад. № 2009134575/28; заявл. 15.09.2009; опубл. 27.09.2011, Бюл. № 27. 7 с.
7. Пат. 2711844 Рос. Федерация, G01M 17/00 (2006.01) G01L 5/13 (2006.01). Способ определения тяговой мощности автотранспортного средства при трогании с места в режиме частичной нагрузки / Хабардин С.В.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Иркутский государственный аграрный университет имени А.А. Ежевского». № 2018100480; заявл. 09.01.2018; опубл. 22.01.2020; Бюл. № 3.
8. 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.
9. ГОСТ 18509 - 88. Дизели тракторные и комбайновые. Методы стендовых испытаний. Взамен ГОСТ 18509 - 80; введ. 199001-11. М.: Изд-во стандартов, 1988. 128 с.
10. ГОСТ 23734 - 98. Тракторы промышленные. Методы испытаний. Взамен ГОСТ 23734 - 79; введ. 01.07.2000. М.: Изд-во стандартов, 1999. 18 с.
11. ГОСТ 30745 - 2001. Тракторы сельскохозяйственные: определение тяговых показателей. Межгосударственный стандарт. введ.01.01.2003. М.: Изд-во стандартов, 2002. 11 с.
12. Скотников В.А., Мащенский А.А., Солонский А.С. Основы теории и расчёта трактора и автомобиля. М.: Агропромиздат, 1986. 383 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
Tractor power rating when it starts 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 Molodezhny St., Irkutsk, 664038, Russia E-mail: fair.irk@mail.ru
The article proposes the determination of the traction power of the machine when moving from standstill in the partial load mode according to the method protected by Russian patents for the invention. Its essence lies in the fact that the traction power of the tested machine is determined by the frequency of rotation of the crankshaft of the engine in the partial load mode - with a predetermined traction force, and with full fuel supply. In this case, for a given force, first find the maximum rotational speed of the engine crankshaft, the experimental machine of which has the rated traction power corresponding to the passport data of the serviceable machine, and then the minimum rotational speed of the engine crankshaft, the experimental machine of which has the traction power corresponding to the power developed at given partial load. Then measure the rotational speed of the crankshaft of the engine of the test machine, and with the same partial load and with a full supply of fuel. According to the data obtained, the traction power of the machine is calculated. As a result, it is possible to determine the tractor's traction power when moving off in partial load mode, which allows testing machines at a given low traction force, which improves the quality of the tests and their technical safety. It was found that traction power is determined by comparing the characteristics of experimental machines with the previously known technical characteristics of the tested machines. The obtained results of a theoretical study of the traction test process can be the basis for the experimental research methodology of this process, and ultimately, in the practice of technical diagnostics of machines, in particular, to determine the tractor traction power and the effective power of its engine. Key words: determination, traction power, tractor, tests, load, traction force.
-Ф-
