CC BY
37
портных работах позволило сэкономить до 5% дизельного топлива, а на пахоте экономия достигала 21%. В СПК «Русь» экономия составила 8 и 17% соответственно.
Выводы
Поршневые расходомеры могут быть достаточно точными при наличии зазора в измерительной системе «гильза - поршень».
Минимум погрешности измерения при прочих равных условиях может быть достигнут при объемной плотности поршня, близкой к плотности жидкости.
Литература
1. Глотов, С.В. Оценка эффективности функционирования тракторов / С.В. Глотов. - Саранск: Красный Октябрь, 2003.
2. Иофинов, С.А. Приборы для учета и контроля работы тракторных агрегатов / С.А. Иофинов, Х.М. Рай-
хлин. - Л.: Машиностроение, 1972.
3. Кремлевский, П.П. Расходомеры / П.П. Кремлевский. - М.: Машгиз, 1963.
4. Корн, Г. Справочник по математике для научных работников и инженеров / Г. Корн, Т. Корн. - М.: Нау-
ка, 1978. - 831 с.
5. Угинчус, А.А. Гидравлика / А.А. Угинчус, Е.А. Чугаева. - Л.: Стройиздат, 1971.
УДК 631.3 Н.И. Селиванов
РАСШИРЕНИЕ ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ТРАКТОРОВ
Обосновано расширение потенциальных тягово-скоростных диапазонов использования сельскохозяйственных тракторов общего назначения с разными типами движителей рациональным изменением массоэнергетических параметров.
Ключевые слова: возможность, тяговая сила, масса тракторов, мощность управления, повышение скоростных возможностей двигателя, балласт.
N.I. Selivanov AGRICULTURAL TRACTORS POTENTIAL EXPANSION
The potential expansion of the draught-speed ranges in tractors of general application with different types of engine by means of mass and energy parameters is substantiated.
Key words: range, draught power, mass of the tractors, operation power, engine speeding up ballasting.
Создание тракторов тягово-энергетической концепции для эффективного использования в тяговом диапазоне 2-3-х смежных классов требует обоснования наиболее рациональных методов достижения оптимальных массоэнергетических параметров в зависимости от их назначения и типа движителя.
У колесных тракторов общего назначения в основу повышения тягово-сцепных показателей указанной концепции положены следующие принципы:
а) кратное увеличение эксплуатационной массы тъ установкой сдвоенных колес с корректировкой нагрузки на опорные колеса навесной машины;
б) дополнительное увеличение массы трактора со сдвоенными колесами балластными грузами массой тб или навешиванием технологической части МТА.
Повышение тягово-сцепных показателей гусеничных тракторов базируется на увеличении эксплуатационной массы установкой в передней части балластных грузов или навешиванием технологической части МТА с корректировкой нагрузки на опорные колеса.
Использование массы навесной части технологического комплекса для улучшения тяговых показателей трактора зависит от назначения и параметров сельскохозяйственной машины, поэтому его можно рассматривать как частный случай (вариант) балластирования.
Восстановление или обеспечение рационального уровня энергонасыщенности Эopt = (^э/ть^ при балластировании трактора связано с изменением эксплуатационной мощности ^э, которое у современных тракторных дизелей достигается регулированием силового (номинального крутящего момента Мн) или скоростного (номинальной частоты вращения коленчатого вала Пн) режимов работы. Поэтому обоснование наиболее рациональных по затратам и эффективных по результатам способов обеспечения заданных массоэнергетических параметров трактора тягово-энергетической концепции является актуальным.
Для замыкания диапазона тяговых усилий от предыдущего класса до последующего по ГОСТ 27021-86 каждому 1-му классу тракторов отведен диапазон изменения номинального тягового усилия Pкрнimin-Pкрнimax=0,9Pкрнi-0,9Pкрн(i+1) при разных вариантах выбора его оптимального значения Рфо^=Ркрн1, на режиме максимального тягового КПД, соответствующего определению эксплуатационной массы ты.
С позиций обеспечения надежности агрегатов трансмиссии и минимального увеличения массы для перевода трактора в последующий тяговый класс наиболее приемлемо условие РФо^=0,9Рфн(1+1). Этому варианту соответствует наибольшее значение массы ть^ах. Минимальное значение массы трактора тьып достигается при Ркрорй—Ркрн1
Для трактора смежного повышенного класса (|+1) номинальное тяговое усилие Ркрор^+1)—Ркрн^+1)—Ркрнтах^+1) при буксовании 5ор^+1)<5р должно находиться в пределах установленного диапазона 0,9Ркрно+1)-0,9Ркрно+2). Тогда эксплуатационная масса тЭ(|+1) определится из условия:
Ркрн(1+1) Ф(1+1)П 2т-э(1+1) (1)
Ркрн1 _ ФоргП^т^ ’
или
Лтъ^Л Р крн/ЛфЛп (2)
л Ркрн(1+1) л Ф(1+1) Л ^2 л т э(‘+1)
да ч»=-]р—; ч=—; ч = —; Хт э =_т_.
Ркрн1 форг 11 т э1
Необходимая для перевода трактора в смежный повышенный тяговый класс масса балласта Т1б(|+1) выразится при этом как
X Р
тБ(1+1) ^ тэ1 (—^ -1). (3)
ф п
Произведение ЛфЛпг =Лфф отражает изменение КПД сопротивления передвижению П2 балластированного трактора при неизменных значениях фтах и фо^ коэффициента сцепления, соответствующих допустимому буксованию 5р и максимальному тяговому КПД.
При оценке относительного показателя Лф=ф(|+1)/фо^ следует использовать установленные взаимосвязи 5=афкр/(в-фкр) для однотипных тракторов на основном почвенном фоне (стерня зерновых) в виде
ф(1+1) = [Б^ + 1) /(а + 5(;+1)) + ^2],
^ (4)
[Форг = [в^орг /(а + 5ор1) + ^ ]-
Увеличение эксплуатационной массы тэ1 до тЭ(|+1) при постоянном КПД трансмиссии г|тр и установленной мощности двигателя ^э не изменяет на основной передаче I зависимость касательной силы тяги от
теоретической скорости движения. Для номинального режима
Ркнг = Мн1 тргПтр / Гк = (5)
Рж Ркнг
Тогда взаимосвязь коэффициентов ф . =—кн^ и Фг+П =-----------------~—, соответствующих режиму
р тэ1В ( ) тэ(1+1)В
номинальной нагрузки Мн (№э), выразится как
Ф(i+1)=Фopt/Лmэ. (6)
Коэффициент использования сцепного веса балластированного трактора
Фкр(1+1) = (9Kpcpt + fl)/4-f2- (7)
Выражения (6)-(7) показывают, что при f2=fi и ^oonst балластирование приводит к снижению тягового усилия в номинальном режиме из-за ограничения PKHZ по крутящему моменту двигателя Мн. Однако
снижение коэффициента f2 может обеспечить PKp(i+1}“Ркрор1 и повышение тягового КПД трактора.
Реализация диапазона номинальных тяговых усилий последующего класса балластированием трактора с установленными параметрами двигателя и трансмиссии, обеспечивающими МеэГ|тр= idem, достигается при переходе на пониженную передачу. Ограничительным фактором при этом, наряду с ЛрФн, является коэффициент скоростного ряда трансмиссии д^тфи)/^. Тогда условие перехода на пониженную передачу выразится как
m яФср1 ^ т^(1+1)Ф(1+1). (8)
или
q * *ф- (9)
По условию загрузки двигателя на пониженной передаче при установленной величине q и
Ж = ф(+1) / фор1 показатель увеличения эксплуатационной массы Xzm = т((;+1) / mi определится как
а q/ К- (10)
Для обеспечения работы балластированного трактора на пониженной передаче при буксовании
5opt<5(i+i)<5q следует ориентироваться на эксплуатационную массу m((i+1у Ее соотношение с тцм) запи-
шется в виде
mz
^^ р, v (11)
m3(i+1)
где \0 = Ч/ Ч -
Оптимальный уровень энергонасыщенности балластированного трактора выразится при этом как
Л = г± л1
opt(i+1) ЭорйЛф
ЭорШ+1) Эорй^ф /q, (12)
или
^зор1=/я- (13)
Соответственно уменьшится оптимальная скорость движения:
V = У"р1|(1 ~5(1+1)) (14)
орг(1+1) (1- 5ор1)Я - ( )
Эксплуатационная масса т^;+1) обеспечивает на пониженной (7-1) передаче функционирование трактора в диапазоне номинальных тяговых усилий смежного повышенного класса при буксовании 5ор^5(М)<5р, если показатель А°ш ^ 1,0. Однако при А°ш < 1,0 величину балласта определяет значение
массы тэ(;+1) >т^;+1 у что обуславливает необходимость перехода на более низкую (7-2) передачу и
скорость для обеспечения А°ш ^ 1,0 -
Наиболее рациональным в данном случае представляется использование трактора на пониженной (7-1) передаче с форсированием дизеля по крутящему моменту Мн до мощности ^э(;+1). Повышение энергонасыщенности сохраняет рабочую скорость ^. Показатель повышения мощности определится из
равенства (11) при Хт° < 1,0:
^еэор = ХфХрКрН ^Х% . (15)
Повышение рабочей скорости ^ор1(;+1) до при Хш^ ^ 1,0 может быть обеспечено на передаче (7-1) за счет форсирования дизеля по скоростному режиму Пн до мощности Кеэ(;+1). При этом ХЫеэор1 = Х2т восстанавливает уровень энергонасыщенности Зор при скорости
,, У°Р.0-80+ц), „
(риа 1).
Второй вариант обеспечения V ^ балластированного трактора связан с форсированием дизеля по моменту Мн (подаче топлива) до мощности Кеэ(;+1) для сохранения энергонасыщенности Зор« за счет равенства ХЫтор1 = Х2т . Основная передача форсированного трактора (7) при достаточном запасе прочности и надежности трансмиссии остается неизменной. Рабочая скорость при этом
V = У"р1|(1 - 5(1+1)) (16)
°рК1+1) (1- М . ( )
Рис. 1. Перевод трактора в повышенный тяговый класс с форсированием дизеля по скоростному режиму
Форсирование дизеля по Мн сопровождается ростом номинальной тяговой мощности балластированного трактора от 1\1фнРМеэГ|ттах до Мкрн(1+1)=Меэ(1+1)Птя за счет повышения тягового усилия от РкорИ до Ркрн(1+1) при
Утор^сопв! (рис. 2). Снижение действительной скорости V до V обеспечено повышением буксования от 5ор1 до 5р. С учетом некоторого уменьшения потерь на передвижение трактора Рг тяговый КПД снижается от Пттах до Г|тр(|+1) при Птр=1ьвт.
Для определения наиболее рационального способа перевода тракторов в смежный повышенный класс с использованием полученных выражений (2) и (11) выполнены соответствующие расчеты для трех вариантов: в первом - значения РфЫ и Рфн(|+1)соответствуют классификационному параметру указанных тяговых классов; во втором - диапазон изменения номинального тягового усилия (Рфт-РФн(1+1)) = (0,9Рфн(1+1)-0,9 Ркрн (1+2)); в третьем - диапазон (Рфы-Р крнтах(1+1)) = (0,9Р крн(1+ 1)-0,9 Ркрн (1+2)).
Рис. 2. Перевод трактора в повышенный тяговый класс с форсированием дизеля по подаче топлива
Исходные данные (табл. 1) для расчета эксплуатационной массы ітці+і) тракторов общего назначения с колесным и гусеничным движителем получены при обработке множества тяговых характеристик различными организациями в разных почвенно-климатических зонах на стерне.
Таблица 1
Исходные данные расчета эксплуатационных параметров тракторов общего назначения (фон - стерня)
Параметр Колесные 4к4б Гусеничные
одинарные колеса сдвоенные колеса без балласта с балластом
0,10 0,06 0,08 0,08
фор! 0,47 0,47 0,67 0,67
фтах 0,54 0,54 0,73 0,73
бч 0,14 0,14 0,05 0,05
Результаты расчетов Лть для колесных (табл. 2) и гусеничных (табл. 3) тракторов позволили обосновать функциональные условия расширения диапазона номинальных тяговых усилий.
Таблица 2
Эксплуатационные параметры колесных тракторов 4к4б для смежных тяговых классов
Тяговые классы, і - (і+і) Вариант Р крні, кН Р крн(і+1), кН Р кртах(і+1), кН Тзі, кг ЛТэ
1 30 40 - 8270 1,20
3-4 2 36 45 - 9920 1,13
3 36 - 45 9920 0,963
1 40 50 - 11020 1,13
4-5 2 45 54 - 12400 1,08
3 45 - 54 12400 0,924
5-6 1 50 60 - 13780 1,08
2 54 72 - 14880 1,20
3 54 - 72 14880 1,024
6-8 1 60 80 - 16530 1,20
2 72 108 - 19840 1,35
3 72 - 108 19840 1,155
Таблица 3
Эксплуатационные параметры гусеничных тракторов для смежных тяговых классов
Тяговые классы, 1 - (1+1) Вариант Р крн|, кН Р крн(|+1), кН Р кртах(|+1), кН тэ,, кг Лтэ
1 30 40 - 5180 1,33
3-4 2 36 45 - 6220 1,25
3 36 - 45 6220 1,15
1 40 50 - 6910 1,25
4-5 2 45 54 - 7780 1,20
3 45 - 54 7780 1,10
1 50 60 - 8640 1,20
5-6 2 54 72 - 9330 1,33
3 54 - 72 9330 1,22
1 60 80 - 10370 1,33
6-8 2 72 108 - 12440 1,50
3 72 - 108 12440 1,38
Наиболее эффективным для колесных тракторов является первый вариант увеличения эксплуатационной массы при минимальном значении ее расчетной величины тэ1т1п=Р|н/фкро^д. Применение сдвоенных колес для тракторов всего типоразмерного ряда обеспечивает их переход в смежный повышенный класс при снижении на 40-45 % удельного давления на почву и создает необходимый резерв для перевода в класс (1+2) путем увеличения массы на 20-25 % установкой балластных грузов. Указанное может быть реализовано при достаточном запасе прочности агрегатов трансмиссии. Второй и третий варианты на современном этапе менее эффективны, поскольку трактор обладает максимальной величиной исходной массы ть, и связанными с этим недостатками.
Для гусеничных тракторов целесообразнее использовать третий вариант расширения тягового диапазона с переходом в смежный повышенный класс. Это позволяет обеспечить достаточный запас прочности трансмиссии и ходовой части при минимальном балластировании, которое составляет для тракторов 3-6 классов 10-22 % от т^тах.
По результатам анализа предлагаемые варианты расширения потенциальных возможностей мобильных энергетических средств на единой элементно-агрегатной базе не вызовут рассогласования работы моторно-трансмиссионной установки, поскольку при коэффициенте я>1,20 величина показателя Лто«1,0 обеспечивает функционирование балластированного трактора в диапазоне номинальных тяговых усилий смежного повышенного класса на пониженной (7-1) передаче.
Рассмотренные варианты форсирования тракторного дизеля по скоростному режиму и подаче топлива для восстановления исходного уровня энергонасыщенности при переводе мобильного энергосредства в повышенный тяговый класс равнозначны и могут быть использованы в практике с учетом потенциальных возможностей энергетических модулей серийных и перспективных сельскохозяйственных тракторов.
