Исследование эффективности упругого элемента в трансмиссии трактора класса 5 Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ПРОБЛЕМЫ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА

УДК 631.37:631.3.072/.074

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ УПРУГОГО ЭЛЕМЕНТА В ТРАНСМИССИИ ТРАКТОРА КЛАССА 5

© 2004 г. В.А. Кравченко

При расчёте параметров и режимов работы сельскохозяйственного машинно-тракторного агрегата (МТА) обычно применяют тяговые характеристики трактора, построенные при детерминированной нагрузке. В действительности работа МТА сопровождается непрерывно изменяющимся внешним воздействиям, что приводит к существенному снижению запланированных эксплуатационных показателей. Неустановившийся характер нагрузки вызывает снижение тяговой мощности трактора при выполнении пахоты на 15.. 17% и увеличение удельного расхода топлива до 20%[1].

Наиболее рациональным способом повышения эффективности функционирования МТА является компенсация колебаний момента сопротивления. При условии демпфирования передаваемых к двигателю неустановившихся нагрузок и устранения колебаний угловой скорости коленчатого вала двигателя производительность агрегата будет возрастать и в пределе приближаться к потенциальной.

Многие исследователи показали эффективность введения в качестве демпферных устройств и гасителей колебаний упругих элементов в звенья машинно-тракторного агрегата:

- применение упругого сцепа уменьшает амплитуду колебаний тягового усилия на 4... 6 %, а в период разгона агрегата на 20...26 % [2];

- установка упругих элементов на полуосях ведущих колёс снижает колебания моментов на 30...40 % и затраты энергии на передвижение МТА на 10.. 15 % [3].

Но многие разработанные упругие элементы имеют линейную характеристику и не меняют свои параметры при изменении условий эксплуатации.

На кафедре тракторов и автомобилей ФГОУ ВПО "Азово-Черноморская государственная агроинженер-ная академия" разработан нелинейный упругий элемент, обеспечивающий улучшение выходных показателей двигателя и агрегата в целом [4].

Упругий нелинейный элемент (рис. 1) содержит планетарную передачу 1, которая состоит из коронной шестерни 2 и реактивного звена 3. Реактивное звено 3 соединено с шестерней 4 привода масляного насоса 5, в которой установлены подвижные грузы 6 с пружи-

ной 7. Изменение положения грузов на шестерне 4 осуществляется регулятором 8. Масляный насос 5 подключён к всасывающей 9 и напорной 10 магистралям. Планетарная передача 1 валом водила соединена с первичным валом коробки передач и приводится от муфты сцепления 13 или коленчатого вала двигателя 14. Нагнетательная магистраль 10 насоса через регулируемый дроссель 15, к входу которого подсоединены предохранительный клапан 17 и кран управления 18, подключена к пневмогидроаккумулятору 21, одна полость которого предварительно заправлена сжатым воздухом. Параллельно дросселю 15 подключён демпферный клапан 19. Регулятор 8 связан с подвижными грузами 6 через маслопровод 24 и масляный канал 25.

Рис. 1. Схема пневмогидромеханического упругого элемента в трансмиссии трактора класса 5

В начале разгона машинотракторного агрегата коронная шестерня 2 планетарной передачи 1 передаёт вращение через реактивное звено 3 шестерне 4 привода масляного насоса 5. Масляный насос 5, засасывая масло из бака 20, нагнетает его в пневмогидроаккуму-лятор 21. Свободный поршень 23, перемещаясь по цилиндру 22, сжимает воздух. Тем самым обеспечивается повышение давления в напорной магистрали насоса. В результате этого крутящий момент на валу масляного насоса возрастает, начинает вращаться вал водила (первичный вал коробки передач) и агрегат

плавно трогается. Режимы разгона можно устанавливать различными регулировками.

При установившемся движении МТА центральная шестерня редуктора и масляный насос не вращаются (режим "Стоп") и весь поток мощности передаётся через водило в трансмиссию трактора. При повышении нагрузки насос проворачивается и подаёт дополнительную порцию масла в пневмогидроаккумулятор, выравнивая моменты сопротивления на валу трансмиссии и на приводе масляного насоса. При понижении нагрузки насос, работая в режиме гидромотора, сообщает дополнительную скорость вращения валу трансмиссии. Этим обеспечивается защита двигателя от колебаний внешней нагрузки.

Оценку демпфирующих свойств упругого нелинейного элемента проводили на пахотном агрегате на базе трактора класса 5 в серийном и опытном вариантах.

Обработка проводилась по стандартной программе, в результате которой были получены значения нормированной корреляционной функции и спектральной плотности (рис. 2).

Результаты обработки экспериментов показали удовлетворительную точность опытов, так как ошибка средней и показатель точности не превысили, соответственно, 0,36 и 1,92%.

б

Рис. 2. Нормированные корреляционные функции (а) и спектральные плотности (б) частоты вращения коленчатого вала двигателя: 1 - опытный вариант; 2 - серийный вариант

Корреляционная функция частоты вращения коленчатого вала двигателя при опытном и серийном исполнении трансмиссии позволяют сделать следующие выводы:

- резкое убывание корреляционной функции в промежутке от 0 до 5 с объясняется переменным характером частоты вращения коленчатого вала двигателя;

- наличие отрицательных значений корреляционной функции свидетельствует о наличии периодичности в структуре случайной функции, характеризующей частоту вращения коленчатого вала двигателя;

- корреляционная функция частоты вращения коленчатого вала двигателя при опытном исполнении трансмиссии убывает медленно и при полученной длине реализаций не достигает нулевых значений, что свидетельствует о большой плавности частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Корреляционные функции свидетельствуют о колебательном характере частоты вращения коленчатого вала двигателя при серийной трансмиссии трактора и о большой плавности изменения частоты вращения коленчатого вала двигателя у трактора с упругим элементом в трансмиссии.

Плавное изменение частоты вращения вала двигателя свидетельствует о наличии демпфирующих защитных свойств у предлагаемого устройства. Установка разработанного упругого элемента делает трансмиссию трактора класса 5 менее прозрачной для внешних возмущений крюковой нагрузки.

Для стационарного случайного процесса существенной характеристикой является спектральная плотность Б( ш), дающая представление о частотном составе этого процесса. Спектральная плотность связана с корреляционной функцией преобразованиями Лапласа, Карсона и Фурье [5].

В связи с тем, что мы имеем отдельную реализацию случайного процесса, оценка спектральной плотности определялась через корреляционную функцию с использованием косинус-преобразование Фурье:

s>1

m

m-1 rnk

R + 2 J Rk cos-+ Rm cos nr

k=i m

где г = 0, 1... т; к= 1, 2,..., т-1.

Сглаживание оценки Б( ш) производилась с помощью весовой функции Тьюки-Хэннинга:

X k = 1

1 + ^s —

m

Спектр ряда - это разложение дисперсии ряда по частотам с целью определения существенных гармонических составляющих. В связи с этим сглаживание с помощью весовой функции позволяет каждой оценке корреляционной функции придать определённый вес в формировании оценки спектральной плотности. Выбор Дш =0,1 производился с учётом рекомендаций работы [5] для процессов, записанных при скорости движения агрегата менее 15...18 км/ч.

Характер протекания спектральной плотности процесса изменения частоты вращения вала двигателя при опытном исполнении трансмиссии свидетельствует о низкочастотном составе процесса при достаточно узкой полосе от 0 до 0,6 с-1. Спектр процесса изменения частоты вращения при серийном исполнении трансмиссии более растянут от 0 до 1,5 с-1 и имеет три явно выраженные вершины. Однако максимум спектральной плотности приходится на низкочастотный диапазон от 0 до 0,2 с-1. Характер протекания спектральной плотности в обоих сравниваемых случаях подтверждает низкочастотный состав спектра, полученного при выполнении пахотных работ. Это свидетельствует, что упругое нелинейное звено способствует защите двигателя от колебаний внешней нагрузки.

а

Аналогичные данные получены для крутящего момента двигателя. Это характеризует упругое нелинейное звено как хороший демпфер, способствующий защите двигателя от колебаний внешней нагрузки, что, естественно, позволит повысить производительность пахотного агрегата при меньшем удельном расходе топлива.

Аналитическими исследованиями установлено, что колебания внешней нагрузки с частотой более 1 Гц практически не изменяют удельный расход топлива и производительность пахотного агрегата на баз трактора класса 5. При колебаниях момента сопротивления с частотой менее 1 Гц производительность снижается на 6... 12 %, а удельный расход топлива возрастает на 4...8%. Причиной этого является увеличение до 3,5 раз амплитуд колебаний крутящего момента и угловой скорости вала двигателя, а также появление резонансного режима в зоне частот колебаний тяговой нагрузки 0,6...0,7 Гц. Упругий элемент с нелинейной характеристикой способствует устранению резонансных режимов в зоне реальных частот колебаний внешней нагрузки. В результате этого амплитуда колебаний поступательной скорости уменьшается на 8 %, а производительность агрегата увеличивается до 5 %.

Эксплуатационные испытания пахотного агрегата на полях Зерноградского района Ростовской области показали, что упругий нелинейный элемент на пахоте снижает динамические нагрузки в трансмиссии трактора на 31% и увеличивает производительность на 7,5%.

Литература

1. Кутьков Г.М. Тяговая динамика трактора. М.: Машиностроение, 1980. 215 с.

2. Цукуров А.М. Исследование влияния жёсткости внешних

связей колёсного трактора класса 14 кН на разгон агрегата: Автореф. дис... канд. техн. наук. - Зерноград, 1974. 23 с.

3. Строков В.Л., Карсаков А.А., Макарова В.Т. Об эластичном приводе ведущих колёс // Тракторы и сельхозмашины. 1974. №10. С. 8...10.

4. Котляров В.В., Толстоухов Ю.С., Кравченко В.А. Гидростатическая передача в трансмиссии трактора // Вопросы исследования гидроприводов и тепловых процессов в сельскохозяйственном производстве: Сб. статей. Ростов-на-Дону : РИСХМ, 1977. С. 23...37.

5. Моделирование сельскохозяйственных агрегатов и их систем управления / Под ред. А.Б. Лурье. Л.: Колос, 1979. 312 с.

17 мая 2004 г

Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия

УДК. 631.173.004

СОСТОЯНИЕ ИНЖЕНЕРНОЙ СФЕРЫ АПК И ПЕРСПЕКТИВЫ ЕЁ РАЗВИТИЯ

© 2004 г. С.Л. Никитченко

Инженерно-техническая служба (ИТС) сельскохозяйственного предприятия представляет собой стержень системы управления производством, а уровень её организации во многом определяет эффективность применяемой в производстве техники и технологий. Современное сельское хозяйство отличается многообразием организационно-правовых форм, развитой многоотраслевой структурой и динамично развивающимися процессами интеграции с промышленными предприятиями. Нынешние коллективные хозяйства и агрофирмы - это уже не старые колхозы с регламентным штатным составом управленческого аппарата, а фирмы, осуществляющие коммерческую деятельность.

Поступление новой техники и технологий, широкое внедрение средств информатизации в производство вызывает необходимость у инженеров хозяйств заниматься изучением новинок и способов их эффективного применения. Здесь важно, чтобы специалист имел условия для анализа производственных показателей, оперативного изучения и оценки новых и традиционных технологий.

Оценить эффективность работы инженерных подразделений можно по уровню использования машинно-тракторного и автомобильного парков предприятия [1]. Машинно-тракторный парк (МТП) является основой механизации в растениеводстве, и его надёжность и эффективность использования определяют себестоимость производимой продукции и её качество. Совместно с сотрудниками ВНИПТИМЭСХ мы осуществляли проверку технического состояния двигателей энергонасыщенных тракторов на предприятиях в период выполнения полевых работ [2]. Результаты диагностирования показали снижение эффективной мощности до 12...15 %%, что в основном объяснялось износом составных частей и разрегулировкой систем. Дальнейший фотохронометраж рабочей смены агрегатов на базе этих тракторов позволил выявить снижение производительности по площади в среднем на 15.20 %%, сопровождающееся значительным перерасходом средств. Снижение производительности вызвано как фактором неудовлетворительного технического состояния машин, так и факторами организации работ, что целиком входит в сферу деятельности инженерно-технических работников.