CC BY
38
ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЛЕСОПОЖАРНЫХ АГРЕГАТОВ
Г. Д. ГЛАВАЦКИЙ, ВНИИПОМлесхоз, академик РАЕН и МАНЭБ, к. т. н„
С.Н. ОРЛОВСКИЙ, ВНИИПОМлесхоз, к. т. н.
В трудах Санкт-Петербургской Лесотехнической академии на основании исследований динамики тракторов при неустано-вившемся режиме нагрузок было введено понятие динамической реакции агрегата, обоснована взаимосвязь между её значениями и величиной коэффициента загрузки двигателей лесопромышленных тракторов. Применение теоретических разработок ЛТА сдерживалось необходимостью изменения моментов инерции вращающихся масс, сосредоточенных в маховике двигателя, что влекло за собой изменение его конструкции [1,2].
Негативной особенностью эксплуатации лесохозяйственных, лесопожарных и мелиоративных тракторных агрегатов является использование на них двигателей, созданных для сельскохозяйственных тракторов. Если на сельскохозяйственных работах периоды колебаний внешней нагрузки составляют 0,2 - 0,5 с, на трелёвке леса до 1,0 с, то на полосной расчистке и вспашке вырубок, прокладке опорных и заградительных полос, прорезании щелей в торфах с древесными включениями при борьбе с подземными пожарами и выполнении мелиоративных работ их длительность составляет 2 - 5 с, что приводит к значительным изменениям частоты вращения коленчатого вала двигателя трактора и, как следствие, необходимости его работы при невысоких (0,4 - 0,7) значениях коэффициента загрузки, тогда как на трелёвке они составляют 0,85 ± 0,05, на пахоте около 0,9 [3].
В то же время работа агрегатов при нарезании щелей в торфах осуществляется с использованием дискофрезерных рабочих органов, являющихся аккумуляторами кинетической энергии. Аккумулируют её и поступательно движущиеся массы агрегатов при относительно высоких скоростях движения. Научно обоснованное варьирование
моментами инерции дисковых фрез, входящих в динамические системы агрегатов, позволяет повысить их КПД и производительность. При этом необходимо связать динамические параметры агрегата, подчиняющиеся детерминированным законам возмущающих сил, с силами внешнего сопротивления от разрабатываемой среды, имеющими случайный характер.
Эквивалентная модель трансмиссии лесопожарного агрегата, представленная на рис. 1, А может быть упрощена до варианта
1, Б. Инерционные массы агрегата сосредоточены в маховике двигателя и дисковой фрезе, а демпфирование - в двигателе. Вследствие этого эквивалентная модель силовой передачи агрегата при относительно малом тяговом усилии (затраты мощности на самопередвижение по экспериментальным данным составляют 9-15 кВт) может быть представлена рис. 2, Б. Основной спектр частот от внешнего воздействия на агрегат сил сопротивления лежит в пределах
0,5 Гц и менее [4]. Для щелерезерных агрегатов парциальные частоты трансмиссий привода фрезы и движителей (25,4; 525,3 и 161,1 с'1) значительно отличаются от частот вынужденных колебаний (о)) = 188,4 с’1, а>2 -3391,2 с'1, шз = 3042,2 с1 и ю4 - 178,9 с"1), при этом частное ук/<о не попадает в гармоники, то есть рассматриваемая динамическая система не подвержена резонансу. При низшей частоте привода дисковой фрезы ввиду невысокой крутильной жёсткости ведущего вала КПП частоты крутильных колебаний привода движителя трактора значительно выше, следовательно, рассматриваемый агрегат состоит из двух существенно различных инерционно-жесткостных блоков. Отсюда вытекает возможность рассмотрения динамической системы «двигатель — рабочий орган» обособленно от динамической системы «двигатель — трансмиссия».
М:
•5?
*
Г
МДЧ
) м,
1ГЛ
■у 7 Т
-Чи -*ди
М
Ф
Рис. 1. Эквивалентные модели трансмиссии щелерезного агрегата в составе трактора ТЛП ~ 4 с орудием ОЗТ - 0,9: А - полная; Б - упрощенная
Сравнение жёсткостей разрабатываемой среды (1,2 х 104 1,5 х 104 Н/м) и
трансмиссии привода дисковой фрезы щелерезного орудия (1,52 х 106 Н/м) даёт представление о соотношениях между деформациями грунта и силовой цепи кинематической схемы. При жёсткости препятствия на два порядка меньше жёсткости трансмиссии низшая собственная частота рассматриваемой системы практически равна собственной частоте одномассовой системы с упругим элементом, жёсткость которого является функцией пути. Учитывая, что грунт не обладает существенными упругими свойствами, нет оснований ожидать резонансных явлений в системе «грунт - рабочий орган».
Таким образом, динамическая система щелерезного агрегата приводится к жёст кой одномассовой динамической системе. Промежуточные инерционные массы имеют относительные колебания со значительно
большей частотой, чем частота изучаемого нами процесса и не оказывают влияния на его характер.
Оценка процессов, происходящих при преодолении участков повышенной нагрузки с длительностью т > 0,5 с может быть проведена на основании уравнения движения агрегата:
Мс ~ Ме± с1(! ) I ск, (1)
где Мс , У*; - момент сопротивления и суммарный момент инерции агрегата, приведённые к коленчатому валу двигателя;
Ме - крутящий момент, развиваемый двигателем;
Ао / <к — угловое ускорение коленчатого вала двигателя.
Рассматривая переходные характеристики двигателя относительно номинального режима его работы, будем подводить к нему детерминированные тормозные импульсы (скачки), равные по площади работе сил
инерции агрегата при перепаде угловой скорости Асов вала двигателя с расчётного значения (ор до допустимого при перегрузках сам. Длительность эталонного импульса /у примем равным 0,5 с. Этим условием определяется величина возмущения (прирост момента сил сопротивления) ДМ/, приведённая к двигателю
ДсОо
АМ/ = —. (2)
ч
Возмущение инерционного звена при различной длительностях импульса с г > 0,5 с (из условия равенства площади импульсов) запишется в виде
(3)
ДМ/,, = ДМ,-
Іі-
Постоянная времени апериодического звена Тм' динамической системы характеризует длительность переходного процесса или инерционное запаздывание при передаче входного и выходного сигналов звена. В случае скачкообразного изменения момента текущее значение угловой скорости вала двигателя с учётом переходной характеристики инерционного звена представляется в следующем виде:
сов=Дсо
Л
1-
(4)
где I - текущее значение времени действия импульса нагрузки.
Постоянная времени Тм при различных возмущениях ДМ/„ определится по выражению
ДМ
(5)
На основании уравнения (4) получено выражение для определения величин углового ускорения коленчатого вала за
произвольно взятую (*„ ) секунду действия нагрузки:
Дсо
*н-1
Кп.п-1 =
(6)
где 4п,п-1 - угловое ускорение коленчатого вала за и-ую секунду действия нагрузки.
Максимальный прирост крутящего момента двигателя от действия моментов инерции динамической системы найдётся по выражению
М/ макс Ус ’ £ п,п-1. (7)
Способность двигателя с приведёнными к его валу инерционными массами динамической системы агрегата преодолевать перегрузки за счёт кратковременного увеличения крутящего момента от действия сил инерции с учётом текущего значения коэффициента приспособляемости характеризуется в относительных единицах динамической реакцией системы на вынужденные перегрузки К:
К = Кп' +
м
(8)
БР
или
К = Кп' + К}, (9)
где Кп - текущее значение коэффициента приспособляемости двигателя;
К) - величина прироста динамической реакции за счёт действия моментов инерции агрегата.
Уравнения 8 и 9 являются уравнением динамики двигателя с приведённой к нему динамической системой агрегата, работающего в условиях детерминированных импульсных перегрузок. В развёрнутом виде они запишутся так:
/ Л . Л
У^Асов
- е
к = к,; +
м
ЕР
('„-О
(10)
где со - текущее значение угловой скорости.
Возможная отдача аккумулированной в движущихся массах энергии определяется средним значением динамической реакции (динамическими параметрами агрегата), которое находится по выражению
Кср = Кп +
J'£l Дсо
опт
Мері
(П)
На рис. 2, А, Б приведены графики со=/(т) и С=/(т), на которых показаны зави-
симости снижения угловой скорости и углового ускорения коленчатого вала двигателя от длительности импульса внешней нагрузки для тракторного агрегата с приведённым моментом инерции 4,5 кгм2. Оптимальное значение длительности импульса нагрузки определяется по графикам посредством проведения касательных к кривым из точек, соответствующих оптимальному значению снижения угловой скорости и соответствующему угловому ускорению, причём для обоих графиков оно остаётся одинаковым. Касательные к кривым отсекают на оси аб-цисс оптимальное значение длительности перегрузки ипт, которое может преодолевать агрегат с данными параметрами [2].
Для расчёта величины динамической реакции, согласно выражению (11) в диапазоне частоты вращения вала двигателя, соответствующей максимальному значению крутящего момента, коэффициент приспособляемости К„ имеет постоянное значение, определяемое паспортной характеристикой двигателя. Изменение текущих значений К„'
принято считать линейным, то есть они определяются по выражению
Г СО р -со ^
Кп'=1+(Кп-1) —------------. (12)
\СОр сому
Для полного использования сил инерции за расчётное следует принять средние значения Кср. В этом случае условно считается, что снижение угловой скорости коленчатого вала двигателя происходит так:
Кп -- 1 + (Кп-1)
й,
-СО
кС0 р СО м;
(13)
Для полного использования сил инерции за расчётное следует принять средние значения Кср. В этом случае условно считается, что снижение угловой скорости коленчатого вала двигателя происходит равномерно, обеспечивая также равномерный прирост момента ДЦ- за счёт сил инерции. Выражение для Кср.опт. за импульс нагрузки запишется:
Дсо,:
Кср.опт.
Кп' +
т -М
(14)
н, р
Таблица 1
Динамическая реакция лесопожарных агрегатов при детерминированном законе
возмущающих сил
Длительность импульса, с Оптимальное значение динамической реакции
1* 2* 3* 4* 5* 6* 7* 8* д* 10*
0,5 2,88 2,65 1,88 2,29 2,39 1,60 1,80 1,38 1,89 2,51
1,0 1,98 1,85 1,45 1,65 1.77 1,31 1,41 1,20 1,46 1,76
1.5 1,67 1,58 1,30 1,45 1,57 1,21 1,28 ' 1,1т1 1,31 1,52
2.0 1,52 1,44 1,23 1,34 1,44 1,16 1,21 1,и 1.24 1,40
2.5 1,36 1,35 1,19 1,27 1 1,38 1,13 1,17 1,09 1.19 1,32
3.0 1,24 1,30 1,16 1,23 1,33 1,11 1,15 1,07 1.16 1,27
3.5 1,22 1,26 1,14 1,20 |”Тзо 1,10 1,13 1,06 1.14 1,23
4.0 1,20 1,23 1Д1 1,17 1,27 1,08 ГТп 1,06 1.12 1,20
4.5 1,16 1.20 1,10 1,15 1.25 1,07 1,10 1,05 1,11 1,18
5,0 1,12 1,18 1,09 1,12 1,23 1,06 1,09 1,04 1,10 1,16
* 1. Бензопила “Урал” + МР 30,1^ “ 0,08 кгм2; *2. ДТ-75Б + ЩДМ-1М, 7,4 кгм2;
*3. ДТ-75Б + МДН-3 ОЗТ-0,9);
*4. ДТ-75Б + ЩДМ-1 6,9 кгм2;
*5. ТЛП-4 + ОЗТ-0,9 7,1 кгм2;
*6. ЛХТ- 55+ ПКЛ - 70, Ь = 3,6кгм *7. ТЛП- 4+ПЛШ - 1,2 Ь = 6,3кгм2 *8. АЛТ-55+ клин1 пер. ,1г= 7,5кгм2 *9. АЛТ-55+клин 2 пер. 1Е = 20,4кгм2 *10. АЛТ-55+клинЗ пер. ^ 36,1кгм2
Рис. 2, А. График зависимости ш=/(т) для агрегата в составе трактора ДТ - 75 Б с дискофрезерным орудием - прототипом (./£ =4,5 кгм2)
Рис. 2, Б. График зависимости ф=/(т) для того же агрегата
Средние значения динамической реакции полностью отражают работу сил инерции при снижении угловой скорости вала двигателя. Расчёт переходного процесса агрегата выполняется на основании следующих исходных данных: угловой скорости, допустимой для данного двигателя Аю;
угловой скорости о)„ при максимальном значении крутящего момента; приведённого к валу двигателя момента инерции агрегата Л; коэффициента приспособляемости К„; интервала снижения угловой скорости А? и длительности анализируемого периода т.
О 1 2 3 4 Г, С
Рис. 3. Графики зависимостей величин динамической реакции от длительности импульсов нагрузки для дискофрезерных щелерезных агрегатов: 1-МДН-З; 2-ЩДМ-1; 3-ЩДМ-1М; 4-С)ЗТ-0,9; 5-МР-ЗО
Расчёт динамической реакции агрегатов при детерминированном законе изменения сил сопротивления на рабочих органах производится согласно алгоритма, разработанного на основании выражений (1 - 14).
В табл. 1 приведены результаты расчётов динамической реакции ряда лесохозяйственных, лесопожарных и мелиоративных агрегатов с активными и пассивными рабочими органами, а на рис. 3 представлены графики зависимости динамической реакции от длительности импульса нагрузки для тех же агрегатов.
Из данных табл. 1 и рис. 3 следует, что прирост крутящего момента, развиваемого двигателем при перегрузках, в основном определяется силами инерции вращающихся масс агрегата, а эффективность отдачи аккумулированной энергии зависит от величины его приведённого момента инерции и возможного перепада угловой скорости коленчатого вала двигателя. Следует отметить прямую зависимость Кдхр. от Л динамической системы при ПОСТОЯННОМ значении Юр двигателя ( графики 1 - 3). Обладающие от-
носительно невысоким моментом инерции, но значительной угловой скоростью рабочие органы обеспечивают большие значения динамической реакции при малых длительностях импульсов нагрузки по сравнению с более инерционными фрезами, но зависимость снижения Кср от т у первых протекает более интенсивно (см. график 5).
Наибольшие значения динамической реакции характерны для кратковременного действия перегрузки (? < 2 - 3 с) и для агрегатов, у которых основной запас кинетической энергии аккумулируется во вращающихся массах (при скоростях движения 1 - 2 км/ч). При длительности импульса нагрузки продолжительностью более 4 - 5 с величину динамической реакции и режим работы агрегата можно считать установившимися. Для сравнительного анализа на рис. 4 представлен график зависимости Кср =/(т) лесопожарного агрегата АЛТ - 55 на базе танка Т - 55, предназначенного для прокладки минерализованных заградительных полос шириной 3,5 м пассивным рабочим органом в виде клина.
Рис. 4. Динамическая реакция агрегата АЛТ - 55 в зависимости от длительности импульса нагрузки при частоте вращения вала двигателя 30 с'1 на различных передачах в КПП
Основное отличие данного агрегата от рассмотренных выше в настоящей работе заключается в отсутствии в его трансмиссии маховика. Масса агрегата 36 т, мощность двигателя 440 кВт, скорость до 55 км/ч. Значения динамической реакции рассматриваемого агрегата на 1 - 3 передачах близки между собой и резко возрастают с увеличением скорости движения на 4 - 5 передачах, когда динамические процессы при преодолении перегрузок поддерживаются кинетической энергией поступательно движущейся массы агрегата [5].
Рациональные энергетические и динамические параметры лесопожарного или щелерезного агрегата (мощность двигателя, коэффициент его загрузки, скорость движения, приведённый момент инерции) могут быть определены на основе сопоставления параметров его динамической системы и динамики внешних условий. Возможны два подхода к решению данной задачи:
1. Составляется портретная модель в виде системы дифференциальных уравнений второго порядка, определяется вид оптимизационной функции, выписывается система неравенств и уравнений, а также налагаемых ограничений. Затем находится значение параметров в экстремуме оптимизационной функции. Недостатком такого подхода явля-
ется сложность анализа полученных результатов и их практического применения.
2. В теории оптимального управления используются методы, позволяющие уже на начальных этапах решения оптимизационной задачи резко упростить (снизить) размерность и порядок дифференциальных уравнений в математической модели. Хорошо известен метод малого параметра Тихонова.
Подобное упрощение возможно, если известны параметры взаимодействия отдельных работающих звеньев анализируемой системы, например - соотношение характерных длительностей действия нагрузок, моментов инерции, сил сопротивления на рабочих органах, крутящих моментов, развиваемых двигателем при переходных режимах и за время опыта.
В свете вышесказанного, учитывая изученность поведения динамической системы лесопожарного или мелиоративного агрегата при детерминированном законе возмущающих сил и предопределяя знание динамики внешних условий, предпочтительным представляется второй подход к решению данной задачи. При этом следует учитывать, что на решение налагаются ограничения по значениям скоростей движения, мощности двигателей, их конструктивным отличиям,
связанные с особенностями устройства энергетических средств и щелерезных орудий.
Определение рациональных энергетических и динамических параметров щелерезных агрегатов начинается с оценки степени их соответствия динамике внешних условий Кс. Она может быть вычислена по отношению значений динамической реакции агрегата, соответствующей определённой длительности импульса нагрузки, к полученным экспериментально значениям коэффициента динамичности при той же длительности
К = .. (15)
и Гамаке 4 '
д.ср.
При импульсном характере переменной составляющей момента сопротивления и переходе работы двигателя на безрегулятор-ную ветвь характеристики целесообразная степень его загрузки К3. опт. должна определяться с учётом соответствия динамической реакции агрегата динамике внешних условий по выражению [6]
K3.0nm.~l ~ (Кд.ср. ~~ Кср опт.)- (16)
При использовании данного выражения входящие в него члены должны выбираться из условия равенства длительности нагрузок.
Рациональная скорость движения при выполнении технологического процесса с импульсными перегрузками на рабочем органе должна определяться из условия соответствия длительности перегрузки времени эффективной отдачи энергии, аккумулированной инерционными массами динамической системы. В рассматриваемом агрегате г0пт = 2,5 с (см. рис. 2, А, Б). Для определения рациональной скорости движения агрегата Крац может быть использована зависимость:
Vрац (опт ~ У<) (()■> (1 "7)
где ?олт - время активной отдачи динамической системой агрегата кинетической энергии при снижении угловой скорости;
Уд ~ рабочая скорость агрегата из
опыта;
^ - вероятная длительность участка перегрузки, определяемая опытным путём.
Зависимость (17) показывает, что при выполнении рассматриваемым агрегатом технологического процесса с рациональной скоростью движения, превышающей действительную, значение динамической реакции увеличивается (см. рис. 3) и, следовательно, при полном использовании кинетической энергии динамической системы агрегата на преодоление участков перегрузки достигается его максимальная производительность.
Повышение скорости движения агрегата влечёт за собой изменение необходимой номинальной мощности двигателя энергетического средства в сторону увеличения. Мощность двигателя Ыер. найдётся из выражения
Ме.рагГ ---Р~-Ки, (18)
з.опт. д
где Ы() - мощность, затрачиваемая на выполнение рабочего процесса при скорости Уд (определяется по экспериментальным данным);
Ки - коэффициент, учитывающий изменение силы сопротивления движению агрегата при изменении его скорости.
Для определения рационального значения момента инерции Урац агрегата, приведённого к коленчатому валу двигателя энергетического средства, при котором будет получена необходимая динамическая реакция для преодоления импульсных перегрузок за время /0п г при Кс = 1 в уравнении (14) заменим Ксропт. на характерное максимальное значение коэффициента динамичности Кд.ср., а ? на I опт. и решим его относительно /у .
При принятом К опт Меньше вДИНИЦЫ выражение запишется в виде
1 » 1 к 1 1 8- ьГ 1 | ^ер^опт
опт
При рациональных значениях К3, V, /V, агрегат будет работать в данном диапазоне условий с максимальным значением производительности, что обуславливается соответствием параметров его динамической системы динамике внешних условий.
Варьируемыми параметрами при создании щелерезных агрегатов с дискофрезерными рабочими органами могут быть моменты инерции вращающихся масс, мощности двигателей (в пределах конструкций тракторов), а также скорости движения (ограничиваемые производительностью рабочих органов). Во всех случаях повышение мощности двигателя обеспечивает повышение производительности агрегата, но значение коэффициента его загрузки может остаться недостаточным. И только рациональное сочетание всех рассматриваемых параметров в конструкции конкретного агрегата обеспечит не только прирост производительности, но и повышение КПД агрегата, снижение удельного расхода топлива.
Суммарную длину мерных гонов Sr при испытаниях лесопожарных агрегатов для получения статистически достоверных характеристик динамики условий работы (внешней среды), характеризующейся средними значениями коэффициента динамичности и длительности участков перегрузки определяется по выражению
Sy = К Удхср пуч, (20)
где К - коэффициент, учитывающий отношение общего времени движения по мерному гону в рабочем режиме к времени работы с увеличенной нагрузкой; 8 - 10 (из опытов);
Vd - рабочая скорость движения агрегата;
ъср - средняя длительность увеличения нагрузки;
пуч - количество участков с увеличенной нагрузкой, достаточное для характеристики динамики условий работы.
Суммарная длина мерных гонов для испытаний щелерезных агрегатов при вероятности 95 % составляет 950 - 1900 м, тракторных с пассивными рабочими органами 1500 - 2000 м, танковых лесопожарных 2600 -3100 м [6].
Динамическая характеристика агрегата может быть получена из значений коэффициента динамичности и длительности импульсных нагрузок нахождением корреляционных зависимостей между ними. Для
щелерезного агрегата в составе трактора ДТ - 75 Б с орудием МДН - 3 наиболее точно искомую зависимость выражает уравнение второго порядка, имеющее вид:
т = - 0,228^+ 0,3663Х+ 0,4109, (21)
где X - порядковый номер разряда Кд ср.
На рис. 5 представлен график зависимости т = /(Кд ср.) при работе агрегата в составе трактора ДТ - 75 Б с щелерезным орудием, имеющем приведённый момент
л
инерции дисковой фрезы Ух = 4,5 кгм .
т.с
і
0.5
1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 К$ср
Рис. 5. График зависимости т = /(Кдф). ДТ -75 Б с щелерезным орудием
Зависимость т = /(Кйср) характеризует длительность импульсных отклонений Мс при различных его средних значениях (К3 = 0,5 - 0,75) и скорости движения Уд = 0,1 -
0,5 м/с. Левая часть кривой является характеристикой импульсных нагрузок по их вероятной длительности, а правая характеризует временную динамическую реакцию агрегата в условиях непреодолимых перегрузок. Динамическая реакция агрегата К при найденной вероятной длительности т = 2 с составляет 1,27, что близко к расчётному (1,23) и свидетельствует о полной реализации возможностей агрегата.
Обратная корреляционная зависимость Кд.ср. = /(т), (рис. 6) отражает вероятные значения Кд.ср. при определённых длительностях в тех случаях, когда эти значения не превышают возможных величин динамической реакции двигателя при тех же длительностях. В предельных случаях перегрузок зависимость характеризует динамическую реакцию двигателя
Кдср. =-0,00459X2 + 0,08161 Х+ 1,2154. (22)
На основе рассмотренного статистического материала можно выделить две группы характерных увеличений нагрузки:
1- Кд.ср. = 1,65 - 1,85 при т = 2 с;
2. т = 4 с при Кдхр. ~ 1,6.
Они дают возможность выявить динамические свойства агрегата при работе в данных условиях и установить вероятные значения Кд.ср. и т, которые должны использоваться как расчётные при определении параметров агрегата. Степень соответствия динамических параметров агрегата динамике условий, определяемая по отношению Кср. •' Кд.ср. составляет 0,66. Оптимальное значение коэффициента загрузки в силу большой жёсткости условий ( Кд.ср. ~ 1,85) составляет
0,38. Принимая за расчётное значение Кд.ср =1,75 (среднее значение характерных максимальных Кд.ср) получим:
-степень соответствия динамических параметров агрегата динамике условий равняется 0,70;
-оптимальное значение Кзопт. составит 0,48. Вероятность появления увеличений нагрузки с Кд.ср> 1,75 и с т > 1,0 с составляет 7 % (нагрузки с т < 1 с будут преодолеваться). По длине прокладываемой щели увеличения нагрузки с Кд.ср. > 1,75 и х> 1 с в среднем встречаются один раз на 34 м и преодолеваются кратковременной остановкой трактора посредством рычагов управления механизмами поворота без отключения привода дисковой фрезы. Возможность принимать степень соответствия динамических параметров агрегата динамике условий за допустимое значение коэффициента загрузки двигателя подтверждается данными, полученными по корреляционному уравнению К3 — /(т), решение которого проиллюстрировано графиком на рис. 7.
На основании рассмотренного следует, что энергетические параметры агрегата не вполне соответствуют условиям работы, так как выполнение технологического процесса происходит при довольно низких значениях
коэффициента загрузки двигателя. Таким образом, улучшение параметров агрегата сводится к определению рациональных значений его рабочей скорости, мощности двигателя и момента инерции вращающихся масс.
Анализ корреляционных зависимостей Кд.ср. - /СО и т = }(К0.ср), полученных при испытаниях тракторных агрегатов в различных по жёсткости условиях (леса Красноярского края, болота Западной и Восточной Сибири со степенью пнистости до 3 %) показал возможность обобщения корреляционных таблиц для конкретных агрегатов. Для определения значений постоянной составляющей, относительно которой следует рассматривать полученные значения К0ср для выявления динамической реакции, следует находить тройную корреляцию между Кд.ср.,X И К3.
В дальнейшем выявление динамических свойств агрегата следует производить при решении корреляционных зависимостей величин Кд.ср. и т на основании объединённых рядов распределения по передачам или по данным рядов распределения, полученных при работе с К3> 0,8.
Полученный результат также подтверждает возможность определения динамических свойств агрегатов, используя объединённые по передачам ряды распределения Кд.ср. и т.
Анализ корреляционных зависимостей Кд.ср. ~ /СО и т=/(Кдхр ) показывает, что они даю г возможность:
1. Выявить динамические свойства агрегата, проявляемые при работе в данных условиях.
2. Установить вероятные значения Кд.ср. и х, которые должны использоваться как расчётные при определении параметров агрегата.
Таким образом, повышение динамических свойств агрегатов должно заключаться в одновременном подборе их энергетических, динамических и скоростных параметров. Оптимизированные параметры агрегатов, используемых для борьбы с лесными и торфяными пожарами, осушении заболоченных земель и лесомелиорации, рассчитанные по приведённой методике, представлены в табл. 2.
К
дср.
1.3
1.4 1.3
0.8
0.7
1.2
5 Т,С
Об
7, С
Рис. 6. График зависимости К0ср = /(т). ДТ -75 Б с орудием - прототипом
Рис. 7. График зависимости К, = /(т). ДТ - 75 Б с орудием - прототипом
Таблица 2
Оптимизированные параметры лесопожарных и лесомелиоративных агрегатов
Наименование агрегата, базовое энергетическое средство Степень соответствия динамических параметров агрегата условиям работы Коэффициент загрузки двигателя базовой машины Рабочая скорость, м/с Мощность двигателя, кВт. Приведённый к коленчатому валу момент инерции, кгм2
Агрегат лесопожарный АЛТ-55 (1 и 2 передачи) 0,78 - 0,90 0,70 - 0,90 1,85- 2,83 210-372 7,5 - 20,4
Агрегат для тушения торфяных пожаров 0,82 0,9 0,60 81 7,4
Трактор лесопожарный ТЛП -4 0,78 0,8 1,40 81 6,3
Трактор лесопожарный ТЛП -55 0,80 0,75 1,1 59 5,7
Щеледренажный агрегат АЩД 0,85 0,9 0,6 66 7,4
По результатам исследований динамики лесопожарных тракторных агрегатов ВНИИПОМлесхозом обосновано и внедрено повышение мощности двигателя трактора ТЛП - 55 с 45 до 59 кВт, принятое ГСКБ ОТЗ, разработаны и поставлены на серийное производство лесохозяйственный и лесопо-
жарный трактора ЛХТ - 4 и ТЛП - 4, а также шлейф орудий к ним для прокладки минерализованных заградительных полос и огнестойких барьеров при локализации торфяных пожаров, агрегат лесопожарный танковый АЛТ - 55 для борьбы с крупными и катастрофическими лесными пожарами.
Выводы
1. Динамические характеристики агрегатов с дискофрезерными рабочими органами, работающими в неоднородной разрабатываемой среде, могут быть существенно улучшены посредством установления рациональных параметров: коэффициента загрузки двигателя, его мощности, скорости движения и момента инерции вращающихся масс.
2. Рациональные энергетические параметры щелерезных агрегатов с активными рабочими органами дискофрезерного типа, полученные расчётным путём, полностью согласуются с результатами экспериментальных исследований опытных образцов агрегатов, выполненных в соответствии с результатами расчётов. Значения Кс опытных образцов щелерезных агрегатов превышают 0,9.
3. В техническую характеристику агрегатов, работающих в условиях неустано-вившихся режимов внешней нагрузки, необходимо вводить понятие коэффициента, определяющего степень соответствия динамических параметров агрегата динамике условий работы Кс = КСр •' Кдхр\
где КСр - возможная динамическая реакция агрегата при длительности импульса нагрузки, соответствующей наиболее характерному (вероятному) значению коэффициента динамичности; Кд,ср Х - наиболее характерное значение коэффициента динамичности при его вероятной длительности.
4. Прорезание дисковой фрезой торфяной залежи с наличием в ней 2- 3 % древесных включений характеризуется харак-
терным значением коэффициента динамичности 1,65 - 1,85 при длительности участков повышенной нагрузки 4 с.
5. По результатам определения энергетических и динамических параметров ще-лерезный агрегат с мощностью двигателя 66 кВт при коэффициенте его загрузки 0,9 и скорости движения 0,6 м/с должен иметь приведённый момент инерции дисковой фрезы 6-8 кгм2.
6. Применение технических средств с оптимизированными к условиям работы параметрами позволило повысить КПД и производительность агрегатов, обеспечить рациональный коэффициент загрузки их двигателей и, как следствие, сократить выгоревшие площади леса, уменьшить выгорание кислорода, выбросы диоксида углерода и продуктов пиролиза.
Литература
1. Драке А.Д. Некоторые вопросы тяговой динамики лесотранспортных машин // Исследование и совершенствование лесотранспортных машин-Вып. 125,-Л.: ЛТА, 1970,- С. 7-13.
2. Васильев К.В. Исследование загрузки двигателя трелёвочного трактора ТДТ - 40. Дисс. ... канд. техн. наук. Л.: ЛТА, 1963 - 218 с.
3. Анисимов Г.М. Условия эксплуатации и нагру-женностъ трансмиссии трелёвочного трактора-М.: Лесная промышленность, 1975 - 166 с.
4. Стахеев Ю.И. О работе двигателя и энергетическом балансе агрегата // Изв. вузов. Лесной журнал,- 1965,-№6,-С. 13-16.
5. Глаьацкий Г.Д., Филимонов Э.Г., Мартыщенков В.В., Орловский С.Н. Агрегат АЛТ-55 для тушения лесных пожаров//Лесное хозяйство- 1996-№ З.-С. 26-27.
6. Орловский С.Н., Филимонов Э.Г. Оптимальные параметры лесопожарных агрегатов /7 Изв. вузов. Лесной журнал - 1994.- № 1С. 32-37.
