close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Взаимосвязь параметров энергетических и тягово--сцепных свойств трактора..pdf

код для вставкиСкачать
Техника
3.
4.
Пат. 2325271 Российская Федерация МПК В 27С 1/06. Устройство для калибрования фанерных листов
и древесно-стружечных плит / Ермолович А.Г., Ромашенко В.В.; заявитель и патентообладатель
Сиб. гос. технол. ун-т. – №2006135921/03; заявл. 10.10.2006; опубл. 2008, Бюл. № 15.
Пат. № 2328371 Российская Федерация, МПК В 27G 13/00. Ротационная дереворежущая головка / Ромашенко В.В., Ермолович А.Г.; заявитель и патентообладатель Сиб. гос. технол. ун-т. – № 2006135922/03; заявл. 10.10.2006, опубл. 2008, Бюл. № 19.
УДК 629.114.2
Н.И. Селиванов, В.Н. Запрудский, С.Н. Селиванов
ВЗАИМОСВЯЗЬ ПАРАМЕТРОВ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ И ТЯГОВО-СЦЕПНЫХ СВОЙСТВ ТРАКТОРА
Установлена взаимосвязь параметров энергетических и тягово-сцепных свойств, обоснованы рациональные тягово-скоростные режимы использования при изменении энергонасыщенности колесного
4к4б и гусеничного тракторов в процессе реализации тяговых технологий.
Ключевые слова: трактор, тягово-скоростной режим, сопротивление качению, энергонасыщенность, буксование.
N.I. Selivanov, V.N. Zaprudsky, S.N. Selivanov
CORRELATION BETWEEN THE PARAMETRS OF ENERGETIC AND TRACTOR-COUPLING PROPERTIES
OF TRACTOR
The correlation between the parameters of energetic and tractor-coupling properties is determined and rational traction and speed application modes in the case of changing the energy saturation of wheeled (4w4b) and
track tractors in the process of the traction technologies realization are substantiated.
Keywords: traction speed mode, tractor, rolling resistance, energy saturation, skidding.
Анализ технических характеристик новых моделей сельскохозяйственных тракторов показывает, что
повышение номинальной эксплуатационной мощности двигателя Nеэ неизменно сопровождается увеличением эксплуатационной массы трактора mэ для сохранения оптимального тягового усилия Ркрopt [1]. Указанное
приводит к снижению темпов роста их энергонасыщенности Э=Nеэ/mэ, оптимальной рабочей скорости Vopt
и как следствие, потенциальной производительности по сравнению с темпами роста мощности двигателей.
Учитывая постоянную тенденцию повышения энергонасыщенности, обеспечение рационального соотношения энергетических параметров и оптимального скоростного режима тракторов в процессе реализации тяговых технологий является актуальным.
Цель работы – установление взаимосвязи параметров энергетических и тягово-сцепных свойств для
обоснования рационального скоростного режима использования и оценки потенциальных возможностей
трактора.
Для достижения поставленной цели предусматривается решение следующих задач:
1) обосновать модель, отражающую взаимосвязь энергетических и тягово-сцепных показателей трактора в тяговом режиме;
2) установить количественные характеристики взаимосвязи оптимального тягово-скоростного режима
использования колесного 4к4б и гусеничного тракторов с сопротивлением их качению;
3) обосновать рациональные нагрузочно-скоростные режимы использования тракторов с переменной
энергонасыщенностью в процессе реализации тяговых технологий.
Решение поставленных задач целесообразно выполнять с использованием обобщенной вероятностной характеристики распределения средних значений нагрузок на основных энергоемких технологических
операциях с учетом установленных ограничений и допущений:
132
Вестник КрасГАУ. 20 10. №1
1) оптимальный тяговый режим работы трактора соответствует максимальному значению тягового
КПД при буксовании движителя δopt≤δд и определяется из условия dηт/dφкр=0;
2) взаимосвязь буксования δ и коэффициента использования сцепного веса φкр для однотипных по
движителю тракторов на одноименных почвенных фонах в рабочем диапазоне тяговых нагрузок аппроксимируется формулой д = б(ц - f)/[b - (ц - f)]
при ц max = idem ;
3) в интервале рабочих скоростей почвообрабатывающих и посевных агрегатов от Vmin до Vmax
коэффициент сопротивления качению трактора в установившемся режиме прямолинейного движения на
горизонтальной поверхности аппроксимируется уравнением f=fo+c(V-Vo);
4) коэффициент вариации момента сопротивления на коленчатом валу двигателя νмс в установившемся режиме остается неизменным для интервала рабочих скоростей.
При повышении энергонасыщенности трактора и условий сохранения тягового усилия Ркрopt, определяющего его тяговый класс, возрастающая тяговая мощность должна реализовываться через увеличение
рабочей скорости движения. Однако часть ее затрачивается на преодоление возрастающих с повышением
скорости потерь на качение трактора. Указанное приводит к изменению Ркрopt и условия обеспечения основного классификационного параметра трактора.
Влияние энергонасыщенности на рабочую скорость и тягово-сцепные показатели трактора в простом
тяговом агрегате может быть с достаточной точностью оценено при анализе составляющих энергетического
баланса.
С учетом установленных ограничений и допущений, уравнение энергетического баланса трактора с
номинальной мощностью Nеэ и массой mэ для установившегося движения по горизонтальной поверхности в
режиме ηтmax запишется как
о*N N еэ (з тр з дз f ) max = (Pкр V) opt .
(1)
Выразив составляющие тягового КПД, учитывающие буксование ηδ и потери на качение ηf, через коэффициенты использования сцепного веса φкр и сопротивления качению f при постоянном КПД трансмиссии
ηтр и учитывая, что Ркрopt=φкрoptmэg, получим [2]
о*NЭз тр [1 где
о*N
бц кр
][
ц кр
b - ц кр ц кр + f
] = g(ц кр V)opt ,
(2)
– оптимальное значение коэффициента использования мощности двигателя при вероятност-
ной нагрузке.
Тогда оптимальное значение средней скорости движения при установленной энергонасыщенности
трактора и вероятностной нагрузке выразится как
Vopt =
о*N Эз тр
g
(
зд
) .
ц кр + f opt
(3)
При установленных значениях коэффициентов уравнения буксования a и b и сопротивления качению f
величина φкрopt на режиме ηтmax и δopt определится из условия dηт/dφкр=0.
ц крopt = о[1 где
б (1 + б + b / f )
],
(1 + б )
о = bf(1 + б)/(f - бb + бf ) .
133
(4)
Техника
Уравнение (3) устанавливает взаимосвязь оптимальной скорости
тора Э при неизменных динамических свойствах двигателя
о*N
Vopt и энергонасыщенности трак-
(Км, νмс) и постоянным коэффициентом со-
противления качению f.
С учетом характера изменения коэффициента сопротивления качению f при повышении скорости
f=fo+c(Vopt-Vo), выражение (3) примет вид
Vopt = g[ц
о*N Эз тр з дopt
крopt + f o + c(Vopt - Vo )]
(5)
,
где fo – коэффициент сопротивления качению при скорости V=1,4–1,5 м/с; с – коэффициент пропорциональности (при движении по стерне) с=0,010–0,013.
В этом случае критерий оптимальности при расчете Vopt можно представить в виде минимизируемой выпуклой функции
F=
о*N Эз тр з дopt
gVopt •[ц крopt +f o +c(Vopt -Vo )]
- 1 → min .
(6)
Минимум функции – безразмерная величина, близкая к нулю. Ее минимизируем по переменным
Vopt , f и Э . Величину Vopt изменяем с заданным шагом в интервале (Vo-Vmax). Для каждого цикла
определяем значения f, φкрopt и ηδopt. Для каждого значения
Порядок расчета при заданных
о*N ,
Vopt методом дихотомии находим Эopt.
f и ηтр: изменяем значение
скорости; f=fo+c( Vopt -Vo); φкрopt по формуле (4);
Vopt с шагом ΔV от минимальной
з дopt = [1 - бц крopt /(b - ц крopt )] ; функция (6).
Функция (6) взаимосвязи энергонасыщенности и оптимальной рабочей скорости трактора получена
при аппроксимации кривой буксования зависимостью δ=аφкр/(b-φкр) с постоянными коэффициентами a и b
для тракторов с однотипным движителем на одноименных почвенных фонах. Указанное вполне справедливо
для рабочего диапазона удельных показателей тяговых нагрузок (φкрopt - φкрmax).
Увеличение коэффициента сопротивления качению от fo до f1, при повышении скорости движения сопровождается соответствующим смещением кривой тягового КПД и режима ηтmax в сторону φкрmax с одновременным снижением его величины (рис. 1). Учитывая, что при допустимом буксовании δд значение максимального коэффициента сцепления φmax=idem, на этом режиме должно соблюдаться условие
ц max = ц кр 0 max + f o = ц кр1 max + f1 ,
(7)
или
ц кр1max = ц кр 0 max + f o - f1.
(8)
ц кр1max = ц кр 0 max - Дf .
(9)
Обозначив f1-f0=Δf, получим
Выражение (9) показывает, что для режима допустимого буксования при φmax=idem увеличение коэффициента сопротивления качению от fo до f уменьшает на величину Δf=f-f0 максимальный коэффициент использования сцепного веса φкр1max и соответствующее ему тяговое усилие Ркр1max трактора с неизменной эксплуатационной массой. Указанное будет справедливым и для режима ηтmax в случае φopt=idem.
134
Вестник КрасГАУ. 20 10. №1
Рис. 1. Зависимость тягового КПД от удельных показателей трактора
Однако из уравнения (4) следует, что увеличение коэффициента f приводит к практически адекватному повышению φкрopt и смещению оптимального тягового режима в сторону максимально допустимого по буксованию. При этом возрастающая, с повышением энергонасыщенности, тяговая мощность реализуется одновременно за счет повышения оптимальной рабочей скорости и увеличения Ркрopt без изменения эксплуатационной массы трактора. Это будет иметь место пока оптимальный тяговый режим не достигает допустимого по буксованию при φкрopt=φкрmax.
В общем случае при изменении коэффициента f на величину Δf, аппроксимационная зависимость
δ(φкр) с постоянными коэффициентами а и b приобретает вид
дopt =
б(ц кр + Дf)
[b - (ц кр + Дf)]
(10)
.
Тогда
ц крmax =
дд (b - Дf ) - бДf
(б + b )
(11)
.
Моделирование показателей тягово-сцепных свойств колесного 4к4б и гусеничного тракторов с использованием зависимостей (2–4) позволило определить их значения на оптимальном по тяговому КПД и допустимом по
буксованию режимах работы (табл. 1 и 2, рис. 2) при изменении коэффициента сопротивления качению f .
Таблица 1
Рациональные тягово-скоростные режимы работы колесного 4к4б трактора
f
0,06
0,08
0,10
0,12
φкрopt
0,328
0,355
0,369
0,381
δopt
0,081
0,093
0,101
0,107
(а=0,11, b=0,773)
ηтmax
φкрmax
0,684
0,473
0,651
0,453
0,623
0,433
0,598
0,413
135
ηт.д.
0,672
0,643
0,615
0,586
Vopt
1,0
0,881
0,809
0,752
Техника
Рациональные тягово-скоростные режимы работы гусеничного трактора
f
0,06
0,08
0,10
0,12
φкрopt
0,562
0,584
0,598
0,610
δopt
0,026
0,030
0,033
0,036
(а=0,0103, b=0,785)
ηтmax
φкрmax
0,774
0,690
0,751
0,670
0,729
0,650
0,709
0,630
lт.д.
0,769
0,744
0,724
0,702
Таблица 2
Vopt
1,0
0,936
0,885
0,843
Рис. 2. Влияние коэффициента сопротивления качению на показатели тягово-сцепных свойств
колесного 4к4б (а) и гусеничного (б) тракторов
При этом установлено, что сопротивление качению существенно влияет на КПД ходовой системы и
тяговые показатели трактора. При увеличении коэффициента f от 0,06 до 0,12 (в 2 раза) максимальные и
допустимые по буксованию значения тягового КПД колесного 4к4б и гусеничного тракторов уменьшаются на
14 и 9 % соответственно. Оптимальный тяговый режим смещается в сторону максимальнодопустимого по
буксованию и сужает рациональный диапазон использования (φкрmax-φкрopt) за счет увеличения φкрopt и снижения φкрmax. Реализация энергетического потенциала с повышением энергонасыщенности трактора перераспределяется на увеличение оптимального тягового усилия за счет замедления роста рабочей скорости. Наиболее значительно это проявляется у колесного трактора. При снижении Vopt на 25 % прирост φкрopt составляет 16 %. У гусеничного трактора снижение Vopt на 16 %обеспечивает повышение φкрopt на 8,5 % (рис. 3).
Сближение оптимального и допустимого тяговых режимов использования колесного и гусеничного тракторов
за счет увеличения φкрopt и снижения φкрmax при повышении коэффициента f практически одинаковое.
Рис. 3. Зависимость оптимальных тягово-скоростных режимов работы колесного 4к4б (1)
и гусеничного (2) тракторов от коэффициента сопротивления качению
136
Вестник КрасГАУ. 20 10. №1
Полученные по результатам моделирования зависимости энергетического потенциала колесного 4к4б
и гусеничного тракторов от оптимальной скорости движения (рис. 4) показали, что темпы повышения энергонасыщенности превышают темпы роста их оптимальной рабочей скорости. Особенно это характерно для
гусеничного трактора. Так, если увеличение оптимальной рабочей скорости колесного трактора на 1,4 м/с (от
1,9 до 3,3 м/с) требует повышения энергонасыщенности от 11,04 до 20,15 Вт/кг (9,11 (Вт/кг), то для такого же
увеличения скорости гусеничного трактора (от 1,4 до 2,8 м/с) повышение энергонасыщенности составляет
11,5 Вт/кг (от 10,7 до 22,2 Вт/кг). Для установленных диапазонов изменения энергонасыщенности колесных
(13–17 Вт/кг) и гусеничных (12–16 Вт/кг) тракторов общего назначения взаимосвязь ее с оптимальной скоростью рабочего хода на стерне колосовых можно определить по эмпирическим зависимостям
4к 4б
Эopt
= Э min + 6,06( Vopt - 2,2);
гус
Эopt = Э min + 7,84( Vopt - 1,6).
Рис. 4. Зависимость коэффициента сопротивления качению f и энергетического потенциала
колесного 4к4б (1) и гусеничного (2) тракторов от скоростного режима работы
(12)
о*N Э
Выводы
1. Обоснована модель, отражающая взаимосвязь энергетических и тягово-сцепных показателей трактора в тяговом режиме.
2. Определены количественные характеристики показателей тягово-сцепных свойств и скоростных режимов работы колесного и гусеничного тракторов при изменении сопротивления их качению на стерневом фоне.
3. Установлены взаимосвязи энергонасыщенности и оптимальной скорости колесного 4к4б и гусеничного тракторов в процессе реализации тяговых технологий на основной обработке почв.
Литература
1.
2.
Кычев В.Н., Бердов Е.И. Взаимосвязь энергетических, тягово-динамических и весовых параметров
трактора // Тракторы и с.-х. машины. – 2004. – № 9. – С. 25–27.
Селиванов Н.И. Эффективное использование энергонасыщенных тракторов. – Красноярск, 2008. – 231 с.
137
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
8
Размер файла
591 Кб
Теги
энергетическая, тяговой, pdf, свойства, трактора, параметры, взаимосвязь, сцепных
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа