Исследование процесса разгона машинно-тракторного агрегата с упругодемпфирующим механизмом в трансмиссии трактора класса 5

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследование процесса разгона машинно-тракторного агрегата с упругодемпфирующим механизмом в трансмиссии трактора класса 5

Кравченко Владимир Алексеевич

Целью работы является теоретическое и экспериментальное подтверждение возможности улучшения показателей разгона машинно-тракторных агрегатов за счёт установки в трансмиссию трактора упругодемпфирующего механизма с переменной жёсткостью. Применение скоростных тракторов в сельскохозяйственном производстве встречает ряд трудностей, связанных с неустановившимися процессами при разгоне машинно-тракторных агрегатов. Возникающие значительные инерционные нагрузки при разгоне приводят к потерям части мощности двигателя, из-за чего машинно-тракторный агрегат работает с меньшей производительностью и экономичностью. Анализ опубликованных работ показал, что на показатели разгона машинно-тракторных агрегатов большое влияние оказывает жёсткость и демпфирующие свойства трансмиссии энергетических средств. Предложено для обеспечения плавного разгона агрегата устанавливать в трансмиссию трактора упругодемпфирующий механизм с переменной жёсткостью. В результате этого уменьшается напряженность процесса разгона. Приведены результаты аналитических и экспериментальных исследований по влиянию упругодемпфирующего механизма, устанавливаемого в трансмиссию трактора класса 5, на разгонные характеристики машинно-тракторных агрегатов. Определены оптимальные параметры элементов упругодемпфирующего механизма с переменной жёсткостью для тракторов класса 5. Доказано, что применение в трансмиссии трактора упругодемпфирующего механизма с переменной жёсткостью способствует улучшению показателей разгона

Ключевые слова: МАШИННО-ТРАКТОРНЫЙ АГРЕГАТ, ТРАКТОР, УПРУГОДЕМПФИРУЮЩИЙ МЕХАНИЗМ, ЖЁСТКОСТЬ ТРАНСМИССИИ РАЗГОН, ВРЕМЯ РАЗГОНА, РАБОТА ТРЕНИЯ МУФТЫ СЦЕПЛЕНИЯ

Эффективность агропромышленного комплекса в значительной степени связано с его оснащённостью высокопроизводительной техникой, в том числе скоростными энергонасыщенными тракторами. [1]. Однако для современных тракторов в составе сельскохозяйственных агрегатов характерно повышенное значение приведенных масс, что оказывает негативное влияние на характер его разгона [1]. Поэтому при выполнении сельскохозяйственной операции двигатель трактора работает с низким коэффициентом использования мощности, что приводит к снижению производительности агрегата и увеличению удельного расхода топлива [1].

В теории трактора разгон рассматривают лишь для случая ступенчатой механической трансмиссии и поршневого двигателя [3, 7].

Как показали наши исследования, существенное влияние на показатели разгона машинно-тракторного агрегата (МТА) оказывают жёсткость и демпфирующие свойства трансмиссии энергетического средства.

Аналитические исследования математических моделей сельскохозяйственных агрегатов [5] на базе тракторов класса 5 (рисунок 1) показали, что упругодемпфирующий механизм (УДМ) в трансмиссии энергетического средства [2, 5] способствует улучшению показателей разгона МТА.

--- - серийный трактор;

- - - - - трактор-макет;

1, 2 - угловые скорости вращения вала двигателя и первичного вала коробки передач;

3 - ведущий момент;

4 - коэффициент буксования

Рисунок 1 - Показатели разгона МТА с опытной и серийной трансмиссиями

При разгоне МТА на базе энергетического средства с серийной трансмиссией наблюдается в течение двух секунд существенное снижение угловой скорости коленчатого вала двигателя (кривая 1). При разгоне агрегата на базе трактора-макета с упругодемпфирующим механизмом в трансмиссии угловая скорость коленчатого вала двигателя также снижается, но по сравнению с серийным энергетическим средством она несколько выше (на 12 рад/с). Это объясняется тем, что УДМ способствует снижению влияния колебаний ведущего момента упругой связи на характер работы двигателя. Длительность первой фазы разгона, при которой наступает равенство угловых скоростей коленчатого вала двигателя и первичного вала коробки передач (кривая 2), для обоих вариантов практически одинакова ? 3,5...4,0 с.

Ведущий момент упругой связи в МТА с серийной трансмиссией энергетического средства (кривая 3) в начальный период разгона резко увеличивается, а затем уменьшается до установившейся величины в течение четырёх секунд. Коэффициентом динамичности [5], с помощью которого оценивают динамические нагрузки на двигатель, при разгоне сельскохозяйственного агрегата на базе серийного трактора класса 5 равен 2,8.

В опытной трансмиссии энергетического средства ведущий момент упругой связи имеет сглаженный характер (объясняется работой дросселя и предохранительного клапана), максимальное его значение на 24,5% меньше при таком же установившемся значении, как в серийном варианте (коэффициент динамичности равен 2,2).

Максимальное значение буксования ведущих колёс энергетического средства, определённого при аналитических исследованиях, у МТА на базе серийного трактора (рисунок 1, кривая 4) составляет 27 %, и это больше, чем у МТА с УДМ в трансмиссии трактора (24 %). Значение буксования при установившемся режиме работы равно 3...4 % для обоих вариантов.

По данным аналитических исследований работа трения муфты сцепления значительно ниже для трактора с УДМ в трансмиссии (207,5 кДж для серийной трансмиссии и 154,3 кДж для опытной трансмиссии).

Аналитические исследования разгона МТА с различными вариантами трансмиссий энергетических средств класса 5 показали, что:

- при разгоне МТА с УДМ в трансмиссии минимальное значение угловой скорости коленчатого вала двигателя на 6,4% больше, чем в серийном варианте;

- характер изменения ведущего момента упругой связи при наличии УДМ в трансмиссии энергетического средства отличается плавностью без наличия значительного «выброса», а максимальное значение этого момента на 24,5% меньше, чем у серийного трактора;

- динамические нагрузки в трансмиссии энергетического средства с УДМ снижаются до 25,3 %;

- при установке УДМ в трансмиссию энергетического средства уменьшается значение максимального буксования ведущих колёс и обеспечивается более плавное, по сравнению с исходным агрегатом, изменение кривой буксования.

Так как на показатели разгона МТА с УДМ в трансмиссии трактора определяющими являются объём пневмогидроаккумулятора и площадь сечения дросселя, были определены их оптимальные значения.

Проведённые экспериментальные исследования [4, 6] показали, что значения основных показателей разгона машинно-тракторного агрегата (минимальная угловая скорость коленчатого вала двигателя , время разгона агрегата и ведущий момент упругой связи ), являющихся случайными величинами, меняются в широких пределах в зависимости от объёма пневмогидроаккумулятора и значения проходного сечения дросселя, поэтому объективная их оценка влияния на разгон МТА может быть получена с помощью статистического анализа.

Оптимальный объём пневмогидроаккумулятора был определён на основе статистического анализа данных его влияния на время разгона , минимальную угловую скорость коленчатого вала двигателя и работу трения муфты сцепления , предположив, что закон распределения исследуемой величины ? нормальный. Для этого были использованы приведённые в таблице 1 экспериментальные данные.

Таблица 1 - Показатели разгона МТА от объёма пневмогидроаккумулятора

Расчёты, проведённые на основе данных таблицы 1, подтвердили гипотезы о нормальном законе распределения (по критерию Мизеса) и однородности дисперсий (по критерий Бартлета), что дало право проведения дисперсионного анализа по оценке влияния объёма пневмогидроаккумулятора на угловую скорость коленчатого вала двигателя с помощью критерия Фишера (таблица 2) [5].

трактор трансмиссия упругодемпфирующий трансмиссия

Таблица 2 - Зависимость минимальной угловой скорости коленчатого вала двигателя от объёма пневмогидроаккумулятора

Зависимость минимальной угловой скоростью коленчатого вала двигателя от объёма пневмогидроаккумулятора описывается следующим уравнением регрессии:

. (1)

Анализ уравнения (1) показал, что наилучшие результаты разгона МТА по величине минимальной угловой скорости двигателя будут получены при полном объёме пневмогидроаккумулятора (рисунок 2 а).

--- - кривые регрессии;

- - - - экспериментальные данные

Рисунок 2 - Зависимость минимальной угловой скорости вала двигателя, времени разгона и работы трения муфты сцепления энергетического средства класса 5 от объёма пневмогидроаккумулятора

Взаимосвязь между продолжительностью разгона агрегата и объёмом пневмогидроаккумулятора, установленная на основе данных таблицы 1, описывается следующим уравнением регрессии:

. (2)

Анализ кривой регрессии (рисунок 2 б) показывает, что оптимальное значение объёма аккумулятора 4?10^-3 м³, при котором обеспечивается самая большая плавность разгона агрегата.

Дисперсионный анализ, проведённый с помощью критерия Фишера по данным таблицы 3, показывает на значительное влияние объёма пневмогидроаккумулятора на работу трения муфты сцепления, описываемое уравнением регрессии:

. (3)

Таблица 3 - Зависимость работы трения муфты сцепления при разгоне трактора класса 5 от объёма пневмогидроаккумулятора

Как показывает решение уравнения регрессии (3) (рисунок 2 в), оптимальное значение объёма пневмогидроаккумулятора, которое соответствует минимальной работе трения муфты сцепления, равно 3?10^-3 м³.

Учитывая решение уравнений (1) и (2), а также данные экспериментальных исследований, оптимальный объём пневмогидроаккумулятора будет находиться в пределах (3...4)?10^-3 м^-3.

Оптимальное значение площади сечения дросселя достаточно определить при оценке влияния этого параметра на минимальную угловую скорость коленчатого вала двигателя с помощью дисперсионного и регрессионного анализов результатов экспериментальных исследований разгона МТА, представленных в таблице 3.

Таблица 3 - Зависимость минимальной угловой скорости коленчатого вала двигателя от площади сечения дросселя .

Так как критерий Кохрана подтверждает однородность ряда дисперсий, а критерий Фишера ? гипотезу о значительном влиянии площади сечения дросселя на минимальную угловую скорость коленчатого вала двигателя при разгоне сельскохозяйственного агрегата, получим на основании данных таблицы 3 уравнение регрессии в следующем виде:

. (4)

Решение уравнения регрессии (4) показало, что оптимальная площадь сечения дросселя является = 3?10^-5 м², что соответствует минимальному снижению угловой скорости коленчатого вала двигателя при разгоне МТА (рисунок 3).

--- - кривая регрессии;

- - - - экспериментальные данные

Рисунок 3 - Зависимость минимальной угловой скорости коленчатого вала двигателя от площади сечения дросселя

Оценка результатов процесса разгона МТА обычно проводится по диаграммам ведущего момента, угловой скорости коленчатого вала двигателя и работы муфты сцепления и сопровождается снижением, построенным по результатам экспериментальных исследований [3, 7].

Для определения вышеперечисленных показателей были проведены экспериментальные исследования процесса разгона агрегата на базе опытного энергетического средства класса 5 с различными объёмами пневмогидроаккумулятора (таблица 4 и рисунок 4).

Таблица 4 - Показатели разгона агрегата на базе энергетического средства класса 5 с УДМ в трансмиссии

1 - при V=0 (серийный вариант);

2 - при V=1.71 л; 3 - при V=5,77 л;

Рисунок 4 - Зависимости ведущего момента (----) и угловой скорости коленчатого вала двигателя (---) от времени разгона при различных объёмах пневмогидроаккумулятора

Анализ аналитических и экспериментальных исследований (таблица 4, рисунок 4) показывает, что при установке УДМ в трансмиссию энергетического средства по сравнению с разгоном серийного агрегата уменьшается на 30…47% «выброс» момента двигателя, увеличивается минимальная угловая скорость коленчатого вала двигателя до 15%, снижается работа трения муфты сцепления. Минимальная работа трения муфты сцепления наблюдается при объёме пневмогидроаккумулятора =(3...4)?10^-3 м^-3. при оптимальном значении площади сечения дросселя = 3?10^-5 м².

Сравнение полученных данных полностью подтверждает положительное влияние упругодемпфирующего механизма, устанавливаемого в трансмиссии энергетического средства класса 5, на динамические показатели разгона машинно-тракторного агрегата.

ЛИТЕРАТУРА

1. Болтинский, В.Н. Разгон МТА на повышенных скоростях / В.Н. Болтинский // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. - 1961. - № 3. - С. 1…8.

2. Кравченко, В.А. Влияние упругодемпфирующего механизма на показатели пахотного агрегата на базе трактора класса 1,4 / В.А. Кравченко, В.В. Дурягина. // Вестник аграрной науки Дона. - 2015. ? № 3 (31). С. 13…21.

3. . Кравченко, В.А. Исследование процесса разгона машинно-тракторного агрегата на базе трактора класса 1,4 с переменной вращающейся массой двигателя/ В.А. Кравченко // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2015. - № 113. - IDA: 1131509077 / Режим доступа: http: // ej.kubagro.ru/2015/09/pdf/77.pdf. - С.1060…1070.

4. Кравченко, В.А. Математическое моделирование тяговой нагрузки МТА / В.А. Кравченко, В.В. Дурягина, И.Э. Гамолина. // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2014. - № 101. - IDA: 1011407024 / Режим доступа: http: // ej.kubagro.ru/2014/07/pdf/24.pdf. - С. 459…472.

5. Кравченко, В.А. Повышение эффективности машинно-тракторных агрегатов на базе колёсных тракторов / В.А. Кравченко, В.А. Оберемок, Л.В. Кравченко // Технология колёсных и гусеничных машин. - 2014. ? № 6 (16). С. 45…49.

6. Кравченко, В.А. Результаты испытаний машинно-тракторных агрегатов на базе трактора класса 1,4 с переменной вращающейся массой двигателя / В.А. Кравченко // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2014. ? № 99 (05). ? IDA: 0991405015. - Режим доступа: http//ej.kubagro.ru/2014/05/15/pdf/24.pdf. ?С. 223…233.

7. Кутьков, Г.М. Теория трактора и автомобиля / Г.М. Кутьков. - Москва: Колос, 1996. - 287 с.

Размещено на Allbest.ru