Підвищення ефективності роботи гусеничного рушія сільськогосподарських тракторів

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТРАНСПОРТНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 631.372

ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ РОБОТИ ГУСЕНИЧНОГО РУШІЯ

СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКИХ ТРАКТОРІВ

05.22.02 - автомобілі та трактори

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

КОЛОДІЙЧУК СЕРГІЙ АНАТОЛІЙОВИЧ

Київ - 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Луцькому державному технічному університеті і в Національному транспортному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник:	доктор технічних наук, професор Матейчик Василь Петрович, Національний транспортний університет, декан автомеханічного факультету.
Офіційні опоненти:	доктор технічних наук, професор Самородов Вадим Борисович, Національний технічний університет ”Харківський політехнічний інститут”, завідувач кафедри “Автомобіле- і тракторобудування ”;
	кандидат технічних наук, доцент Мотін Віктор Іванович, Національний транспортний університет, доцент кафедри “Автомобілі”.

Захист відбудеться “30” листопада 2007р. о 10-00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.059.03 у Національному транспортному університеті за адресою: 01010, м. Київ, вул. Суворова, 1, ауд. 333.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного транспортного університету за адресою: 01103, м. Київ, вул. Кіквідзе, 42.

Автореферат розісланий “29” жовтня 2007р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради О.К. Грищук

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

трактор шарнір гусеничний тертя

Актуальність теми. Останнім часом поряд з колісними транспортними засобами в сільському господарстві все більшого застосування набувають гусеничні трактори. Їх використовують при енергомістких операціях на різних роботах в умовах перезволожених ґрунтів завдяки кращій прохідності і більш високому тяговому ККД. Поряд з цим, дослідженнями встановлено, що в загальному балансі втрат потужності в гусеничному тракторі на рушій припадає 60…80 %. При цьому основна частина втрат (50...70 %) припадає на тертя в самому рушії, з яких 30…50 % складають втрати на тертя в шарнірах гусениць. Тому зниження втрат потужності на тертя в шарнірах гусениць і підвищення їх довговічності є однією з актуальних задач, рішення якої можливе на основі глибоких теоретичних і експериментальних досліджень щодо впливу різних факторів на тертя в шарнірах гусениць і їх довговічність.

Дослідження шарнірів, що проводились заводами ХТЗ, ВгТЗ, АТЗ, інститутами ВИМ, НАТИ, переважно були спрямовані на пошук шляхів підвищення зносостійкості пальців і провушин (борування пальця, виготовлення біметалевих пальців, підбір матеріалів пальця і трака і т.д.). Крім того, для розрахунку втрат потужності в шарнірах гусениць використовувались значення коефіцієнта тертя, які були отримані на пристроях, що не достатньо адекватно відтворювали реальні умови роботи шарніра в гусеничному обводі трактора.

Розробці методики, теорії методики й устаткування, здатних відтворити реальні умови гусеничного шарніра на всіх режимах його роботи, а також визначенню моменту і коефіцієнта тертя залежно від контактного тиску та розробці практичних рекомендацій щодо зниження втрат потужності на тертя в гусеничному обводі трактора під час його експлуатації присвячена дисертаційна робота.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась згідно до діючої “Державної програми виробництва технологічних комплексів машин і устаткування для сільського господарства, харчової і переробної промисловості на 1998 - 2005 рр.” та плану науково-дослідних та конструкторських робіт Луцького державного технічного університету та Національного транспортного університету.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є підвищення ефективності роботи гусеничного рушія сільськогосподарських тракторів за рахунок зниження механічних втрат в шарнірах гусениць.

Для досягнення мети вирішувались такі задачі:

1. Визначення взаємозв'язку моменту тертя і сил, що розтягують шарнір, з урахуванням характеру розподілу контактних тисків у парі тертя і коефіцієнта тертя від самих контактних тисків.

2. Визначення коефіцієнта тертя від контактних тисків експериментально-теоретичним методом для циліндричних шарнірів з метою виявлення його характеру й отримання розрахункової оцінки моменту тертя для інших шарнірів, що відрізняються геометричними параметрами.

3. Дослідження впливу геометричних параметрів на момент тертя у шарнірі з використанням функції коефіцієнта тертя залежно від контактних тисків .

4. Розробка методики та модернізація універсального стенду для експериментального визначення моменту тертя в однопровушинних і багатопровушинних шарнірах гусениць, що дозволить найбільш повно відтворити навантажувально-швидкісні режими роботи, які відповідали б реальним умовам роботи шарніра в гусеничному обводі трактора.

5. Вибір раціонального, конструктивного напрямку вдосконалення гусеничних шарнірів відповідно до класу і призначення трактора для зниження втрат потужності на тертя в гусеничному обводі під час його експлуатації.

6. Оцінка вибраних типів шарнірів гусениць на втрати потужності і тягового ККД трактора.

Об'єкт досліджень - втрати потужності на тертя в системі трак-палець-трак, які виникають під час роботи гусеничного рушія і визначають тяговий ККД трактора.

Предмет дослідження - вплив конструктивних параметрів та експлуатаційних факторів на характер процесу тертя в шарнірах гусениць та вибір оптимальних конструктивних параметрів елементів системи трак-палець-трак для зниження втрат потужності на тертя.

Методи дослідження. В основу проведених досліджень покладені загальні положення теорії гусеничного рушія, теорії пружності, теорії розрахунків економічної ефективності технічних рішень. В якості математичної основи досліджень застосовано математичне моделювання та планування експерименту, математичну статистику (статистичний аналіз) і аналітичну обробку експериментальних даних. Експериментальні дослідження проводились з використанням сучасних фізичних та механічних методів оцінки енергетичних показників гусеничного рушія. Статистична обробка експериментальних даних проводилась з використанням сучасних комп'ютерних технологій.

Наукова новизна отриманих результатів.

Розроблено методику дослідження гусеничних шарнірів та оцінки характеру змінювання моменту і коефіцієнта тертя в системі трак-палець-трак з урахуванням реальних умов роботи шарніра гусеничного рушія, а також теорію методики, яка дозволяє при дослідженні виключати інерційну складову і знаходити перехідні коефіцієнти між швидкісними режимами стенда і трактора для визначення момента тертя в простих і багатопровушинних шарнірах гусениць при відтворенні навантажувально-швидкісних режимів, близьких до реальних.

Визначено залежність момента і коефіцієнта тертя від конструктивних параметрів і експлуатаційних факторів у широких межах навантажувально-швидкісних режимів роботи циліндричних шарнірів та виявлено характер впливу на момент тертя запрограмованого пульсуючого, за частотою і амплітудою коливань, навантаження різних значень.

Отримано функціональні залежності моменту і коефіцієнта тертя від контактних тисків, які дозволили оптимізувати конструктивні параметри (радіус пальця, зазор між втулкою і пальцем, довжину втулки і пальця) з метою зниження втрат на тертя в металевих шарнірах в експлуатаційних режимах.

Виявлено границю “насичення” фактичної площі контакту, внаслідок чого коефіцієнт тертя припиняє зростання, а у разі подальшого збільшення навантаження, навпаки - зменшується.

Практичне значення отриманих результатів.

Отримано метод визначення коефіцієнта тертя від контактних тисків для циліндричних шарнірів гусениць тракторів, який рекомендується до використання фахівцям, що працюють над вдосконаленням конструкцій різних типів шарнірних з'єднань гусеничних машин.

Модернізована конструкція універсального стенда, який дозволяє відтворювати (імітувати) реальні умови роботи шарніра в гусеничному обводі трактора і пропонується для проведення експериментальних досліджень машинно-дослідним станціям, виробничо-науковим і ремонтним організаціям та науково-дослідним лабораторіям заводів, які займаються дослідженнями, конструюванням і вдосконаленням ходових систем гусеничних машин.

Розроблено і впроваджено пристрій для контролю за натягом металевих гусениць трактора у насіннєвому радгоспі “Перемога” Луцького району Волинської області, а також надано рекомендації щодо визначення та встановлення стріли провисання вільної вітки на випадок експлуатації трактора з гумово-металевими гусеницями.

Результати теоретичних та експериментальних дисертаційних досліджень прийнято до використання у Волинському інституті агропромислового виробництва УААН та впроваджено у навчальний процес кафедри “Теорії механізмів і деталей машин” Луцького державного технічного університету (м. Луцьк).

Особистий внесок здобувача. Основні результати досліджень, що увійшли до дисертаційної роботи, отримані автором особисто. У роботах, виконаних зі співавторами, особистий внесок здобувача полягає у виконанні теоретичних та експериментальних досліджень, обробленні результатів досліджень, обґрунтуванні отриманих результатів та формулюванні висновків.

Особисто автором розроблені методика експериментальних досліджень та модернізації універсального стенда для визначення моменту і коефіцієнта тертя в шарнірних з'єднаннях. Визначено залежність моменту і коефіцієнта тертя від конструктивних параметрів і експлуатаційних факторів та виявлено характер впливу на момент тертя навантаження різних значень. Отримано функціональні залежності моменту і коефіцієнта тертя від контактних тисків, які дозволили оптимізувати конструктивні параметри з метою зниження втрат на тертя в металевих шарнірах в експлуатаційних режимах. Визначено і математично обґрунтовано формулу для визначення стріли провисання вільної вітки гусениці з пружним обводом. Виявлено границю “насичення” фактичної площі контакту, внаслідок чого коефіцієнт тертя припиняє зростання, а у разі подальшого збільшення навантаження, навпаки - зменшується.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень, що включені до дисертації, доповідались на: науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу, аспірантів і студентів Луцького державного технічного університету (м. Луцьк) та Національного транспортного університету (м. Київ) протягом 2002-2006 рр.; Х ювілейній міжнародній науково-практичній конференції “Екологічні аспекти механізації сільського господарства” (Таврійська державна агротехнічна академія м. Мелітополь, 2003 р.); VII міжнародній науково-технічній конференції “Автомобільний транспорт: проблеми і перспективи”, м. Севастополь, 2004 р.; IX міжнародній науково-технічній конференції “Автомобільний транспорт: проблеми і перспективи”, м. Севастополь, 2006 р.; XIII міжнародній науково-технічній конференції “Машинобудування і техносфера XXI ст.”, м. Севастополь, 2006р.; на міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми та перспективи розвитку механізації агропромислового виробництва”, м. Полтава, 2006 р.

У повному обсязі робота доповідалась та отримала схвалення на кафедрі “Сільськогосподарські машини” ЛДТУ (м. Луцьк), кафедрі “Автомобілі” НТУ (м. Київ) у 2007 р.

Публікації. Основні результати дисертаційної роботи опубліковано у 10 наукових працях, з яких 9 - у фахових виданнях. Крім того, 5 із них доповідались і опубліковані в матеріалах міжнародних науково-технічних конференцій, а також отримано 1 деклараційний патент України на винахід.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел і додатків. Повний обсяг дисертації - 237 сторінок, в тому числі 96 рисунків, 14 таблиць, список використаних літературних джерел з 146 найменувань та 22 додатки на 35 сторінках. Обсяг основного тексту дисертації 125 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, дана загальна її характеристика, сформульовані мета і задачі досліджень, наукова новизна та практичне значення отриманих результатів. Наведено інформацію про апробацію та публікації результатів досліджень, структуру та обсяг дисертації.

У першому розділі обґрунтовано вибір типу рушія за результатами досліджень, які показали, що через зміну тиску на ґрунт значно знижується приріст питомого опору при оранці. Так, по сліду гусеничного трактора Т-150 питомий опір в 4,4 рази менший, ніж по сліду колісного трактора Т-150 К, при цьому продуктивність праці в 1,18-1,4 рази більша.

Аналіз втрат потужності і ККД гусеничного рушія показав, що найбільшу частину складають втрати на тертя у рушієві, на долю яких припадає від 41 % на м'якому ґрунті до 74 % на стерні.

Рядом вчених, які досліджували роботу гусеничного рушія (Е.Д.Львовим, М.І.Медведєвим, А.С.Антоновим, М.К.Крісті, В.В.Гусаковим, Л.В.Сергєєвим та ін.) встановлено, що при русі гусеничного трактора виникають опори, які в загальному випадку складаються з внутрішніх (створених рушієм) і зовнішніх, що виникають у результаті горизонтальної і вертикальної деформацій ґрунту. Втрати на подолання цих опорів залежить від конструктивних параметрів гусеничного рушія і фізико-механічних властивостей ґрунту.

Виконано оглядовий аналіз процесу зовнішнього тертя і тертя в шарнірах гусениць, що надало можливість визначитись в принципових залежностях коефіцієнта тертя від різних факторів.

Проведено аналіз конструкцій гусеничних шарнірів різних типів, а також надана їм техніко-економічна оцінка з врахуванням витрат при їх виготовленні, експлуатації і обслуговування.

Виконано аналіз методів експериментальних визначень коефіцієнта тертя в шарнірах гусениць, що дозволило визначитись у конструктивному удосконаленні стендової установки та методики досліджень.

За матеріалами першого розділу сформульовані задачі досліджень.

Другий розділ присвячений розробці методики визначення енергетичних показників гусеничного рушія, таких як ККД, момент і коефіцієнт тертя залежно від питомих контактних тисків. У шарнірних з'єднаннях визначено функції коефіцієнта тертя на основі експериментальної залежності моменту тертя , що дозволило досліджувати вплив геометричних параметрів і навантажувальних режимів на момент тертя в простих однопровушинних і багатопровушинних шарнірах.

Однією з найголовніших задач було визначення моменту тертя в простому шарнірі, який показано на рис.1.

В такому випадку елементарна сила тертя визначається за залежністю:

, (1)

де - радіальна сила, що діє на елементарну площу контакту , Н/мм2;

- довжина площі контакту, мм;

- радіус пальця шарніра, мм;

- коефіцієнт тертя, що залежить від сили радіального (нормального) тиску на елементарну площу;

- поточне значення кута зони контакту, нуль якого збігається з напрямком розтягуючої сили , рад.

Використовуючи вираз (1), отримано елементарний момент тертя:

(2)

Звідки момент тертя буде дорівнювати:

(3)

де - половина кута зони контакту пари тертя.

Оскільки, розподіл питомого контактного тиску симетричний відносно нульового значення, тоді вираз (3) можна записати у вигляді:

(4)

З формули (4) видно, що визначення моменту тертя можливе, якщо відомі функції , і границя контакту пари тертя.

Для визначення функції використано залежність, яка базується на класичній теорії І.Я.Штаєрмана:

(5)

де ; ; ; ; .

де - навантаження, що розтягує шарнір, Н;

, - радіуси втулки і пальця, мм;

- модуль пружності, Н/мм2;

- коефіцієнт Пуассона;

- поточне значення кута в зоні контакту втулки і пальця, рад;

- граничне значення кута половини зони контакту, яке визначається з трансцендентного рівняння:

, (6)

де

Вираз (6) був отриманий за таких допущень:

- зовнішні сили, що діють на втулку і палець, проходять через їхні центри і спрямовані перпендикулярно до осі Х (див. рис. 1.);

- згин пальця відсутній.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Із рівняння (6) витікає, що границя контакту, за всіх рівних умов залежить від різниці радіусів і розтягуючого зусилля .

Характер залежності кута половини границі контакту втулки і пальця від величини наведено на рис. 2. В діапазоні зміни від 0 до 0,6 характер залежності нелінійний. Для більших значень залежність наближені до лінійної.

В цьому випадку рівняння (6) приймає вигляд:

(7)

Розв'язок рівняння (7) дає граничне значення рад.

При цьому значення не залежить від жорсткості елементів пар тертя і розтягуючих сил.

Розв'язок рівняння (7) для випадку дає найбільше значення питомого контактного тиску при :

(8)

Розподіл для з найбільшою точністю апроксимується виразом:

(9)

На основі (9), коефіцієнт нерівномірності розподілу питомого контактного тиску може бути знайдено з рівняння:

(10)

Із рівняння (8) і (10) видно, що величина при залежить тільки від сил, що розтягують шарнір і його радіуса, а коефіцієнт нерівномірності є величиною постійною, яка дорівнює 1,46.

Із проведених теоретичних досліджень виявлено, що являє собою многочлен, показник степені якого на одиницю менший, ніж показник степені многочлена . При цьому останній член не залежить від величини .

Отримані експериментальні дані досить добре описуються поліномом другого порядку, тобто:

Тоді коефіцієнт тертя можна представити у вигляді

(11)

У рівнянні невідомі коефіцієнти K і L, що визначаються на основі експериментальної залежності для даного шарніра. Визначення коефіцієнтів K і L проводилось шляхом рішення системи рівнянь за допомогою методу найменших квадратів:

(12)

; ,

де ;

Наприклад, для шарніра при мм, мм, . Отримані такі значення К і L.

Размещено на http://www.allbest.ru/

- для шарніра виготовленого із Сталі Г13Л+Сталь 55: ; .

- для шарніра із Сталі 40Х+Сталь 40Х: ; .

Із формул (4, 5, 6, 11) видно, що розподіл питомих контактних тисків в парі палець-втулка і величина цих тисків суттєвим чином залежать не тільки від розтягуючого шарнір зусилля, але і від його геометричних розмірів: радіуса, довжини і зазору. Наявність залежності надає можливість оцінювати вплив вказаних параметрів на момент тертя у шарнірі.

На рис. 3 і 4 наведено розрахункові залежності для відносних кутових швидкостей ковзання і рад/с, отримані з використанням виразів (5), (11) і (12). Розрахунки проводились з допущенням, що по довжині шарніра питоме контактне навантаження розподілено рівномірно.

Як видно із рис. 3, момент тертя у шарнірі для малих розтягуючих навантажень (170 Н на 10 мм довжини) змінюється зі зростанням радіуса пальця шарніра нелінійно.

Размещено на http://www.allbest.ru/

При великих навантаженнях залежність практично лінійна. Із зростанням розтягуючого навантаження момент тертя нелінійно зростає для всіх значень. Дослідженнями встановлено, що момент тертя росте зі збільшенням зазору у шарнірі, оскільки при цьому звужується епюра розподілу питомих контактних тисків і зростають середні значення .

Так, наприклад, розтягуюче навантаження , що рівняється 1000Н (333 Н на 10 мм довжини шарніра), при збільшенні зазору з 0,3 до 0,9 мм (рис. 4), призводить до зростання моменту тертя з 1,0 до 2,4 Нм, тобто більше ніж в два рази, а при навантаженні =6000 Н (2000 Н на 10 мм довжини шарніра) відповідно з 13,6 до 17,2 Нм (на 21 %).

Таким чином, із зростанням навантаження на шарнір абсолютні значення приросту моменту тертя із збільшенням зазору підвищуються, а відносні знижуються.

Значне зниження моменту тертя має місце із-за збільшення довжини шарніра. Наприклад, збільшення довжини шарніра з 5 до 30 мм момент тертя у шарнірі при навантаженні =500 Н зменшується на 52,7%. Встановлено, що у всіх випадках зменшення контактних тисків призводить до відповідного зниження моменту тертя у шарнірі при незмінному навантаженні на шарнір.

Результатами розрахунку , приведеного для гусениці шириною 390 мм, встановлено, що із збільшенням кількості провушин від 5 до 13 момент тертя в шарнірі знижується при =12,5 мм до 21 %, при =11,0 мм - на 28%, =7,5 мм - на 51 %. В 11-провушинному варіанті при =7,5 мм - на 26,1 % менше, ніж при =12,5 мм.

Розроблено також метод визначення початкового діаметру пальця шарніра гусениці з урахуванням інтенсивності його зношування.

Теоретично визначено залежність стріли провисання вільної вітки від натягу пружного гусеничного обводу.

У третьому розділі наведено особливості модернізованого універсального стенда і методику для визначення моменту тертя в простому однопровушинному і багатопровушинному шарнірі (рис. 5). Універсальний стенд був обладнаний реєструючою (осцилограф К-12-21 і автоматизований вимірювальний комплекс) апаратурою, яка забезпечувала вимірювання таких параметрів: розтягуюче зусилля траків (0…50 кН); дотичну складову штовхаючого зусилля рамки (0…3 кН); кут коливання рамки (0…0,52 рад); частоту пульсації (0…150 Гц); амплітуду навантаження від середнього значення (0…5 кН); частоту коливання рамки стенда (0…8,2 Гц).

Для проведення досліджень щодо виявлення впливу конструктивних і геометричних параметрів, експлуатаційних факторів на величину і характер зміни моменту тертя були виготовлені зі Cталі 40Х+Сталь 40Х і Cталі Г-13Л+Сталь 55 комплекти простих шарнірів, а також моделі гусеничних шарнірів із 7, 9 і 11 провушинами. Крім того, дослідженню підлягали шарніри траків гусениць с/г тракторів: семипровушинний шарнір (ДТ-75); п'ятипровушинний (Т-54В, Т-70); трьохпровушинний (Т-70) і п'ятипровушинний гумово-металевий шарнір ГМШ конструкції АТЗ.

Підготовлені шарніри відкритого типу перед установленням на стенд промивали бензином і обдували стисненим повітрям.

Визначення моменту тертя в шарнірах по даних вимірювань проводилось на основі рівняння динаміки рухомого трака:

,

де - момент інерції і маса трака;

- дотичне зусилля, що діє на рухомий трак, кН.;

- відстань від осі шарніра до точки прикладання штовхаючого зусилля в центрі мас трака, мм;

- кут коливання рухомого трака відносно вертикалі, рад.

- прискорення рухомого трака, рад/с2.

Математичну обробку результатів вимірювань проведено за методикою Г.В. Веденяпіна, П.М. Василенко і ін.

У четвертому розділі наведені результати експериментальних досліджень проведених на модернізованому універсальному стенді щодо визначення моменту тертя в шарнірах залежно від довжини втулки, величини і характеру навантаження на шарнір, кутової швидкості відносного ковзання пальця і втулки, матеріалу їх виготовлення тощо.

На режимах, близьких до експлуатаційних, проведені дослідження багатопровушинних шарнірів гусениць с/г тракторів і моделей гусениць, що відрізняються радіусом пальця і провушин, їх кількістю, довжиною шарніра, матеріалом їх виготовлення. Отримана оцінка впливу на момент тертя величини прогину пальця і наявності абразиву.

В результаті експериментальних досліджень встановлено, що в усіх випадках момент тертя і усереднений коефіцієнт тертя , що пов'язує і залежить від сил, що розтягують шарнір, і кутової швидкості відносного ковзання тертьових елементів. Так, для пари тертя Cталь Г-13Л+Сталь 55 при =30 мм, =11 мм збільшення від 0,6 до 5,4 рад/с і =3600 Н призводить до зменшення з 0,169 до 0,129 або в 1,3 рази.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Найбільш суттєво змінюється від . Наприклад, для вищевказаного шарніра при =5,4 рад/с і зростанням від 2 до 9,6 кН зростає з 0,10 до 0,23 або в 2,3 рази. Для тієї ж пари тертя, але при =70 мм та =9,6 кН на 29% нижче, ніж при =30 мм (рис.6). Це означає, що широко використовуваний коефіцієнт пропорційності між силою і являється не тільки характеристикою матеріалів тертя циліндричної пари. Із рис. 6 видно, що достатньо підвищити контактні навантаження як зростання припиняється, що пояснюється незмінністю при (- критичний контактний тиск) фактичної площі контакту.

Коефіцієнт тертя для шарнірів з =30 мм був використаний і для розрахунку для шарнірів з тими ж геометричними параметрами, але з =70 мм. Для обох пар тертя результати розрахунку і експерименту достатньо близькі.

Для виявлення впливу кількості провушин на величину дослідженню піддавали моделі траків, які були виготовленні із Сталі 40Х. Результати розрахункові і експериментальні наведені на рис. 7 з якого видно, що із збільшенням кількості провушин з 7 до 11 момент тертя понизився на експериментальних значень 21…26 %. Слід зазначити, що невідповідність розрахункових і не перевищує 10 %.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Для виявлення впливу пульсуючого навантаження на величину моменту тертя були проведені дослідження з двома комплектами пальців і втулок, які виготовлені із матеріалів траків і пальців гусениць серійного трактора ДТ-75. При цьому довжини втулок дорівнювали 30 і 70 мм. Крім того, досліджувалась модель 7-провушинного шарніра.

В результаті проведених досліджень на всьому діапазоні розтягуючих зусиль з амплітудою, що становить 15 % від середнього їх значення, і відносною кутовою швидкістю =0,6...5,4 рад/с. виявлено зменшення на 4…7 % моменту тертя у діапазоні частот розтягуючих зусиль 10…25 Гц. Ці частоти знаходяться за межами робочого діапазону частот гусеничного обводу трактора. Отримані експериментальні залежності моменту тертя у шарнірах і усередненого коефіцієнта тертя в серійних 3- і 5-провушинних шарнірах гусениць тракторів Т-70 і Т-54В і у 7-провушинних шарнірах гусениць тракторів ДТ-75 і Т-150. На основі цих залежностей зроблено висновок, що момент і усереднений коефіцієнт тертя нелінійно залежать як від сил, що розтягують шарнір, так і від швидкості відносного кутового складування траків. Так, при навантаженні на шарнір, що відповідає номінальному тяговому зусиллю (для трактора Т-70 - 21 кН і цьому ж тракторі, але укомплектованому гусеницями з 5-провушинними шарнірами), моменти і усереднені коефіцієнти тертя із зростанням швидкості руху трактора від =0,6…5,4 рад/с зменшуються: момент тертя у 3-провушинному шарнірі з 98 до 79 Нм і з 94 до 60 Нм у 5-провушинному шарнірі, що відповідно складає 19,3 і 36,1 %; усереднений коефіцієнт тертя знижується від 0,435 до 0,320 і від 0,410 до 0,275 відповідно, що складає 26,4 і 32,9 %.

У випадку заміни пальця із Cталі 55 на біметалевий, момент тертя в 7-провушинному шарнірі отримано меншим на 5,8 %.

Зростання коефіцієнта нерівномірності приводить, за всіх рівних умов, до зростання і . Наприклад, встановлення у 7-провушинний шарнір пальця з прогином 2,5 мм. (допустимий прогин 0,4 мм) привело до підвищення і на 15...20 %.

Для оцінки впливу стану середовища на і в шарніри гусениць ДТ-75 вводили дерново-підзолистий ґрунт. Дослідження показали, що зросло в середньому на 15…20 %.

Аналіз значень моменту тертя від розтягуючого шарнір зусилля в запропонованих варіантах 7- і 11- провушинних шарнірів виготовлених зі Cталі 40Л, показав, що момент тертя при =5,4 рад/с в 11-провушинному шарнірі менше 7-провушинного на 8…16 % в залежності від навантаження. Однак в порівнянні з серійними 5- і 7-провушинними траками значення і в запропонованих шарнірах суттєво нижчі, незалежно від матеріалу виготовлення, це пояснюється тим, що збільшення провушин забезпечує більш рівномірне розподілення по провушинах траків гусениць.

З використанням отриманих значень для серійних 7- і запропонованих 11-провушинних шарнірів трактора ДТ-75 були визначені втрати потужності на тертя в шарнірах гусеничного обводу. В результаті отримано, що при швидкості =2,2 м/с втрати потужності в шарнірах гусеничного обводу трактора класу 30 кН складають: для 7-провушинного варіанту - 5,06 кВт, для 11-провушиннного - 2,59 кВт.

У п'ятому розділі наведено результати порівняльних тягових випробувань трактора ДТ-75 з серійними 7-провушинними шарнірами і запропонованими 11-провушинними, траки яких були відлиті зі Сталі 40Л, а пальці з Сталі 55.

Порівняльні тягові випробування проводились на двох фонах поля: стерня озимої пшениці та підготовлене під посів поле. У цей період випробувань проводилась перестановка гусеничних ланцюгів, що дозволила запобігти впливу зміни метеорологічних умов і ґрунту. Перед випробуванням гусениці обкатували протягом 180-200 годин з метою припасування шарнірів. Обкатування проводилось на звичайних сільськогосподарських роботах.

За результатами тягових випробувань було встановлено, що умовний тяговий ККД трактора із 11-провушинною гусеницею вище, ніж у того ж трактора з серійною 7-провушинною на 1,2…3,0 % в залежності від умов випробувань.

ВИСНОВКИ І РЕКОМЕНДАЦІЇ

1. Одним із способів підвищення ефективності роботи гусеничного рушія сільськогосподарського трактора є зменшення втрат потужності на тертя в металевих шарнірах і підвищення за рахунок цього тягового ККД трактора в експлуатаційних режимах. Це може бути досягнуто шляхом оптимізації конструктивних параметрів системи трак-палець-трак (радіуса пальця, зазору між втулкою і пальцем, довжиною втулки і пальця, матеріалу виготовлення втулки і пальця) з метою зменшення моменту тертя у парі тертя.

2. Визначено взаємозв'язок моменту тертя і сил, що розтягують шарнір з урахуванням характеру розподілу контактних тисків у парі тертя і коефіцієнта тертя від контактних тисків .

3. Отримані теоретичні залежності зв'язку коефіцієнта тертя і величиною контактних навантажень, що дозволяють досліджувати вплив геометричних параметрів шарніра на зміну моменту тертя в ньому, та оптимізувати конструктивні параметри з метою зниження втрат на тертя в металевих шарнірах.

4. Отримано залежність для визначення моменту тертя в шарнірах металевих гусениць, яка дозволила досліджувати вплив геометричних параметрів системи трак-палець-трак на енергетичні показники гусеничного рушія при різних навантаженнях. Наприклад, при збільшенні кількості провушин з 7 до 11 при однакових умовах, зменшується момент тертя в шарнірах на 20-25 %. Максимальне значення різниці між теоретичною і експериментальною залежностями не перевищує 10 %.

5. Запропоновано і проведено модернізацію універсального стенда, а також методику, яка дозволяє при замірюванні виключати інерційну складову і знаходити перехідні коефіцієнти між швидкісними режимами стенда і трактора, що в кінцевому результаті дозволяє визначити момент тертя в простих і багатопровушинних шарнірах гусениць при відтворенні навантажувально-швидкісних режимів, близьких до реальних.

6. Виявлено границю “насичення” фактичної площі контакту, при (=0,240, =9600 кН), внаслідок чого коефіцієнт тертя припиняє зростання, а у разі подальшого збільшення навантаження, навпаки - зменшується.

7. Встановлено, що для пар тертя, які виготовлені із одних матеріалів, момент тертя в загальному випадку залежить від величини і нерівномірності розподілу контактних навантажень. Пониження нерівномірності контактних навантажень досягається, за всіх рівних умов, шляхом збільшення кількості провушин, жорсткості при згинанні пальця і зменшення зазору в шарнірі.

8. Співставлення результатів досліджень запропонованих 7-провушинних шарнірів із 5-провушинними серійними і 11-провушинними із 7-провушинними серійними показали, що і в запропонованих варіантах нижчі в середньому на 15-35 % і 10-20 % відповідно.

9. Для гусениці з запропонованим 11-провушинним шарніром довжиною =390 мм, отримано номінальний діаметр пальця 15 мм, який забезпечує необхідну міцність шарнірного з'єднання та знижує момент тертя в ньому.

10. Результати тягових випробувань трактора з запропонованим 11-провушинним та серійним 7-провушинним шарнірами в польових умовах показали, що умовний тяговий ККД трактора із запропонованим шарніром в порівнянні з серійним шарніром збільшився на 1,2…3 % в залежності від умов випробувань.

11. Результати досліджень прийнято до використання у Волинському інституті агропромислового виробництва УААН.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Колодійчук С.А. Вплив кількості провушин на надійність ланок гусениць трактора // Вісник Луцького державного технічного університету: Зб. наук. пр. - Вип.11 - Луцьк: Вид. відділ ЛДТУ. - 2002.- С. 199-201.

2. Колодійчук С.А. Визначення залежності коефіцієнту тертя від контактного тиску в шарнірах гусениць // Вісник Луцького державного технічного університету: Зб. наук. пр. - Вип.10 - Луцьк: Вид. відділ ЛДТУ. - 2002.- С. 135-138.

3. Колодійчук С.А., Колодійчук А.К. Метод визначення моменту тертя в шарнірах гусениць трактора в залежності від контактного тиску // Вісник Луцького державного технічного університету: Зб. наук. пр. - Вип.10 - Луцьк: Вид. відділ ЛДТУ. - 2002.- С. 138-141.

4. Колодійчук С.А. Метод розрахунку втрат потужності в шарнірах гусеничного обводу та тягового ККД трактора // Вісник Луцького державного технічного університету: Зб. наук. пр. - Вип.11 - Луцьк: Вид. відділ ЛДТУ. - 2003. - С. 54-59.

5. Пат. 71250 Україна, МКВ А01F25/08. Універсальний стенд для визначення коефіцієнта тертя в шарнірах гусениць / Колодійчук С.А. - №20031211399; Заявл. 11.12.2003; Опубл. 15.11.2004; Бюл. №11.

6. Хелемендик М.М., Колодійчук А.К., Колодійчук С.А. Аналітичне визначення ККД рушія гусеничного трактора // Вісник Таврійської державної агротехнічної академії: Зб. наук. пр. - Вип.14 - Мелітополь: Вид. відділ ТДАТА. - 2003. - С. 3-8.

7. Колодійчук С.А., Драган М.С., Колодійчук А.К. Теоретичне визначення залежності стріли провисання вільної вітки від натягу пружного гусеничного обводу трактора. // Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля : Науковий журнал № 7 - Частина 1. - Луганськ: - 2004. - С.126-129.

8. Колодійчук С.А., Матейчик В.П., Драган М.С., Колодійчук А.К. Визначення втрат на тертя в гумово-металевих шарнірах гусениць трактора // Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля : Науковий журнал № 7(101) - Частина 1. - Луганськ: - 2006. - С.49-52.

9. Марчук М.М., Колодійчук А.К., Драган М.С., Колодійчук С.А. Метод визначення залежності коефіцієнта і момента тертя від контактного тиску вшарнірах гусениць // Матер. 13-ї Міжнар. наук.-техн. конф. “Машинобудування і техносфера” 13-18 вересня 2006р., м. Донецьк.- С. 34 - 38.

10. Матейчик В.П., Колодійчук С.А. Теоретичне визначення показників тертя в шарнірах гусениць тракторів // Науково-виробничий, фаховий журнал Полтавської державної агротехнічної академії: Зб. наук. пр. - Вип.4 - Полтава: Вид. відділ ПДАА. - 2006. - С. 72-75.

АНОТАЦІЯ

Колодійчук С.А. Підвищення ефективності роботи гусеничного рушія сільськогосподарських тракторів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.02 - автомобілі та трактори. - Національний транспортний університет, Київ, 2007.

Робота присвячена підвищенню ефективності роботи гусеничного рушія сільськогосподарських тракторів за рахунок зниження механічних втрат в шарнірах гусениць.

Розроблена методика дослідження гусеничних шарнірів та оцінки характеру змінювання моменту і коефіцієнта тертя в системі трак-палець-трак з урахуванням реальних умов роботи шарніра при експлуатації трактора.

Модернізовано універсальний стенд, який дозволяє в широких межах відтворювати реальні режими роботи шарніра при експлуатації трактора.

Визначено залежність моменту і коефіцієнта тертя від конструктивних параметрів і експлуатаційних факторів у широких межах навантажувально-швидкісних режимів роботи стенда.

Отримано залежність моменту і коефіцієнта тертя від питомих контактних тисків, яка дозволила проводити дослідження впливу конструктивних параметрів (радіуса пальця, зазору між втулкою і пальцем, довжиною втулки і пальця) та експлуатаційних факторів на момент тертя в металевих шарнірах.

Виявлено границю “насичення” фактичної площі контакту (ФПК) внаслідок чого коефіцієнт тертя припиняє зростання, а у разі подальшого збільшення навантаження, навпаки - зменшується.

Розроблено і виготовлено два варіанти траків гусениць з 7- і 11-провушинними шарнірами. Варіант гусениць з 11-провушинами при випробуванні в польових умовах показав підвищення умовного тягового ККД трактора на 1,2…3 %.

Ключові слова: Гусеничний трактор, рушій, шарнір, стенд, момент тертя, коефіцієнт тертя, потужність, тяговий коефіцієнт корисної дії

АННОТАЦИЯ

Колодийчук С.А. Повышение эффективности работы гусеничного движителя сельскохозяйственных тракторов. - Рукопись.

Диссертация на соискание степени кандидата технических наук по специальности 05.22.02 - автомобили и тракторы - Национальный транспортный университет, Киев, 2007.

Работа посвящена решению актуальной проблемы в области автотракторного машиностроения - повышение эффективности работы гусеничного движителя сельскохозяйственных тракторов за счет снижения механических потерь в шарнирах гусениц.

Научная новизна заключается в том, что разработана методика исследования гусеничных шарниров и дана оценка характера изменения момента и коэффициента трения в системе трак-палець-трак с учетом реальных условий работы шарнира при эксплуатации трактора.

Дан общий анализ КПД и потерь мощности на трение в гусеничном движителе тракторов. Приведено обоснование выбора гусеничного движителя, проанализировано процесс внешнего трения и конструкции гусеничных шарниров разных типов. Кроме того, приведено наиболее распространенное оборудование и стенды используемые для исследований гусеничных шарниров и дан им сравнительный анализ преимуществ и недостатков.

На основании анализа выбран универсальный стенд, который был модернизирован и использован нами для исследований простых шарниров, моделей шарниров, а также шарниров гусениц тракторов.

Раскрыты теоретические предпосылки исследований КПД гусеничного движителя, что позволило учесть особенности работы гусеничного движителя и дать количественную оценку КПД, провести анализ прогнозирования эффективности его работы, а также момента и коэффициента трения в зависимости от удельных контактных давлений.

Определено зависимость момента и усредненного коэффициента трения от конструктивных параметров и эксплуатационных факторов в широких пределах нагрузочно-скоростных режимов работы универсального стенда и определено влияние на момент трения переменного растягивающего шарнир усилия.

Получено математическую модель зависимости момента и коэффициента трения от удельных контактных давлений, что дало возможность провести анализ влияния конструктивных параметров (радиуса пальца, зазора между втулкой и пальцем, длинной втулки и пальца), а также с учетом физико-механических свойств материалов их изготовления и эксплуатационных факторов на момент трения в металлических шарнирах.

Получены результаты экспериментальных исследований простых однопровушинных шарниров, моделей шарниров гусениц, серийных шарниров тракторов, а также резино-металических конструкции АТЗ.

Ключевые слова: Гусеничный трактор, движитель, шарнир, стенд, момент трения, коэффициент трения, мощность, тяговый коэффициент полезного действия.

SUMMARY

Sergiy Kolodiychuk. Increase of work's effectiveness of the crawler-mounted mover of agricultural tractors. - Manuscript.

Dissertation is for the obtaining of the degree of candidate of technical sciences, the specialty 05.22.02 - cars and tractors - the National transporting university, Kyiv, 2007.

The work is devoted to the increase of work's effectiveness of the crawler-mounted mover of agricultural tractors due to the deterioration of mechanical losses in the hinges of tracks.

The methodology of track's hinges research, the estimation of character's moment changing and the constant of friction in the track-pin-track system was elaborated and at the same time taking into account real-life environment of hinge's working during the tractor's maintenance.

A multi-purpose stand was modernized, which allows reproducing of real regimes of hinges during the tractor's maintenance.

It was established the depending of the moment of friction and the constant of friction on design and operating factors under loading- and high-speed regimes of the stand.

The dependency of the moment and the constant of friction of feed contact vice were investigated, which allows carrying out of researches of design factors influences (the pin radius, gap between bushing and the pin, the length of bushing and pin) and also operating factors on friction moment in metallic hinges.

The limit of actual contact area `satiety' (ACA) was established and as the result the constant of friction holds its growth and to the contrary - in case of further loading increase - it decreases.

Two variants of tracks with 7 and 11-rings hinges were worked up and produced. The track's variant with 11-rings showed the increase of the conditional hauling coefficient of efficiency of the tractor by 1,2…3 %.

The keywords: crawler tractor, cursor, hinge, stand, moment of friction, constant of friction, power, thrust coefficient of efficiency.

Размещено на Allbest.ru

...