Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследований 9
1.1 Направления совершенствования тракторно-транспортных агрегатов и повышения их топливно-энергетической эффективности 9
1.2 Влияния внешних и внутренних факторов на эксплуатационные свойства тракторного двигателя 11
1.3 Влияние эксплуатационных факторов на тягово-сцепные свойства шин колесного движителя 20
1.3.1 Влияние вертикальной нагрузки и внутреннего давления воздуха в шине на радиусы колеса 37
1.3.2 Влияние эксплуатационных факторов на сопротивление качению колеса 39
1.4 Критерии энергетической эффективности транспортного процесса и показатели топливной экономичности тракторно-транспортного агрегата 44
1.5 Выводы 51
2 Теоретическое обоснование показателей эксплуатационных свойств колесного движителя и дизеля трактора
2.1 Статические параметры и сопротивление деформации шины при качении колеса 53
2.2 Кинематические параметры качения колеса в ведущем режиме . 59
2.3 Силовые параметры качения колеса в ведущем режиме 66
2.4 Эксплуатационная регуляторная характеристика дизеля 76
2.5 Обобщенный показатель топливно-энергетической эффективности тракторно-транспортного агрегата 85
Вероятностный метод расчета эксплуатационного расхода топлива для тракторно-транспортного агрегата 88
Выводы 98
Программа и методика экспериментальных исследований 100
Программа экспериментальных исследований 100
Оборудование, измерительные средства, приборы, инструменты и приспособления для проведения экспериментальных исследований 101
Методика проведения экспериментальных исследований 120
Определение параметров статической деформации шин 120
Тяговые стендовые испытания шин колесного движителя . 123
Дорожно-полевые испытания тракторно-транспортного агрегата 128
Статистическая обработка экспериментальных данных 130
Выводы 133
Результаты экспериментальных исследований и их анализ 134
Результаты определения параметров статической деформации шины и параметров качения колеса 134
Анализ кинематических и силовых параметров шин по результатам тяговых стендовых испытаний колесного движителя 137
Определение сопротивления движению тракторно-транспортного агрегата в дорожно-полевых условиях 140
Оценка топливной экономичности тракторно-транспортногоагрегата в условиях дорожно-полевых испытаний 145
Выводы 153
5 Рекомендации по практическому приложению результатов исследований при эксплуатации тракторно-транспортных агрегатов 155
5.1 Оценка топливно-энергетической эффективности тракторно-транспортного агрегата в эксплуатационных условиях 155
5.2 Обоснование системы регулирования ограничения максимальной частоты вращения холостого хода коленчатого вала дизеля 163
5.3 Схема системы регулирования ограничителя рычага управления всережимным регулятором ТНВД 165
5.4 Выводы 171
6 Экономическая эффективность эксплуатации тракторно-транспортного агрегата на частичных тягово-скоростных режимах 172
6.1 Особенности нормирования эксплуатационного расхода топлива при выполнении тракторно-транспортных работ 172
6.2 Расчет экономического эффекта при работе тракторно-транспортного агрегата на частичных тягово-скоростных режимах 174
6.2.1 Определение сменной производительности тракторно-транспортного агрегата БЕЛАРУС 80.1 +2-ПТС-6-8526 174
6.2.2 Определение расхода топлива для тракторно-транспортного агрегата на общих транспортных работах 177
6.2.3 Годовая экономия затрат на техническое обслуживание и ремонт 179
6.3 Выводы 181
Общие выводы 182
Список использованных источников 184
Приложения 202
- Влияния внешних и внутренних факторов на эксплуатационные свойства тракторного двигателя
- Статические параметры и сопротивление деформации шины при качении колеса
- Оборудование, измерительные средства, приборы, инструменты и приспособления для проведения экспериментальных исследований
- Определение сопротивления движению тракторно-транспортного агрегата в дорожно-полевых условиях
Введение к работе
В общей трудоемкости производства сельскохозяйственной продукции транспортные и погрузочно-разгрузочные операции составляют 40-45 %, а энергетические затраты на их выполнение достигают 50 % в совокупной энергоемкости производства. Если в 2003 г. объем перевозок грузов в сельском хозяйстве России составлял 4,1 млрд. т - в расчете 31 т на 1 га пашни, то к 2010 г. предполагается увеличение до 7,2 млрд. т или до 50 т на 1 га. На долю тракторного транспорта прогнозируется объем перевозок 1,4 млрд. т.
В структуре затрат на содержание и эксплуатацию автомобильных и тракторных транспортных средств приходится около 14 %. За предыдущие 10 лет себестоимость тракторных перевозок возросла на 12 % и стала в три раза выше по сравнению с автомобильным транспортом. Такое положение сложилось в результате несоответствия грузоподъемности прицепов и номинальной мощ-„ ности колесных тракторов. За истекшие 15 лет мощность большинства колесных тракторов возросла в 1,4-2 раза, а грузоподъемность прицепов к ним осталась на прежнем уровне. Они позволяют загрузить двигатель по мощности лишь на 45-55 %, что отрицательно сказывается на удельных показателях топливно-энергетической эффективности тракторно-транспортных агрегатов.
Ухудшение топливной экономичности тракторов, используемых в качестве транспортных средств, усугубляется еще и тем, что происходит активный процесс физического старения тракторного и прицепного парка. При этом одновременно увеличивается несоответствие их потребности и наличия, которое достигает соотношения полтора-два к одному [1].
Одной из особенностей эксплуатации тракторов в составе транспортных агрегатов является изменение в широких пределах несущих и сцепных свойств опорной поверхности. Наблюдается недоиспользование тяговых возможностей колесных движителей на усовершенствованных дорожных покрытиях и, вместе с тем, ограничение эксплуатационных показателей тракторов на деформируемых почвенных основаниях из-за недостаточного сцепного веса. Адаптация универсального дорожно-полевого тракторно-транспортного средства к различным условиям движения может быть обеспечена оснащением ходовой части шинами низкого давления воздуха или давления, регулируемого в широком диапазоне.
Системой технологий и машин на период с 2000 г. до 2010 г. предусмотрено дальнейшее повышение единичной мощности тракторов с одновременным снижением их эксплуатационной массы. При этом намечается существенное увеличение грузоподъемности прицепов, в частности, до 7 т -к тракторам тягового класса 1,4.
Эффективная реализация конструкторско-технологических новшеств требует разработки и уточнения рекомендаций по нормированию выработки и расхода топлива на тракторные транспортные работы. При этом необходимо располагать универсальными аналитическими моделями для расчета показателей эксплуатационных свойств тракторно-транспортных агрегатов и стремиться к более тесному приближению расчетных теоретических моделей к исследуемым физическим объектам и реальным процессам.
Расширение дорожной сети и усовершенствование дорожных покрытий способствует повышению скоростных режимов движения тракторно-транспортных средств, рациональный выбор которых невозможен без предварительной оценки топливно-энергетической эффективности транспортного процесса.
Составляющие частичных нагрузочно-скоростных режимов в структуре транспортного цикла остаются значительными. Это связано с непрерывным изменением дорожных и транспортных условий движения, которые вынуждают снижать техническую скорость и переходить на более низкие передачи.
Таким образом, существуют эксплуатационные факторы, не позволяющие полностью реализовать высокие потенциальные тяговые и мощностные свойства колесных движителей и дизелей тракторно-транспортных агрегатов, которые следует учитывать при выборе рациональных режимов работы и объективной оценке их топливно-энергетической эффективности.
Объект исследований; процесс взаимодействия дорожной опорной поверхности, колесной ходовой части, трансмиссии и дизеля при эксплуатации трактора БЕЛАРУС 80.1 в составе прицепного и полуприцепного транспортных агрегатов.
Предмет исследований: закономерности изменения кинематических и силовых параметров колесного движителя и показателей топливно-энергетической эффективности транспортного процесса в зависимости от тягово-скоростных режимов работы колесного движителя и дизеля.
Научная новизна: обоснование способа повышения топливно-энергетической эффективности тракторно-транспортного агрегата при неполной тяговой нагрузке трактора взаимным согласованием крутящего момента на колесном движителе и частоты вращения коленчатого вала дизеля с помощью дополнительного позиционного ограничения максимальной частоты вращения холостого хода.
На защиту выносятся:
1) уточненные зависимости между кинематическими и силовыми параметрами качения колеса в функции центрального угла контакта шины с опорной поверхностью, коэффициента трения покоя, коэффициента трения скольжения шины при полном буксовании;
2) функциональные зависимости показателей работы дизеля на частичных регуляторных характеристиках;
3) результаты теоретических и экспериментальных исследований колесной ходовой части агрегатов БЕЛАРУС 80.1+2-ПТС-6-8526 и БЕЛАРУС 80.1+РОУ-6;
4) способ рационального выбора скоростных режимов дизеля, оснащенного дополнительным позиционным ограничителем максимальной частоты вращения холостого хода коленчатого вала;
5) методика вероятностного расчета эксплуатационного расхода топлива тракторно-транспортным агрегатом;
6) обобщенная оценка топливно-энергетической эффективности транспортного процесса.
Практическая ценность:
1) выявленные закономерности изменения кинематических и силовых параметров колесного движителя во всем диапазоне тяговых нагрузок, вплоть до полного буксования колес, могут быть использованы при комплектовании агрегатов на основе тягового расчета;
2) позиционное ограничение максимальной частоты вращения холостого хода коленчатого вала дизеля с помощью дополнительного упора рычага управления регулятором ТНВД повышает эффективность выбора нагрузочно скоростных режимов дизеля и трактора и обеспечивает рациональное согласование крутящего момента на колесном движителе и частоты вращения коленчатого вала дизеля при эксплуатации тракторно-транспортного агрегата в раз личных условиях;
3) вероятностный способ расчета эксплуатационного расхода топлива может служить основой для дифференцированного нормирования затрат на топливно-смазочные материалы при выполнении тракторных транспортных работ и полевых механизированных работ по внесению органических удобрений.
Апробация работы: Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались в Воронежском ГАУ на международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов в 1995 г., в Белгородской ГСХА: на заседаниях кафедры «Эксплуатация, техническое обслуживание и ремонт машин в АПК» в 1995-2009 гг., на международных научно-практических конференциях в 1995-2009 гг., в Учебно-научном инновационном центре «Агротехнопарк» в 2009 г., в ФГОУ ВПО «МГАУ им. В.П. Горяч-кина» на международных научно-практических конференциях в 2009 г., в департаменте АПК Белгородской области на научно-техническом совете в 2009 г.
Реализация результатов исследований: Результаты исследований и методические рекомендации на их основе прошли проверку в производственных условиях сельскохозяйственных предприятий «АгроУчхоз» Белгородского района Белгородской области, ОНО ОПХ «Белгородское» ГНУ БелНИИСХ Рое-сельхозакадемии, приняты к внедрению при нормировании эксплуатационного расхода топлива для колесных тракторно-транспортных агрегатов в транспортно-технологических подразделениях предприятий АПК Белгородской области. Материалы исследований используются в учебном процессе Белгородской ГСХА.
Влияния внешних и внутренних факторов на эксплуатационные свойства тракторного двигателя
Работа ТТА при перевозке сельскохозяйственных грузов характеризуются изменением дорожных и транспортных условий движения в широких пределах. Это вызывает необходимость непрерывного регулирования нагрузочных и скоростных режимов работы тракторного двигателя, загрузка которого обычно не превышает 45-60 % [6, 19]. До 50 % времени дизель работает при положениях органа управления регулятором частоты вращения, соответствующих частичной подаче топлива, и на холостом ходу [20].
Приспособленность дизельного двигателя к восприятию переменной нагрузки определяется эффективностью действия всережимного регулятора. Функциональные возможности механических регуляторов прямого действия зависят от заложенных в их конструкцию статических характеристик. Отрицательное влияние инерционных масс регулятора проявляется в ухудшении эксплуатационных свойств дизеля при неустановившихся нагрузках.
Впервые несоответствие регуляторных характеристик дизельного двигателя на стационарных и неустановившихся режимах работы было экспериментально обнаружено и теоретически обосновано В.Н. Болтинским [21]. Точка перегиба на характеристике при разгоне по сравнению с аналогичной стационарной значительно смещена в зону пониженной частоты вращения коленчатого вала дизеля. Кроме того, одинаковые значения крутящего момента достигаются при значительно более низкой частоте вращения, чем на установившемся режиме [22]. Вместе с тем В.Н. Болтинским не отрицается мнение исследователей, которые не находят экспериментального подтверждения снижения эксплуатационных показателей дизеля при наличии колебательных процессов на линейном участке регуляторной характеристики.
Ухудшение эксплуатационных показателей дизельных двигателей при их работе с переменной нагрузкой находит объяснение в трудах В.В. Гуськова, Г.М. Кутькова, Л.Е. Агеева, Е.Д. Львова, В.А. Скотникова и других основоположников теории трактора и его эксплуатационных свойств [23,24,25,26].
Из теоретических выкладок Г.М. Кутькова, предполагающих сохранение формы нелинейной ветви регуляторной характеристики и отсутствие возможного влияния других факторов, кроме колебания нагрузки, вытекает явление «расслоения» характеристики [13, 27]. Сущность этого явления заключается в том, что одному и тому же значению крутящего момента Ме соответствуют различные значения угловой скорости со коленчатого вала. Их мгновенные значения на неустановившихся режимах - независимые друг от друга величины, что подтверждается результатами корреляционного анализа изменения положения рейки ТНВД и частоты вращения дизеля в процессе эксплуатационных испытаний тракторов [20].
При одном и том же значении Мс развивается различная эффективная мощность Nc: большая - при нагружении двигателя постоянным моментом сопротивления и меньшая - переменным. Разность ANe представляет собой величину недоиспользованной мощности по сравнению с номинальной мощностью, заявленной в техническом паспорте, вследствие нелинейности регуляторнои характеристики и нагружения переменным моментом сопротивления [13].
На линейном участке регуляторнои характеристики при наличии колебаний нагрузки, не превышающей номинального значения Ме н, недоиспользование мощности теоретически не наблюдается, как утверждает Г.М. Кутьков [13]. Им же отмечается, что недоиспользование мощности обнаруживается при колебаниях крутящего момента двигателя в тех случаях, когда величина момента сопротивления на коленчатом валу периодически превосходит номинальное значение крутящего момента, то есть когда дизель эпизодически работает на корректорном участке регуляторнои характеристики.
При гармоническом характере колебаний нагрузки динамическую регуляторную характеристику в координатах «показатель работы двигателя — частота вращения коленчатого вала» представляют в форме замкнутых эллипсовидных кривых, наложенных на регуляторную и корректорную ветви [28].
Режимы, вызванные колебаниями момента сопротивления Мс относительно номинального значения Ме „ом крутящего момента, занимают основное время работы дизелей в условиях эксплуатации тракторов на энергоемких полевых механизированных работах. В одном случае максимальный момент сопротивления превышает крутящий момент Ме ном, соответствующий переходу на корректорную ветвь. Наблюдается совокупность двух переходных процессов: наброса нагрузки с переходом в процесс торможения и разгона с переходом к процессу сброса нагрузки. В другом случае при Мс Мй H0NI имеет место совокупность двух чередующихся процессов - наброса-сброса нагрузки в пределах регуляторной ветви. Значительное ухудшение показателей рабочего процесса в обоих случаях А.К. Костин [28] объясняет смещением «центра тяжести» цикла от первоначального стационарного положения.
Более стабильны показатели эксплуатационных свойств дизеля на корректорном участке регуляторной характеристики. Отмечается, что даже при наличии динамических переходных процессов крутящий момент Ме тах не снижается. Как объясняет В.А. Вернигор [29], это свидетельствует о совпадении статических и динамических характеристик на корректорном участке.
Важное значение имеет форма аналитического представления регуляторной характеристики, особенно ее нелинейного участка на корректорной ветви. Принято со ссылкой на незначительное снижение точности линеаризовать этот участок, что характерно для Л.Е. Агеева [26] и его последователей. Более целесообразным Г.М. Кутьков [30] считает аппроксимацию корректорного участка совместным использованием аналитических и полиномиальных кривых.
Не меньшее значение имеет форма представления теоретической зависимости часового расхода топлива от частоты вращения коленчатого вала и от других параметров, в частности от степени использования мощности. При работе дизеля с неполной загрузкой зависимость расхода топлива от развиваемой мощности не является линейной [31].
Статические параметры и сопротивление деформации шины при качении колеса
Методика аналитического расчета параметров сопротивления шины при качении колеса в свободном и близком к нему ведомом режимах может быть значительно упрощена на основе подобия процессов деформации шины при ее статическом обжатии и при качении колеса.
В свободном режиме на катящееся колесо действует только крутящий момент. Продольная касательная сила в плоскости качения колеса отсутствует. Сопротивление качению оказывает момент МДСф сопротивления деформации элементов беговой дорожки шины (БДШ). Его можно определить из условия равенства работы, затраченной на перемещение крайней элементарной точки БДШ из одного положения 5(1) в другое 5(2) двумя разными способами (рисунки 2,1, 2.2 а, 2.2 б), первый из которых предполагает продольное горизонтальное перемещение колеса, а второй — вертикальное [166, 167]. При этом преследуется одна и та же цель — угловое перемещение шины из одного - исходного положения в другое - конечное.
Крайние положения 5(1) и 5(2) определяются наиболее удаленными друг от друга элементарными точками, расположенными в экваториальном сечении БДШ в горизонтальной плоскости, проходящей через ось колеса. Угол между ними составляет 180. Элементы БДШ, находящиеся в секторе этого угла, являются рабочими, поскольку испытывают действие силы тяжести от вертикальной нагрузки на колесо.
Первый способ заключается в перекатывании колеса по опорной поверхности на расстояние Sn = л гкс при повороте его вокруг оси на 180 (рисунок 2.1). Величиной гк с обозначен радиус качения колеса в свободном режиме. Затраченная на перемещение колеса работа определяется выражением
Второй способ заключается в трех последовательных действиях. Первым действием колесо, нагруженное весом GK, поднимают вверх, прикладывая к его оси постепенно возрастающую внешнюю поддерживающую вертикальную силу Rz до отрыва элементов БДШ от опорной поверхности (рисунок 2.2 а). Вторым действием поворачивают поднятое колесо, не касающегося поверхности, вокруг оси на 180. Третьим действием постепенно уменьшают поддерживающую внешнюю силу Rz, в результате чего увеличение нагрузки GK приводит к плавному опусканию колеса на опорную поверхность до достижения конечного положения, определяемого величиной статической деформации шины h r —r (рисунок 2.2 б).
При знакопеременной упругой деформации шины наблюдается известное явление гистерезиса, сопровождающееся незначительным уменьшением обратной деформации шины при цикле разгрузки на величину, определяемую длиной отрезка Оа (рисунок 2.3).
Расстояние от оси поднятого и вывешенного в воздухе колеса до опорной поверхности в этом случае окажется меньше свободного радиуса гс шины, и попытка поворота неподвижного в поступательном движении колеса вокруг оси будет сопровождаться скольжением элементов БДШ по опорной поверхности. Во избежание скольжения необходимо дополнительно приподнять колесо вверх до положения его оси, соответствующего расстоянию от по-верхности, равному свободному радиусу. При этом должна быть затрачена дополнительная работа на перемещение колеса вверх, равная произведению GK-Oa. В итоге работу внешней силы на подъем колеса вверх можно определить по площади криволинейной фигуры ОсЪеаО на рисунке 2.3.
С принятием прямо пропорциональной зависимости силы GK от перемещения hz работу при втором способе можно определить по формуле
Таким образом, при каждом из способов соблюдаются тождественные условия: угол поворота колеса одинаков и равен 180, в плоскости опорной поверхности продольная касательная сила отсутствует, наблюдается знакопеременная деформация элементов БДШ при реализации цикла нагружение-разгружение колеса. В качестве дополнительного условия принято отсутствие явления прилипания элементов КП БДШ к твердой опорной поверхности.
Оборудование, измерительные средства, приборы, инструменты и приспособления для проведения экспериментальных исследований
Экспериментальные исследования предназначены для проверки и уточнения зависимостей, полученных в результате теоретических исследований и определяющих аналитическую связь между параметрами статического нагружения шины и силовыми и кинематическими параметрами ее качения в свободном, ведомом и ведущем режимах в составе колесного движителя. С их помощью планируется подтвердить целесообразность принудительного регулируемого ограничения скоростного режима двигателя при движении ТТА с неполной тяговой нагрузкой.
В соответствии с поставленными задачами и результатами теоретических исследований программа состоит из лабораторных и полевых экспериментов. Лабораторные эксперименты включают в себя: 1) определение геометрических параметров шин в зависимости от нормальной нагрузки и давления воздуха в них: модели Ф-2А - задних ве дущих колес 15,5-38R, модели ВФ-223 - направляющих колес 9,0-20 трак тора БЕЛАРУС 80.1, модели КИ-32А - несущих колес 15,5/65-18 разбрасы вателя РОУ-6 и прицепа 2-ПТС-6-8526, модели В-105А - передних веду щих колес 8,3-20 трактора БЕЛАРУС 82.1; 2) определение весовой статической нагрузки на передние и задние колеса трактора БЕЛАРУС 80.1 и прицепа 2-ПТС-6-8526, колесный тандем разбрасывателя органических удобрений РОУ-6; 3) определение радиуса качения шин натурно-модельного колесного движителя; 4) тяговые испытания натурно-модельного колесного движителя; 5) определение коэффициентов трения покоя и скольжения шины модели В-105А колеса 8,3-20 и опытного образца, изготовленного из материала шины. 101 Полевые эксперименты включают в себя: 1) определение статических радиусов колес трактора БЕЛАРУС 80.1, прицепа 2—ПТС-6-8526 и разбрасывателя РОУ-6; 2) определение радиусов качения колес трактора БЕЛАРУС 80.1, прицепа 2-ПТС-6-8526 и разбрасывателя РОУ-6; 3) измерение силы сопротивления качению тракторно-транспортного агрегата БЕЛАРУС 80.1+2-ПТС-6-8526; 5) измерение времени прохождения мерного участка при движении ТТА на различных передачах с ограниченной максимальной частотой вращения холостого хода коленчатого вала двигателя; 6) измерение текущей частоты вращения коленчатого вала дизеля Д-243 при движении ТТА на различных скоростных режимах. 7) измерение количества расходованного топлива при движении ТТА на мерном участке дороги с различной частотой вращения коленчатого вала дизеля на различных передачах в трансмиссии трактора. На предварительной стадии предусмотрены поисковые эксперименты для определения наиболее рациональных способов измерения геометрических параметров неподвижного статического контакта шины с твердой опорной поверхностью. Для подтверждения возможности использования данных о параметрах статического нагружения шин, полученных другими исследователями, предназначены проверочные эксперименты, необходимые для сравнения параметров контактных отпечатков шин. Программа экспериментальных исследований является составной частью общего плана исследований (приложение А). 3.2 Оборудование, измерительные средства, приборы, инструменты и приспособления для проведения экспериментальных исследований Для экспериментальных исследований разработан и изготовлен лабораторный стенд для тяговых испытаний одиночного натурно-модельного колесного движителя. При конструировании отдельных частей стенда и выборе материалов для их изготовления принимались во внимание предельные нагрузки, действующие на детали стенда, учитывалась возможность максимальной унификации узлов и целесообразность использования деталей и составных частей от других изделий.
При разработке схемы силового нагружения колесного движителя весовой и тяговой нагрузками и обеспечения ступенчатого изменения величины буксования колес использованы отдельные элементы известных конструкций стендов [144, 181, 182]. При этом выявлены и учтены существенные недостатки стендов, ограничивающие их функциональные возможности.
С целью повышения точности и достоверности получаемых результатов в измерительной части стенда предусмотрена установка двух датчиков продольной силы, а функции нагрузочного устройства для создания продольной тяговой нагрузки возложены на подвижный груз переменной массы, укладываемый на грузовую тележку с полозьями, оснащенными прорезиненной подложкой и скользящими по твердой опорной поверхности.
Схема стенда изображена на рисунке 3.1, а его составные части представлены на рисунках 3.2-3.6. Стенд содержит несущую ось 1, на которой установлен с возможностью вращения ведомый барабан 2, выполненный ступенчатым, к торцовым поверхностям которого жестко прикреплены испытываемые колеса 3, опирающиеся на опорную поверхность 4, а на цилиндрической поверхности закреплен и намотан трос 5, соединенный свободным концом с датчиком продольной силы б и через него с тягово-приводным механизмом, причем трос 5 расположен параллельно опорной поверхности 4 и перпендикулярно несущей оси 1. На консольных частях несущей оси 1 рядом с колесами 3 шарнирно прикреплены две продольные тяги 7, соединенные между собой поперечной тягой 8, которая своей передней частью соединена с датчиком продольной силы 9 и через него с подвижным (или неподвижным) нагрузочным устройством /Ос грузом переменной массы, установленным на опорной поверхности 4 с возможностью перемещения по ней. Осевые линии продольных тяг 7 и датчика продольной силы 9 (изображен отдельно на рисунке 3.5) расположены параллельно друг другу и опорной поверхности 4. На свободные консольные части несущей оси 1 с обоих концов насажены сквозными осевыми отверстиями сменные цилиндрические грузы 11, имитирующие вертикальную нагрузку на испытываемые колеса 3.
Определение сопротивления движению тракторно-транспортного агрегата в дорожно-полевых условиях
Использование в качестве лебедки червячного редуктора с ручным при-приводом предусмотрено на этапе проведения экспериментов поискового плана при определении максимальных продольных усилий, ограничиваемых техническими характеристиками динамометров и тензометрического датчика силы. В рабочем режиме тяговых испытаний были использованы кран-балка, входящая в комплект технологического оборудования учебно-лабораторного корпуса, и обводной блок со шкивом, обеспечивающий изменение направления перемещения троса от вертикального к горизонтальному под углом 90.
Натурно-модельный колесный движитель изготовлен из двух колес переднего ведущего моста трактора БЕЛАРУС 82.1, ободья которых приварены к барабану. Барабан представляет собой сварную конструкцию, составленную из двух ободьев колес грузового автомобиля, приваренных друг к другу закраинами ободьев. Радиус посадочной окружности ободьев имеет размер 254 мм. К наружным торцовым поверхностям ободьев с двух противоположных сторон изготовленного барабана приварены ступицы с чугунными втулками, выполняющими функции подшипников скольжения. На внутреннюю поверхность втулок опирается несущая ось. Подшипниковые узлы смазываются через пресс-масленки пластичной смазкой. К наружной поверхности барабана с помощью резьбовых фигурных прижимов прикреплен трос, охватывающий эту поверхность и наматывающийся на нее.
К тросу с помощью петель-коушей и резьбовых крепежных скоб присоединен тензометрический датчик силы. Для исключения влияния веса датчика на результаты измерений он удерживался на весу с помощью гибкой подвески. Электрические соединения датчика с самопишущим устройством и блоком питания обеспечены экранированными кабелями.
К несущей оси колесного движителя посредством втулок, охватывающих ее, прикреплены две продольные тяги, расположенные рядом с торцовыми поверхностями барабана и соединенные между собой поперечной распоркой. К распоркам посредством болтов одними концами присоединены две дополнительные изогнутые тяги, образующие два силовых треугольника с верполнительные изогнутые тяги, образующие два силовых треугольника с вершинами в одной точке. Другими концами тяги присоединены к стойкам грузовой тележки. Для измерения тягового усилия между грузовой тележкой и несущей осью вместо дополнительных тяг устанавливали навстречу друг другу два коротких гибких троса, охватывающих ролики двух противоположных присоединительных устройств пружинного динамометра. Для исключения влияния веса динамометра на его показания и обеспечения прямолинейности линии тяги стенда поперечная распорка оснащена колесной стойкой, опирающейся на пол. Кроме того, динамометр поддерживался на весу на гибкой подвеске для сохранения его горизонтального положения на требуемой высоте.
Грузовая тележка представляет собой металлическую раму с полозьями, на которой установлен поддон. Поддон служит для размещения балласта, в качестве которого использовались мешки с песком, кирпич, массивные стальные болванки, демонтированные ролики силового тормозного стенда и другие подручные средства. Для более компактной укладки балласта служит металлический ящик, установленный на поддоне. Общий максимальный вес балласта подобран таким образом, чтобы продольная сила тяги для его перемещения по поверхности пола не превышала значений, ограничиваемых шкалой используемого динамометра с диапазоном измерений 10 кН. Для обеспечения более высокой и стабильной силы трения полозьев грузовой тележки при движении по поверхности пола к ним с нижней стороны прикреплены прорезиненные полосы.
Вертикальная нагрузка на шины колесного движителя создавалась набором секций зубчато-кольчатого катка, насаживаемых на несущую ось движителя, заимствованную от этого же катка. В образовавшемся внутри рядом расположенных секций секторном пространстве вдоль несущей оси укладывались цилиндрически стальные болванки. Общий вес наборных грузов и колесного движителя составляет 4,7 кН.
Тяговые испытания проводились в следующем порядке. Подготовленный к испытаниям колесный движитель, нагруженный весом 4,7 кН и имеющий отрегулированное давление воздуха в шинах колес 0,08 МПА, протаскивали с помощью тягово-приводного механизма, создавая ступенчатую тяговую нагрузку весом балластного груза. Поступательное движение движителя сопровождалось буксованием колес. При нагрузке, соответствующей каждой ступени, проводили три повторных измерения с записью усилия, возникающего между ободом барабана колесного движителя и тягово-приводным механизмом. Усилие, возникающее между несущей осью и грузовой тележкой, измеряли визуально с помощью динамометра и производили дискретную запись с интервалом пять секунд. Длину пути, пройденного каждым колесом движителя, измеряли рулеткой между двумя последовательными отметками, которые наносили на поверхность пола карандашом или остро заточенным куском мела в точках, соответствующих указаниям строительного отвеса, подвешенного на нити, охватывающей наружную цилиндрическую поверхность несущей оси, первая из которых соответствовала моменту начала поступательного движения колесного движителя, а вторая - моменту завершения им одного полного оборота, фиксируемого по показаниям угломера.
В процессе тяговых испытаний выявлены следующие особенности. Ступенчатая нагрузка при ее увеличении до некоторого значения обеспечивала постепенно возрастающее стабильное буксование колес. На одной из очередных ступеней начинающееся частичное буксование колесного движителя после прохождения им малого отрезка пути переходило в полное буксование колес с прекращением их дальнейшего поступательного движения. Каждая последующая попытка тяговых испытаний на той же ступени нагрузки приводила к очередному резкому срыву колес движителя в режим полного буксования. Зафиксировать длину пройденного пути и величину угла поворота колес не представлялось возможным. После незначительного уменьшения веса балластного груза испытания проходили в нормальном режиме.
