Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние проблемы. Постановка задач исследования .13
1.1. Силовая передача и двигатель внутреннего сгорания в условиях неустановившейся нагрузки 13
1.2. Энергетические потери при работе трактора с неустановившейся нагрузкой 17
1.3. Основные тенденции в развитии сельскохозяйственных тракторов .. 19
1.4. Основные тенденции в развитии силовых передач сельскохозяйственных тракторов 22
1.5. Методы анализа динамических систем 26
1.5.1. Экспериментальные метода 26
1.5.2. Теоретические методы ...30
1.6. Постановка задач исследования 37
2. Взаимосвязь энергетических показателей и динамических характеристик МТА в условиях вербятностного характера внешней нагрузки 40
2.1. Общие сведения 40
2.1.1. Вероятностно-статистическая оценка энергетических показателей МТА , 40
2.1.2. Об учете динамических характеристик механизмов машинно-тракторных агрегатов 43
2.2. Методика расчета динамических характеристик Шк .45
2.2.1. Формализация объекта 45
2.2.2. Расчет установившихся значений Сизовых переменных .. 55
2.2.3. Расчет амшштудно-частотных характеристик подсистем МТА 59
2.2.4. Математическая модель моторно-трансмиссионной установки трактора 61
2.2.5. Расчет установившихся значений фазовых переменных в механической цепи МТА 64
2.2.6. Расчет амплитудно-частотной характеристики динамической системы МТА 67
2.2.7. Расчет параметров элементов диссипации 68
2.2.8. Метод расчета податливости упругой связи в подсистеме 71
3. Метод расчета энергетических показателей МТА с учетом статических и динамических характеристик его энергетической части 85
3.1. Обозначение исходных и результирующих данных 85
3.2. Расчет параметров динамической системы энергетической части МТА 88
3.2.1. Двигатель внутреннего сгорания 88
3.2.2. Гидротрансформатор 91
3.2.3. Электротрансмисоия 96
3.2.4. Методика расчета совместных характеристик двигателя внутреннего сгорания и электри-ческой трансииссии трактора К»
3.3. Расчет амшштудно-частотных характеристик мотор-но-трансмиссионной установки трактора .<» 1Г7
3.4. Расчет математического ожидания эффективной мощности двигателя внутреннего сгорания 13-8
3.4.1. Расчет ненормированных спектральных плотностей процессов на коленчатом валу ДО .12
3.4.2. Расчет частотной характеристики математического ожидания эффективно! мощности ДВС 120
3.5. Расчет потерь мощности в элементах диссипации ДВС и ТРАНСМИССИЙ 123
3.6. Методика совершенствования статических и дина-
мических характеристик механизмов МГА 127
4. Метод расчета энергетических показателей тягово-лриводных агрегатов с учетом их статических и динамических характеристик 37
4.1. Общие положения ...137
4.1.1. Тягово-приводше агрегаты ...13?
4.1.2. Формирование математической модели ИГА 138
4.2. Расчет параметров динамической системы МТА Ї44
4.3. Преобразование статистических характеристик случайных процессов » 146
4.4. Расчет потерь мощности в элементах .диссипации ДВС и трансмиссии вывода
5. Экспериментальные исследования .динамических и энергетических показателей машинно-тракторного агрегата .152
5.1. Цели и задачи исследований 152
5.2. Общая характеристика объекта исследований 153
5.2.1. Назначение и режимы работы 153
5.2.2. Технические характеристики элементов моторно-трансмиссионной установки 153
5.3. Описание элементов информационно-измерительного комплекса 150
5.4. Общая методика экспериментальных исследований 163
5.4.1. Методика лабораторно-полевых испытаний 165
5.4.2. Способы измерения исследуемых параметров, датчики и приборы 166
5.4.3. Оценка погрешностей измерений .169
5.4.4. Методика обработки экспериментальных данных „ .170
5.5Методика расчета амплитудно-частотной характеристики динамической системы МТА Д7І
5.6. Анализ результатов экспериментальных исследований .172
вывода Д88
6. Анализ результатов расчета энергетических показателей МТА J.VQ
6.1. Трактор Т-І0БГ с гидромеханической трансмиссией .190
6.2. Совершенствование статических и динамических характеристик моторно-трансмиссионной установки трактора T-I0EF .205
6.3. Трактор ДЭТ-250 с гидромеханической трансмиссией .212
6.3.1. Техническая характеристика элементов моторно-трансмиссионной установки „ 213
6.3.2. Анализ статистических характеристик процессов на ведущих колесах трактора 18
6.3.3. Анализ расчетных данных 18
6.4. Трактор ДЭТ-250М2 с электрической трансмиссией .26
6.4.1. Техническая характеристика элементов моторно-трансмиссионной установки 26
6.4.2. Анализ расчетных данных 34
6.4.3. Совершенствование внешней характеристики двигателя B-3I и расчет энергетических показателей трактора * 43
6.5.Трактор ДТ-І75С с гидромеханической трансмиссией .44
6.5.1. Основные технические характеристики 251
6.5.2. Анализ расчетных данных 251
Выводы 262
7. Расчет экономического эффекта от внедрения 'разработанных методов 265
7.1. Расчет экономического эффекта от повышения производительности и топливной экономичности ЫТА с трактором Т-І0ЕГ , 265
7.2. Расчет экономического эффекта от сокращения предпроизводственных затрат 270
7.3. Расчет экономического эффекта от повышения производительности и топливной экономичности МТА с трактором ДЭТ-250М2 ., 273
7.4. Расчет экономического эффекта от сокращения предпроизводственных затрат 278
Общие вывода и рекомендщий , 278
Литература
- Силовая передача и двигатель внутреннего сгорания в условиях неустановившейся нагрузки
- Вероятностно-статистическая оценка энергетических показателей МТА
- Обозначение исходных и результирующих данных
- Расчет параметров динамической системы МТА
Введение к работе
Характерной особенностью и важнейшей тенденцией развития современного сельскохозяйственного производства является повышение уровня его технической оснащенности. В девяностые годы мировая промышленность ежегодно выпускала около 2 млн. сельскохозяйственных тракторов, свыше 200 тыс. зерноуборочных комбайнов и более 100 тыс. продах самоходных уборочных машин. В СССР парк тракторов в сельском хозяйстве в 1983 г. достиг 272 млн. шт., против 198 млн. шт. в 1970 г., суммарные мощности их двигателей за указанный период возросли с 824 млн. кВт до 162 млн. кВт. За десять лет с 1980 г. по 1990 г. сельскому хозяйству СССР было поставлено 378 млн.шт. тракторов, 117 млн.шт. зерноуборочных комбайнов и другой техники на общую сумму 69 млрд.руб. против 38,6 млрд.руб. за 1970-1980 г.г. Энерговооруженность труда работников сельского хозяйства увеличилась с 25,6 л.с. в 1980 г. до 47,5 л.с. в 1990 г. Мировая практика развития сельскохозяйственного производства говорит о том, что указанные тенденции должны сохраниться в переходный период к рыночным отношениям в странах СНГ. В условиях возрастания количества фермерских хозяйств увеличится выпуск малой техники. В настоящее время предусматриваєтся выпуск мини-тракторов на Кировском тракторном заводе (С.-Петербург), ПО "Челябинский тракторный завод" и .др.
По мере насыщения сельского хозяйства техникой и другими средствами производства все большую актуальность приобретают вопросы рационального использования накопленного потенциала, увеличения отдачи от вложенных средств. О наличии здесь резервов говорит факт существенного отставания темпов роста производительности труда в сельском хозяйстве от темпов роста энергетических мощностей. Так, за период с 1970 г. по 1983 г. энергетические мощности возросли на 117$, а производительность труда на 28$ Эти резервы могут быть реализованы за счет широкого и быстрого внедрения в производство достижений науки, техники, передового опыта. Задача экономии нефтепродуктов обуславливает постановку на повестку дня вопросов разработки и создания энергосберегающей техники. Решение этих задач во многом зависит от эффективности работы отраслевой науки, в частности, сельскохозяйственной, машиностроительной. Надо сказать, уровень ее в настоящее время еще довольно низок. Требуют серьезного внимания вопросы сокращения сроков выполнения работ по всей цепи - от рождения идеи до серийного производства изделия. Нередко они крайне растянуты и создаваемые машины морально устаревают еще на стадии их освоения. В процессе создания новой техники значительный удельный вес приходится на экспериментальные исследования [222] . Они требуют значительных затрат времени и привлечения крупных капитальных вложений. Сокращения объемов экспериментальных исследований, а значит и сроков разработки новой техники, снижения приведенных затрат можно достичь применением эффективных теоретических методов исследования, усовершенствованием методов проектирования и обоснования рационального варианта. Это тем более важно, что современный трактор или сельскохозяйственная машина представляет собой сложную разветвленную и протяжцшую в пространство систему, включающую неоднородные механизмы, автоматические регуляторы. В данной ситуации проблема видится в том, что в распоряжении специалистов нет универсальных инженерных методов расчета, обладающих инвариантностью к физической неоднородности объекта, позволяющих на стадии проектирования МТА учитывать влияние динамических характеристик механизмов на его энергетические показатели в условиях вероятностного характера внешней нагрузки. Существующие теоретические разработки не удовлетворяют таким важ 9 ним требованиям, как простота формализации объекта, наглядность, доступность для специалистов смежных областей, возможность реализации комплексного подхода в процессе создания машины.
Таким образом, на основе вышеизложенного можно выделить три аспекта, которые является наиболее весомыми в технической политике современного отечественного вельскохозяйственного машиностроения:
1) повышение производительности сельскохозяйственной техники;
2) обеспечение высокой топливной экономичности;
3) сокращение сроков разработки технических средств и снижение затрат на исследовательские работы.
В основу формирования темы .диссертационной работы легли следующие положения:
1) в условиях вероятностного характера внешней нагрузки тракторного агрегата из-за колебаний скорости вращения коленчатого вала снижается эффективная мощность .дизеля, а значит производительность и топливная экономичность;
2) мировое сельхозмашиностроение характеризуется ростом единичной мощности тракторов, универсализацией машинно-тракторных агрегатов, все более широким применением гидродинамических, гидростатических и электрических силовых передач;
3) статические и динамические характеристики механизмов, составляющих моторно-трансмиссионную установку (МТУ) трактора, а так же степени их согласованности со статистическими характеристиками внешней нагрузки оказывают существенное влияние на энергетические показатели машинно-тракторного агрегата;
4) в инженерной практике отсутствуют универсальные методы определения энергетических показателей МТА с учетом статических, динамических характеристик его механизмов и статистических характеристик внешней нагрузки;
5) в перспективе э развитием фермерских хозяйств сложится благоприятная ситуация для использования персональных ЭВМ при организации эффективного сельскохозяйственного производства. В связи с этим потребуется соответствующее теоретическое и программное обеспечение вдга проведения экспресс-анализа сельскохозяйственных технологических процессов, например, при определении нормативов на топливные ресурсы, прогнозировании производительности МТА и др.
Отсюда сформулируем цель исследования: обосновать пути повышения эффективности функционирования машинно-тракторного агрегата, связанные с совершенствованием статических и динамических характеристик моторно-трансмиссионной установки трактор с учетом статистических характеристик внешней нагрузки.
Дадим основные положения, которые лежат в основе теоретических разработок, направленных на решение поставленной цели. Из всего спектра, воздействующих на динамическую систему МТА случайных крутильных колебаний, выделена низкочастотная область до 2-х-4-х Гц, оказывающая существенное влияние на энергетические показатели агрегата. Разработана соответствующая детерминированная математическая модель, предназначенная дія использщваниа при определении энергетических показателей МТА. Реализация такой модели стала возможной благодаря включению в нее интегральных нелинейных элемен-тов-податливостей слабых упругих связей. На ее основе найдены динамические характеристики тракторов, исследуемых МТА- амплитудно-частотные характеристики (АЧХ), с помощью которых путем пересчета спектральных плотностей процессов на ведущих колесах, рассчитаны статистические характеристики на коленчатом валу двигателя и его энергетические показатели. Кроме того рассчитаны потери мощности на диссипацию (паразитные мощности), обусловленные воздействием на динамическую систему низкочастотного спекта крутильных колебаний.
Существование связи между энергетическими: показателями МТА, амплитудно-частотными характеристиками, податливостяда слабих упругих связей и крутизнами характеристик И =f(QJ механизмов агрегата позволило определить пути усовершенствования их статических и динамических характеристик. Расчеты выполнены на персональной ЭВМ с использованием разработанных алгоритмов и программ.
Работа выполнялась в рамках координационного плана 0.51.13-Разработать и внедрить энергосберегающие технологические процессы, машины и оборудование, осуществить организационно-технические мероприятия, обеспечивающие повышение эффективности использования топливно-энергетических ресурсов.
На защиту выносятся следующие положения:
универсальный метод исследования энергетических показателей машинно-тракторного агрегата, как неоднородной механической системы, позволяющий учитывать его статические, .динамические характеристики и статистические характеристики внешней нагрузки;
теоретические положения, показывающие существование взаимосвязи между энергетическими показателями МТА и его статическими и .динамическими характеристиками в условиях вероятностного характера внешней нагрузки;
детерминированная математическая модель, включающая интегральные нелинейные элементы-податливости слабых упругих связей, предназначенная для использования при расчетах энергетических показателей агрегатов в условиях вероятностного характера внешней нагрузки;
методика и алгоритм определения математического ожидания эффективной мощности ДВС, позволяющая учитввать влияние на значение мощности динамических характеристик энергетической части МТА; методика и алгоритм определения потерь мощности на диссипацию (паразитных мощностей), обусловленных воздействием низкочастотного спектра колебаний;
результаты расчетов и анализа энергетических показателей и динамических характеристик ЖА с тракторами T-I0BF, ДЭТ-250, ДТ-І75С с гидромеханическими трансмиссиями и ДЭТ-250М2 с электромеханической трансмиссией;
рекомендации по совершенствованию статических и динамических характеристик механизмов моторно-трансмиссионных установок тракторов Т-І0ЕГ и ДЭТ-250М2 с электромеханической трансмиссией. В процессе выполнения работы активную помощь, как консультант, оказывал доктор технических наук, профессор кафедры эксплуатации машинно-тракторного парка СП ГАУ Агеев I.E. Было полезным и ценным сотрудничество со сшциалисташекафедры колесных ж гусеничных машин Челябинского ГТУ-д.т.н., проф. Лазарев Е.А., к.т.н., доц. Кондаков СВ., Северо-Западного филиала ЕШ-зав.отделом Довжик В.Л., ГСКБ-2 ПО "Челябинский тракторный завод -зам. гл. конструктора Уятьянцев Л.П., нач. КБ Садовокий-Вилимас А.Л., ведущий конструктор Болыпухин B.C., ГСКБ ПО "Волгоградский тракторный завод"-зам.гл.конструктора Боков В.Я., нач. КБ Долгов Й«А.
Силовая передача и двигатель внутреннего сгорания в условиях неустановившейся нагрузки
Процесс работы трактора с сельскохозяйственной машиной или орудием может быть разделен на следующие основные моменты: тро-гание с места и разгон, установившееся движение с тяговой нагрузкой, остановка.
Работа трактора с тяговой нагрузкой при установившемся режиме занимает основное место в общем балансе времени использования сельскохозяйственного трактора. При этом момент сопротивления на ведущих колесах трактора М определяется как сумма двух слагаемых MBK=Vf (1Л) где: Мир- составляющая момента сопротивления, определяемая крюковым усилием; Мх - составляющая момента сопротивления, определяемая сопротивлением перекатывания , В этом случае Mg# не остается постоянной, а непрерывно изменяется вследствие колебаний силы сопротивления перекатыванию трактора Рг и особенно - колебаний силы сопротивления Р р Наиболее тяжелым видом тяговых работ тракторов является работа на вспашке,когда двигатель трактора используется с наибольшим значением коэффициента загрузки П g . По данным [?] использование гусеничных тракторов на пахоте составляет 40-60 от общего баланса времени. Поэтому ниже будет рассмотрена работа трактора на данном виде сельскохозяйственного технологического процесса. Как сказано в работах [?, 108, 137, 165J коэффициент сопротивления почвы меняется в широких пределах вследствие неоднородности почвы по своему составу, влажности и растительному покрову. Величина сечения пласта также подвержена изменениям из-за неровности поверхности поля и боковых колебаний орудия. Так, например, глубина пахоты может отклоняться на 15$ и более от среднего значения.
Скорость поступательного движения агрегата также непрерывно изменяется вследствие колебаний угловой скорости коленчатого вала .двигателя, обуславливаемой колебаниями момента сопротивления на валу, колебаний коэффициента сцепления движителей трактора с почвой, буксирования и особенностей кинематики гусеничного движителя, обладающего неравномерностью хода. При одаовременном воздействии всех перечисленных факторов и совпадении знака и периода их действия колебания нагрузки на крюке трактора возрастают в значительной степени. Увеличение рабочих скоростей также приводит к увеличению амплитуд колебаний тягового сопротивления [ібб] .
Диаграмма силы и момента сопротивления при работе трактора с нагрузкой имеет колебательный характер с более или менее выраженной периодичностью и представляет сложную периодическую функцию пути, времени. Акад. В.П.Горячкин указывал \ЪЬ\ что, несмотря на сложность диаграммы, изображающей суммарное воздействие двух или нескольких источников колебаний, она имеет периодически повторяющиеся элементы, и основной задачей изучения диаграммы является разложение кривой на ее составляющие.
Акад. ВАСХНИІ В.Н.Болтинский [2б] отмечает, что теория приближенных вычислений позволяет вместо сложной функции рассматривать близкую к ней более простую зависимость. Анализируя действительную диаграмму силы сопротивления на крюке трактора, автор допускает возможным на отдельных участках диаграммы считать колеса 15 ния силы сопротивления относительно некоторого значения Рип имею-щими синусоидальный характер с разными значениями амплитуд и периодов колебаний.
Пользуясь данным положением, можно исследовать с достаточной для практических целей точностью влияние неустановившегося характера нагрузки на трактор в целом и на отдельные его системы.
Для полной характеристики неустановившихся значений силы или момента сопротивления кроме установления закономерностей их изменения, важным является определение основных показателей рассматриваемого процесса.
В качестве первого показателя принят коэффициент неравномерности момента или силы - дс? ци J cmdi стіп сер f (1.2) ГДе: Мс.срГ (Иша McW/2 Пользуясь эшм показателем при известном значении силы или момента, можно определить приращения, максимальные и минимальные текущие значения силы или момента.
Вторым показателем, характеризующим неустановившуюся нагрузку принят период Т изменения силы сопротивления;. Очевидно, что значительные колебания силы сопротивления или момента с малым периодом при .движении МТА, имеющего значительную массу, не могут оказать существенного влияния на условия работы его механизмов. Чем больше Т , тем больше длительность нарастания Рм , Мс и тем больше влияние этого нарастания на работу механизмов трактора.
Вероятностно-статистическая оценка энергетических показателей МТА
Отличительной особенностью функционирования тракторов при выполнении технологических операций является вероятностно-статистический характер внешних воздействий, обусловленный многочислен-ными переменными факторами, непрерывно изменяющимися во времени. Входные внешние воздействия, представляющие собой случайные процессы, оказывают влияние на основные выходные переменные величины, определяющие функционирование тракторов в эксплуатационных условиях, и, в частности, на энергетические показатели. Основными энергетическими показателями тракторов являются эффективная мощность двигателя, тяговая мощность, вращающий момент и частота вращения коленчатого вала, а также расход топлива, тяговый к.п.д. коэффициент стабильности мощности и удельный расход топлива.
Мы в качестве примера будем рассматривать эффективную мощность.
В целях учета случайных факторов при обосновании оптимальных нагрузочных режимов тракторов необходимо получить вероятностно-статистистические оценки энергетических показателей: математические ожидания М(у), дисперсии Р ОД стандарты О у , коэффициенты вариации vy , а также некоторые другие характеристики.
Для нахождения вероятностно-статистических оценок выходных величин Uj применяется метод функций случайных аргументов [ij, сущность его состоит в том, что трактор рассматривается в виде модели "вход-выход". Входная Х и выходная переменные величины определяются детермированной функциональной зависимостью у f(X J . Эти связи устанавливаются в процессе аппроксимации типовых (или стендовых) характеристик двигателйй и тракторов.
Входные переменные Х представляют собой случайные величины - вращающий момент на валу двигателя Мц ( или тяговое усилие трактора на данной передаче Гцр} подчиняющийся нормальному закону распределения (по закону Гаусса) и закону арксинуса. В первом случае характер распределения аргумента соответствует работе трактора в эксплуатационных условиях, а во втоіюм - моделированию гармонической нагрузки в стендовых условиях. В общем случае плотность распределения вероятностей аргумента Х определяется известными выражениями: при законе Гаусса: vf(x)=( "\Ri exp[-(X-X)a/C26x)], (гл.) при законе арксинуса р л/р __ (VrytArW-X)] при (Х-ХХАХ, (2.1а) О при (Х Х) АХ; где Хш 0%. А х - соответственно среднее значение, стандарт и амплитуда аргумента. Выходными переменными уу являются энергетические показатели тракторов, определяемые функциями у f\%i / по параметрам типовых (или стендовых) характеристик. При вероятностном характере Xt выходные переменные Цj представляют собой случайные велщины. Оценочные показатели этих величин расчитываются по формулам: математическое ожидание где: У(ц) - плотность распределения вероятностей случайной величины, l(X) - плотность распределения вероятностей аргумента, f(X) - Функциональная зависимость, устанавливаемая при аппроксимации стендовой характеристики тракторного двигателя . Таким образом, для получения основных оценок энергетических показателей тракторов с учетом вероятностно-статистического харак тера внешних воздействий необходимо установить закон распределения аргумента У(Х) и функции связи f (Х), входящие в формулы (2.2...2.4). Из оценочных показателей нас в первую очередь интересует математическое ожидание М(ф, т.к. именно с его использованием производится оценка изменения выходных параметров агрегата при вероятностном характере внешней нагрузки. Оценка производится эта вероятностным коэффициентом: Ху=М0/)/Ун, (2.5) где:М(у).у математическое ожидание и номинальное значение п какого-либо выходного параматра (эффективной мощности). Выше говорилось о том, что входная переменная Х (в част ности, момент на валу двигателя Пц ) подчиняется либо нормальному закону, либо закону арксинуса (2.1), (2.1а). Доказано, что при аппроксимации случайной нагрузки гармонической нагрузкой, которую можно моделировать в процессе лабораторных испытаний, отклонения в энергетических показателях трактора будут наименьшими, если амплитуда гармонического колебания А = Л/2 6 t а наибольшими -если А = Збм . Следовательно, вероятностную нагрузку трактора можно в процессе испытаний аппроксимировать гармонической нагрузкой с амплитудой А = Л/с б.. Эту аппроксимацию вероятностей наг рузки можно использовать в процессе ускоренных стендовых испытаний трактора, а также при математическом моделировании и определении наиболее выгодных режимов работы. В так как мы и рассматриваем вопрос математического моделирования, то будем использовать при расчетах плотность распределения вероятностей аргумента,подчиняющуюся закону арксинуса по формуле (2.1а), причем амплитуда колебаний будет равна А м==:Тг& 6 .
Обозначение исходных и результирующих данных
В реальных условиях режим работы гидротрансформатора определяется математическим ожиданием внешней нагрузки и условиями совместной работы его с ДВС. Для различных значений математического ожидания внешней нагрузки соответствуют конкретные параметры ГТР: коэффициент трансформации Кгтр, коэффициент момента Д н, коэффициент полезного действия ргт , передаточное число 1ГТр» Перечисленные параметры функционально связаны- между собой. В специальной литературе характеристики, отражающие эти связи на-зывают безразмерными. На рис.3.4 представлены безразмерные характеристики гидротрансформатора ГТР-4804. Для каждого ГТР на основе безразмерных характеристик можно построить семейство входных момнн-тных характеристик. Методика их построения хорошо проработана и изложена в специальной литературе [ІІІД77]. На рис. 3.5 показано совмещение моментных характеристик гідротрансформатора ГТР-4804 и двигателя ВЗІ. Режим работы ГТР определяется точкой пересечения его моментных характеристик с регуляторной характеристикой ДВО. По нашему мнению будет правильно, если энергетические показатели оценивать для ряда режимов работы ГТР» поскольку каждый из них характеризуется своими особыми динамическими свойствами. Действительно, каждому режиму ГТР соответствует определенный приведенный момент инерции, крутизна статических характеристик и т.д. В приложении 2 приведены результаты расчетов энергетических показателей тракторов Т-І0ЕГ и ДЭТ-250 с гидромеханическими трансмиссиями. Первый рассчи-тывался для режимов ГТР гтр - 0,8; 0,7; 0,6, а второй -i = 0,4 0,5; 0,6.
Электрическая трансмиссия
Рассматривается электрическая трансмиссия с электрическими машинами постоянного тока. В соответствии c[l98] связь мевду ско-ростью вращения вала генератора и крутящим моментом на нем описывается уравнением механической характеристики 2 = и/л/скрМ - Яя/(сК9), (3.19) где: V - напряжение на зажимах генератора; С - постоянная электрической машины-, Кф - коэффициент пропорциональности между магнитным потоком Ф и силой тока якоря, 1я; Rfl - сопротивление осмотки якор,.
Расчет податливости в системе тягового электродвигателя осуществляется также по (3.22), но с учетом того что Сф изменяется по определенному закону, который вводится в расчетную формулу посредством аппроксимирущего выражения. Это может CCp f(In) или СШ f(MT/l) Кроме того следует отметить, что в выражении .для расчета податливости в .динамической системе тягового электродвига-теля сомножитель, вклкяаадий к.и.д. fHA вводится в знаменатель.
О совмещении характеристик ДВС и генератора электрической трансмиссии
Известны графоаналитические метода расчета жодних моментных характеристик электрической трансмиссии [l97,I98j . В настоящей работе предлагается методика, позволяющая расчетным путем с помощью ЭВМ определить семейство входных моментных характеристик электрической трансмиссии с машинами постоянного тока. Методика эффективна при ее использовании на стадии проектирования трактора. Она позволяет путем варьирования исходных данных установить желаемый закон регулирования магнитных потоков генератора и тягового электродвигателя. Кроме семейства входных характеристик по данной методике рассчитывается выходная моментная характеристика НВ(д ц5е) на валу тягового электродвигателя,
Методика расчета совместных характеристик двигателя внутреннего сгорания и электрической трансмиссии трактора Исходные и результирующие данные NHTA - номинальная мощность тягового аяектродвигателя, Вт; ГЦ - суммарное сопротивление цепи якорей генератора и тягового электродвигателя, Ом; S"?rH - номинальная угловая скорость вала генератора, рад/с; ММА. к.п.д. тягового электродвигателя по магнитным и механическим потерям; Urnaxr - максимальное напряжение на зажимах генератора, В; глахг - максимальная угловая скорость вала генератора, рад/с; тіПГ минимальное напряжение на зажимах генератора, В; Irnax - максимальная сила тока якоря электрических машин, А; тахА м&кошжмътя угловая скорость вала тягового электродвигателя, рад/с; тіпл " мшшшльная ловая ярость вала тягового ажектро двигателя, рад/с; 1 2 - сила тока цепи якоря, при которой осуществляется переключение с первого диапазона регулирования на Ссф), второй, А; - промежуточное значение магнитного потока в пределах второго .диапазона регулирования, В»с/рад.; J , - промежуточное значение силы тока якоря в пределах второго диапазона регулирования, А; Rgr - сопротивление цепи якоря генератора, Ом; 51А сопротивление цепи якоря тягового электродвигателя, Ом;
Расчет параметров динамической системы МТА
В последние годы G целью более полного использования мощности двигателя энергонасыщенных тракторов разработаны конструктивные решения МТА на основе тягово-энергетшеской концепции [95,105, II0,223j , заключающейся в частичном приобретении трактором функции мобильного источника энергии, отбираемой для привода активных рабочих органов. Необходимо отметить, что МТА такого типа являлись и являются в настоящее время объектом экспериментальных и теоретических исследований [lI0,I9l] . Как отмечает ряд авторов[П0Д4б] в таких МТА возникают серьезные проблемы, связанные с рациональным распределением потоков мощности на движители и вал отбора мощности, другие работы посвящены вопросам исследования тяговой динамики тягово-приводных агрегатов[l9lj. В работах[l35,223j получили отражение результаты исследований МТА реализованных на модульном принципе. При модульной схеме построения энергетические функции трактора конструктивно отделены от технологических. В качестве энергетического модуля используется трактор высокой энергонасыщенности, а технологические модули представляют собой тележки, снабженные устройствами .для соединения с орудиями, валом отбора мощности и активными рабочими органами. Известны конструктивные решения МТА, в которых для передачи мощности от энергетического модуля к активным рабочим органам используются трэнсмиосии с гидравлическими, либо электрическими преобразователями [l43,19lj.
В заключение отметим, что в связи с возникающими сложностими при математическом моделировании таких систем в теоретическом отношении остаются мало изученными вопросы энергетики последних в условиях вероятностного характера внешних нагрузок на крюке и на активных рабочих органах. Особенностью тягово-приводных агрегатов является то, что в них отдельные механические цепи,идущие к активным рабочим органам и движителям,динамически взаимосвязаны, а случайные процессы в общем случае коррелированы. Ниже рассматривается метод, позволяющий исследовать энергетические показатели тягово-приводного агрегата с учетом его динамических характеристик в условиях вероятностного характера внешних нагрузок.
Рассмотрим общий случай, когда схема тягово-приводного агрегата имеет П рабочих органов. Схема замещения такого агрегата представлена на рис.4.1. В соответствии с изложенной в разделе 2 методикой сформируем определители сопротивлений и проводимостей. На основе метода контурных моментов найдем главный и вспомогательный определители, необходимые .для расчета передаточной функции по крутящему моменту. Из схемы замещения следует, что в нем I независимых контуров, следовательно и определители будут і -го порядка. дальнейшее рассуждения для простоты проведем применительно к тягово-приводному агрегату о одним активным рабочим органом. Таким образом, в этом случае механическая цепь агрегата включает две ветви: одна направляет поток мощности к движителям, а другая к активному рабочему органу. На основе метода контурных моментов запишем определители, с помощью которых рассчитывают передаточные функции по крутящему моменту. Суда по схеме замещения (рис.4.2) $ они имеют пятый порядок
Параметры динамической системы тягово-нриводного агрегата за исключением податливости упругой связи в первом преобразователе трансмиссии рассчитываются по тем же методикам как и для тягового МТА. Что касается расчета податливости в динамической системе первого преобразователя трансмиссии, то здесь необходимо момент инерции двигателя внутреннего сгорания вначале расчленить на составляющие, приходящиеся на каждую ветвь механической цепи тягово-приводного агрегата. В работе [2Ю]на основе теории подобия показано, что момент инерции вращающейся массы пропорционален крутящему моменту приложенному к ней. Отсюда пропорциональным пересчетом, зная момент инерции ДО и крутящие моменты на входных валах отдельных механических цепей определяем соответствующие моменты инерции. Так, если момент инерции двигателя Jo , момент тер крутящие моменты на входных валах М и М2 , то можно записать:
Отсюда при расчете податливости 6 по формуле (2.75) используется момент инерции J, , а при расчете 622 J2 Кроме-того, отметим, что крутизна характеристик определяется по соответствующим кривым I и 2 (рис.4.3). Податливость упругой связи в ДВС определяется по (3.8) с учетом момента инерции JQ Ж входной мо-ментной характеристики 3.
