Analysis of experimental researches of the tractor equipped with an elastic-damping mechanism in the transmission when moving in the composition of the transport tractor unit

Full Text

Введение Процесс сельскохозяйственного производства органически связан с процессом транспортировки грузов. Транспортные средства доставляют топливо, смазочные материалы, удобрения, машины, агрегаты и их детали, стройматериалы, зерно, овощи, плоды, молоко, корма и прочее от места производства к месту потребления или использования, в том числе на полях хозяйств. В этой связи особое значение приобретает сельскохозяйственный транспорт. На транспортные операции приходится около 40-50 % всех затрат энергии в сельском хозяйстве, в том числе в животноводстве и растениеводстве. С целью улучшения энергетических характеристик трактора в его трансмиссию устанавливается упругодемпфирующий механизм (УДМ). Основным назначением УДМ является уменьшение динамических нагрузок в трансмиссии и плавность движения трактора при его разгоне [1, 8-14]. Цель исследований Определить влияние упругодемпфирующего механизма, установленного в трансмиссии трактора, на работу трактора с транспортным прицепом. Материалы и методы Объектом исследования является процесс функционирования упругодемпфирующего механизм [1], установленного в трансмиссии трактора тягового класса 1,4, находящегося в составе транспортного тракторного агрегата (ТТА). Предметом исследования является трактор тягового класса 1,4. Испытания проведены для трактора-макета на базе МТЗ-80 с транспортной телегой ПТС-6. Эксплуатационные испытания трактора в составе ТТА выполнялись на дорогах учебно-опытного фермерского хозяйства и на территории учебного полигона ФГБОУ ВПО АЧГАА (г. Зерноград, Ростовская область). Опыты проводились при движении трактора в составе агрегата по грунтовой дороге на 9-й передаче основного ряда скоростей коробки перемены передач (КПП) трактора. Положение рычага управления рейкой топливного насоса высокого давления (ТНВД) соответствовало максимальной подаче топлива. С целью выявления эффективности влияния установки УДМ на важнейшие эксплуатационные качества трактора (производительность и топливная экономичность) дорожные испытания проводились в составе ТТА с двухосным прицепом ПТС-6 на транспорте. Общий вид испытываемого трактора-макета в агрегате с транспортным прицепом ПТС-6 и измерительным комплексом лаборатории ТЛ-2 на базе автомобиля ГАЗ-66 приведен на рис. 1. Для получения необходимой информации о работе трактора при проведении полевых измерений на элементы трактора устанавливались датчики, схема установки которых показана на рис. 2. Рис. 1. Общий вид испытываемого трактора-макета в агрегате с транспортным прицепом ПТС-6 и измерительным комплексом лаборатории ТЛ-2 на базе автомобиля ГАЗ-66 Fig. 1. The tested model tractor in the unit with the transport trailer PTS-6 and the measuring complex of the laboratory TL-2 based on the GAZ-66 vehicle Рис. 2. Схема установки датчиков на исследуемом тракторе в составе транспортного агрегата: 1 - датчик оборотов коленвала двигателя; 2, 5 - датчики оборотов ведущего и путеизмерительного колес соответственно; 3 - датчик крутящего момента ведущего колеса трактора; 4 - тензометрический датчик тягового усилия; 6 - датчик давления масла; 7 - датчик оборотов шестерни привода масляного насоса; 8 - счетчик для фиксирования расхода топлива Fig. 2. Installation diagram of sensors on the studied tractor as part of a transport unit: 1 - engine crankshaft speed sensor; 2, 5 - speed sensors of the driving and track measuring wheels, respectively; 3 - torque sensor of the driving wheel of the tractor; 4 - tensometric traction force sensor; 6 - oil pressure sensor; 7 - sensor of revolutions of the oil pump drive gear; 8 - ounter for recording fuel consumption Результаты и обсуждение В результате экспериментальных исследований определены энергетические показатели работы трактора в составе транспортного агрегата с заводской конструкцией трансмиссии и с трансмиссией, оснащенной УДМ. Выборка проводилась для 8500 значений для варианта без УДМ и 17500 значений для варианта с УДМ. Энергетические показатели работы трактора представлены в табл. 1 [2-5]. Анализируя табл. 1, можно сделать вывод о снижении тягового сопротивления трактора с трансмиссией, оснащенной УДМ, и повышении стабильной работы трактора. Тяговое сопротивление является для машинно-тракторного агрегата внутренней силой связи между звеньями: трактором и прицепом. Величина этой силы определяется внешним воздействием дороги на колеса и взаимодействием звеньев через упругие и деформирующие связи между ними. Установка УДМ в трансмиссию трактора находящегося в составе транспортного агрегата создает более благоприятные условия для формирования характера нагрузки узлов трактора, как при неустановившихся режимах движения, так и при установившихся. Анализ полученных данных свидетельствует о том, что при оснащении трансмиссии трактора УДМ его среднее тяговое усилие от агрегатируемого прицепа снижается на 19,9 %, а среднеквадратическое отклонение (амплитуда колебаний) уменьшается на 28,3 % по сравнению с трактором с заводской трансмиссией. При этом значение коэффициента вариации не превышает 33 %, следовательно совокупность считается однородной и сильно вариабельной. В относительном выражении коэффициент вариации позволяет обеспечить сопоставимость полученных результатов [2, 3, 6, 15-20]. Показатели энергетической оценки свидетельствуют о том, что трактор в составе ТТА с УДМ в трансмиссии имеет лучшие показатели, чем аналогичный трактор с более жесткой трансмиссией. Следствием этого является снижение нагрузки на двигатель, элементы КПП и ведущие колеса трактора. Этим объясняется возрастание угловой скорости коленчатого вала и поступательной скорости движения трактора по сравнению с серийным вариантом, у которого большая жесткость силовой передачи. Для более подробного анализа буксования движителей был проведен анализ изменения буксования во времени (рис. 3). Статистическая обработка полученных данных по буксованию движителей представлена в табл. 2 [2, 3, 7, 17-20]. Статистический анализ числовых данных по буксованию, полученных экспериментальным путем, показал, что применение УДМ позволяет снизить математическое ожидание коэффициента буксования на 9,7 % и амплитуду его колебаний (среднее квадратическое отклонение) на 16,3 % по сравнению с серийным трактором. Исследование трактора в составе транспортного агрегата можно рассматривать с точки определения статистических характеристик возмущающих воздействий. Применим параметрические и непараметрические методы спектрального анализа. Характеристикой, по которой судят о спектральном составе исследуемого процесса, являются корреляционная функция и функция спектральной плотности [19, 20]. Статистические характеристики случайных процессов вычисляются, как правило, по одной реализации процесса достаточной длительности по времени. Согласно исследованиям И.Б. Барского [21], проведенным по изучению неровностей дороги, дисперсия случайной величины математического ожидания постоянна и равна коэффициенту вариации функции. Корреляционная функция изменения буксования трактора в составе транспортного агрегата представлена на рис. 4. Затухание корреляционной функции является признаком эргодичности процесса. Алгебраическое затухание корреляционной функции эквивалентно бесконечному значению соответствующей восприимчивости. Параметры корреляционной функции процесса буксования трактора в составе транспортного агрегата имеют следующие величины: Интервал корреляции в серийном варианте составляет 0,9 сек, в опытном варианте - 2,1 сек, средний полупериод корреляции в серийном варианте составляет 1,25 сек, в опытном варианте 1,85 сек. Анализ рис. 4 показывает, что средний полупериод корреляции в опытном варианте гораздо больше, чем в серийном. Графики изменения спектральной плотности буксования опытного и серийного трактора в составе транспортного агрегата представлены на рис. 5. Параметры функции спектральной плотности процесса буксования трактора в составе транспортного агрегата имеют следующие параметры: в серийном варианте ширина спектра составляет Δωс = 10 сек-1, в опытном варианте Δωс = 3,1 сек-1. Плотность спектра в серийном варианте S(0,05) = 0,1 в опытном варианте S(0,1) = 0,32 и S(0,5) = 0,09. Анализ рис. 5 показывает, что ширина спектра в серийном варианте больше, плотность спектра выше у опытного варианта. Заключение Анализ результатов экспериментальных исследований трактора в составе ТТА показал, что установка УДМ в трансмиссию трактора позволяет снизить расход топлива в среднем на 7,3 %, уменьшить буксование движителей на 9,7 %, снизить среднее тяговое усилие, создаваемое прицепом, на 19,9 %, уменьшить амплитуду колебаний тяговых усилий на 28,3 %. Следствием этого является уменьшение нагрузок на двигатель, элементы КПП и ведущие колеса трактора. При оценке буксование за период разгона ТТА видно, что, функция «буксования» является не стационарной случайной функцией. Детерминированное представление случайного процесса показывает: при условии знания плотности распределения функции спектральной плотности и пользуясь зависимостью для плотности распределения вероятности функции от случайной величины, можно утверждать, что событие под названием «буксование» в опытном варианте имеет меньшую вероятность появления. Дисперсия случайной величины математического ожидания «буксования» постоянна и равна коэффициенту вариации функции. Фактическое снижение коэффициента вариации указывает на снижение буксования. Полученные результаты экспериментальных исследований свидетельствуют о том, что трактор в составе ТТА с УДМ в трансмиссии имеет лучшие показатели работы по сравнению с серийным трактором. Таблица 1 Энергетические показатели работы трактора в составе транспортного агрегата Table 1. Energy performance of the tractor as part of the transport unit Наименование параметров Трактор без УДМ Трактор с УДМ Изменение, % Среднее тяговое усилие, создаваемое прицепом Ркр, Н: 4585,5 3671,5 19,90 - дисперсия D, Н2 1800220,8 924799,9 48,60 - среднее квадратическое отклонение δ, Н 1341,7 961,7 28,30 - коэффициент вариации v 0,293 0,262 10,50 Скорость движения агрегата V, м/с (км/ч) 3,24 (11,7) 3,27 (11,8) 0,93 Часовой расход топлива G, кг/ч 19,58 18,15 7,30 Частота вращения коленчатого вала nкв, рад/с: 209,239 217,991 4,18 - дисперсия D, рад/с2 74,650 31,141 58,28 - среднее квадратическое отклонение δ, рад/с 8,640 5,581 35,41 - коэффициент вариации v 0,0413 0,0266 35,60 Буксование движителей δ, % 10,3 9,3 9,70 Таблица 2 Статистические показатели по буксованию для трактора в составе ТТА Table 2. Statistical indicators of tractor as part of ТТU slipping Показатели Трактор без УДМ Трактор с УДМ Изменение, ٪ Математическое ожидание Мδ 0,10300 0,09300 9,7 Дисперсия D 0,00291 0,00204 29,9 Среднее квадратическое отклонение σδ 0,05392 0,04515 16,3 Коэффициент вариации v 0,52376 0,48325 7,7 Рис. 3. Динамика изменения буксования трактора в составе ТТА: 1 - серийный трактор; 2 - трактор с УДМ Fig. 3. The dynamics of changes in the slipping of a tractor as part of ТТU: 1 - serial tractor; 2 - tractor with the EDM Рис. 4. Автокорреляционная функция изменения буксования трактора в составе ТТА: 1 - серийный трактор; 2 - трактор с УДМ Fig. 4. Autocorrelation function of slipping change of tractor as part of ТТU: 1 - serial tractor; 2 - tractor with the EDM Рис. 5. Графики изменения спектральной плотности буксования опытного и серийного трактора в составе ТТА: 1 - серийный трактор; 2 - трактор с УДМ Fig. 5. Graphs of changes in the spectral density of slipping of experimental and serial tractor as part of ТТU: 1 - serial tractor; 2 - tractor with the EDM

About the authors

S. E Senkevich

Federal State Budgetary Scientific Institution «Federal Scientific Agroengineering Center VIM»

Email: umo.viesh@list.ru
PhD in Engineering Moskow, Russia

N. S Kryukovskaya

Federal State Budgetary Scientific Institution «Federal Scientific Agroengineering Center VIM»

Email: umo.viesh@list.ru
Moskow, Russia

References

Supplementary files