Строительная техника

Промышленные тракторы

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Обоснованные критерии эффективности тракторов являются функцией комплекса показателей трактора. Их можно условно разделить на три группы, для каждой из которых необходим соответствующий подход к изучению и .описанию.

Первая группа —это конструктивные параметры трактора, значения которых должны быть заложены на стадии проектирования, а именно, параметры моторно-трансмиссионной установки. К ним относится выходная характеристика моторно-трансформаторного блока (МТБ), обуславливаемая абсолютной мощностью двигателя, характеристикой бесступенчатой трансформаторной установки (гидротрансформатор, генератор-электродвигатель, мотор-насос) и способом совмещения трансформирующего блока и двигателя; тяговый фактор (/м = w/rK) трактора; моменты инерции вращающихся масс; КПД механической части трансмиссии т]тр.

Вторая группа — характеристики, формирующиеся в результате взаимодействия агрегата с грунтом и являющиеся функциями тягового усилия. К ним относятся коэффициент б буксования, коэффициент /с сопротивления передвижению. Указанные зависимости с одной стороны обусловлены конструкцией трактора, а с другой — грунтовыми условиями, при современном уровне конструирования и технологии изготовления они могут быть изменены в достаточно больших пределах.

Третья группа —это задаваемые параметры трактора (сцепная масса и вид агрегатирования), а также эксплуатационные условия: случайные процессы изменения тягового усилия, грунтовые условия и другие.

Для оценки показателей тракторов и оптимизации их параметров был выполнен комплекс исследований, в состав которых входила разработка математических моделей для оценки тягово-скоростных показателей промышленных тракторов общего назначения и тракторов-погрузчиков и расчеты по обоснованию этих показателей, получение экспериментальных данных, необходимых для реализации математических моделей, разработка приближенных инженерных методик определения эффективности и тягового расчета промышленных тракторов, а также методов расчетного и экспериментального нахождения производительности промышленных тракторов с различными дорожно-строительными агрегатами.

Содержание исследований имело некоторые отличия в зависимости от типа изучаемого трактора (общего назначения и трактора-погрузчика).

Для трактора общего назначения основой структурной схемы исследований является стохастическая моделирующая (имитационная) система, в которой функционирование отдельных элементов зависит от случайных параметров и результат этого функционирования может быть получен только в вероятностном виде как математическое ожидание, закон распределения или случайный процесс.

Указанная система имеет четыре компонента (частные модели):

критерии, характеризующие цикличную работу трактора и случайные внешние факторы;

комплекс уравнений, описывающих процесс работы трактора и его энергобаланс при случайных нагрузках;

вероятностно-статистическую модель тягового сопротивления, действующего на трактор в заданных грунтовых условиях;

вероятностно-статистическую модель эксплуатационных условий, включая   условия   протекания   процесса  тягового  сопротивления.

С помощью указанной моделирующей системы осуществляется решение двух задач статистической динамики: задачи анализа, т. е. определения выходных параметров трактора при известных характеристиках входных воздействий и передаточных функций, и задачи синтеза, т. е. определения передаточной функции при заданных характеристиках входных воздействий и желаемых —выходных параметров. Аналитическое решение подобной моделирующей системы практически исключено и единственно доступным способом математической реализации являются численные методы вероятностно-статистического анализа и решения дифференциальных уравнений с применением цифровых ЭВМ. При этом параметры машинной системы и характер внешних Бездействий можно имитировать в любой форме и масштабах, включая и нереализуемые для аналитических методов и натурных экспериментов. Что касается характеристик эксплуатационных условий, то без статистического моделирования решение задачи принципиально невозможно.

Экспериментальная часть исследований была направлена на решение трех задач: обоснования ряда составляющих математических моделей, проверки результатов математического моделирования и исследования влияния тягово-скоростных показателей на эффективность трактора как базы дорожно-строительного агрегата.

При проведении экспериментальных исследований стремились избежать распространенной ошибки, когда какое-либо частное исследование, проведенное на одной машине в определенных условиях, служит базой для каких-либо выводов. В связи с этим эксперименты многократно повторяли на тракторах различных конструкций, классов, в различных грунтовых и климатических условиях, с различными водителями и различными способами измерений. Обобщенные результаты таких экспериментов могут служить надежной основой для получения объективных закономерностей влияния тягово-скоростных   показателей   на  эффективность   трактора  в   агрегате.

Исследования проводили на ряде тракторов и натурных макетов, т. е. специальных тракторов с изменяющимися в широком пределе параметрами. Исследованиям были подвергнуты 15 различных конструкций, среди которых были тракторы с механической трансмиссией, с полнопоточной гидромеханической трансмиссией, с двухпоточной гидромеханической трансмиссией, с гидрообъемной трансмиссией, с двигателем постоянной мощности, с полужесткой подвеской, с упругой торсионной индивидуальной подвеской, с упру: гой торсионной смешанной подвеской, с дискретной и следящей (позиционной) системой управления рабочего оборудования.

Основная масса исследований проводилась на стендах и полигонах Уральской научно-испытательной станции НАТИ. Кроме того, были проведены исследования в других районах Челябинской области, а также в Красноярском крае, Магаданской области и районах Южного Казахстана,

В комплекс проводимых исследований были включены:

определение стендовой характеристики двигателя и МТБ; проведение тяговых испытаний; тензометрические исследования при работе трактора в агрегате с рабочим оборудованием; определение технической производительности трактора в агрегате с тем же рабочим оборудованием.

Стендовые характеристики определяли или на шасси трактора через специально изготовленные приводы с валами отбора мощности, или при снятом МТБ и последующей установкой его на стационарные стенды. На этих же стендах регулировали двигатели при перестройке их мощности и скоростной характеристики. Скоростные характеристики определяли по принятым методикам.

Тяговые испытания проводили на специальных тяговых треках на плотном суглинистом грунте, а также других грунтовых участках по стандартным методикам (ГОСТ 23734—79) и специалм тайным ускоренным методам тяговых испытаний. В процессе тензометрических исследований на ленте графа фиксировали основные показатели работы МТУ и трактора при его работе с неустановившейся тяговой переменном сцепном весе и центре приложения давления

Для придания полной достоверности результатам указанных исследований динамический характер работы воспроизводился реальными дорожностроительными машинами (бульдозер, скрепер, рыхлитель) при разработке грунта по принятой типичной технологии.

При проведении тензометрических исследований все тракторы-макеты были оборудованы датчиками и приборами, позволяющими фиксировать в процессе работы агрегатов соответствующие случайные процессы. В процессе проведения исследований осуществляли непрерывную модернизацию используемой измерительной техники. По результатам измерений определяли теоретическую и действительную скорости; тяговое усилие на ведущих колесах и на крюке; коэффициент буксования; сопротивление передвижению трактора; мощность, передаваемую на гидропривод.

По трактору-погрузчику комплекс исследований базировался на нескольких этапах теоретических и экспериментальных исследова ний по определению влияния различных параметров трактора на производительность погрузочного агрегата.

Первый этап исследований включал определение влияния соотношения скоростей поступательного движения трактора и перемещения ковша (гидравлической системой) на производительность и удельную энергоемкость набора насыпного материала. Теоретическая часть указанного этапа представляет собой частную математическую модель взаимодействия ковша погрузчика с насыпным материалом, выполненную с учетом исследований В. Н. Стогова, Г. В. Родионова [26] и П. А. Михарева. В экспериментальной части этапа использовали трактор-погрузчик Т-50АП.

На трактор дополнительно устанавливали ходоуменьшитель двух типов: планетарный механический и гидрообъемный, дополнительный насос НШ-46 в гидравлической системе управления погрузочным оборудованием, кран отключения этого насоса, дроссель для регулирования расхода жидкости в гидросистеме управления погрузочным оборудованием. Эти особенности конструкции трактора позволили в широком диапазоне изменять отношение скорости трактора к скорости перемещения рабочего оборудования (скоростной коэффициент X) в результате изменения номинальной подачи насоса от 90 до 180 л/мин и выбора различных передач. Трактор-погрузчик имел следующие технические характеристики: эксплуатационная масса агрегата 4270 кг; номинальная мощность двигателя 37,5 кВт; геометрическая вместимость ковша погрузочного оборудования 0,407 м3; радиус качения задних ведущих колес 0,744 м.

При проведении экспериментов по изучению процессов набора насыпных материалов измеряли следующие параметры: крутящий момент на ведущем валу коробки передач; крутящий момент на валу привода"^гидронасосов;гчастоту вращения коленчатого вала двигателя; давление в гидросистеме на выходе из насосов; давление в цилиндре поворота ковша; ход штоков цилиндров поворота ковша; путь трактора; продолжительность опыта.

По завершении каждого опыта определяли массу набранного в ковш погрузчика материала. По результатам опыта рассчитывали составляющие баланса мощности трактора-погрузчика, энергоемкость набора 1 кг насыпного груза, средние за набор буксование и касательное тяговое усилие, производительность трактора-погрузчика.

Второй этап исследований ставил целью выявление влияния основных параметров трактора на продолжительность транспортных элементов цикла (продолжительность маневрирования). На этом этапе была создана частная математическая модель движения трактора при выполнении всех элементов цикла, кроме набора, выполненная с учетом имеющихся трудов по теории автомобиля [32]. Экспериментальные исследования проводили также на тракторе Т-50АП.

Третий этап исследований посвящен оптимизации тягово-скоростных параметров трактора-погрузчика. Теоретическая часть исследований основана на выполненных в процессе первых двух циклов исследованиях. Разработана была обобщенная математическая модель оптимизации тягово-скоростных параметров трактора-погрузчика с целью достижения максимального значения обобщенного технического потенциала.