Строительная техника

Промышленные тракторы

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Работа трактора в агрегате с рабочим оборудованием описывается энергобалансом третьего вида. Однако для описания тяговой характеристики в этом случае можно воспользоваться энергобалансом второго вида.

Составляющие энергобаланса этого вида характеризуются мощностью, которая может быть рассчитана на базе детерминированных аналитических выражений, описывающих линию регрессии корреляционных полей зависимостей при случайных значениях сцепного веса и мощности, потребляемой гидроприводом управления рабочим оборудованием N1 (Ркр), N} (Ркр, ут), Nrn(Ne).

Сюда же относят потери мощности, принимаемые постоянными для тяговой характеристики при стационарной и случайной нагрузках. Это потери мощности в гидротрансформаторе при его наибольшем КПД и в механической части трансмиссии, выражаемые как доля Ne.

Из сравнения тяговых характеристик трактора с массой системы 10 т на грунте, обеспечивающем при стационарной нагрузке фКтах = 0,95, видно, что тяговая характеристика, имеющая место при случайной нагрузке, значительно отличается от стационарной (максимальный условный тяговый КПД меньше в 1,35 раза).

При работе трактора с реальной МТУ к рассмотренным составляющим добавляется недоиспользование мощности двигателя, которое зависит в основном от следующих четырех факторов: скоростной характеристики, прозрачности трансмиссии, тягового фактора и тяговой нагрузки. Первые три фактора являются конструктивными параметрами трактора, а последний является случайной величиной или случайной функцией.

Изменение тягового усилия вызывает изменение частоты вращения коленчатого вала двигателя с соответствующим снижением мощности в сравнении с ее максимальным значением при номинальной частоте вращения. В большинстве случаев распределение вероятностей частоты вращения коленчатого вала двигателя является одномодальным с отрицательной асимметрией и наибольшей вероятностью в окрестностях максимальной мощности двигателя при правильно подобранном тяговом факторе.

Для трактора с ГМТ распределение вероятностей частоты вращения коленчатого вала двигателя имеет меньшую дисперсию, практически все сосредоточено в окрестностях номинальной частоты вращения (при правильно подобранном тяговом факторе), что и обусловливает  более  высокий   коэффициент  использования  мощности

Наиболее существенное влияние на скоростной режим и использование мощности двигателя оказывает тяговый фактор. Так, при работе трактора ТМ-4АП на оптимальной IV передаче математическое ожидание частоты вращения вала двигателя практически совпадает с частотой вращения вала при максимальной мощности двигателя, а коэффициент /С3 = 0,815.

При переходе на повышенную передачу режим работы двигателя изменился (стал ближе к режиму работы при максимальном крутящем моменте), а /С3 стал равен 0,776.

Значительно увеличивается коэффициент /С3 (до 0,9—0,92) при использовании ДПМ. При этом математическое ожидание частоты вращения вала двигателя находится близко к ее номинальному значению. Для трактора с ГМТ /С3 = 0,864-0,935, т. е. примерно в 1,1—1,2 раза выше, чем /С3 двигателя, работающего с МТ.

При случайном нагружении в переменном режиме работает гидротрансформатор. При этом передаточное отношение распределяется по одномодальному симметричному закону с математическим ожиданием и наибольшей вероятностью, соответствующими (при правильно выбранном тяговом факторе) максимальному КПД гидротрансформатора на режиме трансформации.

Режим работы гидротрансформатора и двигателя может быть радикально изменен при работе трактора с неоптимальными тяговыми факторами. Так, при работе трактора ТПМ-4 на разработке плотного суглинка на оптимальной III передаче irj = 0,79, при переходе на низкую передачу — увеличилось, /гт = = 0,82, а при работе на высшей передаче /гт = 0,69, с соответствующим изменением режима работы двигателя и уменьшением коэффициента загрузки двигателя с 0,9 до 0,86.

Составляющие энергобаланса третьего вида, обусловленные неравномерной скоростью поступательно движущихся и вращающихся масс трактора, оценим на примере трактора ТЭМП-2 при трех мощностях двигателя.

МТУ трактора состоит из двигателя ЯМЗ и трансмиссионной части серийного трактора Т-180.

Если на трактор установить ГМТ, то к моментам инерции маховика и муфты сцепления следует добавить момент инерции насосного колеса, а к моментам инерции остальных узлов — момент инерции турбинного колеса гидротрансформатора.

При проведении анализа воспользуемся понятием среднего ускорения валов, которое рассчитано следующим образом. Из совокупности ускорений исключены ускорения точек с равномерным движением и найдены средние ускорения или замедления по формулам

Для достаточно длинных дистанций разработки грунта интеграл ускорений равен или близок к нулю и средние замедления и ускорения оказываются близки между собой, что дает возможность в практике пользоваться одной из них (воспользуемся средним замедлением). Кроме того, будем рассматривать предельные ускорения, встречающиеся при работе трактора. При известных средних и предельных ускорениях можно рассчитать среднюю и предельную мощность на изменение угловой скорости по известным в теории трактора и автомобиля формулам.

Видно, что для трактора с обычной энергонасыщенностью среднее ускорение двигателя составляет 6,1 и 4,7 1/с2 для МТ и ГМТ соответственно. При этом предельные ускорения в том и другом случае примерно в два раза больше средних. Среднее значение мощности составляет 5,19 и 4,1 кВт при МТ и ГМТ, что соответствует 3,4 и 2,7 % от Ne.

Предельная мощность составляет 9,7 и 6,4 % от Nej однако вероятность ее появления достаточно мала (1 % случаев). Таким образом, при первых приближениях мощностью на изменение угловой  скорости  вращения  коленчатого  вала двигателя  можно  пренебречь, в особенности для тракторов с ГМТ. Учет же этого фактора дает более точную картину, особенно на коротких по времени рабочих  ходах.

Однако ситуация меняется по мере наращивания энергонасыщенности. Для трактора с МТ при мощности двигателя Ne = 350 кВт уже только средняя мощность на изменение частоты вращения вала двигателя составляет 6 % от мощности двигателя, а максимальная — до 13 %. Для трактора с ГМТ она значительно ниже и составляет 2,7 и 7,15 % соответственно. Следовательно, при увеличении энергонасыщенности выше 6 кВт на 1 т массы агрегата учитывать динамику при работе двигателя необходимо для трактора с МТ и желательно для трактора с ГМТ.

Что касается динамики работы турбинного колеса для МТУ с ГМТ, то следует сказать, что несмотря на значительно большие, чем для двигателя, ускорения вследствие малого момента инерции приведенных к валу турбинного колеса масс, средняя и предельная мощности на изменение частоты его вращения незначительны.

Мощность на изменение линейной скорости для трактора данной массы является функцией линейных ускорений /. Ускорения и замедления существенных различий не имеют, поэтому расчеты тяговых усилий и мощностей выполнены для ускорений. Это также обусловлено большей массой агрегата вследствие массы призмы, которая при расчетах принята постоянной и равной 9800 кг.

Ускорения и мощность определяются энергонасыщенностью агрегата

Среднее ускорение трактора с двигателем Ne = 150 кВт составляет 0,116—0,155 м/с2. Соответственно средняя инерционная составляющая тягового усилия в процентах к весу трактора с бульдозером составляет 1,9—2,57 % или выраженное как фкр7- = 0,019-f--г-0,027. Предельные ускорения вызывают cpKpj = 0,116, что соответствует 18—21 % от фкр. Эта цифра является уже довольно значительной, однако вероятность ее появления не превышает  1 %.

___ Соответственно средняя инерционная составляющая мощности Л/, = 2,7 — 3,8 кВт или 1,8—2,5% от максимальной мощности двигателя. (Исследования, выполненные на ряде тракторов, показали, что линейные ускорения для трактора с обычной энергонасыщенностью 5,9—7,3 кВт на 1 т массы агрегата распределяются, как правило, в диапазоне / = ±1 м/с2, причем основнукь часть времени (80—90 %) трактор работает с ускорением / = ±0,25 и инерционное тяговое усилие не превышает 3 % от веса агрегата.)

При мощности двигателя Ne = 243 и Ne = 350 кВт средняя инерционная составляющая тягового усилия, отнесенная к весу трактора, составляет <fKpi = 0,033—0,038 и фкр7- = 0,0425-4-0,049 соответственно. В процентах от фкр при рабочем элементе цикла указанные величины уже составят 5—6,9% для Л^е = 243 кВт и 6,5—8,9% для Ne -= 350 кВт. Или в процентах от соответствующей мощности на крюке — 6,2—8,2 % для Ne = 243 кВт и 7,8 — 10 % для Ne = 350 кВт.

Трактор мощностью 150 кВт работает в диапазоне / = ±0,75 м/с2 при 90 % вероятности работы с ускорениями / = ±0,25 м/с2. Около 5 % времени трактор движется без ускорений. Увеличение мощности до 243 кВт и 350 кВт вызывает увеличение границ диапазона соответственно до / = ±1 м/с2 и / = ±1,5 м/с2. Причем вероятность работы с / = ±0,25 м/с2 снижается до 65 % при Ne = 243 кВт и до 50% при Afe=350 кВт, а движение без ускорения практически исчезает. Масса бульдозерного агрегата фактически имеет различное значение при ускорении и замедлении. Так, в первом случае масса будет состоять из непосредственно массы агрегата и массы грунтовой призмы, накопленной перед отвалом. Масса тп призмы является сложной функцией параметров трактора, агрегата и свойств грунта и изменяется от нуля при начале движения до некоторой предельной массы т0, ограниченной емкостью рабочего органа при достаточной дистанции набора грунта.

Математические модели, предназначенные для уточненных исследований, включая исследования по энергонасыщенности, должны учитывать изменение призмы и массы агрегата при работе и инерционные   составляющие   мощности.

Проведенные исследования позволили установить, что трактор с высокой энергонасыщенностью приобретает новые свойства при работе с бульдозерным оборудованием. Небольшие неровности, временные сопротивления, которые вызывают у трактора обычной энергонасыщенности снижение действительной скорости, в результате снижения частоты вращения ведущих колес и повышения коэффициента буксования преодолеваются трактором повышенной энергонасыщенности вследствие инерционной составляющей тягового усилия.

  Грузовые автомобили, тракторы, пневмоколесные тягачи

  Ходовые устройства. Гусеничные ходовые устройства. Использование ...