книги из ГПНТБ / Барский И.Б. Динамика трактора

И. Б. Барский,

д-р техн. наук, проф.

В. Я. Анилович,

д-р техн. наук, проф.

Г. М. Кутьков,

канд. техн. наук

Д И Н А М И К А

ТРАКТОРА

Москва • „Машиностроение" • 1973

Б26

УДК 531.3.629.114.2

ния остова и агрегатов трактора, колебания уг левой скорости коленчатого вала двигателя трогание и разгон трактора. Дается электрон­ ная модель и инженерный метод расчета про­ цесса трогания и разгона машинно-тракторно­ го агрегата.

Рекомендуемые методы исследования мо­ гут быть использованы для определения дина­ мических нагрузок в различных узлах и дета­ лях трактора при расчетах их на прочность и долговечность.

Книга предназначена для научных работни­ ков институтов, инженерно-технических работ­ ников конструкторских бюро и заводов тракторо- и двигателестроения. Табл. 23, ил. 139, список лит. 40 назв.

Рецензент канд. техн. наук И. М. Эглит

422—257 257—73 038(01)—73

©Издательство «Машиностроение», 1973 г.

П Р Е Д И С Л О В И Е

Динамические качества трактора в значитель­ ной мере определяют его эксплуатационные и агротехнические показатели. С повышением энергонасыщенности трактора это влияние су­ щественно возрастает. Поэтому создание пер­ спективных энергонасыщенных сельскохозяйст­ венных тракторов требует дальнейшего разви­ тия как методов исследований, так и самих ис­ следований в области динамики трактора.

К числу основных проблем динамики тракто­ ра можно отнести использование мощности двигателя, трогание и разгон машинно-трактор­ ного агрегата (МТА), плавность хода, крутиль­ ные колебания в трансмиссии и т. д.

Некоторые из перечисленных проблем в по­ следние годы возникли впервые, другие требу­ ют качественно нового подхода для их реше­ ния. Разработка этих проблем стала возмож­ ной благодаря развитию фундаментальных наук и их прикладных разделов—теории случайных функций, теории вероятностей и методов мате­ матической статистики, теории регулирования, теории колебаний и т. д.

Применение ЭВМ позволило использовать достижения в изучении динамики трактора при практических инженерных расчетах, увеличить объем и сократить сроки исследований, частич­ но заменить натурные опыты экспериментом на электронной модели.

Решения отдельных задач исследования дина­ мики трактора освещены в литературе. Однако большой круг задач требует доработки и мето­ дической систематизации.

Внастоящей книге рассматриваются лишь те задачи, которые получили наибольшую степень разработки.

Вразделе «Тяговая динамика трактора» из

3

Глава I. ТЯГОВАЯ ДИНАМИКА ТРАКТОРА ПРИ ДВИЖЕНИИ

СУСТАНОВИВШЕЙСЯ НАГРУЗКОЙ

1.Регуляторная характеристика

Тяговые и динамические показатели трактора наиболее полно отражает его тяговая характеристика.

По существу тяговая характеристи­ ка трактора — это построенная в дру­ гих координатах регуляторная харак­

мента от частоты вращения коленчато­ го вала, является одной из основных его статических характеристик, опре­ деляющих тягово-динамические свой­ ства трактора.

Некоторые определения, относящи­ еся к регуляторной характеристике, сформулированы в литературе по-раз­ ному. Поэтому остановимся на тех представлениях о регуляторной харак­ теристике, которые принимаем за ос­ нову.

Регуляторная характеристика со­ стоит из трех участков: ab, be и ей. На участках ab и be цикловую подачу топ­ лива регулируют рейкой топливного насоса, которая перемещается под дей­ ствием разности усилия пружины ре-

5

гулятора и восстанавливающей силы. На участке ab перемеще­ ние рейки не ограничивается ничем, а скорость вращения колен­ чатого вала поддерживается примерно постоянной, в чем и состоит назначение регулятора. Поэтому участок ab принято называть регуляторным. На участке be перемещение рейки огра­ ничивается специальным устройством, называемым корректо­ ром. Поэтому участок be называется корректорным. Иногда его называют безрегуляторным. Это название ошибочно, так

момент ограничивается обычно напряженностью рабочего про­ цесса двигателя, характеризуемой чаще всего дымлением.

Точка с должна находиться на внешней характеристике дви­ гателя правее точки, соответствующей максимальному значению крутящего момента.

Важным показателем двигателя, характеризующим его ди­ намические качества, является коэффициент k запаса крутящего момента:

t-Mn 100%

где Мтах — максимальный крутящий момент по регуляторной характеристике, развиваемый двигателем;

Мп — номинальный крутящий момент двигателя. Определение коэффициента запаса крутящего момента за­

труднено тем, что нет общепринятой точки зрения по поводу того, какой крутящий момент принимать в качестве номинального. По одному из стандартов (ГОСТ 7057—54) следует пользоваться

6

моментом, развиваемым двигателем при максимальной мощно­ сти, по другому (ГОСТ 491—55) — моментом при номинальной мощности.

По существу запасом крутящего момента являются те 12— 15% его максимального значения, о которых сказано выше. По­ этому в качестве Мп примем момент в точке b регуляторной ха­ рактеристики. В связи с неизбежными отклонениями при регу­ лировке изготовленных двигателей номинальные значения основных параметров, в том числе и мощности, как правило, не

лим не тот запас момента, который предусматривал конструктор, а какой-то другой, потому что указанные в стандартах значения мощности могут соответствовать произвольной точке характе­ ристики.

Некоторые двигатели оборудованы регулятором, который не дает резкого излома характеристики, и точку b на ней выделить невозможно. В этом случае значение М„ следует брать в точке регуляторной характеристики, соответствующей максимальной мощности двигателя, в пределах номинального скоростного ре­

расчета запаса крутящего момента нужно брать точку с макси­ мальной мощностью до 1970 об/мин.

2. Влияние колебаний нагрузки на показатели двигателя и трактора

с непрозрачной характеристикой колебания нагрузки передаются на двигатель и вызывают изменение скорости вращения его ко­ ленчатого вала и скорости поступательного движения трактора, что влияет на производительность агрегата. Поддержание заданного скоростного режима работы двигателя в некоторых пределах осуществляется регулятором. Качество регулирования определяется не только параметрами регулятора, но и степенью совершенства всей системы автоматического регулирования (САР), правильным выбором отдельных параметров трактора, двигателя, орудия.

7

Основоположником исследований работы тракторного двига­ теля при установившейся 1 нагрузке является В. Н. Болтинский. Теоретические разработки, а также результаты эксперименталь­ ных исследований по этому вопросу изложены им в работе [7].

Потеря мощности. В. Н. Болтинский отмечает два фактора, вызывающих потери мощности двигателя.

1. Колебания нагрузки приводят к колебаниям частоты вра­ щения коленчатого вала, что неблагоприятно влияет на органи­ зацию и протекание рабочего процесса двигателя, снижает коэф­ фициенты наполнения, индикаторный, механический и избытка воздуха, вследствие чего двигатель развивает более низкую эф­ фективную мощность.

2. Колебания угловой скорости коленчатого вала двигателя вызывают значительные нарушения в работе регулирующей сис­ темы, которые заключаются в фазовых сдвигах между входными и выходными координатами элементов системы регулирования (момент сопротивления, частота вращения двигателя, перемеще­ ние рейки топливного насоса, крутящий момент двигателя).

Не всем исследователям удавалось получить эксперимен­ тально снижение мощности двигателя, например, при работе дви­ гателя на линейном участке регуляторной характеристики с пе­ ременной нагрузкой. Так, по данным В. А. Гусятникова, колеба­ ния нагрузки вызывают колебания показателей двигателя (частоты вращения, расхода топлива, воздуха), однако их сред­ ние значения сохранялись такими же, как при нагрузке постоян­ ным моментом сопротивления, равным среднему переменному моменту. Снижение мощности при работе двигателя с «заходом» на корректорный участок сопровождается снижением часового расхода топлива, что соответствует форме характеристики часо­ вого расхода.

Рассмотрим влияние колебаний нагрузки на некоторые пока­

ти к и д в и г а т е л я . Предположим, что:

1)колебания момента сопротивления происходят по гармо­ ническому закону около среднего значения, соответствующего крутящему моменту двигателя в точке е (см. рис. 1);

2)изменение крутящего момента двигателя и частоты вра­ щения коленчатого вала при колебаниях нагрузки происходит строго по закону регуляторной характеристики, т. е. значения

Л4д и я д в любой момент соответствуют одной точке, всегда рас­ положенной на кривой, выражающей статическую зависимость между этими параметрами.

8

Таким образом, показатели рабочего процесса сохраняются неизменными и потери мощности, которые могли бы быть вызва­ ны этим или нарушениями в системе регулирования, отсутст­ вуют.

При соблюдении этих условий среднее за время опыта значе­

образом, несмотря на предположение, описанное в п. 2, произо­ шло «расслоение» характеристики, которое заключается в том, что одному и тому же значению М д соответствуют различные значения частоты вращения коленчатого вала и, следовательно, различные эффективные мощности. Так как ncv < пе, мощность при нагружении переменным моментом ниже, чем при нагружении постоянным моментом, что вытекает из формулы

Р716,2

Полученное вопреки сформулированному в п. 2 предположе­

вызванные изменением физических условий протекания процес­ сов в системе вследствие ее колебаний (ухудшение теплового процесса двигателя, рассогласование в системе автоматического регулирования и т. д.), или нет. Если такие потери будут, то они суммируются со снижением мощности, вызванным нелинейностью регуляторной характеристики.

В связи с изложенным более правильно термин «снижение мощности» и «потеря мощности» заменить термином «недоис­ пользование мощности». Этим термином мы и будем пользовать­ ся в дальнейшем.

Следует отметить, что в отдельных работах для оценки сни­ жения показателей двигателя из-за нелинейности регуляторной характеристики принят коэффициент использования крутящего момента двигателя.

Такой подход представляется недостаточно удачным по следующим причинам. Крутящий момент двигателя поддер­ живается его регулятором в соответствии с внешней нагрузкой.

но не степень использования его мощности при переменной на­ грузке. При заданном внешним воздействием среднем значении крутящего момента использование мощности двигателя опреде-

9