книги из ГПНТБ / Барский И.Б. Динамика трактора

гона, полученные на электронной модели, приведены на рис. 57. Данные по разгону, полученные электронным моделировани­ ем процесса, подтверждаются результатами натурных опытов.

На рис. 58 и 59 приведены осциллограммы трогания и разго­ на лущильного и пахотного агрегатов. На этих же осциллограм­ мах штриховой линий нанесена кривая изменения момента дви­ гателя, значение которого в период трогания определялось по выражению

изменения расхода воздуха в период трогания таков, что мини­ мальной частоте вращения коленчатого вала ( 0 i m m соответствует

тепловая перегрузка, возникающая вследствие снижения расхо­

100

В период разгона снижение расхода воздуха по сравнению с расходом при работе двигателя на этих же режимах при за­ грузке постоянным моментом не превышает 10%, и с ростом частоты вращения коленчатого вала двигателя это снижение быстро убывает.

Переходные процессы в двигателе и в турбокомпрессоре про­ исходят практически синхронно. Двигатель и турбокомпрессор выходят на установившийся режим почти одновременно. В кон­

хотным, лущильным и посевным агрегатами. На тракторе после­ довательно устанавливался двигатель с турбокомпрессором и без турбокомпрессора. При двигателе с турбокомпрессором раз­ гон осуществлялся на передачах, обеспечивающих рабочую ско­ рость движения 6,5—12 км/ч, при загрузке двигателя по моменту на 95—110%. Трогание производилось при различном темпе включения муфты сцепления и при различных начальных часто­ тах вращения коленчатого вала двигателя. В зависимости от условий продолжительность разгона составляла 3—15 с, мини­ мальная угловая скорость коленчатого вала двигателя находи­

были в среднем одинаковыми при применении двигателей с тур­ бонаддувом и со свободным впуском.

Несмотря на то, что условиями опытов предусматривались режимы трогания и разгона наиболее тяжелые из тех, которые могут встретиться в эксплуатации, не было случаев остановки двигателя из-за чрезмерного снижения частоты вращения колен­ чатого вала двигателя.

По результатам опытов, проведенных в полевых условиях и на электронных моделях, можно сделать вывод о том, что при­ менение газотурбинного наддува незначительно ухудшает раз­ гонные качества трактора. Изменений тягово-динамических ка­ честв трактора при работе с установившейся нагрузкой в связи с применением газотурбинного наддува полевыми опытами уста­ новить не удалось.

Анализ осциллограмм, полученных в полевых условиях при работе трактора с установившейся нагрузкой, позволяет устано­ вить характер изменения параметров наддува.

При работе двигателя с нагрузками, не достигающими номи­ нальной величины, колебания давления наддува и расхода воз­ духа происходят примерно с равной частотой, соответствующей низкочастотным колебаниям нагрузки, без значительных фазо­ вых сдвигов. Кроме того, на кривую расхода воздуха наклады­ ваются колебания, соответствующие колебаниям частоты враще-

102

новившейся нагрузкой в полевых условиях не отличаются от зна­ чений, полученных во время стендовых испытаний.

Регистрация хода рейки топливного насоса показала, что при

с различными показателями двигателей выполнены следующие условия. Испытания проводили на одном и том же поле с крат­ ковременным перерывом на перестройку двигателя. Глубина пахоты и коэффициент загрузки двигателя в обоих случаях были одинаковы.

Производительность МТА при газотурбинном наддуве повы­ шается практически пропорционально повышению мощности двигателя за счет увеличения скорости движения МТА.

Влияние отдельных параметров турбокомпрессора. На элек­ тронных моделях было исследовано влияние на тягово-динами- ческие показатели трактора момента инерции ротора турбоком­

с увеличением инерционности ротора колебания частоты его вра­

103

плитуда колебаний угловой скорости коленчатого вала находится в пределах точности опыта, а колебания плотности воздуха выше при компрессоре с безлопаточным диффузором.

Исследование разгона проводили для различных моментов инерции ротора турбокомпрессора, а также для следующих ва­ риантов.

1. Ротор турбокомпрессора на подшипниках качения, диффу­ зор компрессора безлопаточный.

2. Ротор турбокомпрессора на подшипниках качения, диффу­ зор компрессора лопаточный.

104

3.Ротор турбокомпрессора на подшипниках скольжения, диффузор компрессора безлопаточный.

4.Ротор турбокомпрессора на подшипниках скольжения, диффузор компрессора лопаточный.

Из анализа результатов моделирования видно, что по основ­

ному критерию качества разгона coi mm худший (4-й) и лучший <Чг 1/с I

Рис. 62. Осциллограммы разгона четырехсеялочного агрегата при различных

0,13 кг/м3 .

Кривая р для 3-го варианта проходит выше кривой р для 2-го варианта, несмотря на то, что кривые изменения угловой скоро­ сти ротора турбокомпрессора расположены наоборот. Это можно объяснить тем, что характеристика компрессора с безлопаточным диффузором лучше и оказывает более существенное влияние на состояние воздуха, чем частота вращения компрессорного колеса.

На основании полученных результатов можно сделать вывод, что из рассмотренных вариантов конструкций турбокомпрессо­ ров лучшим является 1-й. Три остальных варианта практически не ухудшают разгонных качеств трактора. Однако по наполне­ нию цилиндра воздухом 1-й вариант значительно предпочтитель­ нее остальных и особенно 2-го и 4-го вариантов.

Опыты по разгону, проведенные при различных моментах

гон ротора с уменьшением момента инерции значительно улуч­ шается, о чем свидетельствует характер кривой плотности воз­ духа р в коллекторе.

В полевых условиях поставлены опыты по исследованию тя-

103

гово-динамических качеств трактора при установившейся на­ грузке и разгоне с двумя вариантами турбокомпрессора:

турбокомпрессор с лопаточным диффузором и с ротором на подшипниках качения;

турбокомпрессор с безлопаточным диффузором и ротором на подшипниках скольжения.

Результаты опытов по разгону показали, что турбокомпрессор с ротором на подшипниках качения «выходит» на установив­ шийся режим за более короткий период времени и с большим «забросом» показателей наддува (р„ и W4) в конце разгона. При исследовании работы трактора с установившейся нагрузкой не замечено расхождений в значениях регистрируемых параметров в зависимости от варианта конструкции турбокомпрессора. Та­ ким образом, полевые опыты подтвердили основные выводы, сделанные по результатам моделирования.

Вследствие небольшой разницы в значениях показателей, полученных при натурных испытаниях различных вариантов кон­ струкции турбокомпрессора, а также в силу трудности создания идентичных условий испытаний, количественную оценку пара­ метров турбокомпрессора разной конструкции предпочтительнее проводить по результатам электронного моделирования.

4. Механическая трансмиссия

Передаточное число. Колебания нагрузки характеризуют ус­ ловия работы трактора, а передаточное число является парамет­ ром его конструкции, который оказывает влияние на тяговодинамические показатели.

Основным направлением технического прогресса является повышение энергонасыщенности машин. Повышение энергонасы­ щенности отечественных тракторов сопровождается изменением двух параметров, определяющих передаточное число трансмис­ сии: номинальной частоты вращения коленчатого вала двигателя и скорости трактора при номинальном тяговом усилии. Если по­ вышение скорости происходит пропорционально повышению частоты вращения вала двигателя, то передаточное число в трансмиссии трактора сохраняется постоянным. При наруше­ нии этой пропорции величина t'T p изменяется, изменяя при этом тягово-динамические качества трактора.

На рис. 63 приведена зависимость передаточного числа транс­ миссии трактора от скорости его движения при номинальном тяговом усилии, что по существу выражает изменение t T p в свя­ зи с повышением энергонасыщенности. Передаточное число трансмиссии определено из условий, что каждому уровню энер­ гонасыщенности соответствует двигатель с определенной номи­ нальной частотой вращения коленчатого вала:

106

На графике четко отражается тенденция снижения переда­ точного числа трансмиссии по мере развития конструкции отече­

числа трансмиссии на тягово-динамические качества трактора. При оценке разгонных качеств трактора найдем то критичес­

кое значение i ' T P , при котором агрегат, имеющий наибольшую массу по сравнению с другими, еще разгоняется без остановки двигателя. Сопротивление орудия подбирается из условий 100% загрузки двигателя по моменту при установившемся режиме работы на1 той передаче, на которой осуществ­ ляется трогание и разгон.

Критическое значение / т р опреде­ ляли путем электронного моделиро­ вания трогания и разгона агрегата, состоящего из четырех сеялок. Опы­ ты проводили на двух двигателях с одинаковыми характеристиками, один из которых был с турбонадду­ вом, а второй — со свободным впус­ ком. Продолжительность включения

муфты сцепления 0,5; 1,5 и 2,0 с. Зазор в сцепке во всех опытах был одинаковым и составлял 250 мм. Начиная с некоторого зна­ чения, передаточное число трансмиссии повышалось до тех пор, пока двигатель не останавливался. В результате этих опытов по­

когда трактор не смог разогнаться, так как двигатель остановил­ ся из-за чрезмерного снижения угловой скорости вала двига­ теля.

Для тракторов с механической трансмиссией из условий удов­ летворительных тягово-динамических качеств трактора при ра­ боте с установившейся нагрузкой также можно установить кри­ тическое значение передаточного числа трансмиссии. Условно критическим значением i T P можно считать, например, такое зна-

107

чение, при котором недоиспользование мощности двигателя Nv. равно потерям в демпфере или превышает эти потери при работе двигателя на номинальном режиме.

Рассмотрим влияние передаточного числа трансмиссии на гягово-динамические качества трактора при работе с установив­ шейся нагрузкой.

Момент двигателя может быть выражен следующей зависи­ мостью:

Лм'тр

где Мв — момент на ведущем колесе; •Пи — механический к. п. д. трансмиссии;

1 т р — передаточное число трансмиссии.

С небольшой погрешностью можно принять, что в пределах, амплитуды колебаний момента сопротивления на ведущем коле­ се к. п. д. трансмиссии сохраняется постоянным. Тогда амплиту­ да колебаний момента сопротивления на валу муфты сцепления определяется (при данном характере колебаний момента на ве­ дущем колесе) только передаточным числом трансмиссии. Это значит, что при одинаковой амплитуде колебаний нагрузки на крюке или на ведущем колесе амплитуда колебаний нагрузки, на валу двигателя различна, например, у скоростного и нескоро­ стного тракторов или у одного и того же трактора при работе на разных передачах.

При увеличении номинальной рабочей скорости (скорости при номинальном тяговом усилии) номинальный момент двига­ теля увеличивается в той же пропорции, а запас крутящего мо­ мента, сохраняясь неизменным по отношению к его номинально­ му значению, по абсолютной величине возрастает. Поэтому амплитуда колебаний нагрузки на валу двигателя при постоян­ ной амплитуде АМС повышается ровно на столько, на сколько увеличивается запас крутящего момента двигателя. При перехо­

крутящего момента двигателя сохраняется постоянным. Таким образом, влияние изменения передаточного числа трансмиссии трактора на его тягово-динамические показатели в этих двух случаях различно.

Из известного выражения

видно, что 1 т р оказывает существенное влияние на приведенный момент инерции. Однако амплитудно-частотный анализ показы­ вает (см. рис. 51), что значительное увеличение /щ, не оказывает существенного влияния на амплитуду колебаний частоты враще­ ния вала двигателя.

108

Таким образом, повышение скорости трактора и сопутствую­ щее этому снижение передаточного числа трансмиссии, с одной стороны, приводит к увеличению «раскачки» двигателя и сниже­ нию за счет этого значения kv, а с другой стороны, к резкому по­ вышению приведенного момента инерции, который должен ста­ билизировать систему.

Тяговыми испытаниями установлено, что с повышением пере­

насыщенности тракторов в настоящее время пока недостаточно. Можно лишь привести значения этого коэффициента, рассчитан­ ные автором по результатам собственных экспериментов и экс­ периментов других исследователей (табл. 10).

Жесткость и демпфирование трансмиссии. Исследовали вли­ яние этих параметров только на разгон пахотного агрегата. Опыты проводили на электронной модели. Трогание начинали лри максимальной частоте вращения холостого хода двигателя,

двигателя при разгоне. Из приведенного графика видно, что при изменении показателей С п К в том диапазоне, который задавал­ ся при опытах, жесткость оказывает большее влияние на он т 1 г 1 ,

109