книги из ГПНТБ / Барский И.Б. Динамика трактора
.pdfИспользование реализации, зарегистрированной на магнит ной ленте, позволяет значительно упростить ее воспроизве дение.
Обработка результатов исследования. Как указывалось ра
нее, критерием оценки |
работы |
МТА при установившейся |
нагрузке является среднее |
(или |
среднеквадратичное) отклоне |
ние угловой скорости коленчатого |
вала. |
При проведении исследований на аналоговой вычислительной машине имеется возможность не посредственного получения обра ботанных статических данных.
Используя выражение
|
|
|
|
т |
|
|
Рис. 37. Схема реализации |
функ |
|
|
|
|
|
f |
\dt |
|
ции |
|
|
|
|
|
- 1ср : |
|
|
|
\\Xi\dt |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где х — время опыта, |
можно |
со |
м е р — |
|
|
||||
ставить |
схему |
реализации |
x\r,v |
|
|
||||
|
|
|
|||||||
{рис. 37), |
В наших |
опытах |
т = |
|
|
|
|||
= |
20 с принимали для всех опытов, что обеспечивалось |
автома |
|||||||
тической настройкой |
машины. |
|
|
|
|
||||
|
Значения х\ср |
считывали с вольтметров. Параметры |
системы |
||||||
хи |
у, и, |
х4 |
и AMc(t) |
одновременно регистрировались на |
ленте |
||||
осциллографа Н-700. |
|
|
|
|
|
9. Полевые опыты
Методика проведения опытов. Полевые опыты должны быть согласованы с опытами на электронной модели. Методика их проведения должна предусматривать возможность получения результатов, которые позволяли бы проверить достоверность математических и электронных моделей, а также получить пока затели, принятые в качестве оценочных критериев.
Как отмечалось ранее, опыты по исследованию тяговодинамических качеств трактора при работе с установившейся нагрузкой представляют собой по существу тяговые испытания, которые отличаются от стандартных лишь тем, что загрузка осуществляется орудием или устройством, имитирующим коле бания нагрузки на данной сельскохозяйственной операции. Загрузка орудием проще, так как не требуется специального загрузочного устройства. Однако в этом случае тяговое усилие изменяется за счет изменения параметров технологического процесса, например глубины пахоты. Это значит, что в каждой точке тяговой характеристики тяговое усилие имеет свою статистическую характеристику. Хотя можно предположить, что
61
эта погрешность не приводит к большой ошибке опыта, тем не менее, она не изучена.
Способ загрузки специальным тяговым устройством следует считать более предпочтительным, так как он позволяет имити ровать желаемые колебания нагрузки, характерные для данного орудия и данной операции. Опыты с таким загрузочным устрой ством можно проводить на стабильных фонах (бетон, асфальт, укатанная дорога), что позволяет получить сопоставимые данные по тягово-динамическим показателям при использовании типизированных устройств.
При оценке тягово-динамических качеств трактора, имею щего двигатель с турбонаддувом, полевые опыты проводили следующим образом.
Двигатель с турбонаддувом подвергали контрольным тор мозным испытаниям. После этого снимали тяговые характери стики. Загрузку осуществляли плугом П-5-35МГА. В зависимо сти от передачи, на которой снималась характеристика, изменяли количество корпусов. В конце тяговых испытаний двигатель опять подвергали тормозным испытаниям.
|
По окончании тяговых испытаний с двигателя сняли турбо |
|||||||||
компрессор, |
отрегулировали |
двигатель |
на |
номинальную |
||||||
мощность (95 л. с ) , провели контрольное торможение. При |
сня |
|||||||||
тии |
тяговых |
характеристик |
загрузку |
|
осуществляли |
тем |
ж е |
|||
плугом. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Все опыты |
проводили |
на |
одном |
и |
том |
же фоне — стерне |
|||
озимой пшеницы в течение короткого |
периода. Поэтому физико- |
|||||||||
механические |
свойства почвы |
за время |
испытаний |
существенно |
||||||
не |
изменились. Удельное |
сопротивление |
почвы |
|
составляла |
|||||
0,55 кгс/см2 . Пахота проводилась на скоростях до 9,5 км/ч. |
|
|||||||||
|
Частотный |
спектр момента |
сопротивления приведен на рис. б |
|||||||
и 7. Каждый опыт проводили на длине гона не менее 50 м. |
|
|||||||||
|
Наряду с определением |
мощностных |
показателей |
двигателей |
полевыми опытами необходимо было установить, как изменяют ся параметры наддува при работе двигателя с установившейся нагрузкой. Поэтому во время опытов измеряли следующие параметры: силу тяги на крюке, момент сопротивления на валу муфты сцепления, скорость трактора, частоту вращения колен чатого вала, ход рейки топливного насоса, давление надду ва, расход воздуха, частоту вращения ротора турбокомпрес сора.
Контрольные тормозные испытания двигателя в начале и в конце опытов показали, что в процессе испытаний его мощностные показатели оставались стабильными.
Объект исследования. Полевые опыты проводили на экспе риментальном тракторе-макете, созданном на базе трактора Т-75 (Т-74). Масса заправленного трактора с измерительной аппаратурой составляла 6050 кг. Коробка передач обеспечивала девять скоростей в рабочем диапазоне 5,87—13,3 км/ч.
62
Глава II. ТЯГОВАЯ ДИНАМИКА ТРАКТОРА ПРИ ДВИЖЕНИИ
СНЕУСТАНОВИВШЕЙСЯ НАГРУЗКОЙ
1.Общее представление о разгоне МТА
Работа |
трактора |
с |
неустановившейся нагрузкой |
характери |
||
зуется переходными |
динамическими процессами в системе или |
|||||
колебаниями «в большом». Такие процессы |
могут происходить |
|||||
вследствие резкого |
и |
глубокого нарушения |
баланса |
крутящего |
||
момента |
двигателя |
и момента сопротивления, |
поэтому они яв |
|||
ляются |
нестационарными. Можно привести |
много |
примеров |
работы трактора при неустановившейся нагрузке: включение и
выключение |
(полное |
или |
неполное) |
муфты сцепления, |
резкое |
||
изменение цикловой |
подачи топлива, |
заглубление |
или |
выглуб- |
|||
ление плуга, |
включение |
вала |
отбора |
мощности |
при |
большой |
|
нагрузке на него и т. д. Однако |
наиболее характерным является |
||||||
трогание и разгон МТА, когда большинство координат |
системы |
||||||
изменяет свое значение |
от нуля до |
максимального. |
Поэтому |
тяговую динамику трактора при движении с неустановившейся нагрузкой рассмотрим на примере разгона.
Проблема разгона имеет несколько аспектов. Одним из
основных |
аспектов |
является |
возможность |
осуществления |
его |
||||||
без заглохания |
двигателя |
вследствие перегрузки. Важны также |
|||||||||
динамика |
рабочего |
процесса |
двигателя |
и нагружения |
дета |
||||||
лей и |
узлов |
трактора, |
длительность разгона |
и |
некоторые |
||||||
Другие. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В |
теории |
трактора |
разгон |
рассматривается |
лишь |
для |
|||||
случая |
ступенчатой |
механической |
трансмиссии |
и |
поршневого |
двигателя, так как эти конструктивные особенности обуслов
ливают |
критические |
условия разгона. |
Сложность |
трогания |
и |
разгона |
при ступенчатой трансмиссии |
заключается в том, |
что |
||
трактор при полной нагрузке должен |
трогаться и |
разгоняться, |
|||
например в отличие |
от автомобиля, |
на той же |
передаче, |
на |
которой ему предстоит работать. В настоящее время, когда рабо чие скорости трактора достигли высоких значений и на транс портных передачах составляют 30—35 км/ч, проблема разгона приобрела особую остроту.
Трогание и разгон анализируются в трудах по теории трак тора Е. Д. Львова, М. И. Медведева, Д. А. Чудакова и в работе В. Н. Болтинского. Во всех этих работах МТА при разгоне рас
сматривается как |
двухмассовая |
система, что является извест |
||
ным упрощением. |
|
|
|
|
Как многомассовая динамическая система МТА |
рассматри |
|||
вался Д. Н. Громовым, который |
при |
исследовании |
нагрузок |
|
в трансмиссии |
во время трогания |
принимал |
буксование |
66
движителей переменным, что значительно приблизило расчет ную схему к реальному процессу.
Наиболее полно допущения, сделанные названными иссле дователями, учтены в теоретических и экспериментальных исследованиях М. М. Шлуфмана [12]. Как и при исследовании работы трактора с установившейся нагрузкой, методы теорети ческих исследований разгона основаны на математическом моделировании процесса с последующим воспроизведением и изучением его на аналоговых вычислительных машинах. Иссле дования разгона и работы трактора с установившейся нагрузкой на электронных моделях проводились параллельно на примере одного и того же трактора.
Полевые опыты по разгону проводились на том же тракторе, на котором проводились опыты при работе с установившейся нагрузкой, в одно и то же время, на одних и тех же фонах, с использованием одного и того же измерительного оборудо вания.
Разгон |
МТА можно разделить на |
два периода: трогание |
с места и |
разгон. Троганием будем |
считать тот промежуток |
времени, на протяжении которого происходит буксование муфты сцепления. В момент выравнивания угловых скоростей ведомого
и ведущего валов муфты сцепления наступает |
период |
разгона |
|||||||||||||||||
агрегата. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Трогание |
и |
разгон |
МТА |
происходят |
следующим |
образом. |
|||||||||||||
Двигатель |
работает в |
заданном |
режиме |
без |
нагрузки, |
муфта |
|||||||||||||
сцепления |
|
разъединена, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
трактор стоит |
неподвиж |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
но. |
В |
начальный |
период |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
включения |
муфты |
сцепле |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
ния |
между |
ведущими и |
|
мг |
мФ |
|
м,+мтрм, |
Mf |
|
|
Mr |
||||||||
ведомыми дисками проис |
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
ходит |
интенсивное |
буксо |
6) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
вание, |
а |
|
на |
ведомую |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
часть |
|
муфты |
передается |
|
м. |
мл |
|
|
|
|
|
|
|
|
Ma |
||||
небольшой |
|
крутящий |
мо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
мент, под действием кото |
|
Рис. |
42. Динамическая |
схема |
МТА |
с |
ме |
||||||||||||
рого |
в |
трансмиссии |
вы |
|
ханической |
трансмиссией |
в |
период |
тро |
||||||||||
бираются |
зазоры |
между |
|
гания |
(а) и разгона |
(б) |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
зубьями шестерен, в шли- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
цевых |
соединениях, |
а также упруго |
деформируются |
|
детали |
трансмиссии. По мере снижения буксования муфты сцепления крутящий момент, передаваемый ею, нарастает и достигает зна чения, достаточного для преодоления сил сопротивления переме щению трактора. Трактор начинает двигаться поступательно, выбираются зазоры в механизме соединения трактора с оруди ем, после чего происходит трогание орудия с места. Динамиче
ская схема МТА в период трогания (рис. 42) |
представляет со |
бой четырехмассовую систему как бы с двумя |
муфтами, одной |
5* |
67 |
из которых является муфта сцепления трактора, а второй — движитель, взаимодействующий с почвой.
При наличии в трансмиссии гидротрансформатора или гид ромуфты механизм трогания отличается от описанного лишь
более интенсивным буксованием |
в трансмиссии |
и менее |
резким |
||
нарастанием крутящего момента |
в ведомой |
части. |
Динамиче |
||
ская схема трактора с гидротрансформатором |
или гидромуфтой |
||||
в период трогания изображена |
на рис. 43, |
где одна |
из |
муфт |
|
символизирует гидротрансформатор или гидромуфту. |
|
|
Мл |
,„ |
MrfMpMrr |
Рис. 43. |
Динамическая |
|
|
|
|
схема МТА с гидромеха |
||
|
|
|
нической |
трансмиссией |
в |
|
|
|
период |
трогания (б) |
и |
|
|
|
|
|
|
|
при |
установившейся на |
|||||
Ma |
Ми Mrr-MPMrT |
мг м,*марм, |
м, |
|
грузке |
(а) |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
6) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В момент |
окончания |
буксования |
муфты |
сцепления |
динами |
||||||||
ческая |
схема |
агрегата |
на |
основе |
трактора |
|
с |
механической |
|||||
трансмиссией |
превращается |
в двухмассовую, |
а |
динамическая |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
схема |
агрегата |
на основе |
|||||
|
|
|
|
|
|
трактора |
|
с |
гидротранс |
||||
|
|
|
|
|
|
форматором— в |
трехмас- |
||||||
|
|
|
|
|
|
совую. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
На |
динамической |
схе |
||||
|
|
|
|
|
|
ме |
трансмиссия |
трактора |
|||||
|
|
|
|
|
|
заменена |
условно «валом |
||||||
|
|
|
|
|
|
трансмиссии», |
|
имеющим |
|||||
|
|
|
|
|
|
жесткость |
С и |
коэффици |
|||||
|
|
|
|
|
и>„ 1/с |
ент |
демпфирования |
К и |
|||||
Рис. 44. |
Статическая |
характеристика |
момен |
расположенным |
соосно с |
||||||||
«валом |
|
двигателя». |
По |
||||||||||
тов двигателя и |
сопротивления |
|
|
ступательное |
|
движение |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
трактора |
заменено услов |
но движением «вала трактора», движение орудия — движением «вала орудия», а движение всего агрегата — движением «вала агрегата». Провисание сцепки может быть задано углом фзо, на который должен повернуться «вал трактора», прежде чем нач нется движение «вала агрегата».
Рассмотрим характеристику двигателя (рис. 44), совмещен ную с характеристикой нагрузки, когда сопротивление орудия соответствует 100%-ной загрузке двигателя, т. е. разгон осу ществляется без резерва мощности двигателя. Точка А пере сечения характеристики двигателя с характеристикой момента сопротивления является точкой устойчивого равновесия системы. 68
При временном увеличении нагрузки угловая скорость колен чатого вала снижается, а режим работы двигателя соответствует точке А' характеристики. При снижении нагрузки частота вра щения увеличивается, и новому режиму работы будет соответ ствовать точка А. То же происходит и в том случае, если имело место временное снижение нагрузки (режим работы системы соответствует точке А").
Точка В соответствует неустойчивой работе системы. При нарушении равновесия двигатель либо заглохнет при Мс > МД) либо при М д > Мс режим работы системы восстановится в точке устойчивого равновесия. Значение угловой скорости шш колен
чатого вала |
в точке В характеристики примем в качестве |
крити |
|||
ческого, |
т. |
|
е. при wimin > wis разгон |
осуществим, |
а при |
wimin < |
W I B |
двигатель останавливается. |
Величина ©ш |
зависит |
от характеристик двигателя и нагрузки. При скорости o)ic двига тель останавливается вследствие нарушения рабочего процесса.
2. Дифференциальные уравнения элементов системы регулирования. Математические модели трогания и разгона трактора
Воздействие на систему. В качестве воздействия на систему М. М. Шлуфман принимает угол ф закрутки условного вала трансмиссии, который пропорционален действующему на систему моменту
at
где С и К — жесткость и коэффициент демпфирования транс миссии трактора.
Впериод трогания и разгона угол закрутки трансмиссии определяется различными факторами и поэтому математически описывается по-разному.
Впериод трогания вал трансмиссии (условный) закручи вается под действием момента трения муфты сцепления, поэтому угол ф определяется из уравнения
Сф + * ^ |
= МФ , |
|
(43) |
||
|
at |
|
|
|
|
где Мф— момент трения муфты сцеплений, кгс-м. |
|
||||
В период разгона угол закрутки |
вала трансмиссии |
можно |
|||
определить из уравнения |
|
|
|
|
|
- ^ - = |
© , — |
© 2 , |
|
|
(44) |
где ©г — угловая скорость |
заднего |
конца |
условного |
вала |
|
трансмиссии, 1/с. |
|
|
|
|
|
Необходимо ввести ограничения действия уравнений |
(43) и |
||||
(44) во времени. Условимся, |
что |
уравнение |
(43) справедливо |
69