Сравнительные испытания лесозаготовительных машин: новая методика и аппаратура

СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНЫХ МАШИН: НОВАЯ МЕТОДИКА И АППАРАТУРА

Скобцов И.Г.

This paper deals with the new methodical way and equipment for doing the experimental research of serial and perspective forest machines.

В настоящее время одним из путей решения проблемы повышения экономичности лесозаготовительных машин является внедрение новых высокоэффективных трансмиссий. Ряд научно-исследовательских работ, проводившихся Онежским тракторным заводом в сотрудничестве с ЛТА и СКБ «Гидромаш», а также Алтайским тракторным заводом совместно с НАТИ в период с конца 1980-х по начало 2000-х г.г., дал в целом положительные результаты испытаний опытных образцов машин и поставил ряд задач, одной из которых являлось исследование совокупности процессов и явлений, связанных с режимом поворота трактора с гидрообъемной трансмиссией, выполненной по бортовой схеме [1].

Как известно, на большинстве серийных отечественных трелевочных тракторов установлены механические ступенчатые трансмиссии. Трансмиссии такого типа имеют ряд преимуществ: простота изготовления; низкая стоимость; высокий КПД; низкая металлоемкость; простота эксплуатации. В то же время, следует отметить и ряд существенных недостатков, основными из которых являются: невозможность обеспечить оптимальную загрузку и режим работы двигателя при меняющихся внешних сопротивлениях; большие потери времени на переключение передач и разгон трактора; повышенная утомляемость водителя при частом переключении передач и воздействии на рычаги бортфрикционов; ограниченные возможности регулирования скорости трактора без переключения передач, что необходимо при работе на лесосеке; отсутствие предохранения двигателя от динамических колебаний нагрузки на ведущих звездочках. Преимуществами гидрообъемных передач являются: простота и удобство управления; возможность в широком диапазоне регулирования скорости трактора без переключения передач; высокая точность маневрирования, возможность быстрого реверсирования движения; снижение динамических воздействий на остов машины при маневрах, трогании и остановке. К недостаткам гидрообъемных передач можно отнести: сравнительно низкий КПД; значительная стоимость гидромашин и рабочей жидкости; требования более высокого уровня эксплуатации и ремонта; сложности с очисткой и охлаждением рабочей жидкости [2].

Одним из основных требований, предъявляемых к трелевочному трактору, является высокая маневренность при трелевке, а повышение маневренности требует проведения обширных теоретических и экспериментальных исследований трелевочных тракторов в условиях лесосеки. Более того, с каждым годом все острее встающие проблемы экологической совместимости трелевочных систем с окружающей средой заставляют задуматься об обоснованном выборе типов трансмиссий, механизмов поворота, для получения возможности снижения экологического ущерба от воздействия гусеничного движителя на почву. Поэтому мы счита-

ем, что проведение испытаний маневренности трелевочного трактора с перспективным типом механизма поворота с использованием возможностей современной аппаратуры для расширения достигнутых научных результатов в этой области, может представлять несомненный теоретический и практический интерес.

Методика предусматривала проведение испытаний гусеничной лесозаготовительной машины в летних и зимних условиях (с грузом и на холостом ходу), и ставила целью исследование кинематики, динамики и энергозатрат при повороте с различными радиусами.

Объектом исследования являлся опытный образец гусеничного трелевочного трактора на базе ТБ-1М-15, оборудованный гидрообъемной трансмиссией, выполненной по бортовой схеме. Трактор был оснащен электроизмерительной аппаратурой, позволяющей измерять и регистрировать с помощью контроллера на базе микропроцессора Motorola MC68HC908AZ60A следующие показатели: частоту вращения коленчатого вала двигателя, частоту вращения валов гидромоторов, крутящие моменты на валах гидромоторов, давления в напорных магистралях, расход топлива за время опыта, время опыта. В процессе проведения эксперимента конструкция машины не претерпевала никаких изменений, не считая незначительных дополнительных устройств для фиксации аппаратуры и приборов, крепления проводов и т.п. Испытания проводились по программе и методике, согласованной с ГСКБ ОТЗ. Изготовление технологического и вспомогательного оборудования к трактору производилось в лабораториях ГСКБ ОТЗ и Петрозаводского государственного университета.

Аппаратура. Частоты вращения вала двигателя и валов гидромоторов измерялись с помощью тахогенераторов; крутящие моменты на валах гидромоторов - с помощью фольговых тензорезисторов, наклеивающихся на валы; давление в гидросистеме - с помощью тензометрических датчиков давления ТДД, установленных в клапанных коробках гидромоторов. Установка датчиков-преобразователей, их тарировка и подготовка электроизмерительной аппаратуры к работе обеспечивали высокую точность измерения физических величин. Более подробное изложение методики, объекта и условий проведения экспериментальных исследований приводится в работе [3].

Разработанная аппаратура позволяла снимать информацию с семи датчиков (один раз за 17 мс снимается информация с 7 датчиков), оцифровывать и в 16 -ричном виде записывать ее во FLASH память контроллера, а также передавать полученную информацию в персональный компьютер. Блок-схема экспериментальной установки представлена на рис.1.

Рисунок 1 - Блок-схема экспериментальной установки

Полученные данные каждого из записанных параметров за цикл установившегося поворота в каждой серии опытов после перехода к десятеричной системе исчисления переводились, согласно результатам тарировок, в физические величины в программной среде Excel. Для удобства дальнейшей обработки и сравнения полученных экспериментальных данных с теоретическими, значения частот вращения и моментов на валах гидромоторов были переведены соответственно в скорости d1, d2 и силы тяги Pk1, Pk2 отстающей и забегающей гусениц. Далее вычислялись оценки математических ожиданий и исправленные оценки дисперсий каждого из параметров, проверялась однородность ряда дисперсий опытов по G-критерию Кочрена, определялись регрессионные зависимости, строились оценки корреляционных функций и спектральных плотностей случайных процессов.

На основе полученных данных определялась мощность, необходимая для поворота экспериментального образца трелевочного трактора (гидрообъемная

трансмиссия) и сравнивалась с мощностью, необходимой для поворота серийного трелевочного трактора (механическая трансмиссия).

Вывод. Сравнительный анализ полученных данных показал, что затраты мощности при повороте гусеничного трелевочного трактора возрастают с уменьшением радиуса поворота, причем мощность, необходимая для поворота трактора с гидрообъемной трансмиссией, на 15...20 % ниже мощности, необходимой для поворота трактора с механической трансмиссией (при малых радиусах).

Разработанный для проведения экспериментальных исследований микроконтроллер с необходимыми согласующими усилителями может применяться для снятия динамических характеристик не только опытного образца трелевочного трактора, но и других тракторов и лесозаготовительных машин отечественных и зарубежных производителей. Устройства на данном микропроцессоре Motorola MC68HC908AZ60A могут применяться не только для измерений, но и для наблюдений (контроля), а что более важно, и для управления движением объектов (через исполнительные устройства) в режиме реального времени.

Литература

1.Маслов Д.Ю. Особенности применения гидрообъемных трансмиссий на лесопромышленных тракторах.//Совершенствование машин для лесозаготовительной промышленности и восстановление их потенциальных свойств./Межвуз. сб. научн. тр. -СПб.: ЛТА, 1995/ -C.156-159.

2. Петров В.А. Гидрообъемные трансмиссии самоходных машин. М.: Машиностроение, 1988. - 248 с.

3.Скобцов И.Г. Экспериментальные исследования поворотливости гусеничных тракторов ОАО «ОТЗ»: Труды лесоинженерного факультета ПетрГУ. - Вып.4. - Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2003. - с.119-121.