Расширение потенциальных возможностей сельскохозяйственных тракторов

портных работах позволило сэкономить до 5% дизельного топлива, а на пахоте экономия достигала 21%. В СПК «Русь» экономия составила 8 и 17% соответственно.

Выводы

Поршневые расходомеры могут быть достаточно точными при наличии зазора в измерительной системе «гильза - поршень».

Минимум погрешности измерения при прочих равных условиях может быть достигнут при объемной плотности поршня, близкой к плотности жидкости.

Литература

1. Глотов, С.В. Оценка эффективности функционирования тракторов / С.В. Глотов. - Саранск: Красный Октябрь, 2003.

2. Иофинов, С.А. Приборы для учета и контроля работы тракторных агрегатов / С.А. Иофинов, Х.М. Рай-

хлин. - Л.: Машиностроение, 1972.

3. Кремлевский, П.П. Расходомеры / П.П. Кремлевский. - М.: Машгиз, 1963.

4. Корн, Г. Справочник по математике для научных работников и инженеров / Г. Корн, Т. Корн. - М.: Нау-

ка, 1978. - 831 с.

5. Угинчус, А.А. Гидравлика / А.А. Угинчус, Е.А. Чугаева. - Л.: Стройиздат, 1971.

УДК 631.3 Н.И. Селиванов

РАСШИРЕНИЕ ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ТРАКТОРОВ

Обосновано расширение потенциальных тягово-скоростных диапазонов использования сельскохозяйственных тракторов общего назначения с разными типами движителей рациональным изменением массоэнергетических параметров.

Ключевые слова: возможность, тяговая сила, масса тракторов, мощность управления, повышение скоростных возможностей двигателя, балласт.

N.I. Selivanov AGRICULTURAL TRACTORS POTENTIAL EXPANSION

The potential expansion of the draught-speed ranges in tractors of general application with different types of engine by means of mass and energy parameters is substantiated.

Key words: range, draught power, mass of the tractors, operation power, engine speeding up ballasting.

Создание тракторов тягово-энергетической концепции для эффективного использования в тяговом диапазоне 2-3-х смежных классов требует обоснования наиболее рациональных методов достижения оптимальных массоэнергетических параметров в зависимости от их назначения и типа движителя.

У колесных тракторов общего назначения в основу повышения тягово-сцепных показателей указанной концепции положены следующие принципы:

а) кратное увеличение эксплуатационной массы тъ установкой сдвоенных колес с корректировкой нагрузки на опорные колеса навесной машины;

б) дополнительное увеличение массы трактора со сдвоенными колесами балластными грузами массой тб или навешиванием технологической части МТА.

Повышение тягово-сцепных показателей гусеничных тракторов базируется на увеличении эксплуатационной массы установкой в передней части балластных грузов или навешиванием технологической части МТА с корректировкой нагрузки на опорные колеса.

Использование массы навесной части технологического комплекса для улучшения тяговых показателей трактора зависит от назначения и параметров сельскохозяйственной машины, поэтому его можно рассматривать как частный случай (вариант) балластирования.

Восстановление или обеспечение рационального уровня энергонасыщенности Эopt = (^э/ть^ при балластировании трактора связано с изменением эксплуатационной мощности ^э, которое у современных тракторных дизелей достигается регулированием силового (номинального крутящего момента Мн) или скоростного (номинальной частоты вращения коленчатого вала Пн) режимов работы. Поэтому обоснование наиболее рациональных по затратам и эффективных по результатам способов обеспечения заданных массоэнергетических параметров трактора тягово-энергетической концепции является актуальным.

Для замыкания диапазона тяговых усилий от предыдущего класса до последующего по ГОСТ 27021-86 каждому 1-му классу тракторов отведен диапазон изменения номинального тягового усилия Pкрнimin-Pкрнimax=0,9Pкрнi-0,9Pкрн(i+1) при разных вариантах выбора его оптимального значения Рфо^=Ркрн1, на режиме максимального тягового КПД, соответствующего определению эксплуатационной массы ты.

С позиций обеспечения надежности агрегатов трансмиссии и минимального увеличения массы для перевода трактора в последующий тяговый класс наиболее приемлемо условие РФо^=0,9Рфн(1+1). Этому варианту соответствует наибольшее значение массы ть^ах. Минимальное значение массы трактора тьып достигается при Ркрорй—Ркрн1

Для трактора смежного повышенного класса (|+1) номинальное тяговое усилие Ркрор^+1)—Ркрн^+1)—Ркрнтах^+1) при буксовании 5ор^+1)<5р должно находиться в пределах установленного диапазона 0,9Ркрно+1)-0,9Ркрно+2). Тогда эксплуатационная масса тЭ(|+1) определится из условия:

Ркрн

Ркрн1 _ ФоргП^т^ ’

или

Лтъ^Л Р крн/ЛфЛп

л Ркрн

да ч»=-]р—; ч=—; ч = —; Хт э =_т_.

Ркрн1 форг 11 т э1

Необходимая для перевода трактора в смежный повышенный тяговый класс масса балласта Т1б(|+1) выразится при этом как

X Р

тБ

ф п

Произведение ЛфЛпг =Лфф отражает изменение КПД сопротивления передвижению П2 балластированного трактора при неизменных значениях фтах и фо^ коэффициента сцепления, соответствующих допустимому буксованию 5р и максимальному тяговому КПД.

При оценке относительного показателя Лф=ф(|+1)/фо^ следует использовать установленные взаимосвязи 5=афкр/(в-фкр) для однотипных тракторов на основном почвенном фоне (стерня зерновых) в виде

ф(1+1) = [Б^ + 1) /(а + 5(;+1)) + ^2],

^

[Форг = [в^орг /(а + 5ор1) + ^ ]-

Увеличение эксплуатационной массы тэ1 до тЭ(|+1) при постоянном КПД трансмиссии г|тр и установленной мощности двигателя ^э не изменяет на основной передаче I зависимость касательной силы тяги от

теоретической скорости движения. Для номинального режима

Ркнг = Мн1 тргПтр / Гк =

Рж Ркнг

Тогда взаимосвязь коэффициентов ф . =—кн^ и Фг+П =-----------------~—, соответствующих режиму

р тэ1В ( ) тэ(1+1)В

номинальной нагрузки Мн (№э), выразится как

Ф

Коэффициент использования сцепного веса балластированного трактора

Фкр

Выражения (6)-(7) показывают, что при f2=fi и ^oonst балластирование приводит к снижению тягового усилия в номинальном режиме из-за ограничения PKHZ по крутящему моменту двигателя Мн. Однако

снижение коэффициента f2 может обеспечить PKp(i+1}“Ркрор1 и повышение тягового КПД трактора.

Реализация диапазона номинальных тяговых усилий последующего класса балластированием трактора с установленными параметрами двигателя и трансмиссии, обеспечивающими МеэГ|тр= idem, достигается при переходе на пониженную передачу. Ограничительным фактором при этом, наряду с ЛрФн, является коэффициент скоростного ряда трансмиссии д^тфи)/^. Тогда условие перехода на пониженную передачу выразится как

m яФср1 ^ т^

или

q * *ф-

По условию загрузки двигателя на пониженной передаче при установленной величине q и

Ж = ф(+1) / фор1 показатель увеличения эксплуатационной массы Xzm = т((;+1) / mi определится как

а q/ К-

Для обеспечения работы балластированного трактора на пониженной передаче при буксовании

5opt<5(i+i)<5q следует ориентироваться на эксплуатационную массу m((i+1у Ее соотношение с тцм) запи-

шется в виде

mz

^^ р, v

m3

где \0 = Ч/ Ч -

Оптимальный уровень энергонасыщенности балластированного трактора выразится при этом как

Л = г± л1

opt(i+1) ЭорйЛф

ЭорШ+1) Эорй^ф /q,

или

^зор1=/я-

Соответственно уменьшится оптимальная скорость движения:

орг

Эксплуатационная масса т^;+1) обеспечивает на пониженной (7-1) передаче функционирование трактора в диапазоне номинальных тяговых усилий смежного повышенного класса при буксовании 5ор^5(М)<5р, если показатель А°ш ^ 1,0. Однако при А°ш < 1,0 величину балласта определяет значение

массы тэ(;+1) >т^;+1 у что обуславливает необходимость перехода на более низкую (7-2) передачу и

скорость для обеспечения А°ш ^ 1,0 -

Наиболее рациональным в данном случае представляется использование трактора на пониженной (7-1) передаче с форсированием дизеля по крутящему моменту Мн до мощности ^э(;+1). Повышение энергонасыщенности сохраняет рабочую скорость ^. Показатель повышения мощности определится из

равенства (11) при Хт° < 1,0:

^еэор = ХфХрКрН ^Х% .

Повышение рабочей скорости ^ор1(;+1) до при Хш^ ^ 1,0 может быть обеспечено на передаче (7-1) за счет форсирования дизеля по скоростному режиму Пн до мощности Кеэ(;+1). При этом ХЫеэор1 = Х2т восстанавливает уровень энергонасыщенности Зор при скорости

,, У°Р.0-80+ц), „

(риа 1).

Второй вариант обеспечения V ^ балластированного трактора связан с форсированием дизеля по моменту Мн (подаче топлива) до мощности Кеэ(;+1) для сохранения энергонасыщенности Зор« за счет равенства ХЫтор1 = Х2т . Основная передача форсированного трактора (7) при достаточном запасе прочности и надежности трансмиссии остается неизменной. Рабочая скорость при этом

°рК1+1)

Рис. 1. Перевод трактора в повышенный тяговый класс с форсированием дизеля по скоростному режиму

Форсирование дизеля по Мн сопровождается ростом номинальной тяговой мощности балластированного трактора от 1\1фнРМеэГ|ттах до Мкрн(1+1)=Меэ(1+1)Птя за счет повышения тягового усилия от РкорИ до Ркрн(1+1) при

Утор^сопв! (рис. 2). Снижение действительной скорости V до V обеспечено повышением буксования от 5ор1 до 5р. С учетом некоторого уменьшения потерь на передвижение трактора Рг тяговый КПД снижается от Пттах до Г|тр(|+1) при Птр=1ьвт.

Для определения наиболее рационального способа перевода тракторов в смежный повышенный класс с использованием полученных выражений (2) и (11) выполнены соответствующие расчеты для трех вариантов: в первом - значения РфЫ и Рфн(|+1)соответствуют классификационному параметру указанных тяговых классов; во втором - диапазон изменения номинального тягового усилия (Рфт-РФн(1+1)) = (0,9Рфн(1+1)-0,9 Ркрн (1+2)); в третьем - диапазон (Рфы-Р крнтах(1+1)) = (0,9Р крн(1+ 1)-0,9 Ркрн (1+2)).

Рис. 2. Перевод трактора в повышенный тяговый класс с форсированием дизеля по подаче топлива

Исходные данные (табл. 1) для расчета эксплуатационной массы ітці+і) тракторов общего назначения с колесным и гусеничным движителем получены при обработке множества тяговых характеристик различными организациями в разных почвенно-климатических зонах на стерне.

Таблица 1

Исходные данные расчета эксплуатационных параметров тракторов общего назначения

Параметр Колесные 4к4б Гусеничные

одинарные колеса сдвоенные колеса без балласта с балластом

0,10 0,06 0,08 0,08

фор! 0,47 0,47 0,67 0,67

фтах 0,54 0,54 0,73 0,73

бч 0,14 0,14 0,05 0,05

Результаты расчетов Лть для колесных (табл. 2) и гусеничных (табл. 3) тракторов позволили обосновать функциональные условия расширения диапазона номинальных тяговых усилий.

Таблица 2

Эксплуатационные параметры колесных тракторов 4к4б для смежных тяговых классов

Тяговые классы, і - (і+і) Вариант Р крні, кН Р крн(і+1), кН Р кртах(і+1), кН Тзі, кг ЛТэ

1 30 40 - 8270 1,20

3-4 2 36 45 - 9920 1,13

3 36 - 45 9920 0,963

1 40 50 - 11020 1,13

4-5 2 45 54 - 12400 1,08

3 45 - 54 12400 0,924

5-6 1 50 60 - 13780 1,08

2 54 72 - 14880 1,20

3 54 - 72 14880 1,024

6-8 1 60 80 - 16530 1,20

2 72 108 - 19840 1,35

3 72 - 108 19840 1,155

Таблица 3

Эксплуатационные параметры гусеничных тракторов для смежных тяговых классов

Тяговые классы, 1 - (1+1) Вариант Р крн|, кН Р крн(|+1), кН Р кртах(|+1), кН тэ,, кг Лтэ

1 30 40 - 5180 1,33

3-4 2 36 45 - 6220 1,25

3 36 - 45 6220 1,15

1 40 50 - 6910 1,25

4-5 2 45 54 - 7780 1,20

3 45 - 54 7780 1,10

1 50 60 - 8640 1,20

5-6 2 54 72 - 9330 1,33

3 54 - 72 9330 1,22

1 60 80 - 10370 1,33

6-8 2 72 108 - 12440 1,50

3 72 - 108 12440 1,38

Наиболее эффективным для колесных тракторов является первый вариант увеличения эксплуатационной массы при минимальном значении ее расчетной величины тэ1т1п=Р|н/фкро^д. Применение сдвоенных колес для тракторов всего типоразмерного ряда обеспечивает их переход в смежный повышенный класс при снижении на 40-45 % удельного давления на почву и создает необходимый резерв для перевода в класс (1+2) путем увеличения массы на 20-25 % установкой балластных грузов. Указанное может быть реализовано при достаточном запасе прочности агрегатов трансмиссии. Второй и третий варианты на современном этапе менее эффективны, поскольку трактор обладает максимальной величиной исходной массы ть, и связанными с этим недостатками.

Для гусеничных тракторов целесообразнее использовать третий вариант расширения тягового диапазона с переходом в смежный повышенный класс. Это позволяет обеспечить достаточный запас прочности трансмиссии и ходовой части при минимальном балластировании, которое составляет для тракторов 3-6 классов 10-22 % от т^тах.

По результатам анализа предлагаемые варианты расширения потенциальных возможностей мобильных энергетических средств на единой элементно-агрегатной базе не вызовут рассогласования работы моторно-трансмиссионной установки, поскольку при коэффициенте я>1,20 величина показателя Лто«1,0 обеспечивает функционирование балластированного трактора в диапазоне номинальных тяговых усилий смежного повышенного класса на пониженной (7-1) передаче.

Рассмотренные варианты форсирования тракторного дизеля по скоростному режиму и подаче топлива для восстановления исходного уровня энергонасыщенности при переводе мобильного энергосредства в повышенный тяговый класс равнозначны и могут быть использованы в практике с учетом потенциальных возможностей энергетических модулей серийных и перспективных сельскохозяйственных тракторов.