Учебное пособие 2165

Эквивалентная (схеме на рис. 2.3, а) схема силовой загрузки ведомого колеса представлена на рис. 2.3, в [62, 64].

Рис. 2.3. Схема силовой загрузки ведомого колеса с пневматической шиной

Высказанные замечания к существующим расчетным схемам [87, 95, 98, 107, 112, 143, 155] и к схеме на рис. 2.1 касаются силовой загрузки ведущих колес, а именно отсутствию в них активного силового фактора в виде крутящего момента МК, который введен в схему на рис. 2.4, а [62, 64].

2.1.3. Уточнённая схема силовой загрузки ЗТМ для определения нормальных реакций опорной поверхности на её колёса

С учетом результатов проведенных исследований по механике ведущего и ведомого колес, представленных эквивалентными схемами на рис. 2.2, г и рис. 2.3, в, предлагаемая расчётная схема для определения нормальных реакций на колеса скрепера с передним ведущим мостом приведена на рис. 2.4, б [62, 64].

Из уравнений равновесия машины, как твёрдого тела, определим значения нормальных реакций опорной поверхности на колёса скрепера R1 и R2 по схемам на рис. 2.1 (существующей) и на рис. 2.4,б (предлагаемой) и проанализируем их.

При принятых допущениях [155]: ρ = Р2/Р1 = const; rС1 = rС2 = rС; величинами Рf, а1, а2 пренебрегаем в виду их сравнительной малости, имеем.

Для схемы на рис. 2.1 [155]:

41

Рис. 2.4. Расчетные схемы для определения нормальных реакций на колеса скрепера с передним ведущим мостом

Для схемы на рис. 2.4, б:

При расчете нормальных реакций по схеме на рис. 2.4, б (2.10) величина R1 больше, а R2 меньше, чем по схеме на рис. 2.1 (2.9), из-за наличия силового радиуса колёс rС в числителе. Более существеннее эта разница будет для

42

самоходной колёсной машины с крупногабаритными шинами и большой тяговой нагрузке, так как

Тяговые испытания были проведены на скрепере ДЗ–11П по схеме силовой загрузки, представленной на рис. 2.5.

Рис. 2.5. Схема силовой загрузки скрепера ДЗ–11П при тяговых испытаниях

Нагрузка РР создавалась с помощью второго скрепера через стальной канат, который крепился поочередно в следующих точках: а) за кромку ножа

ковша с hР = 0,1 м < rС1= 0,82 м; б) за задний буфер с hР = rС1= 0,82 м; в) за задний буфер с hР = 1,25 м > rС1.

Данные по скреперу: G = 20,4 т (199,9 кН); R10 = GК1 = 12,4 т (121,5 кН); R20 = GК2 = 8 т (78, 4 кН); L = 6,15 м; а = 2,41 м; rС1 = rС2 = rС = 0,82 м.

Осциллограммы тяговых испытаний представлены на рис. 2.6. На них фиксировались тяговая нагрузка РР, сила тяги ведущих колёс Т1 и нормальная реакция опорной поверхности на ведомые колеса заднего моста R2. Как видно из осциллограмм качественная картина изменения реакции R2 следующая: при

hР = 0,1 м < rС реакция R2 < R20; при hР = rС = 0,82 м R2 = R20; при hР = 1,25 м > rС

R2 > R20.

43

Рис. 2.6. Осциллограммы тяговых испытаний скрепера ДЗ–11П

На рис. 2.7 представлены графики изменения нормальных реакций R2 = = f(hР, РР), рассчитанные по формулам (2.9) и (2.10) при ρ = 0, то есть Р2 = 0, Р1 = РР и замене hР на – hР, что позволило совместить схемы копания грунта (рис. 2.1 и рис. 2.4, б), когда hР имеет отрицательное значение (hР < 0), и схему тяговых испытаний (рис. 2.5), когда hР имеет положительные значения (hР > 0). При hР < 0 скрепер выполняет функцию ЗТМ, а при hР > 0 функцию ТТМ. В этом случае для силовой загрузки ведомых колёс заднего моста по существующей схеме [87, 95, 98, 107, 112, 143, 155] (рис. 2.1) из выражения (2.9) получим:

44

Для силовой загрузки колёс по предлагаемым схемам (рис. 2.4, б и рис. 2.5) из выражения (2.10) получим:

Рис. 2.7. Графики изменения нормальных реакций R2 скрепера ДЗ–11П:

1 – по ф-ле (2.12), 2 – по ф-ле (2.13); (1) – при РР = 10 кН, (2) – при РР = 50 кН,

(3) – при РР = 70 кН

Характер изменения графиков R2 = f(hР, РР) (рис. 2.7) подтверждается данными тяговых испытаний (рис. 2.6):

при hР < 0: R2 < R20, так как R2 < 0; при rС > hР ≥ 0: R2 < R20, так как R2 < 0; при hР = rС: R2 = R20, так как R2 = 0;

45

при hР > rС: R2 > R20, так как R2 > 0.

Разница между R2(12), подсчитанной по формуле (2.12), и R2(13), подсчитанной по формуле (2.13), существенно зависит от прикладываемой

нагрузки РР и силового радиуса ведущих колёс rС

Эта разница особенно существенна для тяжелых ЗТМ и ТТМ с крупногабаритными шинами, работающих в тяговом режиме с большими значениями РР.

Врезультате проведённых исследований существующие схемы силовой загрузки самоходных колёсных машин для определения нормальных реакций опорной поверхности на их колёса и мосты подлежат уточнению в соответствии с законами и аксиомами статики твёрдого тела.

2.2.Функционирование силовой установки ЗТМ

Внастоящее время в качестве силовой установки ЗТМ находят широкое применение дизельные двигатели с всережимным механическим регулятором подачи топлива прямого действия и автономным газотурбинным наддувом.

2.2.1. Функциональная схема дизельного двигателя

Функциональная схема двигателя приведена на рис. 2.8 [30, 49], где: 1 – собственно двигатель; 2 – топливный насос высокого давления с механическим приводом от коленчатого вала двигателя через редуктор с передаточным отношением iH ; 3 – впускной коллектор; 4 – выпускной коллектор; 5 –

компрессор, 6 – газовая турбина, образующие автономный турбокомпрессор (ТК); 7 – автоматический регулятор (АР) с механическим приводом от коленчатого вала двигателя через редуктор с передаточным отношением iP .

Автоматический регулятор топливоподачи АР связан с топливным насосом через рычажный механизм с передаточным отношением iZ .

Принятые обозначения параметров:

GТ – расход (подача в двигатель) топлива (энергоносителя), кг/ч; Nе – эффективная мощность двигателя, кВт; gЦ – цикловая подача топлива в

двигатель; е - угловая скорость вращения коленчатого вала двигателя; N –

нагрузка на валу двигателя (настройка потребителя), которая характеризуется мощностью NC и крутящим моментом МС сопротивления, приведенными к

валу двигателя; GBB , GBК , GBД – подача воздуха в компрессор, подача воздуха компрессором в впускной коллектор и непосредственно в цилиндры двигателя;

46

Рис. 2.8. Функциональная схема дизельного двигателя

GГД , GГТ , GГВ – подача отработанных газов из цилиндров двигателя в выпускной коллектор, из коллектора в турбину и из турбины на выхлоп; Н ,K , Р – угловые скорости вращения кулачкового вала топливного насоса, ротора турбокомпрессора и вала регулятора; hP , hK , hT – положение органов управления подачей топлива (рейки топливного насоса), компрессором и

настройка регулятора (положение тарелки предварительного сжатия пружины регулятора); ZP – положение чувствительного элемента регулятора (муфты регулятора); рК , рТ – давление наддува (давление воздуха, поступающего в

двигатель), давление газа в турбине (выхлопного газа двигателя). Передаточные отношения:

При свободном входе воздуха в компрессор и выпуске газа из турбины координаты GBB и GГВ в функциональной схеме не учитываются.

Координаты функциональных элементов дизельного двигателя (рис. 2.8) даны в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Координаты функциональных элементов дизельного двигателя

2.2.2. Физическая модель функционирования дизельного двигателя

Дизельный двигатель представляет собой энергетическую машину [3], физическую основу функционирования которой составляет энергетический поток [43, 46, 78]:

проходящий следующие преобразовательные стадии. Первая стадия связана с преобразованием массы энергоносителя (углеводородного топлива) mT t (кг)

в тепловую энергию ET t (кДж) в результате сгорания его в цилиндрах двигателя, т.е. mT (t) ET t . Вторая стадия связана с преобразованием

48

тепловой энергии сгоревшего топлива ET t в механическую энергию EМ t вращения вала двигателя, т.е. ET t EM t .

Динамика процесса характеризуется скоростью (интенсивностью) его протекания, поэтому, продифференцировав выражение (2.15), получим энергетический поток рабочего процесса двигателя в виде [47]:

механической энергии (кВт) на выходном валу двигателя (эффективная мощность двигателя).

2.2.3.Математические модели структурных элементов

идизельного двигателя в целом

Введем безразмерные относительные координаты: двигатель с топливным

собой относительное отклонение текущего значения координаты от ее значения в выбранном равновесном режиме.

Между параметрами работы дизельного двигателя в установившемся режиме существуют определённые функциональные зависимости, определяемые теорией рабочих процессов двигателя. Обобщённая формула этих зависимостей:

где Ме – крутящий момент, развиваемый на коленчатом валу двигателя; e –

угловая скорость вращения коленчатого вала; рК – давление наддува; α – коэффициент избытка воздуха.

Последовательная совокупность установившихся режимов при постоянстве одного из выбранных параметров образует соответствующую статическую характеристику.

Единственным и исчерпывающим признаком появления в процессе работы двигателя неустановившихся режимов является изменение во времени одного, нескольких или всех параметров, входящих в функциональную

49

зависимость (2.17). Таким образом, при неустановившихся режимах значения параметров, входящих в выражение (2.17), оказываются зависимыми от времени:

В зависимость (2.18) входят, таким образом, мгновенные значения параметров.

свидетельствующих о постоянстве во времени соответствующих параметров, характеризующих работу двигателя.

При неустановившемся режиме нарушаются условия статического равновесия в результате чего в двигателе оказывается избыточное или недостаточное количество энергии.

Дифференциальные уравнения функционирования элементов дизельного двигателя, как динамических звеньев, при неустановившемся режиме имеют следующий вид [30, 105].

Собственно двигатель с топливным насосом (в дальнейшем такое

Постоянная времени двигателя

Т Д Je eо Me hP hPо ,

где Je – приведённый момент инерции двигателя и связанных с ним агрегатов. Безразмерный коэффициент самовыравнивания

где FД – фактор устойчивости двигателя (при FД > 0 режим работы устойчив, при FД 0 - неустойчив),

FД МС е Ме е .

Безразмерный коэффициент усиления по наддуву