книги из ГПНТБ / Коптев, В. В. Вопросы динамики сложных сельскохозяйственных агрегатов

вают прямолинейное движение вдоль контрольной линии. Води­ тель загрузочного трактора включает, кроме того, по сигналу оператора муфту сцепления.

Оператор управляет измерительной аппаратурой, а также ру­ ководит процессом проведения опытов.

В соответствии с общей задачей исследования при проведе­ нии полевых испытаний трактора предполагалось:

1 ) определить зависимости буксования колесного движителя от амплитуды и частоты гармонической составляющей момента сопротивления;

2 ) найти экспериментально амплитудно-частотные характе­ ристики трактора;

3) выяснить степень буксования движителя трактора в зави­ симости от неравномерности момента сопротивления в реальных условиях эксплуатации.

Полевые испытания предусматривали измерение и запись на осциллограмму следующих параметров:

а) значений тягового усилия па крюке испытуемого трактора; б) величин крутящих моментов на ведущем звене; в) суммарного буксования движителя на участке гона; г) границ мерного участка гона.

В отдельных. опытах для выяснения сущности исследуемых процессов записывались дополнительно угловая скорость колен­ чатого вала двигателя и величина перемещений рейки топлив­ ного насоса.

В ходе испытаний ставилась задача записать все измеряемые величины на осциллограмму, что повышало точность измерений, упрощало и ускоряло процесс экспериментирования. В соответ­ ствии с этим были разработаны, созданы и подобраны следую­ щие приборы, приспособления и средства экспериментирования.-

Уяиверсальнщй тяговый электрический динамограф марки КЭД, разработанный лабораторией электроизмерений ВИСХОМа, включался в измерительную цепь без усилительного звена, что существенно упрощало его использование, повышало надежность работы и снижало степень влияния наводок в электрической це­ пи и связанную с ними величину погрешности измерения. Тари­ ровка прибора производилась на специальном стенде. Погреш­ ность не превышала 1 ,8 °/о-

Для измерения величин крутящих моментов использовалось тензометрическое устройство, описанное выше.

■Суммарное буксование движителя на рабочем участке исчис­ лялось в соответствии с ГОСТом 7057—54 [33]. Для записи на осциллограмму числа оборотов ведущих колес были изготовлены датчики, состоящие из прерывающейся контактирующей поверх­

129

ности и подвижного контакта. Такой датчик создавал импульсы тока, регистрирующие на ленте осциллографа 1/4 оборота веду­ щих колес. Передача электрического сигнала с вращающихся частей датчика осуществлялась с помощью токосъемника.

Время преодоления трактором мерного участка гона при про­ ведении тяговых испытаний измерялось секундомером.

Нами был разработан простой прибор, позволяющий регист­ рировать границы мерного участка на осциллограмму. При этом время прохождения загонки определялось по отметчику времени осциллографа. Прибор представляет собою постоянно разомкну­ тый контакт, замыкающийся при наезде щупа на колышек. Ко­ лышки устанавливались в начале и в конце мерного участка го­ на. При замыкании контакта на чувствительный элемент осцил­ лографа посылался импульс тока, фиксируемый на осцилло­ грамме.

Применение прибора на испытаниях показало его абсолют­ ную надежность и значительно ускорило проведение испытаний и обработку осциллограмм.

Для измерения и записи дополнительных величин (при необ­ ходимости такой записи) использовались приборы и приспособ­ ления, описанные ранее в настоящей главе.

Проведение полевых испытаний потребовало подбора специ­ альных загрузочных устройств, обеспечивающих заданный ха­ рактер изменения момента сил сопротивления.

Трактор МТЗ-5ЛС использовался как источник периодически изменяющейся крюковой нагрузки. Создание определенной ве­ личины тягового сопротивления осуществлялось путем задания несоответствия в скоростях испытуемого и загрузочного тракто­ ров. При этом загрузочный трактор буксировался с работающим двигателем и включенной передачей, на ступень сниженной по сравнению с испытуемым.

Импульсы тягового сопротивления определенной периодично­ сти создавались с помощью специального эксцентрикового устройства, воздействующего на муфту сцепления буксируемого трактора. Эксцентриковый вал механизма приводился в движе­ ние от оси ведущего колеса трактора. Частота импульсов меня­ лась путем вариации скорости вращения эксцентрикового вала посредством изменения передаточного числа цепной передачи.

В качестве источника достаточно стабильной тяговой нагруз­ ки использовались специально изготовленные металлические са­ ни с плоской опорной поверхностью. Различное тяговое усилие достигалось путем изменения веса баласта.

В сравнительных тяговых испытаниях использовался также плуг П-З-ЗОГ как наиболее 'распространенный источник неуста­

130

новившихся полезных сопротивлений, преодолеваемых сельско­ хозяйственным трактором в условиях эксплуатации.

Для определения тяговых качеств трактора в зависимости от момента сопротивления, преодолеваемого трактором, производи­ лись сравнительные полевые тяговые испытания. В качестве за­ грузочных средств использовались сельскохозяйственные орудия, создающие различные с точки зрения неравномерности тяговые сопротивления (в нашем случае применялось нагружение плугом П-З-ЗОГ и санями с плоской опорной поверхностью).

Динамометрирование трактора осуществлялось на VII пере­ даче. В качестве фона использовался целинный травяной пласт, имеющий следующие показатели влажности и плотности по го­

20 см — 30 кг/см2, 20—25 см — 40 кг/'см2 и средняя — 24,1 кг/см2.

Динамометрирование трактора производилось на участке длиной 2 0 0 м, средняя часть которого ( 1 0 0 м — зачетная длина) предназначалась для замеров. При этом проходы по одному сле­ ду исключались. До начала испытаний трактор работал при нор­ мальной нагрузке в течение 1 — 1,5 час.

В обоих случаях нагружения линия тяги трактора оставалась неизменной, направление проходов также было одинаковым. Прямолинейность движения трактора обеспечивалась проклад­ кой шнура вдоль линии движения.

Для получения равнозначных показателей опыты проводи­ лись в предельно короткие сроки, причем динамометрирование трактора с плугом и тележкой осуществлялось в течение одного дня. При таком способе замера другие показатели трактора, не регистрируемые в опыте (сопротивление перекатыванию, к. п. д. трансмиссии, мощность двигателя), при последующем сравнении результатов могут считаться неизменными.

Для построения кривых буксования в Зависимости от тяговой нагрузки для каждого из принятых способов нагружения было определено по 15 точек, что соответствует пятнадцатикратной повторности опытов. Техника проведения испытаний не отли­ чается от методики динамометрирования трактора, изложенной в ГОСТе 7057—54.

Тяговые испытания трактора, связанные с определением за­ висимости буксования ходового аппарата от амплитуды и часто­ ты колебаний гармонической составляющей тягового усилия, производились на поле, подготовленном под посев.

Участок испытаний подвергался предварительно сплошной культивации на глубину 14— 16 см (за 4—5 дней до проведения

131

испытаний) и укатывался легкими катками. После подготовки поля указанным способом рабочий участок имел следующие по­ казатели влажности и плотности: влажность по горизонтам: 0— 10 см — 13°/о, 10—20 см— 14,6%, 20—25 сМ— 16,1% и сред­ няя— 14,5%; плотность по горизонтам: 0 —б см — 1,9 кг/см2, 5— 10 см — 9,4/сг!см2, 10— 15 см— 18 кг!см2, 15—20 см — 21,5 кг!см2, 20—25 см — 28 кг/см2 и средняя — 15,9 кг!см2.

Техника проведения испытаний заключалась в задании опре­ деленных параметров гармонически изменяющегося тягового усилия и замере суммарного буксования движителя на участке гона. Заданная в опыте величина частоты или амплитуды коле­ баний момента .сопротивления выдерживалась постоянной в те­ чение всего рабочего участка.

Измерение и запись значений движущего момента трактора на ведущем звене, полученных в экспериментах, послужили ис­ ходным материалом для определения амплитудно-частотных ха­ рактеристик трактора. Эти же характеристики были получены и другим способом, основанным на последовательном гармони­ ческом изменении частоты момента сопротивления от 0 до 30 рад!сек. Результаты таких испытаний, как правило, более на­ глядны и позволяют достаточно точно выделить резонансные зо­ ны колебаний.

Испытания с использованием каждого из указанных спосо­ бов проводились на III и VII передачах трактора.

§ 3. Средства экспериментирования и методика проведения вспомогательных экспериментов

В задачу вспомогательных экспериментов в соответствии с ■принятой методикой исследования входило количественное опре­ деление параметров испытуемого объекта как динамической си­ стемы, необходимое для проведения расчетных работ. При про­ ведении вспомогательной части экспериментальных исследований производились следующие работы.

1. Определялась радиальная жесткость пневматика 12X38. Опыт состоял в статическом нагружении пневматика 'вертикаль­ ной силой и одновременном замере деформации. Величина ра­ диальной жесткости

где Р — величина нагружающей силы;

132

S — деформация шины, соответствующая значению нагру­ жающей силы.

Определялась также зависимость значения радиальной жест­ кости пневматика от давления в шинах.

2. Рассчитывалось сопротивление пневматика, пропорцио нальное скорости радиальной деформации шины, по кривым записи свободных колебаний массы трактора, приходящейся на заднюю ведущую ось. Для этого передняя ось освобождалась от колес и устанавливалась на жесткие опоры. Этим исключалось влияние на характер колебаний упругости управляемых колес. Далее задавались свободные колебания трактора на пневматиках ведущих колес, амплитуда которых записывалась с помощью индуктивного датчика перемещений типа РИЖТ на осцилло­ грамму.

Величина коэффициента сопротивления, пропорционального

трактора; Т — период колебаний;

г\, z2 — значения амплитуд колебаний за полупериод. Величина приведенной массы в выражении (109) была полу­

чена их значения момента инерции .массы трактора относительно r/одрХса колебающейся массы. В свою очередь, значение момен­ та йнерции колебающейся массы находилось по записям свобод­ ных колебаний этой массы на пружине. Жесткость пружины бы­ ла рассчитана предварительно и составила 12,5 кг!мм. Зная ве­ личину момента инерции массы I, значение для шпр можно най­ ти из выражения [81]

где 1 — расстояние от оси подвеса до точки приведения, равное для трактора МТЗ-5ЛС 2,45 м.

3. Характеристики пневматика, подобные вышеописанным определялись также в продольной плоскости трактора. В данном случае упругим элементом при колебаниях являлась тангенци­ альная жесткость шины.

133

Значение тангенциальной жесткости шины можно найти пу­ тем приложения и массе трактора продольной нагружающей силы и одновременным замером ее перемещения. При этом ободы обоях колес были жестко соединены растяжками с корпусом трактора.

Величина сопротивления, пропорционального скорости дефор­ мации пневматика, в его тангенциальном направлении рассчи­ тывалась по результатам свободных .колебаний массы трактора вдоль продольной оси. Методика определения подобна описан­ ной выше.

Значения тангенциальной жесткости и коэффициента сопро­ тивления, пропорционального скорости деформации, определя­ лись в зависимости от давления в шинах.

4. Для расчета жесткости тракторной трансмиссии, приведен­ ной к коленчатому валу трактора, производилась разборка трак­ тора. К первичному валу коробки перемены передач с помощью рычага прикладывался крутящий момент. Опыт состоял в нагру­ жении и последующем разгружении тракторной трансмиссии крутящим моментом и одновременном замере угловых переме­ щений элементов трансмиссии. Корпус трактора жестко закреп­ лялся.

При таком способе нагружения величина угловой жесткости трансмиссии {18]

м

С »

У

где М — нагружающий момент;

Ф— угловое перемещение вала приведения.

5.Определение момента инерции тракторной трансмиссии осуществлялось методом падающего груза. Проведению опыта предшествовала тщательная подготовка трансмиссии, заключаю­ щаяся в сливе нигрола, промывке элементов трансмиссии и про­ ведении регулировок в зацеплении, уменьшающих потери энер­ гии на трение. Затем колеса трактора освобождались от опорной поверхности. К ведущему колесу трактора с помощью рычага и грузов прикладывался определенной величины крутящий момент. Ведущие колеса трактора блокировались. Муфта сцепления вы­ ключалась. Раскручивание тракторной трансмиссии производи­ лось за счет энергии, создаваемой падающим грузом.

Одновременно производилась запись на осциллограмму вели­ чины приложенного момента и угловой скорости ведущей оси (являющейся, таким образом, звеном приведения) в функции времени.

134

Движение элементов трансмиссии под действием приложен­ ного момента описывается уравнением

где 1 тр — приведенный момент инерции трансмиссии; со — угловая скорость звена приведения.

Интегрируя обе части равенства (ПО), получим

Момент, приложенный ж оси приведения, имеет переменное зна­ чение вследствие изменения плеча действия силы веса груза. Искомое значение 1тр, определяемое из выражения (111), равно

*2

j M(t) dt

j" dco

mi

Значения интегралов в выражении (112) могут быть опреде­ лены путем планиметрирования площадей на осциллограммах.

В этом 'случае величина момента инерции трансмиссии может быть вычислена из выражения

135

Повторность опытов по определению момента-инерции трак­ торной трансмиссии была принята пятикратной.

6 . Величина момента инерции подвижных частей двигателя определялась методом крутильных колебаний. При этом непо­ средственно подлежали замеру инерционные массы маховика двигателя и коленчатого вала. Значения моментов инерции остальных подвижных частей двигателя подсчитывались по из­ вестным соотношениям.

Выражение для определения момента инерции тела методом крутильных колебаний имеет вид

Повторность замеров была принята пятикратной.

В программу экспериментальных исследований входило изу­ чение мгновенно изменяющихся параметров и величин ведущего звена, участвующих в переходных процессах. Измерение и запись некоторых из них обычными техническими средствами или в большинстве случаев не дает удовлетворительных результатов, или связано со значительной затратой сил, времени и средств. Кроме того, представляет значительный интерес возможность комплексного изучения динамики изменяющихся параметров. В связи с этим для проведения экспериментальных исследова­ ний использовалась скоростная киносъемка.

К преимуществам применяемого методе относится возмож­ ность воспроизведения динамических процессов с большим изме­ нением масштаба времени (замедлением). Степень замедления определяется отношением частоты съемки к частоте проекции.

Для проведения киносъемки была спроектирована и создана установка, позволяющая производись съемку динамических про­ цессов в исследуемом объекте при движении агрегата (рис. 29). Установка представляла собою сваренную из труб конструкцию, прикрепляемую к корпусу трактора и катящуюся по профилю пути. На специальном кронштейне, расположенном в возможной близости от поверхности пути, укреплялась кинокамера, постоян­ но направленная оптической осью объектива на фиксируемый объект.

Для облегчения пользования кинолентой подлежащее кино­ съемке' колесо с помощью темных и светлых тонов разделялось на' нумерованные участки, движение которых фиксировалось относительно неподвижной планки. Съемка производилась в сол­ нечную погоду с дополнительной подсветкой осветителями ФО-2. Питание съемочной аппаратуры осуществлялось от переносной

136

С,кг!ш

Как показывают резуль­ таты испытаний, зависи­ мость радиальной деформа­ ции шины от величины на­ гружающей силы может быть аппроксимирована пря­ мой.

Значения упругостей пневматиков передних и задних колес трактора в ди­ апазоне рабочих давлений незначительно отличаются друг от друта, поэтому при

расчетах без существенной погрешности можно считать их равными.

На графиках, изображенных на рис. 31, видим, что отклоне­ ние давления в шинах от его среднего заданного значения ведет к значительным изменениям величины упругости пневматика.

Величина к о э ф ф и ц и е н т а - с о п р о т и в л е н и я , пропор­ ционального скорости радиальной деформации пневматика (для ведущих колес), определялась по кривым записи свободных ко­ лебаний массы трактора, приведенной к -ведущей -оси. Получен­ ные при этом кривые представлены на рис. 32. Обработка ука- , за-нных записей, а также вычисления, произведенные по форму-

Рис. 32. Затухающие колебания при определении радиального и танген­ циального демпфирования в шинах

133