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

Определение м о м е н т а и не р ци и трактора относительно горизонтальных осей осуществлялось методом записи колебаний массы трактора па пружине. При этом ось приведения являлась осью подвеса при колебаниях. Так, при колебаниях трактора во­ круг оси, проходящей через ось ведущих колес, исходными ре­

Определение значений моментов инерции относительно гори­ зонтальных осей, проходящих через другие участки продольной

где 12 — момент инерции относительно горизонтальной оси, рас­ положенной на расстоянии / от центра тяжести трак­ тора;

1о— момент инерции трактора относительно центральной оси.

Величина момента инерции массы трактора относительно го­ ризонтальной оси, проходящей через центр тяжести, определен­ ная указанным выше способом, составила 1о — 36200 кг-сек2см.

П о л о ж е н и е ц е н т р а т я ж е с т и трактора в продольной плоскости определялось путем взвешивания частей массы трак­ тора, приходящихся на передние и задние оси. В результате опы­ та получены следующие координаты центра тяжести: расстояние от передней оси — 169 см, расстояние до ведущей задней оси — 76 см, база трактора—-245 см. Масса трактора 3,39 кг-Сек2см.

Х а р а к т е р и с т и к и п н е в м а т и к а , подобные описанным выше для радиальной деформации, определялись также в про­ дольной плоскости трактора. При том в качестве упругого эле­ мента в создании колебательного движения масс трактора участ­ вовала тангенциальная упругость пневматика. Характеристика тангенциальной жесткости шин может быть представлена линей­ ной зависимостью «усилие — деформация». Необходимо отме­

139

тить, что значение тангенциальной жесткости пневматика прак­ тически не зависело от давления в шинах при изменении его в. пределах от 1,2 до 0,6 ат и составило 912 кг!см2, что соответ­ ствует 23800 кгм/рад при пересчете к крутильной системе.

Записи свободных колебаний массы трактора в продольной плоскости представлены на рис. 32. Значение коэффициента со­ противления, пропорционального скорости тангенциальной де­ формации шины, определенное из записей свободных колебаний,, следующее:

Величина коэффициента р практически не меняется при измене­

и н е р ц и и вращающихся деталей трансмиссии трактора могут быть представлены осциллограммами (рис. 3 3 ).

Результаты обработки кривых и полученные значения момен­ тов инерции приведены в табл. 5.

140

Момент инерции вращающихся деталей трансмиссии, приве­ денный к коленчатому валу двигателя,

где i — передаточное число трансмиссии на исследуемой пере­ даче трактора.

При работе на VII передаче трактора МТЗ-5ЛС момент инер­ ции вращающихся деталей трансмиссии и колес, приведенный к коленчатому валу двигателя, равен 0,0238 кГ-сек2м.

Передаточное число трансмиссии на III передаче— 177,5.. Значение момента инерции вращающихся деталей трансмис­ сии и колес, приведенных к коленчатому валу, составило

0,0135 кГ-сек2м.

Ошибка среднего арифметического при определении указан­ ных величин для VII передачи составила 260 кГ-сек2см, что со-

Рис. 34. Характеристики жесткостей трансмиссии на III и VII передачах, приведенные к коленчатому валу двигателя

14Г.

ответствует 3% от среднего. Ошибка среднего арифметического при определении момента инерции на III передаче трактора бы­ ла равна 1392 кГ-сек2см, т. е. 3,4% от среднего значения.

Значения жесткостей трансмиссии и колес, приведенных к ко­ ленчатому валу двигателя, определенные с помощью изложен­

для аналитического исследования переходных процессов, имеют следующие значения:

а) коэффициент крутизны статической характеристики дви­ гателя, определенный по регуляторной характеристике,

к = 24-10-4 МкГм;

б) постоянная времени двигателя, определяемая временем задержки воспламенения смеси, реакцией регулятора, временем задержки подачи топлива и другими факторами, для двигателя Д-48 составила 0,01 сек;

в) коэффициент сопротивления, пропорциональный скорости деформации деталей трансмиссии, равен 0,17 кГмсек, что соот­ ветствует относительному рассеиванию энергии при колебаниях

¥ = 1 ,5 [80];

г) момент инерции маховика и подвижных частей двига­

теля, определенный методом крутильных колебаний, равен

0,19 кГсек2)м.

§4. Результаты экспериментального исследования

Впроцессе проведения лабораторно-полевых опытов получе­ ны и обработаны более 80 осциллограмм с записями переход­ ных процессов по исследуемым параметрам для различных вели­

чин и скоростей наброса момента сопротивления, различных пе­ редач, трактора и почвенных фонов. Обработка значительного по объему фактического материала позволила выявить определен­ ные закономерности в процессах и исключила появление слу­ чайных выводов в результатах анализа.

Основной скоростью записи процессов на ленту осциллогра­ фа принималась скорость 16 см]сек. В отдельных случаях ис­ пользовалась скорость перемотки ленты 64 см/сек.

Наиболее характерные осциллограммы с записями кривых переходных процессов представлены на рис. 3 5 .

Анализ данных, полученных в результате лабораторно-поле­ вых опытов, позволяет отметить следующее.

142

Кривые переходных процессов для движущего момента трак­ тора, обозначенные на представленных осциллограммах индек­ сом Мвед , при испытаниях на твердых опорных поверхностях (рис. 35, а) удовлетворительно совпадают с расчетными. В соот­ ветствии с расчетными они изображают экспоненциально зату­ хающий колебательный процесс. Параметры процесса (период колебаний гармонической составляющей Т = 0,86—0,92 сек, сте­ пень затухания колебаний у = 2,8 —3,2, время переходного про­ цесса t = 1,4— 1,5 сек), полученные в экоперименте, достаточно точно согласуются с расчетными данными (Т — 1,04 сек, у = 3,0, t = 1,5 сек). Период колебаний экспериментальных кривых пере­ ходного процесса для движущего момента трактора остается не­ изменным <в течение всего переходного процесса. Такое проте­ кание процесса является характерным признаком для колеба­ тельных явлений в линейных системах.

Значения движущего момента на экспериментальных кривых переходных процессов не меняют знака в течение всего процес­ са, что позволяет считать правомерным допущение о нераскрытии зазоров в приводе, принятое при составлении расчетной мо­ дели трактора.

Таким образом, решение задачи о переходных процессах в приводе трактора в линейной постановке и связанные с этим допущения необходимо считать правомерными для работы трак­ тора на твердых опорных поверхностях. Выводы, полученные в результате аналитического исследования задачи, отражают дей­ ствительные явления в реальных приводах колесной самоходной машины в условиях неустановившейся нагрузки.

Вместе с тем экспериментальные кривые переходных процес­ сов для движущего момента трактора имеют в спектре колеба­ ний гармоническую составляющую высокой частоты порядка 62 рад/сек, Отсутствующую в расчетных кривых. Данное обстоя­ тельство объясняется тем, что принятая к расчету двухмассовая модель привода не учитывает колебания отдельных инерционных масс и упругих элементов трансмиссии. Однако вследствие быст­ рого затухания высокочастотной составляющей и малых ампли­ туд колебаний существенного влияния на общий характер пере­ ходного процесса она не оказывает.

Кривые переходных процессов для движущего момента в приводе при испытаниях трактора на рыхлых грунтах (рис. 35, б, в) характеризуются практическим отсутствием колебательных явлений. Такое протекание экспериментальных кривых переход­ ного процесса можно объяснить следующими обстоятельствами:

1. При работе на рыхлых опорных средах возникает значи­ тельное демпфирование колебаний в приводе трактора.

144

При работе на твердых опорных поверхностях основным фак­ тором, определяющим затухание колебаний в переходном про­ цессе, является дессипация энергии в материале. Для данных случаев коэффициент рассеивания энергии принимался равным 17,0 кГсмсек [80], что характерно для работы реальных приво­ дов. Построенные для указанных условий расчетные кривые и кривые, полученные в эксперименте, совпадают.

Величина коэффициента дессипации энергии при работе трак­ тора в рыхлых опорных средах, определенная методом записи продольных колебаний массы трактора на рыхлых грунтах, со­ ставила 71,6 кГсмсек. Можно предположить, что при движении трактора вследствие постоянной смены деформирующихся слоев указанная величина будет больше. Учет приведенных данных в расчетах переходных процессов показал, что в спектре коле­ баний кривых переходного процесса преобладают апериодиче­ ские составляющие, затухающие за 0,5—-0,6 сек. В связи с этим колебательные явления в приводе практически отсутствуют.

2.Динамические составляющие движущего момента трактора при испытаниях на рыхлых опорных средах незначительны вви­ ду отсутствия условий для их реализации по сцеплению. В этом случае значение максимальных динамических составляющих определяется силой сцепления активных элементов ведущего эвена с опорной средой.

3.Экспериментальные кривые буксования ведущего звена трактора, описывающие переходный процесс при одноактном набросе момента сопротивления на рыхлых опорных средах (кри­ вые б на представленных осциллограммах — рис. 32, б, в), сви­ детельствуют о резком увеличении буксования в период пере­ ходных цроцессов. Протекание кривых характеризуется нали­ чием импульсов буксования (одного или двух), следующих через 0,3—0,4 сек после начала нагружения трактора. Продолжитель­ ность импульсов составляет 0,07—0,12 сек. В период импульса, характеризующегося резким увеличением буксования, величина последнего достигает 50.—70%, что соответствует расчетным данным.

До приложения нагрузки, т. е. при холостом разгоне тракто­

ра, буксование составляло 3—5%. Последующее протекание кривых (после завершения переходного процесса) соответствует статическому нагружению и, в зависимости от величины при­ ложенного усилия, составляет 12— 18%.

При испытаниях на твердом покрытии (бетонная дорожка) буксование ведущего аппарата незначительно и не является ха­ рактерным для фонов указанного типа. Поэтому для определе­ ния пробуксовывания ведущего аппарата во времени переход­

145

ния и действия максимальных значений динамических составля­ ющих ведущего момента.

Начало уменьшения скорости трактора обычно или совпадает с началом подачи скачка момента сопротивления, или запазды­ вает по отношению к нему на 0,03—0,1 сек. Максимум падения скорости следует обычно через 0,25—0,35 сек после начала на­ гружения. Длительность движения трактора с пониженной ско­ ростью составляет 0,35—0,5 сек. Максимальные величины паде­ ния скорости, определенные по кривым переходных процессов, составляют при испытаниях на бетонной дорожке для III пере­ дачи трактора 39—61%, при испытаниях на поле, подготовлен­ ном под посев, для VII передачи— 12—36%, для III передачи — 40—60% от первоначальной скорости трактора. Следовательно, потеря трактором поступательной скорости в период переход­ ных процессов весьма значительна. Необходимо отметить, что величина падения скорости ,на различных -передачах трактора различна.

Абсолютная величина, потерь скорости на высшей передаче трактора примерно вдвое превышает потери на низших переда­ чах. Указанное явление связано с величиной динамических мо­ ментов, действующих в период протекания переходных процес­ сов. Как показали результаты аналитического исследования, пе­ реходный процесс изменения движущего момента трактора на высших передачах характеризуется повышенными параметрами динамичности процесса в сравнении с низшими передачами. Большие значения, динамических моментов вызывают большее буксование ходовых органов трактора и значительные потери поступательной скорости.

Установившаяся после завершения переходных процессов скорость зависит от величины действующей нагрузки, а также от интенсивности буксования ведущего аппарата трактора. При движении по рыхлому грунту значение установившейся скорости обычно на 12— 18% ниже скорости холостого разгона. Эта же величина при испытаниях на бетонной дорожке составляет все­ го лишь 6 —9%.

5. Записи перемещений рейки топливного насоса позволяют отметить следующее:

а) при подаче на крюк трактора скачка момента сопротив­ ления рейка топливного насоса совершает перемещение аперио­ дического характера из одного состояния равновесия в другое; б) величина перемещения пропорциональна величине -скачка

нагрузки; в) во всех случаях нагружения начало перемещения рейки

топливного насоса запаздывало во -времени по отношению к мо­ менту подачи скачка на 0,4—0,45 сек. Переход рейки в новое

147

положение завершался через 0,6—0,65 сек после начала нагру-

.жения.

Приведенные данные о работе регулирующего органа трак­ тора подтверждают необходимость учета динамической части характеристики двигателя при практических расчетах.

Таким образом, результаты лабораторно-полевых опытов подтвердили основные выводы аналитического -исследования о характере переходных процессов в приводе самоходной колесной машины при одноактных набросах момента сопротивления, а также теоретические положения о динамических процессах бук­ сования движителя в период переходных процессов.

§ 5. Влияние неустановившегося момента сопротивления на тягово-эксплуатационные показатели трактора

в реальных условиях его работы

Испытания по определению экспериментальной зависимости буксования движителя колесного типа от амплитуды гармони­ ческой составляющей момента сопротивления заключались в задании определенной и фиксированной на. участке гона в 1 0 0 м амплитуды изменяющегося тягового усилия и одновременном замере суммарного буксования движителя. Для испытаний'при­ нималось пять различных значений амплитуд.'Повторность опы­ тов для каждого из значений была трехкратной. Вследствие не­ однородности почвенных слоев и условий сцепления значение заданной в ходе'испытания амплитуды колебаний тягового уси­ лия не оставалось постоянным на участке гона. Поэтому при построении рассматриваемой зависимости использовались усред­ ненные значения амплитуд.

Результаты обработки осциллограмм, представленные графи­ чески, а также графики расчетной кривой рассматриваемой за­ висимости приведены на рис. 37, а. Данные опытов подтвержда: ют аналитически полученный вывод о существенном влиянии амплитуды колебаний момента сопротивления или движущего момента трактора на степень буксования ходового аппарата. Например, возрастание амплитуды колебаний тягового усилия с 200 до 800 кг Сопровождается увеличением буксования колес­ ного движителя на 1 2 ,2 %.

Некоторое количественное отличие расчетных и эксперимен­ тальных значений буксования (например, буксование при ампли­ туде колебаний, равной 600 кг, полученное расчетным путем — кривая 1 , на 1,7% превышает экспериментальное — кривая 2) объясняется особенностями работы нагрузочного устройства. Характер создаваемого им тягового возмущения несколько от­ личается .от синусоидального. Отличие состояло в более резком

148