автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Диагностические испытания трактора с гидродинамической трансмиссией в условиях эксплуатации

^ с\

т РСЙСИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НОТ СИШРСКОЗ ОТДЕЛЕНИЕ

сибирский научно-исследовательский ижшт7т шашэаэди и электрификации сельского хозяйства

Па правах рукопион

ДЕРЕЧУК Валерий Евгеньевич

• 7ДК 621.43.004.58:629.114. 2.01.-233.3/.9

ДШНОСТШБСКИЕ ИСПЫТАНИЯ ТРАКТОРА

с тадродшшявской трансмиссией в условиях эксплуатации

Специальность 05.20.03 - эксплуатация,вооотвиовлэняе

я ремонт сельскохозяйственной техники

АВТОРЕФЕРАТ

диооертации на соискание учэноЭ отзпвни кандидата технических наук

Новосибирск 1990

Работа выполнена в Сибирском научно-ио следовательоком внотитуте механизации я електряфикации оельоного хозяйотва»

доктор технических наук, профеооор В.М.Лившиц

доктор технических наук, профеооор Й.П.Тероких

кандидат технических наук, доцент Д.М. Воронин

Ведтвв предприятие - Сибирский филиал 1Ъоударственного Воеооюзного ордена Трудового Крао-ного Знамени научно-иооледователь-окого технологического инотитута ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка

Запшта диооертации состоятся " " Х990

на заседания специализированного оовета Д020.03^01 при Сибирс ком научно-исследовательском институте механизации оелвского хо8яйотва (СибИМЭ) по адреоуг 633128, Новосибирокая :юбл., пос.Краснообок, СиОШЭ.

Отзыв на автореферат, заверенный гербовой печатью, прос! направлять в адрес специализированного оовета.

С диссертацией кокно ознакомиться в ЦЙЗХБ СО РАСХН.

Автореферат разослан " СЫ-Цб^' 1990 г.

/

7ченкй оекретарь специализированного оовета

Научный руководитель Официальные оппоненты -

А.К.Туров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

—¿йтуальность. Повышение качественного уровня иопользова-я техники, полная реализация технических возможностей трак-рюго парка могут бить достигнуты за счет применения мето-iB и средств диагностирования в система технического обслу- , запил.

Установлено, что средние потери эффективной мощности дви-нелаЯ энергонасыщенных тракторов ооставляют 15...18$, что ¡вводит к снижению производительности МТА и перерасходу топ-!Еа.

В сельскохозяйственном тракторостроении и ряде других от-нзлэй наметилась тенденция применения гидромеханических транс-юоиЯ (ЮТ) о целью повшення производительноотя. В отране о 386 г. выпуокается трактор ДГ-175С "Волгарь" о траномиосией исого типа. 3 наотоящеэ время произведено более 15 тно. трап-эров этой марки, а о 1991 г. предполагается производить до DOO ежегодно. Эти тракторы оснащены мошнши двигателями (ДВО) газотурбинным наддувом, для которых известные оперативные этоды диагностических испытаний в условиях эксплуатации нвдос-зточно эффективны.

Конструктивная особенность гидромеханической трансмиооии наличие гидротрансформатора - ГТР) позволяет сделать предположив о возможности разработки новых, более эффективных, бео-гендовых методов диагностических испытаний тракторов о OTT, . го имеет большее научно-практическое значение.

Цель исследования. Разработать говыз беоотендовыэ спосо-ы диагностических испытания тракторов с гидромеханической рансмиссией, позволяющие повыоить оперативность и доотовер-ость диагностирования в условиях эксплуатации'.

Научная новизна. Установлены закономерности, характеризуйте связь чаототы вращения коленчатого вала двигателя и тем-ературы масла в гидротрансформаторе о эффективной мощностью ВС в иооледованном реяимэ диагноотичвоких испытаний и.получо-u зависимости для ее определения по изморенным значениям ди-гностических параметров.

Обоснованы реяимы диагноотичвоких иопнтшгаА.

Обоснован оперативный способ измерения расхода топлива.

Практическая аначимооть. На основании результатов исследований разработана технология контроля мошнооти и расхода топ лива ДВС тракторов с гидродинамической трансмиссией.

Новизна и практическая значимость подтверждены двумя авторскими свидетельствами на изобретения.

Апробация. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на Всесоюзной научно-практической конференции "Научно-технический прогресс в агропромышленном комплексе" (г.Киев, УНИИМЭСХ, 1988 г.); на первой региональной научно-практич^кой конференции "Проблемы электронизации отраслей агропромышленного комплекса" (г.Краснодар, 1989 г.); на заседании научно-технического совета агропромышленного комитета Новосибирской области (г.Новосибирск, 1988 г.); на расширенном заседании отдела технической эксплуатации МТП СибШЭ (п.Крас-нообск, 1989, 1990 гг.).

Публикация♦ Материалы, отражающие основное содержание диссертации, опубликованы в семи работах общим объемом 0,75. пе> чатнкх листа.

Структура и объем работы. Диосертация оостоит из оглавления, введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы.Она содержит 122 страницы машинописного токота, 20 таблиц, 24 рисунка и 8 приложений. Список литературы включает 175 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе приведен анализ тенденций сельскохозяйственного тракторостроения; изменения эффективных показателей ДВС и существующих методов и средств их контроля в условиях эксплуатации.

Установлено, что в тракторной энергетике с целью повышения производительности машинно-тракторного агрегата (МТА), осуществления бесступенчатого регулирования нагрузочного и скоростного режима его.работы нашли применение гидромеханические транс миссии.

Показано, что поддержание энергетических показателей ДВС в пределах номинальных значений является одним из основных ус-

овий эффективного использования МТА. Исследования, выполнение в различных зонах страны А.С.Бдановским, В.М.Михлшшм, .П.Терских, В.А. Змановским, В.М.Лившицем, Б.В. Павловым, ;.М.Воронинкм, А.В.Колчиным и многими другими ученши, овиде-ельствуют о том, что тракторы работают с пониженным на 12... 9/5 (относительно номинального) значением эффективной мошнооти.

Приводится анализ причин потери мощности.

Дается оценка влияния контроля мощности на своевременной странение неисправностей.

Сделан обзор методов и средств диагностических испытанна, результате которого установлено, что наибольшее распростра-ение получили бестормозные методы испытаний. Отмечено, что щнамичеокиЭ метод обладает рядом преимуществ, но прямое но-ользованвв этого метода для оценки эффективных показатэлэЗ двигателей, оонащенных газотурбинным наддувом, сопряжено о вэлпчонием трудоемкости его реализации и погрешности измерена.

Сформулирована рабочая гипотеза исследования, основное со~ ;ерясание которой заключаетоя в следующем: гидротрансформатор ожет быть использован для создания нагрузочного режима при ;иагностичеоких испытаниях.о целью оценки мощнооти п расхода оплива.

В соответствии о поставленной целью необходимо решить сле~ ¡уадие задачи:

1. Установить взаимосвязи меззду параметрами технического оотояния двигателя трактора с гидродинамической трансмиссией, I стоп-ражиме и параметрами работы ДВС.

2. Обосновать рациональные реш,' ; диагностических испытаний.

3. На основе результатов исследований усовершенствовать тех-галогию диагностирования для тракторов о гидродинамической трано-1иосией.

4. ГГровеоти производственную проверку предлагаемых меропри-¡тий и оценить их тохнико-экономическую эффективность.

Во второй главе рассматриваются особенности совместной работы двигателя и гидротрансформатора, определяющие возможность ^пользования ГГР для диагностических испытаний тракторов.

Оценивается возможность контроля мощности дизеля в стоп-)еяиме ( шг <= 0) гидротрансформатора по частоте вращения коленчатого вала ДВС и по продолжительности изменения температуры

маола в ГГР. Обосновывается возможность определения раохода гоплква в исследуемом режиме.

Трактор с гидротрансформатором рассматривается как система, соотоящая из двух масс, не связанных жестко, т.е. как си-отема о .двумя степенями свободы. Для такой сиотемы уравнение движения имеет следующий вид: для ведущей чаоти:

du)1 fTS

MI = Me- Ш

для ведомой части

где Mj и - моменты на ведущем и ведомом валах гидротрансформатора;

<7, и Ог - приведенные моменты инерции движущихся масс на ведущем и ведомом валах гидротрансформатора; и и) о - угловые скорости ведущего и ведомого валов гид ротрансформатора;

Мв - эффективный крутящий момент;

Мс - момент сопротивления; ,,

Кст - коэффициент трансформации, Кгт= .

%

Блиячие инерционности массы жидкости в рабочей полости ко лес не учитывалось в силу его незначительности, поэтому пока-зазели гидротрансформатора при динамичеоких процессах были пр: няты равноценными статическим показателям.

Установлено, что для гидротрансформатора непрозрачного thi колебания внешней нагрузки на его ведущий вал не передаются, поэтому момент на этом валу был принят постоянным: Mj = const

В результате осуществления ряда преобразований получено выражение, описывающее связь угловой скорости коленчатого вал: двигателя с эффективной мощностью в стоп-режиме ITP ( cv2 = 0)

= Mj • Д со, (3)

где л Nc -величина отклонения фактического значения мощности от ее номинального (паспортного) значения; й со — отклонение фактического значения угловой скорости коленчатого вала ДВС от ее номинального значения. Знаки "+" и указывают на возможное в результате расчета получение завышенного или заниженного значения мощнооти

шгаталя, соответотвугацаго его техническому ооотоянив.

Количество тепла, поглощаемого маслом в режиме отопового эрможения гидротрансформатора, определяется выраженном

а = 2,64 Л/дф (I (4)

це Л/дф - фактическое значение эффективной мощности двигателя;

•ptn •

ff гт - коэффициент полезного действия гидротрансформатора.

Фактическое значоние эффективной мощнооти мокет быть оправлено по продолжительности изменения температуры маола в гид-отрансформаторе в интервале Д Т = Т2 - Tj, де Tj и Т2 - соответственно начальное и когэчное значения интервала температур.

Эффективная мощность двигателя определяется оледующим видением:

^еф = -—-_, (5)

2,64- tn

о 'R

да-- _ постоянный коэффициент, зависящий от марки маола

? R 4

• 4 и значения интервала изменения температуры; - продолжительность изменения температуры.

Таким образом, установлены предпосылки использования угловой скорости коленчатого вала двигателя и продолжительности изменения температуры маола в ГГР в режиме стопового торможе-ш ], в качестве диагностических параметров для оценки эффективной мощности ДЕ*"!.

Теоретический анализ возможности использования гидротрансформатора для создания нагрузочного режима при диагностических испытаниях позволил сделать предположение о том, что данный режим соответствует уоловиям загрузки двигателя при определении его эффективных показателей на тормозном стенде, необходим ил для измерения расхода топлива ДВС трактора о гидромеханической трансмиссией.

С целью проверки правильности теоретических предпооылок были проведены экспериментальные исследования в стендовых условиях на установке, оснащенной всем необходимш для снятия характеристик двигателя в соответствии о действующими стандартами.

3 третьей глазе изложены программа и методика экспериментальных исследований, целью которых было получение опытных да ных для подтверждения возможности оценки технического состоя! двигателя в стоп-рожиме гидротрансформатора. При этом необхо; мо было решить следующие задачи:

1. Исследовать влияние параметров технического состояния двигателя в режиме стопового торможения ГТР на частоту вращения коленчатого вала двигателя и продолжительность изменения температуры масла в гидротрансформаторе.

2. Получить на основе регрессионного анализа опытных данных вытяжение, характеризующее связь между факторами техничес кого состояния двигателя и диагностическими параметрами в ио следуемом рениме загрузки.

3. Получить опытные данные для оценки возможности определения расхода топлива в стоп-рениме ГГР.

Приведены основания для выбора в качество объекта испытаний трактора ДТ-175С "Волгарь". В качестве функции отклика в соответствии с ГОСТ 24026-50 были выбраны частота вращения коленчатого вала двигателя и продолжительность изменения температуры масла в гидротрансформаторе, которые удовлетворяют всем требованиям стандарта.

Выбор варьируемых факторов технического состояния (угла опережения впрыскивания топлива, часового расхода топлива) про изводился на основании анализа литературных данных и результатов предварительных исследований. Факторы варьировали на трех уровнях. В силу небольшого числа факторов применялся план полнофакторного эксперимента.

Экспериментальная установка была выполнена таким образом; чтобы условия испытаний максимально приблизить к эксплуатационным. С этой целья трактор ДТ-175С установили на обкаточно-тормозном стенде Д? ЮЗо-4/л/ . Структурная охема экспериментальной установки приведена на рио.1. Силовая установка трактора через вал отбора мощности соединялась карданным валом о валом дипамометра, максимальная мощность нагрузки которого составляет 230 кВт. На тракторе установлен дизель СМД-66.

Степень влияния ' факторов на диагностический сигнал оценивалась изменением характеристик двигателя,' соответствующих различным уровням варьирования факторов.

В основу методики экспериментальных исследований положен

Рио.1. Структурная схема экспериментальной установки

принцип сравнения параметров работы двигателя в установивших' оя режимах отевдовой загрузки и в огоп-рвжиме гидротрансформатора при одинаковых за цикл угловых скоростях вращения.

Обработка экспериментальных данных проводилась методом регрессионного анализа с помощью программ, реализованных на

эвм.

В четвертой главе приводятся результаты экспериментальны исследований и их анализ. Они подтвердили сделанные в теоретической части работы, предположения о влиянии параметров те ничеокого соотояния двигателя в стоп-режиме гидротрансформатора Н£ частоту вращения коленчатого вата ДВС и на продолжительность изменения температуры масла в ГТР.

Проводились предварительные исследования. На стенде уста яовяли трактор ДГ-175Б о дизелем СМД-66. Исследования вели в два этапа. На первом этапе загрузка двигателя осуществляла на стенде 03 1036-4/А/ при последовательном отключении каж дого из шести цилиндров и их сочетаний. На втором этапе нагр зочннЙ режим устанавливался переводом гидротрансформатора в стоповое торможение (режим, в котором угловая скорость ведом го вала ГГР о)2 = 0). В табл.1 приведены .средние по итогам измерений значения параметров, характеризующие зависимость частоты вращения коленчатого зала ДВС от изменения его эффек тивного крутящего момента. Графически эта зависимость приведена на рис. 2.

Таблица I

Средние по итогам измерений значения параметров

Последовательность и сочетание отключения цилиндров й цилиндра

I 4 2 5 О w 6 1,3 1,2

523 524 503 514 517 408 32

1757 1761 1583 1695 1710 1607 13£

Проводились многофакторные исследования в соответствии с методикой, приведенной в третьей главе диссертационной работ

Стендовые испытания, Ме, Н • М 518

Стоп-режим гидротрансформатора,

; Я1™',' мин-1 1705

две'

1 г/

ЛТ - J7SC „ С/7700 - ßPM^urt" э/

/ •

у /

/ /

/

•fSSO J600 J6S0 1700 irsv /?,мин<

Рио.2. Зависимость частоты врашения колончатого вала двигателя от эффективного момента в отоп-реяшмэ ГЕР

Обработка опытных данных полнофакторного эксперимента производилась о помощью регрессионного анализа. Цель обработки -получение функциональной зависимости частоты вращения коленчатого вала ДВС в стоп-режиме ГТР от параметров,.характеризующих его техническое сооюяние. Связь отклика с параметрами технического состояния двигателя описываетоя следующей зависимостью:

у = в0 + в1Х1 * В2Х2. (6)

После проведения соответствующих раочетов и замены кодированных значений факторов их фактическими значениями подучен* уравнение регрессии:

* 536,2 + 24,13бт + 21,970 . (7)

В результате регресоионного анализа установлено, что факторы 6^9 (другие факторы были стабилизированы), определяющие техническое состояние дизельного двигателя, являютоя значимыми для п т.е. изменение указанных факторов технического состояния ДВС трактора о ГДТ в процеосе эксплуатации обу-оловит изменение диагностического параметра-отклика (/?

На рио.З. приведена функциональная зависимость п

полученная экспериментально.

Зависимость, приведенная на рис. 3, логически завершает: предположение, вноказанное в гипотезе исследования; выводы теоретических исследований; результаты регреооионного анализа экспериментальных данных; наглядно иляюотрирует и подтверждает функциональность способа оценки мощности трактора с ГДГ в отоп режиме гидротрансформатора по частоте вращения коленчатого вала двигателя. Погрешность определения мощности описании.! способом не превышает

На рио. 4 приведены зависимости для четырех различных технических состояний ( № 3, 4, 5, 9 опытов матрицы планирования эксперимента), анализ которых показывает, что о увеличением мощности двигателя продолжительность изменения температуры масла в 1ТР уменьшается.

На рио.4. * 3; № 4; № 5; № 9 - мощность двигателя СМД-66, измеренная соответственно в опытах № 3; № 4; № 5; № 9,

На рио .5 приведена зависимость ¿н =/ (Ые), построенная по результатам экспериментальных исследований.

líe,

>ßr

m «о

м

S6ÛO -/ГОР s MÛ S£>00 S00Û Рис.3. Экспериментальная зависимость ~f(Ne)

т

»

60

го

М

90

Г'с

Рио.4, Интеноивнооть изменения температуры маола в ГГР в рожиме стопового торможения в зависимости от мощноо!

две

Данная зависимость - это область определения диагностического параметра - ta, включающая вое возможные в практике эксплуатация значения параметров двигателя, определяющие тоэ шгчбокое состояние ДВС, изменение которых обусловливает егс вариацию. Среднее значение погрешности споооба по результата экспериментальной оценки находится в пределах 5...&%.

Проведены экспериментальное исследования возможности измерения расхода топлива в режиме стопового торможения гидротрансформатора, в результате которых был выбран временной диапазон измерения Cr f. Измерения необходимо производить oj зу после остановки ведомого вала ГТР до момента начала измок лея частоты вращения коленчатого вала двигателя, обусловленного нагревом маола в гидротрансформаторе (уменьшением его вязкости),.

Погрешность определения расхода топлива исследованным опособом нё превышает 4%.

В пятой главе отражены пути практической реализации результатов исследований.

В соответствии о целью работы на основании выдвинутой та потеэы результатами теоретических и экспериментальных исследований была принципиально обоснована и подтверждена возможность создания способов диагностирования дизелей тракторов о гидродинамической трансмиссией, обеспечивающих приемлемую да практики эксплуатации точность и имеющих сравнительно низкую трудоемкость диагностирования.

На основании результатов исследований разработана технология контроля мощности и расхода топлива ДВС тракторов о ги родинамичеокой трансмиссией.

В качестве базы для разработки и совершенствования техно логии диагностирования били взяты технологии определения эф фективкой мощности ДВС с газотурбинным наддувом, предложены» в диссертационной работе А.А.Моносзона (СибИШ).

Разработаны правила техн/ки безопасности при реализации предлагаемых способов диагностирования.

Приведен расчет экономической эффективности технологии контроля мощности и раохода топлива ДЗС тракторов с гидродинамической трансмиссией.

За базу сравнения в ра четах в соответствии с методическ: мл рекомендациями ГОСНИТИ принят диагностический стенд

-8927 Г0СШ1ТИ.

Экономический эффект от разработанной технологии достигая за счет снижения затрат на диагностическое средство, ¡ращения продолжительности постановки диагноза и составляет 87 р. на один физический трактор в год.

ОБЩИЕ ВЫВОДИ И РЖШЕНДАЩИ

1. Теоретически и экспериментально показало, что гндро-шсформатор мояет бить использован для создания нагрузоч-

'о режима при диагностических испытаниях с целью оценки моа-;гд и расхода топлива.

2. В результате обработки.опытных данных установлено, что сессионная зависимость диагностического параметра от факто-) технического состояния имеет вид:

"да0 = 536,2 + 24,13С?Т + 21,97 0 .

3. Установлено, что зависимости

1зки к линейным и позволяют оценивать эффективную мощность югрешноотью, не превышающей соответственно 4 и 55?.

4. Экспериментальными исследованиями установлено, что {эношто мощности двигателя на 16 кВт соответствует отклсне-

> частоты вращения колончатого вала (в стоп-режиме ГТР) на ) мин-1 и продолжительности изменения температуры масла на с.

5. Показано, что зремя диагностирования ограничено прэдэль-1 значением температуры масла -104°С и не должно превшйть

о.

6. Экспериментально подтверждена возможность реализации >ооба определения расхода топлива для трактор о гюгромеха-[вской трансмиосией в разработанном режиме диагностических гатаний с погрешностью, не превышающей 4%.

7. Годовой экономический эффект от использования прэдло-шой технологии составляет 31,87 р. на один физический тщк-

> в год и получен он за очет снижения затрат на диагности-;кие средства и сокращение в 3 раза трудоемкости дкагаоста-!ких операций.

Ооновяш материала даооертации 'опубликованы в оледушзх работах?

1. Лившиц В.М., Дзречук В.Е. Определение топливно-энерп тичаоких показателей энергонасыщенных сельскохозяйственных тракторов о тадродинамичеокой трансмисоией//Инженерно-техни чеокое обеспечение производственных коллективов АПК: Сб.нау тр./ВАСХЮЦГ. Сиб.отд-ние. СибИМЭ. - Новосибирск, 1989. -

С. 49-55.

2. Деречук В.Е. Методика экспериментальных последовали связи между факторами, определяющими техническое оостояние двигателя, и откликами в стоп-режиме гидротрансформатора// Науч.-техн. бюл./ВАСХНИЛ. Сиб. отд-ние. СибИМЭ. - 1989. -Беп.З. - С.45-48.

3. Деречук В.Е., Лившиц В.М. Оценка мощности дизеля в огон-рекЕка гидротрансформатора (ГТР) по продолжительности изменения вемпературы маола в ГТР//Науч,-техн.бюл./ВАСХ1Щ. Сиб.отд-ние. СибИМЭ; - Новосибирск, 1990. - Вап.2. - С Л7-1

4. А.с« 1569605, МКИ2 01 3/00. Споооб измерения эффек тивной мощности двигателя.

5. А.О.-1569645, МКИ2 01 15/00. Споооб определения эф фективной мощности двигателя транапортного средотва о гидро трансформатором непрозрачного типа.

6. А.о. I528102, МКИ 01 3/24. Способ определения мощн оти две.

7„ А.о. I410643, МКИ 01 3/24. Способ определения эфф гивной мощнооти ДВС.

Подписано к печати 08.10.90 г. Формат 60x84/16 Печ.л. I. Тираж ЮО экз. .Заказ №341.

Редакционно-полиграфичеокое объединение СО ВАСХНИЛ.ротаприн 633128, Новосибирская область, п.Краснообск