автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Оптимизация режимов работы тягово-транспортных средств компенсатором динамической мощности

На правах рукописи

Демидов Алексей Викторович

Оптимизация режимов работы тягово-транспортных средств компенсатором динамической мощности

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского

хозяйства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 9 МАЙ 2011

МОСКВА 2011

4847418

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет имени В. П. Горячкина» (ФГОУ ВПО МГАУ).

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Андреев Олег Петрович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, Евтюшенков Николай Ефимович

кандидат технических наук, Пляка Валерий Иванович

Ведущая организация:

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет природообустройства»

Защита диссертации состоится «6» июня 2011 г. В 11 часов на заседании диссертационного совета Д 220.044.01 при ФГОУ ВПО МГАУ по адресу: 127550, Москва, ул. Лиственничная аллея, корп. 3, д. 16а, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО МГАУ.

Автореферат разослан «29» апреля 2011 г. и размещен на сайте ФГОУ ВПО МГАУ www.msau.ru «29» апреля 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор Левшин А. Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Известно, что оптимальное управление режимами работы двигателей тягово-транспортных средств (TTC) является важнейшим путем повышения их производительности, топливной экономичности и других эксплуатационных показателей. Однако задача компенсации динамической мощности при работе тракторов, автомобилей и других мобильных машин пока не решена. Для решения этой задачи необходимо разработать систему автоматического регулирования оптимальных режимов работы машин или компенсатор динамической мощности (КДМ).

Для разработки компенсатора динамической мощности необходимо изучить режимы работы тягово-транспортного средства, определить параметры, по которым их можно регулировать при работе в различных периодах и нагрузках, выявить условия экономии топлива на оптимальных режимах работы, а также необходимо учесть возможность рекуперации энергии торможения тягово-транспортного средства.

Для регулирования заданной скорости движения машин необходимо разработать компенсатор динамической мощности, который обладал бы большим диапазоном регулирования и удовлетворительным качеством регулирования.

Цель работы: оптимизация режимов работы тягово-транспортных средств компенсатором динамической мощности.

Объект исследования - закономерности функционирования двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и коробки передач при выполнении тягово-транспортным средством различных транспортных и сельскохозяйственных операций.

Методы исследования. Поставленные в диссертационной работе задачи решались с использованием методов теории управления, математической статистики и моделирования. Основные теоретические результаты сопоставлялись с данными экспериментальных исследований на реальном тягово-транспортном средстве и лабораторном стенде.

Научная новизна: исследование параметров регулирования режимов работы тягово-транспортных средств компенсатором динамической мощности.

Практическая ценность. По результатам теоретических исследований разработана инженерная методика системы управления ДВС и автоматической коробкой передач (АКП) тягово-транспортного средства, оснащенного компенсатором динамической мощности.

Полученные в результате исследования статистические параметры позволяют установить режимы использования двигателя внутреннего сгорания, автоматической коробки передач и компенсатора динамической мощности тягово-транспортного средства.

Реализация результатов работы. Предложенные автором алгоритмы управления автоматической коробкой передач и функционирования

компенсатора динамической мощности используются в учебном процессе ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В. П. Горячкина» и приняты к реализации в МУСП (Муниципальное сельскохозяйственное унитарное предприятие) «Правда», Московская область, Талдомский район, село Квашенки. Конкретные положения диссертационной работы нашли применение в опытно-конструкторских разработках.

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены на Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в сельском хозяйстве» (ФГОУ ВПО МГАУ, 20-22 ноября 2007 г.), Международной научно-практической конференции «Научные проблемы развития автомобильного транспорта» (ФГОУ ВПО МГАУ, 2-4 апреля 2008 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Перспективы развития агропромышленного комплекса России» (ФГОУ ВПО МГАУ, 20-22 ноября 2008 г.), Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в образовании и науке» (ФГОУ ВПО МГАУ, 29-30 января 2009 г.), а также на заседаниях кафедры «Автомобильный транспорт» в 2008-2011 гг.

Публикации. Результаты исследования опубликованы в четырех научных журналах, рекомендованных ВАК для публикации основных научных результатов диссертаций. Получены два патента на полезные модели.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и списка литературы, изложена на 165 страницах машинописного текста, включая 42 рисунка, 14 таблиц и библиографический список из 120 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении представлена актуальность темы, изложены положения, выносимые на защиту.

В главе 1 «Состояние вопроса, цель и задачи исследования» проведен анализ литературных источников, в результате которого установлено, что работу скоростного тягово-транспортного средства с ограниченной нагрузкой можно обеспечить с высокой экономичностью путем маневрирования скоростным режимом двигателя и тягово-транспортного средства. Для более гибкого маневрирования скоростным режимом двигателя и тягово-транспортным средством при ступенчатой коробке передач желательно иметь большее количество рабочих передач.

Исследованиями в данной области занимались такие ученые, как В. Н. Болтинский, Г. М. Кутьков, О. Н. Дидманидзе, С. Н. Девянин, специалисты НАМИ, НАТИ и др. В результате проведенного анализа исследований было установлено, что работа трактора с неполным использованием мощности двигателя вызывается ограничением скорости движения агрегата по различным причинам. Поэтому для сохранения производительности тягово-транспортного средства важно, чтобы при всережимном регулировании

скорость движения трактора оставалась постоянной, а также чистота вращения вала двигателя внутреннего сгорания у транспортного средства. Для этого необходимо устройство, которое автоматически поддерживало бы заданную скорость трактора и частоту вращения двигателя автомобиля, т. е. компенсатор динамической мощности.

Разработка компенсатора динамической мощности трактора позволит повысить топливную экономичность трактора, упростить и облегчить управление трактором, повысить качество сельскохозяйственных работ и производительность тракторного агрегата.

Исходя из этого, были сформулированы следующие основные задачи исследования:

выявить режимы максимально возможной топливной экономичности трактора при работе с недогрузкой и параметры для компенсатора динамической мощности этих режимов;

выявить качественные и количественные составляющие результатов компенсации динамической мощности тягово-транспортного средства;

разработать и исследовать компенсатор динамической мощности при оптимальной экономичности.

В главе 2 «Исследования оптимальных режимов работы автотракторных двигателей при работе с недогрузкой» были поставлены следующие задачи исследования:

выявить значения эффективного крутящего момента двигателя М, и частоты вращения коленчатого вала п, соответствующие режимам работы двигателя с максимально возможной экономичностью, при различной степени использования мощности;

определить возможную экономию топлива от применения всережимного регулирования пря различной степени использования мощности двигателя;

выявить параметры для автоматического регулирования режимов максимально возможной экономичности.

Компенсатор динамической мощности способствует: облегчению процесса снятия нагрузочных характеристик; повышению точности эксперимента за счет стабильности частоты вращения двигателя. Стабилизация частоты вращения двигателя способствует постоянству тормозного момента гидравлического тормоза;

снятию нагрузочной характеристики без закрепления рейки топливного насоса в определенных положениях.

Эффективная мощность двигателя выражается формулой

где Ме - эффективный крутящий момент двигателя, кгм; и - частота вращения коленчатого вала, об/мин.

Современные двигатели внутреннего сгорания позволяют одну и ту же мощность получить при различных значениях Ме и и, при этом расход топлива будет не одинаков.

Приведенные исследования позволили сделать следующие основные выводы:

1. При работе двигателя с постоянной частотой и переменной нагрузкой суммарное среднее давление внутренних потерь и,

следовательно, мощность трения почти постоянны. Так как

механический кпд ^ выражается уравнением

Л, =1-

N,

1

(2)

то, при ^Pjf = const, с уменьшением давления Pi механический кпд т|м падает и при холостом ходе, когда P-^IP^, обращается в нуль.

2. При работе двигателя с переменными оборотами среднее ]Г Р^ изменяется по уравнению прямой линии: ^Р1р=а + вСпор,

а потери мощности на трение связаны квадратичной зависимостью со средней скоростью поршня:

Так как с увеличением числа оборотов суммарное среднее давление внутренних потерь и мощность трения N^ возрастает, то, как видно

по уравнению (2), при постоянном среднем индикаторном давлении Р^ механический кпд т|, с увеличением числа оборотов снижается.

В результате исследований дизелей с различным смесеобразованием получены зависимости индикаторного кпд т^ коэффициентов избытка

воздуха а и коэффициентов наполнения t)v от частоты вращения, а также влияние компенсатора динамической мощности на топливную экономичность двигателя Д-130 (рис. 1).

N т

\\

\ N OS \

\ h ч"

\ г кГ \ во

Ч и S.

\ 1 2S

\ /

Рис. 1. Влияние компенсатора динамической мощности на топливную экономичность двигателя Д-130:1 — экономическая характеристика; 2 - удельные расходы топлива регуляторной характеристики при номинальных оборотах; 3 — возможная экономия топлива от использования всережимного регулирования (в процентах)

В главе 3 «Исследование оптимальных режимов работы трактора ВТЗ-2048А» представлены результаты полевых испытаний трактора ВТЗ-2048А, оснащенного компенсатором динамической мощности. В задачу полевых испытаний входило:

выявить режимы максимально возможной топливной экономичности трактора при различной степени использования мощности двигателя;

выявить возможную экономию топлива от использования автоматического регулирования оптимальных режимов работы трактора;

определить параметры, по которым возможно осуществить регулирование оптимальных режимов работы трактора;

проверить непосредственно на тракторе работоспособность компенсатора динамической мощности трактора.

Для поддержания постоянной теоретической скорости движения трактора ВТЗ-2048А на различных передачах использовался регулятор скорости движения трактора, имеющий нулевую степень неравномерности. Схема компенсатора динамической мощности трактора ВТЗ-2048А изображена на рис. 2.

Рис. 2. Схема компенсатора динамической мощности трактора ВТЗ-2048А

Схема экспериментальной стендовой установки дня исследования системы автоматического регулирования скорости движения трактора представлена на Рис.3

Рис. 3. Схема экспериментальной стендовой установки для исследования системы автоматического регулирования скорости движения трактора

Привод регулятора осуществляется от синхронного вала отбора мощности 2. Центробежный чувствительный элемент 3, действуя на золотник 4, осуществляет управление потоком масла, подаваемого от масляного насоса 5 двигателя в сервомотор 6. Шток 7 сервомотора связан с рычагом 8 управления регулятором двигателя. Изодром, включающий в себя демфер 9 и пружину 10 с предварительной затяжкой, обеспечивает устойчивую работу системы регулирования. Теоретическая скорость движения трактора задастся рычагом II. Регулируемой величиной в данной системе регулирования является скорость вращения синхронного вала отбора мощности. Так как синхронный вал отбора мощности трактора ВТЗ-2048А связан неизменным передаточным отношением с ведущими колесами трактора, то регулируемой величиной в рассмотренной системе регулирования являлась средняя угловая скорость вращения ведущих колес или теоретическая скорость трактора.

Нагрузочные тяговые характеристики трактора ВТЗ-2048А были сняты при следующих постоянных теоретических скоростях трактора:

К = 6,85км/ч на передачах IV, V, VI, VII, VIII;

VT = 8,15км/ч на передачах V, VI, VII, VIII;

К = 9,55 км/ч на передачах VI, VII, VIII.

При этом частота вращения двигателя варьировалась в пределах от 1700 до 840 об/мин.

По результатам тяговых испытаний построены нагрузочные тяговые характеристики (рис. 4-8).

яо т то ш воо ю то ьоо тпаупш

Рис. 4. Номограмма теоретических скоростей трактора ВТЗ-2048А при всережимном регулировании двигателя

V

кн/чк 7 6 5 4

а

кг/час V

9

е

7

б

5

4

J

2

I

О1

"'7 —

п-

Ас " >

А

иг иг Д ш >

в 5

к

ПС1

500

475 450 425 400 175

350 6% £ 25 15 5

200 400 600

Ш Ш Р. кг

Рис. 5. Нагрузочная тяговая характеристика трактора ВТЗ-2048А при УТ = 6,85 км/ч

Рис. 6. Нагрузочная тяговая характеристика трактора ВТЗ-2048А при Кт = 8,15 км/ч

Рис. 7. Нагрузочная тяговая характеристика трактора ВТЗ-2048А при Ут = 9,55 км/ч

р,

кг

370 360 350

2 4 6 8 Ю У.кп/ч

Рис. 8. Зависимость сопротивления перекатыванию трактора ВТЗ-2048А от скорости движения

Полученные тяговые характеристики показывают:

1) теоретическая скорость трактора в диапазоне нагрузок от холостого хода до нормальной поддерживалась регулятором скорости постоянной как в пределах одной передачи, так и на нескольких передачах;

2) кривые рабочих скоростей и тяговых мощностей на нагрузочной тяговой характеристике являются общими для всех передач. Совпадение кривых рабочих скоростей происходит благодаря тому, что теоретическая скорость трактора при снятии каждой нагрузочной тяговой характеристики поддерживалась на всех передачах постоянной;

3) полученные данные показывают, что сопротивление перекатыванию трактора несколько увеличивается с увеличением скорости движения трактора.

Экономия топлива от применения всережимного регулирования зависит от степени использования мощности двигателя. При этом, чем больше недогрузка двигателя, тем больше экономия в расходе топлива от использования всережимного регулирования. Так, при загрузке двигателя на 75 % от его максимальной мощности экономия топлива составляет 5,0. ..5,5 %, при загрузке двигателя на 50 % экономия топлива составляет 16... 17 %, а при загрузке двигателя на 25 % экономия топлива составляет более 30 %.

Глава 4 «Исследование процесса разгона тягово-траиспортного средства с компенсатором динамической мощности»

В существующих автоматизированных системах управления режимами работы трактора не предусмотрена автоматизация и оптимизация процесса разгона тракторного агрегата, так как разработку систем оптимизации указанного процесса затрудняет отсутствие теории разгона тракторного агрегата с компенсатором динамической мощности.

По результатам исследований нетрудно определить общее время и общий путь разгона агрегата до достижения ~ 95 % конечной скорости разгона. На основе полученных в результате исследований данных построена теоретическая многопараметровая характеристика разгона трактора ВТЗ-2048А на пахоте при автоматизации процесса разгона (рис. 9).

Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы.

о. в

ч

1. Для обеспечения наиболее быстрого разгона тракторного агрегата компенсатора динамической мощности должна обеспечивать в первый период разгона максимальную по сцеплению с почвой касательную силу тяги, а во второй период - максимальную мощность двигателя, а также автоматический переход с первого режима во второй.

2. В качестве регулируемого параметра в первый период разгона может

быть принята одна из величин Л/1шю шш^^-тах, а регулирующей величиной

Л

должна быть скорость изменения передаточного числа трансмиссии.

Приемистость является одним из основных эксплуатационных показателей тягово-транспортного средства. Требования к этому показателю непрерывно возрастают. Основным путем дальнейшего повышения динамических и экономических показателей тягово-транспортного средства является разработка и внедрение компенсатора динамической мощности, имеющего наиболее рациональную систему автоматического управления режимами работы тягово-транспортным средством.

Рис. 9. Многопараметровая характеристика разгона трактора ВТЗ-2048А с компенсатором динамической мощности при работе с плугом ПН-3-35Р и следующих исходных данных: <р = 0,6; X = 0,8; G = 3500 кг; со„ = 178 с'1; Мя = 23 кгм; Prv + Pt- 1290 кг; АНш = 13; ¿к = 18,3; т = 358 кгм2; JZÁm = 12 кгм2; Г|5А = 0,85; т|мг = 0,9

Теоретические исследования процесса разгона тягово-транспортного средства с компенсатором динамической мощности позволяют установить два периода. Первый период разгона характеризуется неполным, а второй -полным использованием мощности двигателя.

В результате проведенных исследований построена теоретическая характеристика умеренного разгона автомобиля ВАЗ-21213 (рис. 10), а на рис. 11 приведена характеристика первого периода интенсивного разгона этого же автомобиля.

Рк V &

кН м/с кВт

2.дг20-1>0

1.5 10 0,5

_5 Ю _ 5

0\-01.0

30

■20

Я

Г ж

s

V

V

У

5 п

200 м

Мс

кНм

т об

юо

50

2 4 6 8 Ю 12 % 16 18 20

04 ]

м/с2

.1.0 05 .0

Рис. 10. Характеристика умеренного разгона автомобиля ВАЭ-21213 с компенсатором динамической мощности при следующих исходных данных: /о = 0,012; т = 1345 кг; =0,372 Н-сУ; К = 45,6 кВт; п = 0,9; 4 = 1,68 кг/м2; ЕДт = 20 кг

Рис. 11. Теоретическая многопараметровая характеристика интенсивного разгона автомобиля ВАЭ-21213 с автоматизированной системой управления при следующих исходных данных: т = 1345 кг;= 0,012; = 0,372 Н-с2/м2; ЛГ„ = 45,6 кВт; ц= 0,9; 2Дт = 20 кг; 4 = 1,68 кг/м2; <р = 0,8; А. = 0,71

Первый период разгона автомобиля с компенсатором динамической мощности начинается с момента трогания автомобиля с места и заканчивается в тот момент, когда мощность двигателя достигает максимального значения. Для обеспечения наиболее быстрого разгона автомобиля во втором периоде необходимо, чтобы мощность двигателя в течение второго периода поддерживалась максимальной.

В глаше 5. «Возможность повышения топливной экономичности автомобиля при неустановившемся движении» установлено, что число торможений, приходящихся на один километр пути в городских условиях, колеблется от 3,5 до 6,6. Из таблицы видно, что применение компенсатора динамической мощности в городских условиях может дать экономию топлива порядка 30 %.

Экономия топлива от использования аккумулятора энергии торможения автомобиля

Скорость движения автомобиля перед торможением, км/ч Возможная экономия кинетической энергии при одном торможении до полной остановки, кДж на 1 т массы автомобиля Количество топлива, необходимое для получения ухазанной в столбце 2 кинетической энергии,г Контрольный расход топлива на 1 км пути в расчете на 1 г массы автомобиля, г Возможная экономия топлива, процент к действительному расходу топлива на 1 км пути

При трех торможен иях на 1 км пути При шести торможениях на 1 км пути

60 104 9,6 46 38 -

40 46 4,2 46 21 35

20 11,4 1,1 47 6 12

Общие выводы

1. Установлено, что средняя загрузка двигателей колесных тракторов класса 1 и 1,4 т по всей номенклатуре выполненных сельскохозяйственных работ, по данным различных исследований, составляет от 36,3 до 65,8 %, а двигателей гусеничных тракторов - от 57,5 до 72 %. При работе тракторного агрегата с недогрузкой топливная экономичность его понижается, что влечет за собой уменьшение его общей экономической эффективности.

2. Получено, что при использовании мощности двигателя на 75 %, экономия топлива составляет 5...5,5 %, при использовании мощности на 50 % экономия топлива — 16... 17 %, при использовании мощности на 25 % экономия топлива составляет более 30 %. При средних загрузках двигателя колесного трактора по всей номенклатуре выполняемых сельскохозяйственных работ, равных 36,3...65,8 %, можно путем автоматического регулирования оптимальных режимов трактора снизить общий расход топлива соответственно на 8...25 %.

3. Анализ результатов стендовых испытаний двигателя Д-130 и нагрузочных тяговых характеристик трактора ВТЗ-2048А позволил

установить, что максимальная топливная экономичность двигателя Д-130 на нормальных и пониженных скоростных режимах соответствует загрузке двигателя с крутящим моментом, равным 19,7 кг м, что соответствует среднему эффективному давлению Ре=5,5 кг/см2.

4. Результаты экспериментальных и теоретических исследований позволили установить, что для обеспечения возможности работы тракторов, имеющих двигатель Д-130, как в режиме постоянной мощности, так и в режиме заданной скорости движения, при оптимальной топливной экономичности необходимо иметь, помимо компенсатора динамической мощности, регулятор скорости трактора. При этом компенсатор динамической мощности должен поддерживать постоянное значение крутящего момента двигателя.

5. Разработанная структурная схема компенсатора динамической мощности двигателя и трансмиссии трактора допускает работу как в режиме заданной скорости при оптимальной топливной экономичности, так и в режиме постоянной мощности. При возникновении перегрузки двигателя разработанная структурная схема компенсатора динамической мощности допускает автоматический переход с первого режима на второй.

6. Установлено, что число торможений, приходящихся на один километр пути в городских условиях, колеблется от 3,5 до 6,6. В этих условиях применение компенсатора динамической мощности дает экономию топлива порядка 30 %.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Демидов, А. В. Повышение срока эксплуатации двигателей [Текст]/ A.A. Разаренов, A.B. Демидов, Г.В. Легеза, И.Г. Григорьев // Сельский механизатор. - 2008. - №10. - С. 45.

2. Демидов, А. В. Использование электропривода в тягово-транспортных средствах [Текст]/ О.В. Закарчевский, A.B. Демидов, О.И. Знаменский//Сельский механизатор. -2009. -№11. - С. 38-39.

3. Демидов, А. В. Повышение надежности двигателя в гибридных транспортных средствах [Текст]/ A.B. Демидов, A.B. Хлебанцев, О.В. Закарчевский//Международный научный журнал-№3, 2009. С. 84-87.

4. Демидов, А. В. Использование городских электромобилей [Текст]/

A.B. Демидов, О.И. Знаменский, A.A. Отарский // Международный научный журнал-№3, 2009. С. 87-90.

5. Пат. 83160 Российская Федерация, МПК H02J 17/00. Устройство импульсного электропитания нагрузки [Текст] / Строганов А. В., Демидов А.

B., Бобровников Д. Е., Шитов Р. А. - № 2008137169/22; заявл. 17.09.2008; опубл. 20.05.2009, Бюл. № 14.

6. Пат. 83031 Российская Федерация, МПК В60К 1/00. Карьерная самоходная машина [Текст] I Строганов А. В., Демидов А. В., Иволгин В. С., Полевой И. Г. - № 2008137167/22; заявл. 17.09.2008; опубл. 20.05.2009, Бюл. №14.

Подписано к печати 28.04.2011 г., формат 60x84/16, печать трафаретная, бумага офсетная, усл. печ. л. 0,93, тираж 100 экз., заказ № 219.

Отпечатано ООО «УМЦ «Триада» 127550, Москва, ул. Лиственничная аллея, 7-2

Введение

Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования

1.1. Основные режимы работы тракторов и автомобилей

1.1.1. Режим полной загрузки» трактора

1.1.2. Режим неполной загрузки трактора

1.2. Зависимость основных режимов работы трактора от типа трансмиссии

1.3. Зависимость основных режимов работы трактора от условий работы и причины, вызывающие необходимость работы трактора с недогрузкой

1.4. Некоторые данные, характеризующие загрузку тракторов на отдельных сельхозработах

1.5. Режимы работы автомобилей

1.6. Обзор исследований по использованию всережимного регулирования тракторных двигателей

1.7. Выводы по главе

Глава 2. Исследования оптимальных режимов работы автотракторных двигателей при работе с недогрузкой

2.1. Методика исследования

2.2. Результаты исследования оптимальных режимов работы двигателя Д

2.3. Оптимальные режимы работы двигателей ЗИЛ-130 и ГАЗ

2.4. Возможность использования рейки топливного насоса в качестве чувствительного элемента компенсатора динамической мощности

2.5. Анализ результатов использования оптимальных режимов работы автотракторных двигателей

2.6. Характеристика существующих автоматических регуляторов скорости и обоснование выбора системы компенсатора динамической мощности трактора

2.7. Исследование компенсатора динамической мощности трактора

2.8. Стендовая экспериментальная установка для исследования компенсатора динамической мощности трактора

2.9. Методика экспериментального исследования компенсатора динамической мощности трактора

2.10. Результаты экспериментального исследования компенсатора динамической мощности трактора

2.10.1. Влияние на устойчивость регулятора скорости изменения проходного сечения перепускного отверстия катаракта

2.10.2. Влияние изменения температуры и давления в системе смазки двигателя на величину заданного скоростного режима

2.10.3. Возможный диапазон регулирования скоростных режимов

2.10.4. Степень неравномерности регулятора

2.10.5. Степень нечувствительности регулятора

2.10.6. Результаты динамических ргспытаний регулятора

2.11. Выводы по главе

Глава 3. Исследование оптимальных режимов работы трактора ВТЗ-2048А

3.1. Методика полевых испытаний

3.1.1. Устройство и работа компенсатора динамической мощности трактора ВТЗ-2048А

3.1.2. Методика снятия нагрузочной тяговой характеристики трактора ВТЗ-2048А

3.1.3. Приборы и оборудование применяемые нагрузочных тяговых характеристик трактора ВТЗ-2048А и их проверка

3.1.4. Характеристика участка для проведения тяговых испытаний

3.2. Оценка точности результатов опытов

3.2.1. Ошибки измерения тяговой мощности трактора

3.2.2. Ошибки в измерении часового расхода топлива при тяговых испытаниях

3.2.3. Ошибки в изменении удельного расхода топлива на тяговую лошадиную силу в час

3.2.4. Ошибки при определении буксования 113 3.3. Результаты тяговых испытаний трактора ВТЗ-2048А, оборудованного регулятором скорости движения

3.5.4. Анализ результатов экспериментального исследования

3.5. Выводы по главе

Глава 4. Исследование процесса разгона тракторного агрегата с компенсатором динамической мощности

4.2. Теоретические предпосылки автоматизации первого периода разгона автомобиля с компенсатором динамической мощности

4.3. Определение параметров второго периода разгона автомобиля с компенсатором динамической мощности

4.5. Выводы по главе 4.

Глава 5. Возможность повышения топливной экономичности автомобиля при неустановившемся движении

5.1. Экономическая эффективность

5.2. Выводы по главе 5. 151 Основные выводы 152 Список использованных источников

Известно, что оптимальное управление режимами работы двигателей тягово-транспортных средств (TTC) является важнейшим путем повышения их производительности, топливной экономичности и других эксплуатационных показателей. Однако задача компенсации динамической мощности при работе тракторов, автомобилей и других мобильных машин эффективно пока не решается. Для решения этой задачи необходимо разработать систему автоматического регулирования оптимальных режимов работы машин или компенсатор динамической мощности (КДМ).

Исследованиями в данной области занимались такие ученые, как В. Н. Болтинский, Г. М. Кутьков, О. Н. Дидманидзе, С. Н. Девянин, специалисты НАМИ, НАТИ и др. В результате проведенного анализа исследований было установлено, что работа трактора с неполным использованием мощности двигателя вызывается ограничением скорости движения агрегата по различным причинам. Поэтому для сохранения производительности тягово-транспортного средства важно, чтобы при всережимном регулировании скорость движения трактора оставалась постоянной, а также чистота вращения вала двигателя внутреннего сгорания у транспортного средства. Для этого необходимо устройство, которое автоматически поддерживало бы заданную скорость трактора и частоту вращения двигателя автомобиля, т. е. компенсатор динамической мощности.

Разработка компенсатора динамической мощности трактора позволит повысить топливную экономичность трактора, упростить и облегчить управление трактором, повысить качество сельскохозяйственных работ и производительность тракторного агрегата.

Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования

Режим работы трактора и автомобиля, как известно, определяется скоростными и нагрузочными режимами двигателя, а также передаточным отношением трансмиссии. В эксплуатационных условиях трактор и автомобиль работают на различных режимах. Из них можно отметить следующие наиболее часто встречающиеся:

1. режим полной загрузки двигателя,

2. режим неполной загрузки двигателя,

3. режим перегрузки двигателя,

4. трогание с места и разгон,

5. холостой ход двигателя при остановке машины.

Основными режимами работы являются режимы полной и неполной загрузки, т.к. они являются наиболее длительными по времени.

Основные выводы

1. Установлено, что средняя загрузка двигателей колесных тракторов класса 1 и 1,4 т по всей номенклатуре выполненных сельскохозяйственных работ, по данным различных исследований, составляет от 36,3 до 65,8 %, а двигателей гусеничных тракторов - от 57,5 до 72 %. При работе тракторного агрегата с недогрузкой топливная экономичность его понижается, что влечет за собой уменьшение его общей экономической эффективности.

2. Получено, что при использовании мощности двигателя на 75 %, экономия топлива составляет 5.5,5 %, при использовании мощности на 50 % экономия топлива - 16. 17 %, при использовании мощности на 25 % экономия топлива составляет более 30 %. При средних загрузках двигателя колесного трактора по всей номенклатуре выполняемых сельскохозяйственных работ, равных 36,3. 65,8 %, молено путем автоматического регулирования оптимальных режимов трактора снизить общий расход топлива соответственно на 8.25 %.

3. Анализ результатов стендовых испытаний двигателя Д-130 и нагрузочных тяговых характеристик трактора ВТЗ-2048А позволил установить, что максимальная топливная экономичность двигателя Д-130 на нормальных и пониженных скоростных режимах соответствует загрузке двигателя с крутящим моментом, равным 19,7 кгм, что соответствует среднему эффективному давлению Ре=5,5 кг/см2.

4. Результаты экспериментальных и теоретических исследований позволили установить, что для обеспечения возможности работы тракторов, имеющих двигатель Д-130, как в режиме постоянной мощности, так и в режиме заданной скорости движения, при оптимальной топливной экономичности необходимо иметь, помимо компенсатора динамической мощности, регулятор скорости трактора. При этом компенсатор динамической мощности должен поддерживать постоянное значение крутящего момента двигателя.

5. Разработанная структурная схема компенсатора динамической мощности двигателя и трансмиссии трактора допускает работу как в режиме заданной скорости при оптимальной топливной экономичности, так и в режиме постоянной мощности. При возникновении перегрузки двигателя разработанная структурная схема компенсатора динамической мощности допускает автоматический переход с первого режима на второй.

6. Установлено, что число торможений, приходящихся на один километр пути в городских условиях, колеблется от 3,5 до 6,6. В этих условиях применение компенсатора динамической мощности дает экономию топлива порядка 30 %.

1. Абрамов Е.И. Колесниченко К.А., Маслов В.Т. Элементы гидропривода, Киев: Техника, 1977. 320 с.

2. Антиблокировочные тормозные системы фирмы Bocsh// Автомобильная промышленность США.- 1989.-№ 2. с.39.

3. A.c. 575250. Противоблокировочное устройство- для тормозной системы транспортного средства/ Ревин A.A., Комаров Ю.Я.- Опубл. 1977, Бюл. №.

4. A.c. 1109328. Противоблокировочная тормозная система транспортного средства и ее варианты/ Г.М. Косолапов, A.A. Ревин, Ю.Я. Комаров, Уменяшкин, A.C. Кондрашкин, Ю.А. Соболов,- Опубл. 1984, Бюл. №31

5. A.c. 1172783. Гидравлическая противоблокировочная тормозная система Гецович Е.М.- Опубл. 1985, Бюл. № 30.

6. A.c. 1533920. Противоблокировочное устройство для тормозной системы транспортного средства/ Ревин A.A., Непорада A.B.- Опубл. 07.01.90, Б №1.

7. A.c. 1258737 СССР, МКИ В 60 Т 13/08. Тормоз наката / Ванькаев Н. ,Заботкин E.H., Косолапов Г.М., Железнов Е.И.; ВПИ. № 3870722/27-Эаявлено. 30.12.84; Опубл. 23.09.86, Бюл. № 35 // Открытия. Изобретения. 1986.-Х235.-С. 82.

8. A.c. 1390094 СССР, МКИ В 60 Т 13/08. Тормоз наката / Железнов Е.И., Моцарь С.Л.; ВПИ. № 4154743/31-11; Заявлено 01.12.86; Опубл. 23.04. Бюл. № 15 // Открытия. Изобретения.- 1988.- № 15. - С. 88.

9. A.c. 1438989 СССР, МКИ.В 60 Т 13/08. Тормоз наката / Железнов Е.И. Моцарь С.Л.; ВПИ. № 4262622/31-11; Заявлено 15.06.87; Опубл. 23.11.1 Бюл. № 43 // Открытия. Изобретения,- 19Я8.- № 43. - С. 75.

10. A.c. 1548049 СССР, МКИ В 60 Т 13/08: Тормоз-наката / Железнов Е.И. Моцарь С.Л., Косолапов; ВПИ. № 4383660/31-11; Заявлено 26.02.88; Опубл. 07.03.90, Бюл. № 9 // Открытия. Изобретения.- 1990.- №9. - С. 87.5У

11. A.C. 1555160 СССР, МКИ В 60 Т 13/08. Тормоз наката / Железнов Е.И. Моцарь С.Л.; ВШИ. № 4383683/40-11; Заявлено 26.02.88; Опубл. 07.04. Бюл.№ 13 // Открытия. Изобретения.- 1990.- № 13. - С. 84.

12. A.C. 1659235 СССР, МКИ В; 60 О 1/60. Тягово-сцепное устройство-автопоезда / Железнов; Е.И., Моцарь C.JI. Рубанов В.В.; ВПИ. 4722260/11; Заявлено 24.07.89; Опубл. 30:06.91, Бюл.: № 24 И. Открытия, Изабретения:-1991.-№24.- С. 62.

13. Балакин В. Д., Петров М.Д. Противоблокировочное устройство и обеспечение минимально возможно тормозного пути// Автомобильная промышленность 1969.-№7.-с.25-27.

14. Ваньков И.Т., Железнов Е.И; О некоторых особенностях тормозных прицепов с инерционной тормозной системой:- Волгоград, 1984,- Рукопись Деп. В НИИНавтопроме 16.04.84, № 1020- ап. 84 Деп.

15. Винокуров Ю.М. О полной массе прицепа к легковому автомобилю/ Автомобильная промышленность. 1982, №4.

16. Гецович Е.М. Влияние противоблокировочной системы комфортабельность движения при торможении // Автомобильный транспорт. (Киев).- 1983.- №20:-с.98- 101.

17. Гецович Е.М., Ходырев СЛ., Фаворов Н1Ю. Сравнительная оценка некоторых алгоритмов антиблокировочных систем по качеству регулирования процесса торможения; Харьков; 1982.- Рукопись, представлена ХАДИ; Деп. В НИИНавтопром. №720 ап-Д82.

18. Дидманидзе О.Н., Иванов С.А., Смирнов Г.Н. Области применения UltraCäps. Ремонт, восстановление; модернизация, 2005, №3.

19. Дик А.Б., Петров М.А. Моделирование процесса .торможения автомобильного колеса в общем случае движения* на плоскости^//Повышение эксплуатационной надежности и безопасности автомобильного транспорта; -Новосибирск; 1978.-С. 91-95. .

20. Динамические свойства? тормозных механизмов; легковых автомобилей/ Морозов Б.И:, Меламуд Р.А., Козлов ТО.Ф. и др.// Конструкции автомобилей:• Экспресс-информация./УНИИНавтопром:- 1980i-№2.- С. 21-25.

21. Евтюшенков Н.Е. Галкин G.H., Дзоценидзе Т.Д., Левшин A.F., Агротехнические и технологические параметры автомобилей с.-х. назначения Тракторы и сельхозмашины, №5, 2011. стр. 3-6.

22. Единые технические требования к промышленным образцам антиблокировочных систем для автотранспортных средств /Проект, 3-я> редакция/.- М.: Минавтопром СССР, НАМИ, 1981, 14с.

23. Железнов Е.И. Исследование эффективности действия инерционной тормозной системы прицепа.- Волгоград, 1987.-12.С.- Деп. ВНИИНавтопром 31.08187, №1601.

24. Железнов Е.И. Моделирование процесса торможения автопоезда с инерционной тормозной системой прицепа.- Волгоград, 1986.- Рукопись деп: в Деп. В НИИНавтопроме 22.07.86, № 1404 ап.

25. Железнов Е.И. Моделирование работы инерционно-гидравлического тормозного привода прицепа.- Волгоград, 1986:- Рукопись деп. в Деп. В ННИНавтопроме 10.02.86, № 1315-ап.

26. Железнов Е.И. Особенности процесса торможения легкового автопоезда.-Волгоград, 1995.-26 с. Деп. в ВИНИТИ 24.05.95, № 1485.

27. Железнов Е.И. О торможении прицепного автопоезда с инерционным тормозным приводом.- Волгоград, 1983.-Рукошгсь деп. в Деп. В НИИНавтопроме 02.02.84, № 1000-ап-Д84.

28. Железнов Е.И., Ванькаев Н.Т. О выборе конструктивных параметров .прицепа с инерционной тормозной системой. Волгоград, 1984,-Рукопись деп. в Деп. В НИИНавтопроме 26.06.84, № Ю59-84деп.

29. Железнов Е.И., Моцарь С.Л. Анализ устойчивости торможения автомобиля с одноосным прицепом.- Волгоград, 1988.- 10 с. Деп. в ЦНИИТЭИавтопром 06.04.88, № 1698.

30. Железнов Е.И., Моцарь С.Л. Математическая модель автопоезда с инерционной тормозной системой прицепа.- Волгоград, 1988.- 26 с. Деп. в ЦНИИТЭИавтопром 04.05.88, № 1721.

31. Железнов Е.И., Моцарь С.Л. Оценка эффективности торможения автомобиля с одноосным прицепом.- Волгоград, 1987.- 17 с. Деп. в ЦНИИТЭИавтопром 12.06.87. № 1556.

32. Захарченко А. Н. и др. Колесные тракторы /А. Н. Захарченко, В. В. Калинников, Н. А. Огородникова. — М.: Колос, 1984.— 208 е., ил., 16 л. ил. -(Учебники и учеб, пособия для подгот. кадров массовых профессий).

33. Заявка 3326959 ФРГ. Противоблокировочная система// Опубл. 07.02.85.

34. Заявка 3402794 ФРГ. Противоблокировочное устройство// Опубл. 06.09.84.

35. Заявка 83-41221 Япония. Устройство управления тормозами// Опубл. 1.06.83.

36. Заявка 53-45472 Япония. Противоблокировочное устройство// Опубл.Об. 12.78.

37. Заявка 59-227548 Япония. Противоблокировочное устройство// Опубл. 20.12.84.

38. Заявка 60-166551 Япония. Противоблокировочное устройство// Опубл. 29.08.58.

39. Исса Мазхар. Разработка алгоритма управления рекуперативной АБС. Дисс. канд. техн. наук. Волгоград, 1992.- 146с.

40. Использование антиблокировочных систем в легковых автомобилях/ ВЦП-NP-30474.-llc.- Auto, Motor und Sport.- 1988, Vol.6, №12, p.63,64,66,68. Перевод 88/53238.

41. Каллаген Дж. Антиблокировочные тормозные системы фирмы Kesely-Hayes// Автомобильная промышленность США.- 1987-№28- с. 12.

42. Козлов Ю.Ф. Исследование динамики противоблокировочного тормозного привода легкового автомобиля.- Дисс. канд. Техн.наук М., 1977 - 227с.

43. Комаров Ю.Я. Исследование рабочих процессов противоблокировочных тормозных систем на комплексной моделирующей установке. Дисс. канд. техн. Наук Волгоград, 1981 - 227с.

44. Колесников B.C. Неуправляемое движение автотранспортных средств при экстренном торможении,- Волгоград: Комитет по печати, 1996.- 206 с.

45. Колесников B.C., Григоренко JI.B. Условия полного использования тормозных свойств АТС// Автомобильная промышленность.- 1995.- №11.-С.12-14.

46. Конструкции и расчет автомобильных поездов./ Под ред. Закина Я.Х. Л.: Машиностроение, 1968. - 332 с.

47. Косолапов Г.М., Клепик Н.К., Мартинсон П.Н. Моделирование и расчет на ЭЦВМ динамик торможения автотранспортных средств: Методическое пособие/ВолгПИ.- Волгоград, 1989.-95 с.

48. Косолапов Г.М., Хитин В.А. О выборе передаточного отношения тормозной системы автомобиля. //Автомобили, тракторы и их двигатели: Сб. науч. Ст. -Волгоград, 1972.- С. 161-169.

49. Краткий автомобильный справочник /НИИАТ.- М.: Транспорт, 1985.- 224 с.

50. Лейбер X., Чинчель А., Анлауф Ю. Противоблокировочная система для* легковых автомобилей// СКФ ВЦП Ростов-на-Дону, 1981. 75с.

51. Литвинов A.C. Управляемость и устойчивость автомобиля.- М. Машиностроение, 1971. 416с.

52. Литвинов A.C., Фаробин Я.Е. Автомобиль: Теория эксплуатационных свойств: Учебник для вузов по специальности "Автомобили и автомобильное хозяйство".- М.: Машиностроение, 1989:- 240с.

53. Ломака С.И. Исследование влияния противоблокировочных систем на процесс торможения автомобиля: Дисс. канд. техн. наук.- Харьков, 1965 -287с.

54. Мелик-Саркисьянец A.C., Винокуров Ю.М. Прицепы для легковых автомобилей. М.: Транспорт, 1979.- 79с.

55. Морозов Б.И., Шишацкий А.И., Катанаев Н.Т. Автомобильное колесо как элемент противоблокировочного устройства//Автомобильная промышленность, 1973-ЖЭ- с.21.

56. Непорада A.B. Разработка технического решения и исследование рабочих процессов рекуперативной АБС: Дисс. Канд. техн. наук- Волгоград, 1990.-151с.

57. Никульников Э.Н., Барашков A.A., Шевелкин Ю.П. Особенности конструкции инерционных тормозных систем прицепов// Автомобильная промышленность.- 1996.- № 1. С. 14-18.

58. Пак В.В. Разработка методов и средств испытания автоматизированных тормозных систем легковых автомобилей. Дис. . канд. техн. наук. Волгоград, 2002.-151 с.

59. Патент № 1177082 (Великобритания). Тормозная система автопоезда, -Опубл. 14.10.66.

60. Патент № 3747987 (США). Гидравлический привод тормозов прицепа. -Опубл. 24.07.73.

61. Патент №2158900 (Великобритания). Антиблокировочная система // Опубл. 19.04.85.

62. Патент №2165603 (Великобритания). Противоблокировочная система / Опубл. 16.04.86.

63. Патент №2185792 (Великобритания). Антиблокировочная тормозная система//Опубл. 19.12.86.

64. Петров В. А. Антиблокировочные системы и алгоритмы их функционирования// Автомобильная промышленность, 1979.- №7.- с.20-24.

65. Пчелин И.К., Илларинов В.А. Тормозная динамичность автомобиля с антиблокировочными устройствами//Автомобил ьная промышленность 1976:№2. гС. 13 -16.

66. Пат. 1833326 СССР, МКИ В 60 Т 8/22. Гидравлическая тормозная система автомобиля с одноосным прицепом/ Железнов Е.И.; ВолгПИ. -•№• 498863/11; Заявлено 07.02.91; Опубл. 07.08.93, Бюл. №29// Открытия.Изобретения.-1;993'.г №29.-С. 133: '.'■.

67. Пат. 2025342 РФ, МКИ В 60 Г 13/08. Тормоз наката/ Брижинов Е.П! -№490574/11; Заявлено 19:03.91; Опубл. 30.12.94, Бюл: №24// Открытия. Изобретения. 1994.-№24.-С.

68. Пляка В.И., Бицоев Б.А. Бункер зерноуборочного комбайна с.разгрузкой на обе стороны. Техника и оборудование для села, №9,.20-10'г. стр. 26-27.

69. Разработка модульной противоблокировочной тормозной; системы для перспективного автомобиля ИЖ-2126 с диагональным приводом тормозов/ ВПИ; А.А.Ревин, Ю.Я. Комаров, A.B. Непорада.- Волгоград, 1986;- с.99.

70. Ревин A.A. Автомобильные автоматизированные тормозные системы: Техническое решение, теория, свойства. Волгоград: Изд-во Института качеств^ 1995.-157с.

71. Ревин A.A. Теория эксплуатационных свойств автомобилей и, автопоездов с АБС в режиме торможения: Монография, РПК Политехник. Волгоград, 2002. -372 с.

72. Ревнн A.A. Повышение эффективности, устойчивости и управляемостишри торможении автотранспортных средств: Дис.д-ра техн. наук,- Волгоград 1984;-524с.

73. Ревин А.А, Комаров Ю.Я., Непорада A.B. Модульная АБС для легкового автомобиля// Автомобильная промышленность 1988.-№2-с. 14-15.

74. Ревин А.А, Железнов Е.И., Ревин С.А. Особенности оценки адекватности модели автопоезда с а автоматизированным тормозным приводом/ Эксплуатация современного транспорта: Межвузовский научный сборник Саратов, 1997.- С.71-75.А

75. РТМ 37.031.021-80: Методика испытаний автотранспортных средств оборудованных антиблокировочными системами торможения.- М.: НАМР 1980.

76. Сильянов, В.В. Теория транспортных потоков в проектировании дорог и организации движения / В.В Сильянов. М.: Транспорт, 1977. - 303 с.

77. Сильянов, В.В. Транспортно-эксплуатационные качества автомобильных дорог / В.В. Сильянов М.: Транспорт, 1984. - 287 с.

78. Талызин С.И. Расчет автоматической тормозной системы автоприцепа Автотракторное дело. 1940, № 10.

79. Тормозные устройства: Справочник /Под ред. Александрова М.П. М. Машиностроение, 1985.-312с.

80. Харб Мажед. Разработка диагностических признаков тормозной системы легкового автомобиля с АБС. Автореферат канд. техн. наук. Волгоград.- 2000-19с.

81. Фаробин Я.Е., Овчаров В.А., Кравцева В.А. Теория движения специализированного подвижного состава: Учебное пособие.-Воронеж: Изд-во ВГУ, 1981.- .160с.

82. Фаробин Я.Е., Шупляков B.C. Оценка эксплуатационных свойств автопоездоз для международных перевозок.- М.: Танспорт, 1983.- 200с.

83. Шуклинов С.Н. Разработка и исследование гидравлического тормозного привода автопоезда, состоящего из легкового автомобиля и одноосного прицепа: Дис., канд. техн. наук. Харьков, 1989.- 238с.

84. Эллис Д.Р. Управляемость автомобиля.- М: Машиностроение, 1975.- 216с.

85. Mitshke М. Dynamik der Kraftfahrzeuge. Band A. Antrieb und Bremsung.

86. Jahn M. Распределение тормозных сил на легковом автомобиле с одноосным прицепом // Kraftfahrzeuge .-1973.- №6 С. 178-180.

87. Leiber H., Czinczel A., Anlauf J. Antiskid system for passenger cars // Bosch techniche berichte English special edition - 1982. - №2. - P.65-93.

88. Drechsel E. Abstimmung des Funktionsverhaltens von system. VDI Ber, 1980, №369, s.9-16.