автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Повышение эффективности бульдозерных с.-х. агрегатов путем установки на них двухвальных газотурбинных двигателей

р Г Б ОД

1? май ®

иДНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИй ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ЗАЯЦ Михаил С шло ил о в ич

УДК 631.3:621.43(043.3)

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ БУЛЬДОЗЕРНЫХ С.-Х. АГРЕГАТОВ ПУТЕМ УСТАНОВКИ НА НИХ ДВУХВАЛЬНЫХ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Специальности: 05.20.03 - Эксплуатация, восотановление и

ремонт сельскохозяйственной техники

05.20.01 - Механизация сельскохозяйственного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Сянхт - Петербург 1995

Работа Еыполнена е Панкт-Петербургском государственном аграрном университете

Научный руководитель - доктор технических наук,

академик В.С.Шкрабак

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Л.Е.Агеев,

кандидат технических наук, старший

научный сотрудник

Г.В.Каледин

а

Ведущая организация' - Акционерное объединение "Кировский

.завод".

Защита диссертации состоится 1995 года

в 14 час. 30 мин. на заседании специализированного совета К 120.37.05 по защите диссертаций в С.-Петербургской государственном аграрном университете по адресу: 189620, С.-Не-тербург-Пушкин, Академический проспект, 23, аудитория 719.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан " и 1995 г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Необходимость повышения производительности труда выдвигает задачу дальнейшего роста энергонасыщенности с.-х. тракторов.

Несмотря на то, что поршневые двигатели по экономичности не превзойдены и возможности их габаритной и литровой мощности, надежности, долговечности и других показателей еще не исчерпаны, вое же высокие темпы технического прогресса и развития энергетических средств требуют новых конструктивных решений, открывающих возможность использования в качестве силовых агрегатов тракторов двигателей с иньыи схемами трансформации энергии, в частности, газотурбинных.

Интерес к газотурбинным двигателям (ГТД) вызван рядом преимуществ, которыми они обладают по сравнению о поршневыми двигателями, а именно: легкость запуска при низких температурах, малне удельные массовогабаритные показатели, возможность применения практически любых сортов жидкого и газообразного топлива, высокая статическая и динамическая уравновешенность, высокий коэффициент приспособляемости, низкий расход масла, малая токсичность отработавших газов, более высокая ремонтопригодность, меньшие объемы и стоимости технического обслуживания и капитального ремонта.

Положительные результаты испытаний с.-х. агрегатов на базе газотурбинных тракторов (ГТТ) на пахоте и транспорте показывают, что имеется настоятельная необходимость в дальнейших исследованиях, связанных с повышением эффективности и применением ГТТ на работах, которые по своему характеру значительно отличаются от основных с.-х. работ, но все больший удельный вес имеют в с.-х. производстве, в частности, бульг доэерные работы.

Поэтому работа, направленная на повышение эффективности бульдозерных с.-х. агрегатов путем установки на них двухваль-ных ГТД, актуальна.

Цель исследований. Повышение эффективности бульдозерного с.-х. агрегата путем реализации на нем благоприятных характеристик дпухвального ГТД, рациональных схемы начала движения (копания грунта), режимов работы и совершенствования конструкции бульдозерного агрегата с ГТД.

Объект исследования• В качестве объекта исследования

Ешбран бульдозерный агрегат о ГТТ типа "Кировец" и бульдозером Д-661, оборудованный для проведения эксперимента.

Научная новизна. Предложены уравнения динамики эксплуатационных параметров бульдозерного агрегата с ГТД применительно к условиям наброса и сброса нагрузки. Представлена методика вычисления нелинейных членов в уравнениях динамики эксплуатационных параметров бульдозерного агрегата с ГТД. Произведена оценка нелинейности скороотных характеристик ГТД в условиях наброса и сброса нагрузки бульдозерного агрегата. Экспериментально определены количественные характеристики параметров работы бульдозерного агрегата с ГТД при различных схемах начала движения и на установившихся режимах работы. Предложены рациональные режимы работы бульдозерного агрегата о ГТД и пути совершенствования его конструкции.

Практическая значимость. Методика теоретических исследований по обоснованию эксплуатационно-технологических параметров бульдозерного агрегата с ГТД и представленные в ней аналитические зависимости позволяют оценить влияние различных эксплуатационных факторов на основные показатели работы ГТД и агрегата в условиях бульдозерных режимов, оценить их нелинейность при набросе и сбросе нагрузки и могут быть использованы на стадии исследовательских работ. Полученике в результате экспериментальных исследований эмпирические зависимости позволяют определить количественные характеристики эксплуатационных параметров бульдозерного агрегата и могут быть использованы для определения рациональных режимов работы агрегата. Рекомендуемые схема начала движения и рациональные режимы работы целесообразно использовать в практике эксплуатации бульдозерных агрегатов с ГТД. Общетехничеокие требования по совершенствованию трансмиссии ГТТ рекомендуется реализовать на опытной партии ГТТ.

Вне прение. Результаты исследований приняты в 110 "Кировский завод" для реализации на перспективных образцах тракторов и используются в исследованиях с.-х. агрегатов на базе ГТТ в С.-ПГАУ.

Апррбания работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на научных конференциях профес-оороко-преподавательского состава и аспирантов Санкт-Петербургского государственного аграрного университета в 1986...

1995г.г., Пензенского сельскохозяйственного института в 19Пбг., на научно-технической конференции Нижегородского политехнического института в 1988 г.

Публикации. По теме исследований опубликовано 8 статей.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, общих выводов, списка использованной литературы, включающего 108 наименований, приложений. Работа изложена на 152 страницах, включает 70 . рисунков и 55 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе "Состояние вопроса и задачи исследований "с одержите я анализ тенденций развития бульдозерных агрегатов и перспектив использования на них ГХЦ, а также анализ работ, выполненных ранее другими авторами, по повышению эффективности функционирования бульдозерных агрегатов.

Анализ выполненных исследований, показал целесообразность использования ГТД, как энергетической установки для - ^

перспективных бульдозерных агрегатов. Однако, к настоящему времени практически не изучена работа бульдозерного агрегата на базе ГТТ. В частности, не изучены тягово-динамичеокие характеристики бульдозерного агрегата, не установлено влияние на них эксплуатационных факторов, не исследована качественная и количественная сторона вопроса; в итоге отсутствуют рекомендации по обоснованию эксплуатационных требований, по совершенствованию конструкции и по наиболее рациональному использованию бульдозерных агрегатов на базе ПТ.

Исходя из цели исследований и на основе анализа состояния вопроса, в диссертационной работе поставлены следующие задачи: 1-исследовать теоретически характер-динамики эксплуатационных параметров бульдозерного агрегата о ГВД; 2-соз-дать экспериментальные установки для лабораторных' и полевых исследований и разработать методику лабораторно-полевых испытаний; 3-лшолнить лабораторные испытания Г1Д в условиях скоростной и нагрузочной характеристик; 4-изучить характер динамики и оценить количественные характеристики 'эксплуатационных плрпметров бульдозерного агрегата при различных схемах н^чялч движения и режимах работы; 5-установить расчетные зависимости для определения количественных характеристик о

окоплуатационных параметров бульдозерного агрегата при работе его на установившихся режшах; 6-уптановить и обосновать рациональную схему начала движения и режимы работ» бульдозерного агрегата с целью обеспечения его элективного функционирования.

Во втором разделе "Теоретическое обоснование эксплуатационно-технологических параметров бульдозерного о.-х. агрегата с газотурбинным двигателем" представлены; теоретический анализ динамики эксплуатационных параметров бульдозерного агрегата с ГТД в процессе начала движения, оценка их нелинейности в уоловиях изменения нагрузки бульдозерного агрегата и. методология вычисления нелинейных членов в уравнениях динами», ки эксплуатационных параметров бульдозерного агрегата с ГТД.

Анализ динамики эксплуатационных параметров бульдозерного агрегата с ГТД выполнен для условий, когда режим работы турбокомпрессора постоянен, т.е. ¿¿>/г:г! . Линейное динамическое уравнение момента двигателя в функции 67 его вала в отклонениях от среднего или пульсациях имеет вид

+ (I)

где ^¡»-приведенный к валу момент инерции подвижных масс; <4? -пульсация (разность между исходным перед неустановившимся режимом и текущим значением) угловой скорости вала; ¿-время; ^-коэффициент изменения момента (тангенс угла наклона линии момента двигателя к оси абсцисс в координатах момент-угловая скорость вала); -пульсация момента сопротивления..

Учитывая, что момент сопротивления бульдозерного агрегата изменяется во времени линейно, приведя уравнение (I) к безразмерному .виду и решив его относительно безразмерной угловой скорости получим решение в виде:

«г-л^-г-чг* ^ г с

где ¿'-безразмерная, угловая скорость (параметр угловой скорости); £-параметр времени (безразмерное время) '¿•¿¿/У ; /> -параметр момента, пропорциональный времени наброса момента \ ¿/^-амплитуда нагрузочного момента при набросе и сбросе нагрузки; гУ-темп изменения момента сопротивления

Поскольку основные характеристики рассматриваются применительно к валу двигателя, той оценка их нелинейности в условиях наброса и сброса нагрузки бульдозерного агрегата с ГТД 4

проводилась применительно к нему.

Так как основное уравнение имеет вид

/гтм*. % , (3)

то приведение к безразмерному виду дает:

с/Х/еА + еааи 1еГ0,&9,

с/Х/аЪ +£ +<*%*--/>, есл* 7 б ( )

где /«'-параметр нелинейности скоростных характеристик ГТД; «¿-безразмерный параметр нелинейности,скоростных характеристик ГТД ( ¿"ла*/*-' ).

На интервале {¿А00! уравнение (4) интегрируется в квадратурах в виде + и решение его будет

На интеррале £&,£/>/ решение уравнения (4) после перевода его в уравнение Рикатти, а затем в уравнение Эйри имеет вид г ^гл'м-глас/*сШ'Ъгл'сх/-м/хЯ , -

ТГ* цю; *

где ¿/¿{М, линейно независимые решения уравнения Эйри-функпни Эйри (определяются по таблицам функций Э»ри); С. -пос-.тоянняя, определяемая из начальных условий:

Анализ результатов линейного и нелинейного решений по полученным зависимостям для реального ГТД показал, что решения практически совпадают на интервале от ?*=2 до 7=6 и имеют различия только в начальной стадии и в стадии выхода на установившиеся режим после окончания изменения момента. При больших значениях Р изменения решений по сравнению с линейньми будут меньшими, т.к. с ростом/* параметр«/ уменьшается.

При малых значениях«/ вычисление нелинейных членов упрощается, если решение уравнения (4) искать с точностью • в виде' -Г» Жв '¿Р/ХУ,

Рассмотрев краевые условия для функций «С и (в нуле и на бесконечности ¡Г= <*>, дифференциал г&/с&*0 ), получим: ¿'ЮУ+^'М/тР; «^/«э^^г'л-У—/» (7)

Найдя корень уравнения (7) такой, чтобы при У—Я" н далее разлагая по степеням , получим краевые'условия ЛГ^/*-^'; .^оо/«-^; По.п^тпрляя реггсние в виде в основное уравне-

ние (4) е учетом крясгых уплови'!, получим уравнения функций

¿'о и (уравнения для нулевого и первого приближения).

Решение уравнения (6) было найдено после определения постоянных с учетом начальных условий и отнесения первого и нулевого приближения к "Р" и "Р**" соответстгенно, считая, что аргументом будет:

7-Т/Р; т.е.

- ^

где 7 -текущее время, отнесенное к половине времени наброса или сброса момента; ¿'-относительная угловая скорость. Решение уравнения для первого приближения шеет вид.

п для нулевого приближения

( ? £ Ш,

_ Тем»с. (10)

Результаты сравнения точного решения МЮ, нулевого приближения Ш и первого приближения ¿¿».¿^ для реального ГТД показали, что начиная с Р=4 точное решение совпадает с первым приближением и, следовательно, на интервале РеС4,™>] можно вести расчеты,'принимая за £ первое приближение. При Р-4 4 вычисления следует вести с использованием функций Эйри.

Нелинейность уравнения (4) сказывается на функции при малых 1 и при больших 7 , причем, изменение происходит примерно на . Поэтому можно учесть нелинейность сдвигом на о(Рг, т.е. рассматривая решение вида (II)

Сравнение исправленного нелинейного решения, сдвинутого на^'с линейным показывает, что линейное решение дает ошибку не более, чем ЕЙ, что вполне приемлемо. Изложенное дает возможность в основу теоретического анализа, как и анализа результатов экспериментальных исследований, положить линейную модель.

В третьем разделе "Программа и методика экспериментальных исследований" представлены программа и методики экспериментальных исследований бульдозерного агрегата (ГТТ + Д-661), описание экспериментальных установок, применяемого оборудования и измерительной аппаратуры, методика обработки эксперт.; гит ал ьтпе данных.

Программа эксперимента предусматривала: лабораторные 1'спнтания ГТД на тормозном стенде о весовым меха-

низмом " Яар/'с/о"; лабораторно-полевые испытания бульдозерного агрегата (ГТТ + Д-661) на площадях учебного машинно-тракторного полигона С.-ПГАУ.

В процессе лабораторных испытаний снимались скоростная и нагрузочная характеристики ГТД по ГОСТ 18509-88, осуществлялась тарировка измерительной аппаратуры и определялись основные энергетические показатели ГТД. Полученные экспериментальные данные использовались для проверки мощностннх и топ-ливно-экономических показателей ГТД и для определения рациональных режимов работы бульдозерного агрегата (ГТТ + Д-661).

Лабораторно-полевые испытания бульдозерного агрегата проводились в соответствии с ГОСТ 7057-81. В процессе испытаний агрегата (ГТТ + Д-661) определялось влияние различных схем начала движения и режимов работы агрегата и его ГТД на качественные, и количественные характеристики показателей работы агрегата,'влияние режимов работы агрегата и его ГЗД на динамику входных и выходных параметров работы агрегата и ГТД, устанавливались рациональные эксплуатационные режимы, еоотгетотт'утщио условию максимальной тяговой мощности.

В процессе испытаний регистрировался комплекс показате-чо1* работы агрегата и ГТД, для чего использовалась малоииер-ииошгап аппаратура и датчики, позволявшие регистрировать .-точения показателей с погрешностью, не превышающей

Обработка опытных данных, полученных в процессе лаборя-торно-полевых испытаний бульдозерного агрегата производилась с использованием вероятностно-статистических методов и ЭВМ.

В четвертом разделе "Результаты экспериментальных исследований и их анализ" приведены результаты лабораторных и лабордторно-полевых исследований и их анализ.

Лабораторные испытания ГТД и полученные скоростная'и нагрузочная характеристики позволили сделать вывод о том, что техническое состояние ГТД и значения его технико-экономических показателей'находятся п пределах, допускаемых техническими условиями завода-изготовителя.

Лития экспериментальны* данных, полученных, при копании грунта с постоянной частотой вращения турбокомпрессора ГТД 1 покапал, "то увеличение исходного значения и передаточного отношения КПП трактора I ведет к увеличение

конечной частоты вращения (в момент остановки трактора) тяговой турбины Л„при общей тенденции ее снижения в процессе копания (рис.1). Средняя интенсивность снижения/?,, уменьшается

Л,

г . у

V

—'2

г и б в ю 12 Г. с

Рис Л. Изменение частоты вращения тяговой турбины. Г'ТД бульдозерного агрегата при копании грунта (Яг%соп&; • ¿«-¿Л ): 1-/%.0,90; 2 - Л?г"= 0,80; * 3 - 0,70

по мере увеличения исходного значениями 1Хи составляет (в относительных единицах): 0,047; 0,028; 0,004 спри4=6,45; 0,063; 0,048; 0,025 с_1при ¿=5,31; 0,114; 0,073; 0,052 с"1 при /<-=4,40 й исходной относительной частоте^=0,70; 0,80 ,ч 0,90, соответственно.

Развиваемые ГТД крутящий моменти тяговое усилие^»ограничиваются конструктивными особенностями КПП трактора и ее привода (буксование дисков 'фрикционов КПП при относительном значении^=0,17-0,20) при 4=6,45; 5,31 и^£=0,70, а также, при <¡.=4,40 и4^=0.70; и сцепными свойствами колее трак-

тора с почвой при 4=6,45; 5,31 и/2£=0,80; 0,50 и ¿.=4,40 и /2^=0,90. Последнее не позволило полностью реализовать развиваемую ГТД эффективную мощность л/е на режиме с »¿£=0,90 и4=6,45.

• Анализ характера изменения тяговой мощности А/Хр ГТТ (рис.2) и количественных показателей ее динамики (таблЛ_)г Шр,

О

Г-ж. 2

. Характер изменения, тяговой мощности Мр ГТТ о бульдозером при копании грунта ( г1тхС'оя£1; ¿к* 5,31 ): I 0,90; 2 -Я"-. 0,ПО; 2 - П\' О,"О

показал, что с увеличением тяговая мощность возрастает и достигает максимального значения И^Г"* 100,7 кВт при /££=0,90 и 4=5,31. Тяговая мощность при максимальном тяговом усилии

ЗОЙ, Рф=82 кН) также имеет максимальное значение Л£,=91,0 кВт при/?^=0,90 и ¿„,= 5,31. Время выхода агрегата на Му, иРлр при Л","¿=0,90 имеет наименьшее значение при ¿г= 5,31 и составляет 5,0 и 6,1 с, соответственно. Расход топлива в этих условиях также минимален и равен 0,097 и 0,121 кг с момента трогания агрегата, до момента достижения тяговой мощности А/у и тягового усилия РМ/> • Эффективная мощность,

■ Таблица I

Экстремальные значения тяговой мощности и показателей работы ГТТ с бульдозером при копании грунта (л„г )

Показатели работы агрегата

Передаточное отношение КПП

¿= 6,45 : 1Х= 5,31 : 4,40

Максимальная тяговая мощность ¿¡¡¿Г** и тяговая мощность при максимальном тяговом усилии (¿4«г=30$), кВт '

Время выхода на тяговую мощность и на тяговое усилие Р™* с

Скорость агрегата при тяговой мощное-' тиЛ^**и тяговом усилии /^Г**, м/с

Тяговое усилие Р&, при максимальной тяговой мощности Л^Г*. кН

Эффективная мощность на валу ГТД при максимальной тяговой мощности Л/ф** , кВт

Расход топлива до момента достижения тяговой мощности и тягового усилия Р£аа!, кг

0,70 38,8/ - 32,0/ - 31,2/ -

0,80 65,9/60,7 68,3/56,6 59,9/ -

0,90 93,9/88,6 100,7/91,0 96,6/83,6

0,70 6,7/ - • 4,1/ - * 3,0/ -

0,80 7,1/8,2 5,9/8,0 4,1/ -

0,90 6,0/6,5 5,0/6,1 ■ 5,0/6,3

0,70 0,68/ - 0,80/ - ' 0,89/ -

0,80 0,89/0,74 1,02/0,63 1,13/ -

0,90 1,22/1,08 1,38/1,11 1,40/1,02

0,70 57 40 35

0,80 • 74 67 • 53

0,90 77 73 69

0,70 60,0 59,7 58,0

0,80 120,9 117,3 111,8

0,90 207,7 212,1 202,5

0,70 0,074/ - 0,044/ - 0,032/ -

0,80 0,114/0,133 0,095/0,131 0,064/ -0,90 0,111/0,122 0,097/0,121 0,097/0,126

Примечание: в числителе даны значения максимальной тяговой иотиооти и показателей ей соответствующих; в знаменателе даны значения тяговой мощности и показателей при максю««льном

тяговом усилии (

ЗСЙ).

разливаемая ГТД при тяговой мощности/^"'* имеет максимплып-значение при <£,„=0,90 и /,=5,31 и равна 212,1 кВт.

Анализ экспериментальных данных, полученных при копании грунта с одновременным разгоном турбокомпрессора за счет увеличения подачи.топлива в камеру сгорания ГТД, показал, что изменение теша ^перемещения рычага сектора газа от 1,5 до 5 с при разгоне турбокомпрессора отл£=0,57 до /5^0,90 не существенно влияет на время разгона турбокомпрессора и составляет 5,2 и 5,5 с. Увеличение г?,, до 7 и 10 с увеличивает врем« разгона турбокомпрессора до 7,3 и 10,3 с, соответственно.

Изменение ¿с от 1,5 до 5 с практически не сказывается на динамике разгона тяговой турбины (рис.3). Увеличение ёе до 7 и 10 с,соответственно, увеличивает время разгона тяговой турбины и снижает максимальную частоту ее вращения. Уменьшение . передаточного отношения КПП ведет к снижению максимальной частоты вращения тяговой турбины и\менылению времени разгона.

2 * б 8 10 12 Т, о

Рис.3./Изменение частоты вращения тяготой турбины ГТД бульдозерного агрегата при копании грунта : I - ¿«=1,5 с; 2 - ¿=5 с; 3 о; 4 =10 с

Развиваемый ГТД крутящий момент и тяговое усилив Г1Т ограничиваются сцепндаи свойствами колес трактора с почвоР. По этой же причине не может быть реализована развиваемая ГТД максимальная эффективная мощность при ¿=6,45.

Анализ'характера изменения тяговой мощности /Ц* ГТТ (рис.4") и количественных показателе» ее динамики (табл.?.! позволили заключить, что изменение п пределах 1,5-5 с практически не влияет на значение тяговой мощности Л^?** и на время выхода на эту мощность, которая имеет максимальное значение 97,2-96,4 кВт при ¿£.=5,31. Увеличение ¿,до 7-10 с ведет 10

2 4 б 8 Ю 12 Г, с

Рис.4. Изменение тяговой мощности ГТТ с бульдозером при копании грунта с одновременным разгоном турбокомпрессора ( Я„-0,М ~о,во: ): I - ¿¿=1,5 с; 2- ¿,=5 с;

3 - ¿=7 с; 4 - ¿ = 10 с

Таблица 2

Экстремальные значения тяговой мощности Л^, и показателей работы ГТТ с бульдозером при копании грунта с одновременны.! разгоном турбокомпрессора ГТД ( Лг, » 0,90 )

Показатели работы агрегата

Передаточное отношение КПП

<г= 6,45

5,31

4,40

Максюлальная тяговая 1,5 мощность Л/Цр (чиоли- с тель) и тяговая мощность при максималь- 7 ном тяговом усилии тп /55?мг( знаменатель),кВт

1,5

5 7 10

1,5 5 7 10

1,5 5

■ю'

Эффективная мощность 1,5 на валу П'Д при мак- 5 оимальной тяговой мощ- 7 ности Л^** , кВт 10

Расход топлива до мо-1,5 мента достижения тяго- к вой мощности/^7"** (чи— 0 олитель) и тягового 7 усилия (пламена- тп

тель), кг

Время выхода на тяговую МОЩНОСТЬ (числитель) и на тяговое усилие (знаменатель), с

Скорость агрегата при^тяговой мощности л/,? (числитель) и тяговом усилии (знаменатель), м/с

Тяговое усилие при максимальной тяговой мощности А/яр"", кН

90,9/87,6 90,1/87,7 84,5/84,5 81,6/78,7

7,3/7,8 7,6/8,1 8,6/9,1 9,7/10,0 1,18/1,07 1,17/1,07 1,07/1,03 1,02/0,96

77

77

79

80

213,9 213,7. 213 9 198,9

0,120/0,131

0,122/0,133

0,132/0,143

0,138/0,144

97,2/89,4 96,4/89,4 86,9/83,6 .81,4/77,9

7,1/7,3 7,3/7,6 8,3/8,6 9,5/9,8 1,20/1,09 1,19/1,09 1,10/1,02 1,03/0,95

81 81 79 79

207.4 210 0 202,1

183.5

0,115/0,120 0,116/0,122 0,126/0,133 0,132/0,138

90,9/83,6 90,1/83,6 79,6/77,9 74,3/69,7

6,9/7,4 7,2/7,7 8,4/9,0 9,8/10,3 1,18/1,02 1,17/1,02 1,02/0,95 0,94/0,85

77

77

78

79

192,3 ' 192,8 182 П 164,5

0,111/0,122

0,113/0,124

0,128/0,141

0,138/0,1-19

г. снижению тяговой мощности Л^Л* увеличению времени до ее достижения. Тяговая мощность при тяговом усилии /^¡""имеит аналогичную динамику и достигает максимума 89,4 кВт при ¿к -5,31 и ¿£=I,5-5 с. Время.выхода на максимальное тяговое усилие имеет минимальное значение при /„¿5,31, а на максимальную тяговую мощность при «С, =4,40 и ¿<=1,5-5 с и ¿,=5,31 и íc~ 7 и ТО'с. Однако, при /*=4,40 тяговая мощность/^ (90,9 и 90,1 кВт) ниже, чем при ¿=5,31 (97,2 и 96,4 кВт) и<,= 1,5-Ьг.

Расход топлива до достижения тягового усилия /^ГмГмин!!-мвльный при /*=5,31. Минимальный расход топлива о момента трогания до момента достижения тяговой мощности Д^ при гс-1,5-5 с наблюдается при <^=4,40 (0,111-0,113 кг) к при ¿с --"< и 10 с при /^=5,31. Однако, если учесть значение тяговоР мощности при =4,40 и ¿^=5,31, то удельны" расход топлива будет приблизительно равным и даже несколько ниже при ¿„=5,ГЛ и =1,5-5 с. Зф^ективная мощность, развиваемая ГТД при тяго вой мощности Л^Г**', имеет максимальное значение при /,.=0,45. При /«.=5,31 и 4,40 ГТД работает в условиях перегрузки по эффективной мощности,которая увеличивается по мере уменьшат^ ¿к.

В результате аппроксимации по формуле Лагранжа экспериментальных даклых, полученных при испытании бульдозерного агрегата на установившихся режимах работы, были получены эмпирические зависимости основных показателей работы агрегата от величины тягового усилия ГТГ.

Результаты расчетов по полученным зависимостям показали, что в диапазоне рабочих тяговых усилий ГТТ (35*^.*.80 кН) эффективная мощность (рис.5) достигает максимального значения 216,2 кВт при ¿„ =4,40; 5,31 и тяговом усилии/5^=54,5; 75 кН, соответственно. Удельный расход топлива при тех же условиях составил 351,5 г/кВт-ч. Максимальная эффективная мощность при /*=6,45 составляет 208,7 кВт, а удельный эффективный расход топлива 364,2 г/кВт-ч при тяговом усилии 80 кН.

Максимальная тяговая мощность ГТТ (рис.6) составила 108,0 и 104^9 кВт при тяговом усилим ^=75 и 66 кН и и 4,40, соответственно. Удельный тяговый расход топлива в этом случае составил, соответственно, 703,7 и 722,5 г/гВт*ч. При передаточном отношении /ж=6,45 максимальная тяговая мощность ограничивается сцепнши свойствами колес трактора с ■ почпоР и составила 94,4 кВт при тяговом усилии/^,-80 кН, с удельный тяговый расход топлива при этом составил 805,1 гД'&г.ч.

л*.

кВт 200

160

160

140

г;

' г

О

3

$0*

г/кВт-ч 460

400

350

30

ад

50

60

70 Ркр, Kff

Л/ "Г

______________________ ..............—,________ S» , удельного эф-

фективного расхода топлива $* ГТД от тягового усилия I -4 = 6,45; 2 - 4= 5,31; 3.- 4= 4,40

Ч»,

кВт 100

80

60

40

Nm

ХУ

S/I Ч. 2

э

30

ад

50

60

70

9яр,

г/кВт«ч 1200

1000

800

600 кН

Рис.6. Зависимость тяговой мощности И4»/> , удельного тягового расхода топлива А, ГТД от тягового усилия : I - 4= 6,45; 2 -4= 5,31; 3 - 4= 4,40

Вероятностно-статистический анализ количественных характеристик, корреляционных функций и спектральных плотностей реализаций случайных процессов />/мШи ^»/¿/полученных при испытании бульдозерного агрегата,показал,что. уменьиение I* и увеличение массы перемещаемого грунта ведет к повышению динамичности исследуемой системы. Характер изменения взаимной

корреляционной функции и значение критериев, позволяющих оценить наличие связи между исследуемыми процессами, показали, что между процессами существует (с вероятностью

Р 0,95) тесная линейная регрессионная связь.

ОБЩИЕ ВЫВОДИ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Выполненные исследования позволяют сделать следующие ооновные выводы:

1. Специфика нагрузок бульдозерного агрегата,а также характер изменения подачи топлива в камеру сгорания ГТД не сказываются на устойчивости работы ГТД; в режимах копания грунта и отсыпки его в кавальер имеет место перераспределение крутящего момента по колесам трактора (с увеличением на задних и уменьшением на передних при копании и наоборот-при отсыпке в кавальер) за счет увеличения (при копании) и уменьшения (при отсыпке) вертикальной составляющей сопротивления грунта перед отвалом, приводящей к наклону передней части трактора.

2. Уменьшение передаточного отношения КПП и увеличение тягового усилия (сопротивления) и частоты вращения турбины компрессора ГТД ведет к повышению динамичности исследуемой системы (агрегата), причем, между процессами и/^»/¿/существует (с вероятностью Рг-0,95) тесная линейная связь.

3. Полученные эмпирические зависимости с достаточной точностью (/>0,95) описывают динамику основных показателей работы бульдозерного агрегата и его ГТД и могут быть использованы в практике.

4. Развиваемое ГТД тяговое усилие не может быть полностью реализовано из-за конструктивных особенностей КПП при

и 4=6,45; 5,31, а также при Лг,=0,70; О,ВО-и = 4,40 и из-за недостаточных сцепных свойств колес трактора с почвой при =0,80; 0,90 N<¡.=6,45; 5,31 и .#„=0,90 и /к = 4,40. Последняя причина не позволяет полностью использовать развиваемую ГТД мощность на режиме Лдаа0,90 и ¿,=6,45.

5. Изменение времени перемещения рычага подачи топлива в камеру сгорания ГТД с темпом ¿„от 1,5 до 5с практически вызывает идентичные количественные и качественные изменения параметров работы агрегата и его ГТД; при 4до 7иЮ с, а также копание грунта на частичных режимах (по частоте вращения турбины компрессора),' равно как и уменьшение передаточного отношения КПП. ведет к ухудшению приемистости ГТД на 17-44%.

^ ' 6. Наиболее эффективная работа бульдозерного агрегата

при копании грунта наблюдается при схеме начала движения с

£от{на режиме с Л,„=0,90 и /¿=5,31. При копании грунта с одновременным разгоном турбины компрессора от /?„.=0,57 до /%„=0,90 наиболее эффективная работа наблюдается при /е =1,5-5 о и /^=5,31; в этих условиях снижаются динамические нагрузки на агрегат, увеличивается плавность процесса разгона и копания грунта, что создает более благоприятные условия для управления агрегатом. Однако, в этом случае наблюдается значительное снижение/?,,, что ведет к преждевременному износу дисков фрикционов КПП. Максимальная тяговая мощность при копании грунта в этом случае снижается по сравнению.со схемой тро-гания при на 3,5-4,3$, время выхода на максимальную тя-

говую мощность увеличивается на 42-46$, а расход топлива увели-виваетсяна 18,6-19,6%. Причем, забросы температуры газа перед турбиной компрессора ГТД в этом случае выше на 60-80°С, что неблагоприятно сказывается на'долговечности работы двигателя.

7. На установившихся режимах работы бульдозерного агрегата в исследуемых условиях наиболее эффективная работа его наблюдается при 0,90. Развиваемая в этом случае полностью реализуется при <¡,=5,31 и 4,40, что ведет к увеличению тяговой мощности ГТТ и улучшению его топливной экономичности по сравнению с работой при ¿¿=6,45. Причем, максимальная тяговая мощность при/,=5,31 (^=108 кВт) несколько выше, а удельный тяговый расход топлива (/Л/1=703,7 г/кВт-ч) ниже, чем при ¿х =4,40 104,9 кВт и/^724,5 г/кВт.ч).

8. Максимальная тяговая мощность ГТТ 108 кВт) при 4=5,31 достигается при более высоком тяговом усилии ( Р*р = 75 кН) и меььшей рабочей скорости (£=1,44 м/с), чем при /*= 4,40 (/<¿,=104,9 кВт; /^=66 кН; £ = 1,59 м/с), что ведет к уменьшению производительности за счет увеличения буксования.

9. Выполненная схема с.-х. трактора с ГТД в агрегате с бульдозером работоспособна и эффективно выполняет свои функции.

Полученные результаты исследований позволили рекомендовать следующее:

I. В практике эксплуатации бульдозерных с.-х.агрегатов с двухвальньм ГТД целесообразно использовать схему начала движения бульдозерного агрегата, реализуемую при ^ = СО/гЫ, о одновременным копанием грунта; с целью обеспечения наибольшей эффективности работы бульдозерного агрегата при копании и транспортировке грунта рационально использовать режим ра-

15

боты агрегата, характеризуемый /¡'„.=0,90 и ¿,=5,31; при необходимости использования схемы трогания бульдозерного агрегата с одновременным разгоном турбины компрессора от Птк=0,57 до =0,90 с целью обеспечения наиболее эффективной работы агрегата необходимо обеспечить ¿«¡до 5 с.

2. Для реализации тяговых возможностей ГТД необходимо обеспечить дополнительное балластирование трактора и возможность работы бульдозерного агрегата с уширителями отвала и козырьком; для сокращения потерь времени при переключении передач на рабочий и холостой ход, а также обеспечения рабочего и холостого (вперед-назад) хода следует предусмотреть реверс с одновременным переходом на пониженную (рабочий ход) и повышенную (холостой ход) передачу.

3. Для повышения эффективности работы бульдозерного агрегата за счет уменьшения буксования фрикционов КПП при копании грунта целесообразно обеспечить аккумулирование энергии при откате (холостом ходе) агрегата с последующим использованием ее для повышения давления масла в гидросистемах агрегата; с целью обеспечения безопасных и благоприятных условий труда итератора при выполнении работы задним ходом трактора необходимо предусмотреть позмотность изменения положения сидения оператор р.

4. Для обеспечения устойчивости бульдозерного агрегата

с ГТД (на базе трактора "Кировец")в процессе копания и отсылки грунта в кавальер целесообразно понизить центр тяжести моторной установки с ГТД на 350-400 мм, что вполне допускает конструкция ГТД, моторной установки с ним и фронтальной части трактора; для исключения перераспределения динамического равновесия, крутящего момента по колесам трактора предусмотреть возможность продольного перемещения двигателя на раме.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Заяц М.С. Результаты полевых экспериментальных исследований изменения основных эксплуатационно-технологических показателей бульдозерных агрегатов с газотурбинным трактором. -В сб.Охрана труда работников сельского хозяйства при использовании мобильных средств механизации.-Л.-Пушкин,I9R6,с.29-Ю.

2. Шкрабак B.C., \3аяц М.С. Динамика параметров работы ГТД в условиях бульдозерных агрегатов.-В кн.: Повышение Ф*-кт:;гнооти проектирования, испытания, оксплуятот".! пгт<--по-

т г,

билей и строительно-дорожных машин. Тезисы докладов НТК.-ГорькиЯ, 1988, с. 51.

3. Заяц М.С. К методике экспериментальных исследований бульдозерного с.-х. агрегата на базе газотурбинного трактора. -В сб.Проблемы охраны труда работников АПК в условиях хозрасчета и пути их решения.-Л.-Пушкин, 1989, с. 31-34.

4. Заяц М.С., Антонов В.А. Результаты исследований разгона бульдозерного агрегата на базе газотурбинного трактора.-В сб.Пути обеспечения безопасности технологий и средств электромеханизации в сельском хозяйстве.-Л.-Пушкин, 1990, с.75-80.

5. Заяц М.С., Антонов В.А. Результаты экспериментальных исследований динамики параметров работы бульдозерного агрегата с ГТД.-В сб.Пути обеспечения безопасности жизнедеятельности в АПК.-С.-Пб., 1991, с. 83-86.

6. Заяц М.С., Антонов В.А. Результаты сравнительного анализа схем начала движения бульдозерного агрегата на базе газотурбинного трактора.-В сб. Охрана труда работников АПК в условиях перехода к рыночным отношениям.-С.-Пб.,1992,с.24-26.

7. Заяц М.С., Антонов В.А. Результаты анализа динамики тяговой мощности бульдозерного агрегата с ПГД.-В сб.Пути повышения безопасности в агропромышленном производстве.-С,-Пб., 1993, с.76-79.

8. Заяц М.С., Антонов В.А. Результаты вероятностно-статистического анализа динамики основных, показателей работы бульдозерного агрегата.-В сб.Современные проблемы безопасности в АПК и пути их решения.-С.-Пб., 1994, о.101-104.

Подписано к печати 04. 95*.. фэрмат 60x90 1/16 П.л. I. Заказ Тирак 70 зхэ. Бесплатно.

•'йтогрефия- Санкт-Петербургского государственного аграрного университета, г.Пушкин, ул.Садовая, д.14.