автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Снижение расхода топлива на транспортных работах установкой рациональных давлений воздуха в шинах колесных тракторов

N . У

V Г'

^ На правах рукописи

ЛЕЩЕНКО Евгения Анатольевна

СНИЖЕНИЕ РАСХОДА ТОПЛИВА НА ТРАНСПОРТНЫХ РАБОТАХ УСТАНОВКОЙ РАЦИОНАЛЬНЫХ ДАВЛЕНИЙ ВОЗДУХА В ШИНАХ КОЛЕСНЫХ ТРАКТОРОВ (НА ПРИМЕРЕ ТРАКТОРА МТЗ-82)

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г г пай 20

Челябинск - 2014

005548680

Работа выполнена на кафедре «Безопасность жизнедеятельности» ФГБОУ ВПО «Челябинская государственная агроинженерная академия».

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Богданов Андрей Владимирович

Официальные оппоненты: Келлер Андрей Владимирович,

доктор технических наук, доцент, профессор кафедры «Колесные, гусеничные машины и автомобили» ФГБОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет (Национальный исследовательский университет)

Строганов Юрий Николаевич,

кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Эксплуатация машинно-тракторного парка» ФГБОУ ВПО «Уральский государственный аграрный университет»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский

государственный аграрный университет»

Защита состоится «2» июля 2014 г., в 12.30 часов на заседании диссертационного совета Д 220.069.01 на базе ФГБОУ ВПО «Челябинская государственная агроинженерная академия» по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 75.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «Челябинская государственная агроинженерная академия» http://www.csaa.ru.

Автореферат разослан «30» апреля 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Плаксин

Алексей Михайлович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из главных факторов, определяющих показатели производства сельскохозяйственной продукции, является уровень эффективности механизированных работ, часть из которых занимают транспортные работы. Они в основном осуществляются по твердым дорогам (укатанные грунтовые, заснеженные дороги и т.д.). По статистике, доля использования тракторов (например, МТЗ-82) на транспортных работах составляет до 60 %. Для увеличения тяговых свойств и повышения безопасности движения, особенно в зимний период, рекомендуется использовать блокированный привод ведущих мостов трактора МТЗ-82. Но в этом случае может возникать кинематическое несоответствие между колесами ведущих осей, приводящее к появлению «паразитной» мощности, циркулирующей в трансмиссии. Повышенный износ шин, поломка отдельных элементов трансмиссии, повышенный расход топлива также могут быть следствием кинематического несоответствия.

Эффективным путем устранения кинематического несоответствия является установка давлений воздуха в шинах, влияющих на радиусы качения колес, с учетом условий эксплуатации. Давления, рекомендуемые в справочной литературе для транспортных работ, как правило, не учитывают используемые на тракторе модели шин и перераспределение нагрузок по его осям, главным образом зависящих от загрузки прицепа. Как показывают ранее проведенные исследования, установка давлений в зависимости от эксплуатационных условий может снизить расход топлива до 15%. Но данные исследования в основном рассматривают колесные машины с шинами равного размера, хотя в сельском хозяйстве используются тракторы с различными размерами шин ведущих мостов.

Поэтому исследования, направленные на повышение топливной экономичности тракторов путем устранения кинематического несоответствия за счет обеспечения рациональных давлений воздуха в шинах, учитывающих эксплуатационные условия, являются важной научно-технической задачей.

Актуальность темы подтверждается Государственной программой развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008-2012 годы,

целевой программой «Развитие сельского хозяйства» в Челябинской области на 2009-2012 годы.

Целью исследования является снижение расхода топлива при выполнении транспортных работ на твердых опорных поверхностях колесными тракторами с блокированным приводом ведущих мостов путем выбора рациональных давлений воздуха в шинах.

Задачи исследования:

1. Рассмотреть закономерности влияния давления воздуха в шинах на расход топлива колесных тракторов с блокированным приводом ведущих мостов при выполнении транспортных работ и разработать математическую модель определения рациональных давлений воздуха в их шинах.

2. Обосновать и разработать устройство для регулирования и автоматического поддержания давления воздуха в шинах колесных машин.

3. Провести экспериментальную проверку разработанной математической модели определения рациональных давлений воздуха в шинах и дать экономическую оценку результатов исследования.

Объектом исследования является процесс движения трактора с блокированным приводом ведущих мостов в составе тракторно-транспортного агрегата по твердым опорным поверхностям.

Предмет исследования: закономерности влияния давления воздуха в шинах на расход топлива колесного трактора при выполнении транспортных работ.

Научная новизна основных положений, выносимых на защиту:

— разработана математическая модель определения рациональных давлений воздуха в шинах, обеспечивающих наименьший расход топлива при движении колесных машин (тракторов) с блокированным приводом ведущих мостов по твердым опорным поверхностям, которая учитывает распределение реакций опорной поверхности по колесам различных осей и модели установленных шин;

— получена система, позволяющая определить основные параметры разработанного устройства для регулирования и автоматического поддержания давления воздуха в шинах колесных машин;

— установлена экспериментальная зависимость, подтверждающая адекватность математической модели определения рациональных давлений воздуха в шинах колесных машин.

Практическая значимость. Разработанная математическая модель позволяет рассчитывать рациональные давления воздуха в шинах

для конкретных эксплуатационных условий. На ее основе возможен выбор моделей шин, соответствующих колесной машине (трактору).

Конструкция разработанного устройства для установки и автоматического поддержания давления воздуха в шинах позволяет оперативно регулировать давление в зависимости от условий эксплуатации. Полученная система дает возможность рассчитать основные параметры устройства для его изготовления. Данное устройство может монтироваться непосредственно на нолеса большинства мобильных машин.

Результаты исследования дают возможность снизить расход топлива при движении колесных машин (тракторов) при выполнении транспортных работ. Они могут быть использованы инженерно-эксплуатационными службами сельскохозяйственных и других предприятий, вузами, научно-исследовательскими и проектно-кон-струкгорскими организациями при разработке и совершенствовании моделей шин и конструкций колесных машин (тракторов).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и были одобрены на ежегодных международных научно-технических конференциях ЧГАА (г. Челябинск, 2011-2014 гг.), всероссийской конференции с международным участием ЮУрГУ (г. Челябинск, 2011 г.), международной научно-практической конференции ЮУрГУ (г. Челябинск, 2012 г.).

Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 7 работах, из них 3 работы опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК, получены патент на полезную модель и авторское свидетельство на программу для ЭВМ.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 128 страницах машинописного текста, содержит 11 таблиц, 39 рисунков, состоит из введения, пяти глав, выводов и рекомендаций, 11 приложений. Список использованной литературы включает в себя 121 наименование.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, его практическая значимость, научная новизна основных положений, выносимых на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования» проанализированы труды по вопросу движения колесной машины (трактора) с блокированным приводом ведущих мостов по твердым опорным поверхностям Е.А. Чудакова, В. А. Петрушова, В. И. Кно-роза, Г. А. Смирнова, Ю.А. Коцаря, К. А. Зеленова, Ю.Г. Горшкова, А. В. Богданова и др. Основным недостатком блокированного привода является возникновение кинематического несоответствия между колесами ведущих осей. Оно приводит к появлению «паразитной» мощности в трансмиссии, оказывающей отрицательное влияние на топливную экономичность. Величина «паразитной» мощности может составлять 10... 15% от мощности двигателя, а иногда и превышать ее. Кроме того, кинематическое несоответствие приводит к повышенному износу деталей трансмиссии и шин, снижению устойчивости движения и др. Анализ известных путей устранения кинематического несоответствия показал, что наиболее перспективным является выбор рационального давления воздуха в шинах, так как от давления зависят радиусы качения колес.

Имеющиеся в настоящее время зависимости для определения рациональных давлений воздуха в шинах не в полной мере учитывают эксплуатационные условия (распределение нагрузок по колесам) и применимы лишь для машин с одинаковыми колесами (размеры и модели шин и т.д.). Также проблематична оперативная установка и автоматическое поддержание давлений во время эксплуатации, так как существующие для этого системы имеют или сложную дорогостоящую конструкцию, или не дают возможности оперативной регулировки требуемых давлений.

Проведенный анализ работ показывает, что необходимо дальнейшее исследование взаимосвязи кинематического несоответствия между колесами ведущих мостов и давлений воздуха в шинах. В связи с этим была выдвинута научная гипотеза: снижение расхода топлива при движении трактора по твердым опорным поверхностям возможно устранением кинематического несоответствия между колесами ведущих осей путем обеспечения рациональных давлений воздуха в шинах.

Во второй главе «Теоретические предпосылки к предмету исследования» проведен анализ составляющих потерь энергии при движении колесной машины (трактора) по твердой опорной поверх-

ности и определены те составляющие, которые зависят от давления воздуха в шинах. Также проведен анализ формулы для расчета коэффициента кинематического несоответствия между колесами ведущих осей. В результате получено условие выбора давлений воздуха в шинах с точки зрения минимума потерь энергии на передвижение колесной машины (трактора)

приР^ ->тах,

Л^+^з+^бп+^+Л^-»™11 ПРИ^2-_>1, (1)

'п КЗ

где Р ,Р - давление воздуха в шинах передних и задних колес, Па;

дГ, лГ- мощности, затрачиваемые на нормальную деформацию шин передних и задних колес в результате действия на них вертикальных нагрузок, Вт;

N N - мощности, затрачиваемые на тангенциальную дефор-

мп' ыз _

мацию шин передних и задних колес в результате приложения к ним

крутящих моментов, Вт;

N N - мощности, теряемые на буксование передних и задних

бп' бз

колес, Вт;

N - мощность, расходуемая на механические потери в трансмиссии, Вт;

i- передаточные числа приводов переднего и заднего мостов; г - радиусы качения колес переднего и заднего мостов в ведущем режиме, м.

Известно, что расход топлива Ос зависит от потерь энергии при движении трактора (колесной машины). Поэтому при снижении суммы мощностей И1а + и суммы мощностей Л^ + Л^ + Ыеп + Л^ + + N расход топлива будет уменьшаться. С учетом этого условие (1) примет следующий вид:

►пип при

р + Р —► шах,

* шп шз '

к г„

->1. (2)

Из условия (2) видно, что для снижения расхода топлива необходимо устанавливать максимально возможные значения давлений, но при этом они должны обеспечивать кинематическое соответствие.

При полном отсутствии кинематического несоответствия, исходя из совокупности условий (2), будет наблюдаться следующее равенство:

где = /3//п — коэффициент, учитывающий передаточное отношение трансмиссии между передними и задними колесами.

Из равенства (3) видно, что обеспечить условие (2) возможно путем изменения радиусов качения колес передней и задней осей. Для установления взаимосвязи между радиусами и давлением воздуха в шинах при отсутствии кинематического несоответствия запишем уравнения радиусов качения на основе известной формулы Е.А. Чудакова:

гш=&-Хп-Мп; гю=£-Х3-М3, (4)

где Л/, М —моменты, подведенные к задним и передним колесам, Н-м;

, - радиусы качения колес передней и задней осей в ведомом режиме, м;

X, Хп — тангенциальная эластичность шин задних и передних колес, 1/Н.

Исходя из равенства (3) и уравнений (4), можно записать, что при кинематическом соответствии будет следующее равенство:

(5)

После его преобразований получим, что

X (6)

П 3 4 '

Выражение (6) показывает, что при отсутствии кинематического несоответствия коэффициенты тангенциальной эластичности шин колес переднего и заднего мостов должны иметь одинаковые значения.

Исследования В. А. Петрушова показали, что на коэффициент тангенциальной эластичности шины /. непосредственное влияние оказывают нормальная реакция на колесо Лг и давление воздуха Рш

в самой шине, а также характеристические значения , Рк, , являющиеся константами для конкретной модели шины:

Учитывая, что давление воздуха в шине ограничено максимальным Р и минимальным Р допускаемыми значениями, то, исходя

max гпш _

из выражений (7), (2) и (6), получим систему для определения рациональных давлений воздуха в шинах с точки зрения минимума расхода топлива на передвижение колесной машины с любым (от двух и более) числом ведущих мостов:

G.

• mm при •

Л) = Лп«> еСЛИ Rz0 >

1

К

1

л;

1-

1—

кО

R.

■Z О

°к0 \л

Лжо ) к

се

<0,

) Го.

Р, = Ртп, если Р, < Ртт,

Л

(8)

где - нормальная реакция опорной поверхности, действующая на колесо наиболее нагруженного моста, Н;

Л - нормальная реакция опорной поверхности, действующая на колесо менее нагруженного /-го моста, Н;

Р0 - давление воздуха в шинах колес наиболее нагруженного моста, МПа;

Р.- давление воздуха в шинах колес менее нагруженного /'-го моста, МПа;

X], Х*0 - характеристические значения тангенциальной эластичности шин колес менее нагруженного и более нагруженного мостов, являющиеся константами 1/Н;

<7*, С*0 - характеристические значения нормальной нагрузки шин колес менее нагруженного и более нагруженного мостов, являющиеся константами, Н;

Р*, Рц " характеристические значения давления воздуха в шинах колес менее нагруженного и более нагруженного мостов, являющиеся константами, МПа.

Анализ системы (8) показывает, что для снижения расхода топлива максимально допускаемое давление Р^ должно быть установлено в шинах более нагруженного моста, а относительно этого давления рассчитаны давления в шинах других менее нагруженных мостов. Знаменатель 1 — /^ будет всегда отрицательным, так как О* > . Поэтому выражение

X.

1 0 Л,*

1-1-31

I Я*

А

должно быть меньше ноля. В противном случае рекомендуется выбирать марки шин с другими значениями характеристических постоянных Х'к, С^ , Р*. Как показали расчеты, для подавляющего большинства колесных тракторов со стандартными шинами разность

1

х;

1-

1—

я.

то

ро

<0.

Достоинством полученной математической модели (8) является ее универсальность — возможность рассчитывать рациональные давления воздуха в шинах вне зависимости от их размеров и стандартных моделей. Для расчета рациональных давлений на основе системы (8) создана программа для ЭВМ (свидетельство регистрации №2013613959).

В процессе эксплуатации колесных машин (тракторов) требуется оперативная установка рациональных давлений воздуха в шинах. Поэтому предложено техническое устройство для регулирования и поддержания давления воздуха в шинах колесных машин (рисунок 1).

Значение давления устанавливается с помощью крышек 9 и 14 регулятора (рисунок 2) по нанесенной шкале. Для повышения давления впускной клапан 18 открывает доступ воздуха из баллона высокого давления в шину до тех пор, пока усилие со стороны мембраны 5 не превысит усилие пружины 11. При снижении давления в шине выпускной клапан 12 открывается, и воздух из шины выходит в атмосферу, пока давление не станет равным установленному. Установленное давление автоматически поддерживается во время эксплуатации предложенным регулятором (патент на полезную модель № 2012107514).

1 — баллон высокого давления с клапаном для закачки воздуха; 2 - регулятор давления воздуха; 3 - воздуховод, соединяющий регулятор давления с вентилем шины

Рисунок 1 - Общий вид установки на колесе регулятора давления воздуха в шинах колесных машин

1 — корпус баллона высокого давления; 2 — переходной штуцер; 3 - прокладка переходного штуцера; 4 - основной корпус регулятора; 5 - мембрана; 6 — дополнительный корпус регулятора; 7 - шайба; 8 — гайка; 9 _ регулировочная крышка впускного клапана; 10 - держатель пружины; 11 - пружина впускного клапана; 12 - выпускной клапан; 13 - пружина выпускного клапана; 14 - регулировочная крышка выпускного клапана; 15 - корпус выпускного клапана; 16 - стопорная шайба; 17 - соединительный канал; 18 - впускной клапан; 19-крышка основного корпуса регулятора; 20 - канал впускного клапана; 21 - перепускной канал

Рисунок 2 - Схема регулятора давления воздуха в шинах колесных машин

Количество воздуха в баллоне высокого давления должно обеспечивать работу устройства без дозаправки в течение одной или более смен. Подача воздуха в шину возможна тогда, когда давление воздуха в баллоне Рш будет больше, чем в шине. При выравнивании давлений процесс подкачки становится невозможным, а в баллоне останется определенная масса т^ неизрасходованного воздуха. С учетом этого число подкачек иц шины без дозаправки баллона высокого давления определится следующим образом:

ОСТ

п _ '"бал ~ ОТбал ти

где ти - масса воздуха, требуемая для одной подкачки шины, кг; т^ — общая масса воздуха в баллоне, кг.

Массы воздуха т6ал, т^, тп можно определить с помощью уравнения Менделеева-Клайперона. Подставляя их значения в равенство (9) и делая ряд преобразований, получим:

' г. IТ ж г пГОЯХтг

п„ =

ЯГ ЯТ

^аЛалМ Р^УщМ RT

(ссле

У Р _ птах

_ ' бал 1 бал 1 ш /" 1 Q\

у ппосле _ pao '

ш * ш Ш

где М— молярная масса воздуха, кг/моль;

V^ - объем баллона высокого давления, м3; R - газовая постоянная (R = 8,31Дж/моль К); Т— температура воздуха, К;

Р^** - максимально используемое давление воздуха в шине, Па; ^>после _ давление воздуха в шине после подкачки, Па; Р*° — давление воздуха в шине до подкачки, Па; Уш - внутренний объем шины, м3. Внутренний объем шины V , как правило, не указывается в справочной литературе. Поэтому его расчет можно привести на основе известных размеров шины и второй теоремы Гюльдена.

Тогда объем баллона определится следующим образом:

я2 {Dq6 + Д — 2-<б)-(Д —2-/6)'

р _ ртах бал ш

где D — диаметр обода, м;

У _ п v ш_ш } у об ' " ** 6) у" ** '6/ /11 \

6т р _ртах ' 4 > V /

бал ш

В — ширина профиля, м; ^ — толщина стенки боковины шины, м.

На основе выражения (11) построены кривые изменения объема баллона высокого давления У^ от количества подкачек пп (рисунок 3) и давления воздуха в нем Рш (рисунок 4) при различных

л ПШ о после пдо

значениях АР =Рт - Рш .

Как видно из рисунков 3 и 4, объем баллона У^ изменяется прямо пропорционально количеству подкачек пп и обратно пропорционально давлению воздуха в нем Рш. Кроме того, с увеличением «порции» воздуха при подкачке шины (разницы между давлениями в шине до и после подкачки АРШ = /С" ~ С ) 0&ьем высокого давления V, также увеличивается.

0 2 4 6 л^чгг.

1 - при АР" = 0,06 МПа; 2 - при ДР- = 0,04 МПа; 3 - при ЛРШ = 0,02 МПа

Рисунок 3 - Зависимость объема баллона от количества подкачек пя при давлении Рб111 =1,0 МПа

У*»

0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0

0 0,5 1 1,5 2 МПа

1 - при АРШ = 0,06 МПа; 2 - при Д= 0,04 МПа; 3 - при АР" = 0,02 МПа

Рисунок 4 - Зависимость объема баллона У^ от давления воздуха в нем при числе подкачек ип = 5

С учетом выражения (11) и известных соотношений можно записать следующую систему для расчета основных параметров устройства:

где Рш—давление воздуха в шине (в полости С), Па; 5мсм — площадь мембраны, м2; к„ — жесткость пружины впускного клапана, НУм;

—величина удлинения (сжатия) пружины впускного клапана, м; с!1а—диаметр канала впускного клапана, м;

площадь рабочего основания выпускного клапана, м2; к13 — жесткость пружины выпускного клапана, НУм; хп—величина удлинения (сжатия) пружины выпускного клапана, м.

Таким образом, на основе системы уравнений (12) можно определить основные параметры устройства доя регулирования и поддержания давления воздуха в шинах колесных машин.

В третьей главе «Методика экспериментальных исследований» приводится разработанная методика, необходимые приборы и оборудование.

Целью проводимых экспериментальных исследований является проверка основных положений теоретического анализа — математической модели (8) для определения рациональных давлений воздуха в шинах колесных машин при движении с блокированным приводом ведущих мостов по твердым опорным поверхностям, а также системы (12) для расчета основных параметров устройства для регулирования и поддержания давления воздуха в шинах.

Для этого были проведены экспериментальные исследования с транспортно-тракгорым агрегатом (ТТА) - трактор МТЗ-82 с прицепом 2 ПТС-4.

Давления воздуха в шинах будут рациональными, если они обеспечат минимальный расход топлива. Поэтому за критерий правиль-

4

• -к13 • *13 = О»

* *-Чсеи —К11 *И = 0: *11 ^20'

(12)

Ш

ш

ности выбора давлений был определен расход топлива трактором. В каждой серии экспериментов реакции опорной поверхности на колеса передней и задней осей трактора менялись путем различной загрузки прицепа: 0, 25, 50, 75 и 100% от номинальной грузоподъемности. Во время одной серии экспериментов изменялось только давление воздуха в шинах передних колес и измерялся расход топлива (при прочих равных условиях). Скорость движения (30 км/ч, IX передача) и реакции опорной поверхности на колеса оставались постоянными.

Для проверки адекватности математической модели (8) и системы (12) были решены основные задачи:

- проведены экспериментальные исследования для различных распределений реакций опорной поверхности по колесам переднего и заднего мостов трактора в зависимости от изменения загрузки прицепа;

- проведены измерения расхода топлива при изменении давления воздуха в шинах для определенного распределения реакций опорной поверхности по колесам переднего и заднего мостов трактора (для определенной загрузки прицепа);

- найдены рациональные значения давления воздуха в шинах для определенного распределения реакций опорной поверхности по колесам переднего и заднего мостов трактора, соответствующие минимальному расходу топлива;

- проконтролировано давление воздуха в шинах трактора при работе предлагаемого устройства для установки и поддержания давления воздуха в шине.

На внутрихозяйственных перевозках ТТА выполняет, как правило, не более 5 рейсов за смену. Поэтому для расчетов основных элементов устройства по системе (12) можно принять пв = 5. Также было принято, что ЛРШ = Р^-Рш =0,07 МПа и Р6ш = 1 МПа. С учетом этого для шины Ф-165 (11,2R20) переднего колеса трактора МТЗ-82 был рассчитан объем баллона высокого давления, который составил 0,036 м3 (диаметр 0,45 м и высота 0,22 м). Также определена толщина стенки баллона (3,1 мм) и выбраны пружины для впускного и выпускного клапанов.

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований» приведены данные, которые обрабатывались с помощью известных методик и системы Excel. По результатам экспериментов

каждой серии составлены уравнения регрессии и построены графики изменения расхода топлива от давления воздуха Рп в шинах передней оси трактора МТЗ-82. В качестве примера на рисунке 5 приведен график для 50-процентной загрузки прицепа.

Из рисунка 5 видно, что при давлении воздуха в шинах передних колес, равном 0,14 МПа, наименьший расход топлива — 10,05 кг/ч. При этом уравнение регрессии имеет вид:

Се50% = 109,4-Рп2 - 29,483РП +12,036, (13)

где С?*0% -расход топлива при 50-процентной загрузке прицепа, кг/ч.

С„кгЛ

10,90 -10,80 -10,70 -10,60 -10,50 -10,40 -10,30 -10,20 -10,10 -10,00 -9,90 -9,80 -0,

♦ средниезначенияпорезультатамэкспериме1гга —по уравнению регрессии

Рисунок 5 — Зависимость расхода топлива от давления в шине переднего

колеса Рп (загрузка прицепа на 50%: распределение реакций опорной поверхности на переднее колесо = 5542 Н и заднее колесо = 13 615 Н)

В целом, в каждой серии экспериментов имеются рациональные давления воздуха в шинах, при которых наблюдается наименьший расход топлива. Нужно отметить, что при изменении давлений воздуха в шинах в ту или иную сторону от рациональных значений расход топлива может увеличиваться до 13%. Результаты по определению рациональных давлений воздуха в шинах трактора МТЗ-82 для всех серий экспериментов сведены в таблицу 1. По результатам регрессионного анализа была выведена экспериментальная зависимость определения рациональных давлений возду-

1 -А ■

—\- /

м

■ • Ч -1- -'

ч.

' Ч__

05 0,1 0,15 0,2 0,25 ^МПа

ха в шине Рпэрац от изменения реакции опорной поверхности на переднее колесо

= 79,54-Ю"10 -Лг2п - 36,63-Ю"6 • К7П +0,0921. (14)

Таблица 1 - Рациональные значения давлений воздуха в шинах по результатам экспериментов в зависимости от распределения реакций опорной поверхности по колесам трактора МТЗ-82

Транспортно-тракторный агрегат Реакция опорной поверхности на переднее колесо Ят, Н Реакция опорной поверхности на заднее колесо Н Рациональное давление в шине заднего колеса, МПа Рациональное давление в шине переднего колеса, МПа

Трактор с пустым прицепом (загрузка 0%) 6163 13336 0,17 0,17

Трактор с прицепом, загруженным на 25 % 5884 13615 0,17 0,16

Трактор с прицепом, загруженным на 50% 5542 13957 0,17 0,14

Трактор с прицепом, загруженным на 75 % 5136 14363 0,17 0,11

Трактор с прицепом, загруженным на 100% 4668 14831 0,17 0,10

На основе экспериментальной (14) и теоретической (8) зависимостей построены кривые (рисунок 6). Они показывают, что с возрастанием нормальной реакции опорной поверхности на колесо значение рационального давления воздуха в шинах передней оси повышается. Расхождения между кривыми не более 10%, что подтверждает адекватность математической модели (8).

Для оценки эффективности использования предлагаемых рациональных давлений были проведены сравнительные эксперименты. Результаты (таблица 2) показывают, что наименьший расход топлива наблюдается при движении трактора с двумя ведущими мостами и предлагаемыми рациональными давлениями воздуха в его шинах.

Р п рац. МПа 0,20,18 -0,16 -0,14 -0,120,1 -0,08 -0,060,040,020 -■

4500 5000 5500 6000 6500

7? кН

-теоретическая зависимость гп'

— — экспериментальная зависимость

Рисунок 6 — Зависимость изменения рационального значения давления воздуха в шине от изменения реакции опорной поверхности на колесо

Таблица 2 - Результаты сравнительных экспериментов

Транспортно-тракторный агрегат Трактор с пустым прицепом (загрузка 0%) Трактор с прицепом, загруженным на 50% Трактор с прицепом, загруженным на 100%

1 2 3 4

Реакции опорной поверхности на переднее колесо Н 6163 5542 4668

Реакции опорной поверхности на заднее колесо Яп, Н 13 336 13 957 14 831

Расход топлива при рациональных давлениях воздуха в шинах (движение трактора с блокированным приводом ведущих мостов), кг/ч й сухая дорога 9,17 (Рп — 0,168 МПа) 10,51 (/>„ = 0,138 МПа) 10,80 (Ро = 0,095 МПа)

о" II а." заснеженная дорога 9,52 (Рп = 0,168 МПа) 10,87 (Рп = 0,138 МПа) 11,12 (Рп = 0,095 МПа)

Окончание таблицы 2

1 2 3 4

Расход топлива при давлениях воздуха в шинах, предлагаемых в справочной литературе, кг/ч cf rt сухая дорога 9,54 11,25 12,24

О о" II II заснеженная дорога 10,04 11,97 12,71

На основе данных таблицы 2 получены зависимости изменения расхода топлива от загрузки прицепа при движении на сухой и заснеженной поверхностях:

Gc пр =_oj()001-Z2 + 0,0414-Z+9,54, (15)

=-0,0002-Z2 +0,0373 Z + 9,17, (16)

G'ecnР = -0,0002-Z2 +0,038-Z + 9,52, (17)

Q>P*n = _0j 0002 • Z2 + 0,0505 • Z +10,04, (18)

где G°np, G¡cnp - расход топлива при движении, соответственно, по сухой и заснеженной поверхности с давлениями воздуха в шинах, предлагаемыми в справочной литературе (движение трактора с одним ведущим мостом), кг/ч;

Gepa4, G¡pa4 - расход топлива при движении, соответственно, по сухой и заснеженной поверхности с рациональными давлениями воздуха в шинах (движение трактора с блокированным приводом ведущих мостов), кг/ч;

Z — загрузка прицепа, %.

По уравнениям (15), (16), (17) и (18) построены кривые изменения расхода топлива при движении по сухой и заснеженной поверхности (рисунки 7 и 8).

Кривые (рисунки 7 и 8) показывают, что при движении трактора с двумя ведущими мостами и рациональными давлениями воздуха в его шинах экономия топлива составляет примерно от 4 до 12 % (для сухой поверхности) и от 6 до 13 % (для заснеженной поверхности).

Расход топлива, кг/ч

Загрузка прицепа, %

♦ Расход топлива при рациональных давлениях В Расход топлива при давлениях из справочной литературы

Рисунок 7 — Зависимость изменения расхода топлива от загрузки прицепа при движении по сухой твердой опорной поверхности

Расход топлива, кг/ч

14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00

■--«

^ -I —-

1 р —

Загрузка

0 20 40 60 80 100 прицепа, %

__Расход топлива при рациональных давлениях

в зимний период

-Расход топлива при давлениях из справочной литературы

в зимний период

Рисунок 8 - Зависимость изменения расхода топлива от загрузки прицепа при движении по заснеженной опорной поверхности

Также проверялась работа устройств для установки и автоматического поддержания давления воздуха в шинах передних колес МТЗ-82, которые должны обеспечивать рациональное давление после каждой га пяти подкачек (таблица 3).

Таблица 3 - Средние значения результатов измерений давления воздуха в шинах трактора МТЗ-82 после пятой и шестой подкачек

№ опыта Расположение колеса трактора по ходу движения Среднее значение максимального давления воздуха в шине после пятой подкачки, МПа Среднее значение максимального давления воздуха в шине после шестой подкачки, МПа

1 Правое переднее колесо 0,17 0,15

Левое переднее колесо 0,17 0,14

2 Правое переднее колесо 0,17 0,16

Левое переднее колесо 0,17 0,15

3 Правое переднее колесо 0,17 0,13

Левое переднее колесо 0,17 0,16

4 Правое переднее колесо 0,17 0,16

Левое переднее колесо 0,17 0,16

5 Правое переднее колесо 0,17 0,15

Левое переднее колесо 0,17 0,13

Как видно из таблицы 3, устройства обеспечивают максимальные рациональные давления воздуха после пятой подкачки в передних шинах трактора. Это подтверждает правильность расчетов, а значит, и системы (12).

В пятой главе «Оценка экономической эффективности» показано, что использование предложенных рациональных давлений с применением разработанного устройства для регулирования и поддержания давления воздуха в шинах за счет снижения расхода топлива дает годовой экономический эффект на один трактор около 13 700 рублей.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ движения колесных машин (тракторов) с блокированным приводом ведущих мостов по твердым опорным поверхностям показал, что возникающее кинематическое несоответствие между колесами ведущих осей делает использование блокированного привода неэффективным. Наиболее действенным способом устранения кинематического несоответствия является установка рациональных давлений воздуха в шинах.

2. Определена совокупность условий выбора давлений воздуха в шинах, которая подтверждает; что наименьший расход топлива у машин с блокированным приводом ведущих осей будет при установке максимально возможных значений давления в шинах, но при этом они должны обеспечивать кинематическое соответствие.

3. Разработана математическая модель с программным обеспечением (свидетельство Роспатента № 2013613959) для определения рациональных давлений воздуха в шинах многоосных колесных машин вне зависимости от размеров и моделей шин. Рациональные давления позволят обеспечить наименьшие затраты энергии при движении по твердым дорогам и рассчитываются в зависимости от реакций опорной поверхности на колеса различных осей и величин С^, Хк, Р , являющихся константами для конкретной модели шины.

4. Обосновано и разработано устройство для установки и автоматического поддержания давления воздуха в шинах колесных машин, позволяющее оперативно устанавливать его значение с точностью ±10 кПа посредством имеющегося ре1улятора (патент на полезную модель № 121775). Объем баллона высокого давления устройства, рассчитанный на основе полученной системы уравнений и равный 0,036 м3, обеспечивает 5 подкачек шины за одну рабочую смену без его дозаправки при начальном давлении воздуха в нем 1 МПа.

5. Экспериментальными исследованиями установлено, что для различных распределений реакций опорной поверхности на колеса передней и задней осей трактора МТЗ-82 при изменении давлений воздуха в шинах расход топлива изменяется до 13%. Так, для реакций опорной поверхности на колеса передней 4668 Н и задней 14 831 Н осей трактора наименьшему расходу топлива 10,80 кг/ч соответствовали рациональные давления в шинах переднего моста 0,095 МПа, в шинах заднего моста - 0,17 МПа.

6. Полученная на основе экспериментов зависимость соответствует разработанной математической модели определения рациональных давлений воздуха в шинах (расхождение не более 10%). Результаты сравнительных экспериментов показали, что при работе с предлагаемыми давлениями воздуха в шинах расход топлива снижается до 13 % по сравнению с давлениями, рекомендуемыми в справочной литературе.

7. Использование рациональных давлений на тракторе МТЗ-82 с применением устройства для установки и автоматического поддержания давления воздуха в шинах дает годовой экономический эффект от экономии топлива около 13 700 руб. на одну машину.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Богданов, А. В. Обоснование параметров устройства для поддержания заданного давления воздуха в шинах колесных машин [Текст] / А. В. Богданов, Ю. Б. Четыркин, Е. А. Лещенко // Аграрный вестник Урала. - 2012. - № 11. - С. 44-46.

2. Горшков, Ю. Г. Определение рационального давления воздуха в шинах колесного трактора [Текст] / Горшков Ю. Г., Богданов А. В., Четыркин Ю. Б., Лещенко Е. А. // Механизация и электрификация сельского хозяйства. -2011. -№11. - С. 25-26.

3. Горшков, Ю. Г. Устройство для регулирования давления воздуха в шинах колесных машин [Текст] / Горшков Ю. Г., Богданов А. В., Четыркин Ю. Б., Лещенко Е. А. // Механизация и электрификация сельского хозяйства.-2011.-№ 10.-С. 17-19.

Публикации в других изданиях

4. Богданов, А. В. Повышение экономичности и устойчивости движения колесных тракторов с блокированным приводом ведущих мостов [Текст] / А. В. Богданов, Е. А. Лещенко // Материалы 1Л1 меж-дунар. науч.-техн. конф. «Достижения науки - агропромышленному производству». - Челябинск: ЧГАА, 2013. - Ч. VI. - С. 110-114.

5. Горшков, Ю. Г. Определение рациональных давлений воздуха в шинах колесных машин (тракторов) при выполнении транспортных работ [Текст] / Ю. Г. Горшков, А. В. Богданов, Ю. Б. Четыркин, Е. А. Лещенко // Вестник ЧГАА. - 2012. - Т. 61. - С. 26-30.

6. Лещенко, Е. А. Обоснование устройства для регулирования и автоматического поддержания рационального давления воздуха в шинах колесных тракторов на транспортных работах [Текст] / Е. А. Лещенко // Материалы Ы междунар. науч.-техн. конф. «Достижения науки - агропромышленному производству». - Челябинск : ЧГАА, 2012. - Ч. VI. - С. 58-^2.

7. Лещенко, Е. А. Устранение кинематического несоответствия установкой рациональных давлений воздуха в шинах колесных тракторов [Текст] / Е. А. Лещенко // Безопасность жизнедеятельности в третьем тысячелетии : Сборник материалов V Междунар. научно-практической конференции. - Челябинск: ЮУрГУ, 2012. - Т. 1. - С. 204-206.

Авторские свидетельства, патенты

1. Пах на пол. мод. 121775 Российская Федерация. Регулятор давления в шинах колесных машин [Текст] / Ю. Г. Горшков, А. В. Богданов, Е. А. Лещеню [и др.]. - № 2012107514 ; заявл. 28.02.2012 ; опубл. 10.112012.

2. Св-во о регистрации Российская Федерация. Расчет рационального давления воздуха в шинах колесных машин [Текст] / Е. А. Лещенко, Ю. Б. Четыркин. - № 2013613959 ; зарегистрировано 22.04.2013.

Подписано в печать 18.04.2014. Формат 60><84/16 Гарнитура Times. Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 85

Отпечатано в ИПЦ ФГБОУ ВПО ЧГАА 454080, г. Челябинск, ул. Энгельса, 83

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Челябинская государственная агроинженерная академия»

04201459696

На правах рукописи

ЛЕЩЕНКО Евгения Анатольевна

у /

СНИЖЕНИЕ РАСХОДА ТОПЛИВА НА ТРАНСПОРТНЫХ РАБОТАХ УСТАНОВКОЙ РАЦИОНАЛЬНЫХ ДАВЛЕНИЙ ВОЗДУХА В ШИНАХ КОЛЕСНЫХ ТРАКТОРОВ (НА ПРИМЕРЕ ТРАКТОРА МТЗ-82)

05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -доктор технических наук, доцент А. В. Богданов

Челябинск - 2014

Содержание

Введение........................................................................................ 4

Глава 1 Состояние вопроса и задачи исследования............................... 7

1.1 Особенности движения колесных машин с блокированным приводом ведущих мостов........................................................................... 8

1.2 Пути устранения кинематического несоответствия в блокированном приводе ведущих мостов колесных машин......................................... 16

1.3 Устройства для регулирования давления воздуха в шинах колесных

машин....................................................................................... 24

Глава 2 Теоретические предпосылки к предмету исследования............... 33

2.1 Определение рациональных значений давления воздуха в шинах колесных машин при движении с блокированным приводом ведущих мостов по твердым дорожным покрытиям.......................................... 33

2.2 Обоснование и разработка устройства для регулирования

и поддержания давления воздуха в шинах колесных машин................... 49

2.3 Обоснование параметров баллона высокого давления устройства

для регулирования и поддержания давления воздуха в шинах................. 55

Глава 3 Методика экспериментальных исследований........................... 64

3.1 Цель, задачи и методика экспериментальных исследований................... 64

3.2 Общая методика экспериментальных исследований............................. 66

3.3 Методика обработки результатов экспериментов................................. 75

3.4 Расчет элементов устройства для регулирования и поддержания

давления воздуха в шинах колесных машин....................................... 77

Глава 4 Результаты экспериментальных исследований......................... 81

4.1 Результаты экспериментальных исследований по определению рациональных давлений воздуха в шинах.......................................... 81

4.2 Проверка воспроизводимости опытов и адекватности математической модели...................................................................................... 90

4.3 Оценка эффективности использования рациональных давлений

воздуха в шинах....................................................................................................................................................93

Глава 5 Оценка экономической эффективности......................................................................98

Общие выводы..................................................................................................................................................................101

Список литературы......................................................................................................................................................103

Приложения........................................................................................................................................................................113

Введение

Актуальность темы. Одним из главных факторов, определяющих показатели производства сельскохозяйственной продукции, является уровень эффективности механизированных работ, часть из которых занимают транспортные работы. Они играют важную роль в осуществлении перевозок как внутри предприятия, так и за его пределами. Если перевозки на дальние расстояния выполняются автомобилями, то на внутрихозяйственных перевозках, как правило, задействованы транспортно-тракторные агрегаты (ТТА). По статистике доля использования тракторов тягового класса 1,4, например МТЗ-82, на транспортных работах составляет до 60 %.

Транспортные работы в основном осуществляются по твердым дорогам (укатанные грунтовые дороги, усовершенствованные дороги с искусственным покрытием и т.д.). Для увеличения тяговых свойств и повышения безопасности движения, особенно в зимний период, рекомендуется использовать блокированный привод ведущих мостов трактора МТЗ-82. Но в этом случае может возникать кинематическое несоответствие между колесами ведущих осей, приводящее к появлению «паразитной» мощности, циркулирующей в трансмиссии. Она является источником дополнительных, а в некоторых случаях и основных потерь энергии при движении. Повышенный износ шин, поломка отдельных элементов трансмиссии, снижение устойчивости прямолинейного движения и др. также может быть следствием кинематического несоответствия.

Эффективным путем устранения кинематического несоответствия является установка соответствующих условиям эксплуатации давлений воздуха в шинах, влияющих на радиусы качения колес. От давлений также зависят потери энергии на качение и буксование и, следовательно, топливная экономичность трактора.

Давления воздуха в шинах, рекомендуемые в справочной литературе для транспортных работ, как правило, не учитывают используемые на тракторе модели шин и перераспределение нагрузок по осям трактора, главным образом зависящего от за1рузки прицепа. Как показывают ранее проведенные исследования, установка давлений воздуха в шинах в зависимости от эксплуатационных условий

может снизить расход топлива до 15 %. Но данные исследования в основном рассматривают колесные машины с шинами равного размера, хотя в сельском хозяйстве используются тракторы с различными размерами шин ведущих мостов.

Поэтому исследования, направленные на повышение топливной экономичности колесных тракторов путем устранения кинематического несоответствия за счет обеспечения рациональных давлений воздуха в шинах в зависимости от эксплуатационных условий, являются важной научно-технической задачей.

Актуальность темы подтверждается Государственной программой развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008-2012 годы, областной целевой программой «Развитие сельского хозяйства в Челябинской области на 2009-2012 годы».

Целыо исследования является снижение расхода топлива при выполнении транспортных работ па твердых опорных поверхностях колесными тракторами с блокированным приводом ведущих мостов путем выбора рациональных давлений воздуха в шинах.

Объектом исследования является процесс движения трактора с блокированным приводом ведущих мостов в составе тракторно-транспортного агрегата по твердым опорным поверхностям.

Предмет исследования: закономерности влияния давления воздуха в шинах на расход топлива колесного трактора при выполнении транспортных работ.

Научная новизна основных положений, выносимых на защиту:

- разработана математическая модель определения рациональных давлений воздуха в шинах, обеспечивающих наименьший расход топлива при движении колесных машин (тракторов) с блокированным приводом ведущих мостов по твердым опорным поверхностям, которая учитывает распределение реакций опорной поверхности по колесам различных осей и модели установленных шин;

- получена система, позволяющая определить основные параметры разработанного устройства для регулирования и автоматического поддержания давления воздуха в шинах колесных машин;

- установлена экспериментальная зависимость, подтверждающая адекватность математической модели определения рациональных давлений воздуха в шинах колесных машин.

Практическая значимость. Разработанная математическая модель позволяет рассчитывать рациональные давления воздуха в шинах для конкретных эксплуатационных условий. На ее основе возможен выбор моделей шин, соответствующих колесной машине (трактору).

Конструкция разработанного устройства для установки и автоматического поддержания давления воздуха в шинах позволяет оперативно регулировать давление в зависимости от условий эксплуатации. Полученная система дает возможность рассчитать основные параметры устройства для его изготовления. Данное устройство может монтироваться непосредственно на колеса большинства мобильных машин.

Результаты исследования дают возможность снизить расход топлива при движении колесных машин (тракторов) при выполнении транспортных работ. Они могут быть использованы инженерно-эксплуатационными службами сельскохозяйственных и других предприятий, вузами, научно-исследовательскими и проектно-конструкторскими организациями при разработке и совершенствовании моделей шин и конструкций колесных машин (тракторов).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и были одобрены на ежегодных международных научно-технических конференциях ЧГАА (г. Челябинск, 2011-2014 гг.), всероссийской конференции с международным участием ЮУрГУ (г. Челябинск, 2011 г.), международной научно-практической конференции ЮУрГУ (г. Челябинск, 2012 г.).

Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 7 работах, из них 3 работы опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК, получены патент на полезную модель и авторское свидетельство на программу для ЭВМ.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 128 страницах машинописного текста, содержит 11 таблиц, 39 рисунков, состоит из введения, пяти глав, выводов и рекомендаций, 11 приложений.

Список использованной литературы включает в себя 121 наименование.

Глава 1 Состояние вопроса и задачи исследования

Выполнение транспортных работ в сельскохозяйственном производстве неразрывно связано с применением колесной техники. Широкое использование получили не только автомобили, но и тракторы в составе тракторно-транспортных агрегатов (ТТА). Так, например, доля использования трактора МТЗ-82 на транспортных работах составляет до 60 % [100]. Движение этих машин преимущественно осуществляется на дорогах с достаточно твердыми опорными поверхностями: укатанных грунтовых и усовершенствованных дорогах [87]. При этом тягово-сцепные свойства колесных машин и, следовательно, их производительность

и топливная экономичность во многом зависят от параметров ходовой системы, в частности характеристик пневматических шин.

Непосредственное влияние на данные характеристики оказывает величина давления воздуха в шине [12, 17, 23, 46, 105]. От величины установленного давления зависят линейные размеры шин, их жесткость, надежность в эксплуатации и др. Кроме того, от величины давления в значительной мере зависят и потери энергии на качение и буксование колес [12].

Вопрос выбора рационального внутришинного давления должен учитывать условия эксплуатации и схему привода колесной машины. Наиболее эффективным является использование блокированного привода ведущих мостов, который дает возможность реализовать для сцепления с опорной поверхностью весь вес колесной машины и тем самым обеспечить максимальные тягово-сцепные свойства. Но при движении машины с блокированным приводом возникает негативное явление - кинематическое несоответствие между колесами ведущих осей. Это несоответствие приводит к появлению циркулирующей в трансмиссии «паразитной» мощности [104], которая ухудшает технико-экономические показатели колесной машины. Устранение кинематического несоответствия может быть достигнуто установкой рациональных давлений воздуха в шинах [12, 45, 58, 88]. Но данный вопрос, особенно для тракторов с неодинаковыми по размеру колесами

передней и задней осей, в настоящее время недостаточно изучен.

Необходимо отметить, что колесные машины, как правило, не оборудованы системами регулирования давления воздуха в шинах непосредственно из кабины, а также устройствами оперативного регулирования давления, монтируемыми непосредственно на колесах. Хотя в настоящее время имеется ряд таких устройств, но они не получили широкого распространения по причине имеющихся недостатков.

Таким образом, вопросы определения, установки и поддержания рациональных давлений воздуха в шинах колесных машин с блокированным приводом ведущих мостов в настоящее время недостаточно изучены и требуют дальнейших исследований.

1.1 Особенности движения колесных машин с блокированным приводом ведущих мостов

При движении колесных машин с блокированным приводом ведущих мостов на твердых опорных поверхностях возникают отрицательные явления, такие как повышенный износ шин, поломка отдельных элементов трансмиссии, перерасход топлива и т.д., что обуславливается наличием кинематического несоответствия между колесами ведущих мостов [46].

Ведущие мосты колесных машин с межосевым блокированным приводом могут оснащаться как одинаковыми, так и неодинаковыми колесами (размеры, модели шин). Одинаковые колеса чаще всего устанавливаются на автомобилях и некоторых тракторах, например Т-150К. Неодинаковыми колесами, как правило, оборудуются сельскохозяйственные тракторы, например МТЗ-82.

Межосевой блокированный привод машин (тракторов) с одинаковыми колесами характеризуется равенством скоростей вращения передних соп и задних со3 ведущих колес (рисунок 1.1). Различие радиусов качения передних т*кп и задних колес, например, вследствие неодинаковых нагрузок на переднюю Сп и заднюю С/з оси, приводит к тому, что поступательные скорости передних ¥п = соп-гкп и зад-

них У3 = сОз'Гкз колес должны также отличаться друг от друга (Уп Ф У3). На самом деле, связанные жестко остовом машины, они двигаются с одинаковыми поступательными скоростями (Уп = Уз). Такое несоответствие приводит к дополнительной тангенциальной (окружной) деформации шин, неравномерному распределению крутящих моментов по осям машины, повышенному буксованию колес, излишнему нагружению трансмиссии (появлению циркулирующей «паразитной» мощ-

Рисуиок 1.1— Схема двухосной машины с блокированным приводом с одинаковыми колесами

Одним из основоположников по исследованию машин с блокированным приводом является академик Е. А. Чудаков, который теоретически обосновал появление циркулирующей «паразитной» мощности в блокированном приводе при различных радиусах качения колес ведущих мостов. Он предлагает определять мощность, циркулирующую в замкнутом контуре трансмиссии, по следующему выражению [104]:

ности) [12, 19,35,46, 49, 98, 101, 102, 104, ИЗ, 114].

1°

(1.1)

где N0 - мощность, циркулирующая в трансмиссии, Вт;

г), - КПД трансмиссии;

f— коэффициент сопротивления качению;

с - коэффициент, равный разности кинематических радиусов качения колес переднего и заднего мостов, с = г" - гк3, м;

гкп, гк3 - кинематические радиусы колес, соответственно, переднего и заднего мостов, м;

V- действительная скорость колесной машины, м/с;

Я2П, - нормальные реакции, действующие на колеса переднего и заднего мостов, Н;

X - коэффициент тангенциальной эластичности шины, представляющий собой измеиепие радиуса качения, соответствующее изменению тангенциальной силы, м/Н;

Ра - свободная суммарная сила, равная сумме тангенциальных реакций на передние и задние колеса, причем с/А,—/(Ягп +Я^)>Ра> 0, Н.

В своих исследованиях [104] Е. А. Чудаков заключает, что циркулирующая «паразитная» мощность повышается по мере увеличения отношения с/Л- в формуле (1.1), то есть при увеличении разности между радиусами качения колес ведущих мостов и уменьшении тангенциальной эластичности шин.

Аналогичная ситуация возникает в случае использования блокированного привода машины (трактора) с неодинаковыми колесами (рисунок 1.2). В этом случае скорости вращения передних о^ и задних со'3 колес не равны между собой (со!, ^ &0, их поступательные скорости должны быть одинаковы (К„ = У3), так как колеса жестко связаны остовом машины. Поэтому для исключения кинематического несоответствия необходимо, чтобы выполнялось равенство со'п • г" = со'3 • гк3. В связи с тем, что радиусы передних и задних колес не равны между собой, то при рассмотрении вопроса устранения кинематического несоответствия нужно учитывать соотношение скоростей вращения передних и задних колес, которое определяется конструкцией трансмиссии.

Рисунок 1.2 - Схема двухосной машины с блокированным приводом с неодинаковыми колесами

Кинематическое несоответствие для автомобилей и тракторов с одинаковыми колесами для ведомого режима можно также оценить с помощью следующего выражения [12]:

К° =

Г гол

l_.iL

, г\ V к2 У

100%, (1.2)

где К^— коэффициент кинематического несоответствия для машин с одинаковыми колесами;

г°, < - радиусы качения ведомых колес первого и второго моста.

Из выражения (1.2) видно, что с уменьшением кинематического несоответствия (разницы между радиусами колес различных мостов) К° стремится к нулю. При равенстве радиусов колес К° = 0, что свидетельствует об отсутствии кинематического несоответствия.

Для машин с неодинаковыми колесами ведущих мостов формулу (1.2) можно записать в следующем виде [35]:

( ■ <л } _

V Ч У

■100%, (1.3)

где К1 — коэффициент кинематического несоответствия для машин с неодинаковыми (разными) колесами;

¿1, г2 - передаточные числа приводов первого и второго веду�