Файл: Повышение рабочих скоростей машинно-тракторных агрегатов сб. науч. тр.pdf

К ВОПРОСУ СНИЖЕНИЯ НЕРАВНОМЕРНОСТИ НАГРУЗКИ НА ДВИГАТЕЛЬ

ТОКАРЕВ Н. А. (ВНИИМЭСХ)

Увеличение скоростей движения машинно-тракторных агрегатов позволяет существенно повысить производи­ тельность труда в сельскохозяйственном производстве. Однако с повышением скорости движения изменяются условия работы агрегата, в частности динамическое воз­ действие внешней среды (почвы) на тракторы и сельско­ хозяйственные машины. Одним из показателей внешнего воздействия является неустановившийся характер нагруз­ ки, который с повышением скоростей изменяет свои пара­ метры: степень неравномерности и частоту' изменения момента сопротивления. Эти параметры определяются в основном тяговым сопротивлением сельскохозяйствен­ ных машин-орудий как наиболее энергоемкого звена в со­ ставе машинно-тракторного агрегата.

Результаты обработки экспериментальных значений тягового сопротивления плуга на различных скоростях движения показывают, что степень неравномерности 6 и основная частота © колебаний сопротивления изменя­ ются пропорционально скорости движения агрегата v (рис. 1). Степень неравномерности получена как разность между среднеыаксимальными и среднеминнмальнымн значениями тягового сопротивления. Основная частота колебаний нагрузки определялась по спектральной плот­ ности процесса. Экспериментальные данные обрабатыва­ лись на электронно-вычислительной машине <Мянск-14>.

Аналогичные данные получены и по тяговому сопро­ тивлению культиваторов.

Учитывая, что с ростом скорости движения агрегата растут сопротивление машин-орудий и степень его нерав­ номерности, амплитуда колебаний тяги возрастает про­ порционально квадрату скорости движения. Это значит, что с повышением скорости движения машинно-трактор­ ных агрегатов имеется явно неустановившийся характер нагрузки.

Известно, что неуста­ новившийся характер на­ грузки существенно влия­ ет на динамические и эко­ номические показатели работы двигателя.

По данным В. Н. Болтинского [1], при колеба­

нии числа оборотов двига­ теля, вызываемом неуста­ новившимся характером нагрузки, мощность и эко­ номичность его могут сни­ зиться до 20%.

Для обеспечения устой­ чивой работы двигателя

при неустановившейся нагрузке уменьшают степень его загрузки, что приводит к снижению производительности агрегата.

Отрицательное влияние неустановившейся нагрузки на работу двигателя уменьшают путем увеличения махо­ вых масс агрегата, в том числе и двигателя, а также со­ вершенствованием системы регулирования. Оказывая по­ ложительное влияние на работу двигателя во время рабо­ чего хода агрегата, дополнительные маховые массы во время разгона агрегата требуют затрат энергии на рас­ кручивание их. Увеличение маховых масс, разработка более совершенных регуляторов — это путь приспособле­ ния двигателя для работы при неустановившейся на­ грузке. А нельзя ли изменить сам характер этой на­ грузки?

Из теории колебаний известно, что характер колеба­ ний, передаваемых от одного тела к другому, можно су­ щественно изменить введением между ними упругой свя­ зи определенной жесткости. В сельскохозяйственном машинно-тракторном агрегате колебания от одного тела (орудия) передаются другому (трактору, двигателю) при довольно высокой жесткости связи между ними, которую принимаем для теоретического анализа абсолютно жест­

тора и сельскохозяйственной машины. Силы сопротивле­ ния обусловлены характером условий работы агрегата и самим технологическим процессом. Движущая сила трактора определяется характеристикой двигателя, рабо­ той регулятора, действием внешних сил сопротивления и другими параметрами агрегата. Дл я упрощения теоре­ тического анализа движущую силу трактора принимаем постоянной. Это позволит выяснить закономерности влия­ ния только переменных внешних сил сопротивления на движение агрегата.

С учетом принятых допущений движение машиннотракторного агрегата при жесткой связи и неустановив­ шейся нагрузке определяется уравнением [3] :

ставляет собой сложное колебательное движение, состоя­ щее из суммы двух простых. Амплитуды составляющих колебаний прямо пропорциональны амплитудам возму­ щающих сил и обратно пропорциональны массе агрегата и квадратам частот изменения внешних сил сопротивле­ ния. Отсюда понятно, что при увеличении массы агрегата (или маховых масс двигателя) снижается влияние не­ установившегося характера нагрузки.

характер нагрузки не вызовет резкого ухудшения работы двигателя, хотя отрицательное влияние его останется.

Это отрицательное влияние неустановившегося харак­ тера нагрузки может быть снижено введением упругой связи в систему трактор — орудие. Если принять характе­ ристику упругой связи прямолинейной с жесткостью с, то движение трактора с упругой связью в упряжном устрой­ стве определится уравнением:

5 — D l _|_ с А ^ к Р f s l n ("кр? + а к р ) — Sin акр]

Таким образом, при введении упругой связи движение трактора сохраняет сложный колебательный характер. Амплитуды составляющих колебаний, помимо парамет­ ров внешних сил АР, ю и массы агрегата Мт, Мс, обус­ ловлены еще и жесткостью упругой связи, от которой зависит частота свободных колебаний. При определенной жесткости частота свободных колебаний может быть рав­ на частоте возмущающей силы (разность р2—со2 равна или близка нулю), и тогда амплитуда колебаний возрас­ тает неограниченно (наступает явление резонанса). Следовательно, жесткость упругой связи следует выби­ рать такой, чтобы частота свободных колебаний сущест­ венно отличалась от частоты возмущающих сил.

Анализ амплитуд составляющих колебаний трактора для реальных значений параметров при жесткой (1) и упругой (2) связях показывает, что амплитуда колебаний, вызываемая переменным характером сил сопротивления

Это значит, что основные колебания в машиннотракторном агрегате определяются переменным характе­

в упряжном устройстве. Принципиальной разницы не бу­ дет и при установке упругой связи в трансмиссии тракто­ ра. В этом случае изменится только соотношение приве­ денных масс по ту и другую сторону упругой связи.

На основании сказанного третьими членами в правой части уравнений (1) и (2) можно пренебречь. Сравним после этого амплитуды колебаний, вызываемых перемен­ ным характером тягового сопротивления машин. Чтобы амплитуда колебаний при упругой связи была меньше, чем при жесткой, жесткость упругого элемента необходи­ мо выбирать из условия

трактор — орудие была ниже 0,7 частоты изменения тяго­ вого сопротивления машин-орудий. В целях снижения ам­ плитуды колебаний в различных условиях работы агре­ гата жесткость упругой связи необходимо выбирать по наименьшему значению основной частоты изменения тя­ гового сопротивления (йКр. Тогда будет обеспечено вы­ полнение указанного неравенства для более высоких зна­ чений частоты.

Таким образом, установка упругой связи определенной жесткости в машинно-тракторный агрегат позволит сни­ зить амплитуду колебаний скорости трактора, что приве­ дет к уменьшению амплитуды колебаний скорости враще­ ния двигателя. Это позволит повысить степень его