Промышленные тракторы. Страница 2

шесть
При расчетах долговечности деталей, связанных с работой на каждой из передач, необходимо иметь в виду следующее. Трактор изготовляют как самостоятельную машину без агрегатируемого оборудования, поэтому требуемая долговечность этих деталей должна быть обеспечена для всех случаев его агрегатирования. Если принять условно заданную долговечность трактора за 100 %, то доля времени работы на каждой из передач базового трактора должна определяться по наибольшей доле времени работы на передачах для каждого из видов агрегатирования, сумма долей времени работы на каждой из передач при этом будет больше единицы (100 %). Отсюда для расчетов параметров трактора общего назначения при работе на каждой передаче следует принимать распределения вероятностей <рк на соответствующей передаче для того вида агрегатирования, при котором доля времени работы на этой передаче больше (см. рис. 5.16). Доли времени работы на этих передачах для тракторов с ГМТ (III и IV передачи) и с МТ (V и VI передачи) приведены в табл. 5.7.
ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ТЯГОВО-СКОРОСТНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННЫХ ТРАКТОРОВ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ
6.1. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ РАБОТЫ ТРАКТОРА В АГРЕГАТЕ С ОБОРУДОВАНИЕМ ДЛЯ ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ РАБОТ
Математическая модель работы трактора базируется на критериях (см. параграф 3.1). Применительно к бульдозерно-рыхлитель-ному агрегату (см. рис. 4.1), рабочий элемент цикла которого вследствие повышенной частоты тяговой нагрузки совершается без переключения передач (на заданной передаче) и используются рабочие передачи (из набора /г), соответствующие различным грунтам, ПЭПП запишется следующим образом. Для п рабочих передач:
Руяп (*М1. » м11> *мШ. • • • I *мп> Фк max> Sp, Yl» Тз> • • • > Yn-l) —
где Yi, Тг- ?з> Tn_i — значения фКШах> при которых осуществляется переход с одной передачи на другую, в индексах цифры соответствуют номерам передач от высшей (1) к низшей (п) обратным номерам передач, поскольку интегрирование осуществляется от меньших значений к большим.
) F (Sp) <*ф
Vn_i 5рн
+ j | -РудхОмЬ Фк шах» Sp) F (ф к шах
dSp, (6.1)
Режим работы скрепера отличается от режима бульдозерно-рыхлительного агрегата наличием транспортного элемента цикла. Набор грунта, как и для бульдозерно-рыхлительного агрегата, у скрепера осуществляется на одной передаче, а при работе на различных грунтах могут быть использованы различные передачи, при транспортировании скрепера возможно использование нескольких передач независимо от вида грунта. В связи с этим для скрепера в заданных технологических условиях (ф„тах и 5ТГ = const) при числе «с транспортных передач коэффициенты /тг и |тг, входящие в уравнение для оценки критерия эффективности скрепера, определяют следующим образом: если <р„ случайная величина 7тг “ ' J ^кр. уд. тп (фн. тг) / (фк. тг) ^Фк. тг “Г hi Н“ J ^Кр; удТП-1 (фк; Тг) / (фк. тг) ^Фк; ТГ "Ь • • • “Н *1 ^к tiiax    “1 4- j !#кР • УДТ1 (фк . тг ) / (ф К. Тг )<*Фк. ТГ I ^Тг/^Тг* (6.2)
*n-l    J 1тг ^ \ ^тг тп (фк. тг) / (фк. тг) ^Фк. тг ~Ь + j VTr- тп-1 (фк. Тг) / (фк. Тг) ^Фк. Тг “Ь • • • + ф
+ J ^тгI(ф К. тг Ж ф К. тг ) <*Ф„. тг. (6.3)
где Я/j, ЯП, ..., Хп_! — значения фк, при которых происходит переключение передач; если фкр случайный процесс тгт!
J
/тг ~ Гтгт11 + ) т тгт1 Т.
dtTt -f~ ... -}-
тг тп
+ I
*STr/^Tr>
(6.4)
Фкр. 1Г (*Тг) ^тг! [фкр. ТГ (^тг)1 dtтг Т'тгт!
Фкр. тг (^тг) ^тгуг,! [фкр. тг (Ml
Фкр. тг (^тг) утгп [фкр тг (^тг)]
тг т (П-1)
тгтп
т ГТ (П-1) - J
%ГТ П [фкр.ТГ (^тг)] ^ТГ
+
)ТГ
тг. тп
тгт II
I Г ^ТГТ(П-1) [фкр. тг (^тг)] dtTr | J    Ттг. т (.п-1)
тгт!
тгтп
итг. т! [фкр. тг (^тг)]
^ТГТ (Я-1) где Ттгт I, Ттгт л, ...,Ттгтп — время работы на каждой из транспортных передач. Переходя ко всему диапазону эксплуатационных условий, отличающихся обобщенными показателями <pKmax и STr, с учетом рабочих передач, на которых осуществляется набор грунта, выражение
dtrrp)
(6.5)
Т'тг. т I
Полного энергетического потенциала производительности запишем так: где /мр и /мт — тяговый фактор передачи, на которой осуществляется соответственно набор грунта и транспортирование груженого скрепера. ) d фк max dSTV,    (6. к max
(6.6)
F( Ф
Математические описания всех составляющих уравнений (6.1)— (6.6) в совокупности с разработанными критериями представляют собой математические модели трактора с соответствующим агрегатом. Разработанные теоретические основы предопределяют наличие математических моделей двух видов: при представлении трактора статической или динамической системой. Соответственно модели названы вероятностной и вероятностно-динамической. Вероятно-стно-динамическая модель более сложная и для нее необходимо значительное машинное время (один вариант — 1 ч 45 м), поэтому невозможно перебирать большое число вариантов расчета, но она открывает в то же время большие возможности для проведения углубленных исследований. Вероятностная модель проще и позволяет решить ряд задач, перебирая большое число вариантов при минимальных затратах времени (один вариант — 2 м 45 с). При сравнении результатов расчетов по обеим моделям можно определить целесообразный круг задач, решаемых каждой из них. Рассмотрим первоначально общую для обеих моделей часть алгоритма, описывающую нахождение высшего по иерархической ранжировке критерия — полного энергетического потенциала производительности при известном ЭПП и соответствующий ему удельный расход топлива [выражения (3.8), (3.9) и (3.10)]. Имея в виду, что F (фкшах) и F (S) являются случайными величинами, распределенными соответственно по законам Грама—Шарлье и Вейбулла, приведенная часть модели при известном Руйп представляет собой типичную стохастическую задачу, требующую синтеза двухмерного распределения по двум частным одномерным, величины которых независимы. Очевидно, что такую задачу двойного интегрирования целесообразно решать на цифровой ЭВМ известными в математической статистике и теории вероятностей численными методами. Дальнейшим шагом является определение Рулп, в котором основная задача сводится к нахождению 7Укр. уд и vp и решение которой базируется на двух вариантах расчета. Тяговое сопротивление как случайная величина. В этом случае задача нахождения NKp. уд решается на цифровой ЭВМ методом численного интегрирования, в частности, модифицированным методом Эйлера по <р„ с заданным шагом от 0 до значения фк, обусловленного или полным буксованием движителей, или вынужденной остановкой двигателя, или выходом на столовый режим гидротрансформатора с соответствующим нормированием при этом закона распределения f (ф„). Применение цифровых ЭВМ позволяет свести к минимуму ошибку от допущений, связанных с аналитической аппроксимацией выражений, при использовании таблиц с реальными характеристиками двигателя и гидротрансформатора, и практически исключить неточность вычисления. Указанный алгоритм был реализован в пакете программ, на языке PL/1 для ЭВМ типа ЕС (программы разработаны совместно с В. А. Каминским и Е. П. Куликовой). Разработаны программы двух групп: для бульдозерно-рыхлительного и для скреперного агрегатов под условными названиями «Bui dozer» и «Screper». Группа <s.Buldozen\ I вариант программы предназначен для расчетов тракторов с ГМТ, включая определение оптимального совмещения двигателя и гидротрансформатора, на заданных грунте и дистанции его разработки; II вариант для тракторов с ГМТ с заданной выходной характеристикой блока двигатель—гидротрансформатор на заданных грунте и дистанции его разработки; III вариант — для тракторов с ГМТ, включая определение оптимального совмещения двигателя и гидротрансформатора, во всем диапазоне грунтовых условий и при различных дистанциях разработки грунта; IV вариант —для тракторов с ГМТ с заданной выходной характеристикой блока двигатель — гидротрансформатор и МТ во всем диапазоне грунтовых условий и при различных дистанциях разработки грунта (Приложение 1.1); V вариант —для тракторов с МТ на заданных грунте и дистанции его разработки. Варианты II и IV могут быть использованы для расчета тракторов с другими типами бесступенчатых трансмиссий: электрической, механической и гидростатической с автоматическим управлением. I, II и V варианты, являясь частными случаями III, IV вариантов, ориентированы, кроме расчета основных и дополнительных критериев оценки, на определение некоторых показателей тяговой характеристики и энергобаланса, а именно: ’•’ктах
О
^«таЭс
»гт (Фк)/(Фь)^Фк %т —
ф
j (фк) / (фк) <*Фк
^кр — J МКр (фк) / (фк) ^Фк Группа «Screper»: I, III варианты предназначены для расчета тракторов с ГМТ с заданной выходной характеристикой блока двигатель—гидространсформатор и тракторов с МТ на заданных грунте и дистанции транспортирования груженого скрепера; II, 1Уварианты предназначены для расчета этих же тракторов во всем, диапазоне грунтовых условий и дистанций транспортирования груженого скрепера (Приложение 1.2). V вариант аналогичен II, но предусматривает блокировку гидротрансформатора при транспортировании скрепера. Тяговое сопротивление как случайный процесс. В этом случае задача нахождения /V„p. уд и ир сводится к решению системы нелинейных интегродифференциальных уравнений неявной формы, неразрешенных относительно высшей производной, т. е. углового ускорения вала МТБ или, другими словами, к решению задачи Коши. Динамическая схема трактора с МТ (рис. 6.1, а) представляет собой трехмассовую систему с моментами инерции JM, /Д1 и Уд2. Динамическая схема трактора с ГМТ (рис. 6.1, б) представляет собой четырехмассовую систему с моментами инерции /т, /Д1 и JД2 (здесь JH —момент инерции вращающихся и возвратно-поступательно движущихся масс двигателя, маховика и насосного колеса гидротрансформатора; /т — момент инерции турбинного ко- Ф
'д1
нн
мд
~J~Mc(PKp>Pf) гт
ь
Рис. 6.1. Динамическая схема трактора: а — с механической трансмиссией; б — с гидромеханической трансмиссией; — муфта, имитирующая движитель трактора и сцепление с грунтом; Фгт — муфта, имитирующая гидротрансформатор леса и приведенных к валу турбинного колеса моментов инерции вращающихся масс трансмиссии трактора. Для трактора с МТ дифференциальное уравнение движения коленчатого вала двигателя с обобщенной координатой сод запишется Мд (<0д) Мс (^) — [Jm + «^Д1 + ^дг] ®д» где Мс (t) — момент сопротивления; (од — угловая скорость вала двигателя. Для трактора с ГМТ дифференциальные уравнения движения вала насосного колеса (двигателя) и турбинного колеса имеют две обобщенные координаты сод и сот: Мд (о)д) Мн = J но)д, Mr — (Ркр + Pf) /мТ) = 1^т 4~ *^д1 4* ®т* При моделировании на достаточно мощных ЭВМ имеется возможность введения в модель непосредственно статистической динамической характеристики двигателя, т. е. функции Мд (<од), ха(рак-теризующей как отбор мощности на гидропривод оборудования, так и снижение мощности при работе двигателя при неустановив-шемся режиме, а также параметры гидротрансформатора. Параметры гидротрансформатора имеют следующие переменные: коэффициент трансформации /Сгт = ^Сгт (^гт) (Здесь 1*гт ~ ®т/®н)> коэффициент момента ^гт = ^тт (^'гт)> момент на насосном колесе гидротрансформатора Мя = Мя (сон, Ягт). Момент на насосном колесе гидротрансформатора является аргументом для идентификации режима работы двигателя и гидротрансформатора и рассчитывается по известной формуле Ми = = PgKrDa<»l (здесь Da, р, Ягт — const). Таким образом, заменяя связи сложного типа (дифференциального) более простыми статистическими функциональными связями, мы имеем возможность моделировать работу гидротрансформатора в динамике. Затем находили на каждом шаге коэффициент б и Pf. При этом б влияет на приведенные моменты инерции УД1 и /д2 от поступательно движущихся масс, a Pf необходима для определения момента сопротивления на валу МТБ. Для максимально адекватного приближения к действительному процессу в модель вводится реальная зависимость б (Ркр), которая представляет собой линию регрессии корреляционного поля б в функции статического значения Ркр. При этом нам необходимо знать б в каждый момент времени, связанный с конкретным значением Ркр. Связь б в каждый момент времени с Ркр неявно реализует ту специфику динамического процесса при работе трактора, которая позволяет ввести в динамическое моделирование статистическую характеристику, полученную эмпирическим путем при экспериментальных исследованиях трактора, т. е. динамика трактора учитывается через динамическую статистическую (не статическую) характеристику, поскольку б — б [от (<от) ] — б (©т), а следовательно, 6 — 6 (ют, ю). Все это справедливо и для сопротивления Pf передвижению агрегата, которое является статистической функцией тягового усилия Ркр и скорости ут, или в каждый момент времени: Pf = P,[vt(<o*)] = Pf{Vr).    (6-8) С учетом изложенного для трансмиссии обоих типов в общем виде интегро-дифференциальные уравнения имеют вид: для трактора с МТ Ф[ют, ют, б(ют, ©т), Pf (сот), б(сот, сЬт), /да((от, ют), /да К, ют)] = 0; для трактора с ГМТ Ф\ [»н, ©т. юн, ют, б((0т> сЬт), Р,(й)г), 5(©т, ют), /я(®т, ©т)] = 0 Ф2[«>Н, Ют, Юн, (0Т, 6((0Т, Ют), Р/(ют, 6 (о>т, <вт), /т К, ют)] = 0 Решение уравнений (6.9), (6.10) в полном виде конечно-раз-ностными методами сведется к решению на каждом шаге сложной нелинейной системы алгебраических уравнений с помощью универсальных общих алгоритмов, основанных на методах Ньютона, Ньютона— Рафсона, Канторовича и др. [31 ]. Известно, что указанные методы являются, как правило, итерационными методами последовательных приближений с достаточно плохим схождением и в нашем случае приведут к такому большому количеству вычислений, которое находится за пределами реального для имеющихся в нашем распоряжении ЭВМ. В частности, на отрезке, скажем, t = 0,01 с необходимо сделать несколько тысяч итераций. В связи с этим возникает задача, сохранив предложенный алгоритм, найти практически реализуемые методы решения. Такая задача была решена путем аппроксимации сложной нелинейной системы другой более простой, также нелинейной системой, которая может быть разрешена относительно старшей производной (в данном случае углового ускорения вала МТБ) и позволит на каждом шаге найти значение указанного ускорения и конечное решение каким-либо известным методом. В нашем случае выполненная замена оправдана в связи с достаточной инерционностью системы (достаточно большой момент инерции двигателя, значительные поступательно движущиеся массы агрегата, относительно плавное изменение по времени б и /) в сравнении с малым шагом интегрирования по времени, равным 0,005—0,01 с. При найденном значении NKp_ уд и соответственно Руд дальнейшее моделирование, так же, как и в первом варианте, сводится к синтезу двухмерного распределения на базе двух одномерных с независимыми распределяемыми переменными. Блоки обеих моделей по нахождению ПЭПП в принципе идентичны, однако в них имеется одно существенное различие, связанное с моделированием тяговой нагрузки. Входными данными для решения задачи в вероятностно-динамической модели является случайный процесс Ркр (f). Во избежание ошибок, связанных со всякого рода допущениями при описании случайного процесса различными аналитическими зависимостями, заменяющими действительный процесс периодическими колебаниями различных частотных гармоник, ставилась задача имитировать любой действительный процесс Ркр (t) без каких-либо отклонений. Такая задача решалась путем введения в модель таблицы с функцией Ркр (t), после чего в каждый момент времени значения Р„р находились линейной интерполяцией: Ркр = Ркр(/+1) - Ркр</+^Ркр^ [Не(/+ 1) - е], где Не — шаг по t в реализации Ркр (t)\ е — положение центра давления трактора. Если в первом варианте (вероятностная модель) с изменением фктах по приведенным в модели аналитическим зависимостям меняются параметры закона распределения / (фк), что осуществляется достаточно просто, то во втором варианте (вероятностно-динамическая модель) разработан специальный алгоритм и блок программы для формирования нового типового случайного процесса для каждого значения фктах. Задача состоит в том, что необходимо по заданной эталонной реализации найти другие реализации для всего диапазона грунтов, отличающиеся от первой другим математическим ожиданием и дисперсией, а также при необходимости и частотной характеристикой. Первоосновой является эталонная реализация, представляющая случайный процесс с типичными вероятностно-статистическими характеристиками: законом распределения вероятностей случайной величины ф„, корреляционной функцией и спектральной плотностью случайного процесса. Типичные корреляционная функция и спектральная плотность (см. параграф 5.2) определены применительно к процессу на заданном грунте, они коррелированы с соответствующей величиной фктах- Очевидно, что для каждой конкретной реализации фкр (t) NKр. Уд и ур будут иметь свое значение и необходимо определить одно осредненное значение /Укр. уд и vp для общего случайного процесса фкр (t) на заданном грунте. Теория случайных функций позволяет решить названную задачу двумя способами. Первый способ заключается в том, чтобы решая уравнения для каждой реализации, найти из общей выборки, содержащей п реализаций, п-е количество значений NKp, уд и i»p, которые затем усреднить с использованием вероятности каждой п-й реализации. Очевидно, что такой путь приведет к значительному количеству вычислений для каждого варианта расчетов и неприемлемо большому — с учетом различных вариантов. Второй способ заключается в осреднении непосредственно полученных при экспериментах реализаций и формировании типичной эталонной реализации, представительно отражающей случайный процесс в заданных грунтовых условиях. 0,3 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 601,с Рис. 6.2. Типовые реализации случайного процесса фкр (/): а, б — траншейная разработка грунта; Ъ — планировка; бульдозерование в отвалы и выемки
0,7 0,5 V %f OJ 0,5 0,3
Такая замена одного способа другим базируется на известных из теории случайных процессов положениях. Отсюда первым шагом является количественное нахождение значений процесса <ркр (t) для эталонной реализации. Для стационарных процессов с нормальным законом распределения такая задача решается путем генерирования (с помощью машинного генератора псевдослучайных чисел) процесса с заданными параметрами, т. е. математическим ожиданием и корреляционной функцией. Проблема моделирования нестационарных случайных функций с законом распределения вероятностей, отличным от нормального, представляет значительные трудности, а ее решение с помощью имеющихся в нашем распоряжении ЭВМ не гарантирует достоверности результата. В связи с этим для нахождения эталонной реализации был использован прием, когда из имеющейся ассамблеи выбирается реализация, имеющая вероят-ностно-статистические характеристики, совпадающие с типичными, осредненными, которая и принимается в качестве эталонной (рис. 6.2). Такими характеристиками обладает реализация (рис. 6.2, а), отражающая стационарный процесс, имеющий место при траншейной разработке грунта с последующей отсыпкой его в кавальер. Для исследовательских целей принят также вид реализации (рис. 6.2, б) для той же технологии, однако с более высокой частотой изменения сркр. Для описания бестраншейной разработки и некоторых других видов работ, обусловливающих нестационарный процесс изменения тягового сопротивления, принята реализация Рис. 6.3. Поле математических ожиданий семейства реализаций, используемых в вероятностно-динамической модели: а — стационарный процесс; б — нестационарный процесс (рис. 6.2, в). По математическому ожиданию приведенные реализации являются представителями поля, обусловленного изменением фкр. шах (рис. 6.3). Полученные реализации, кроме определенного фкр. max, соответствуют заданной скорости трактора. В связи с этим необходимо перейти от эталонной реализации к реализации при отличных от первоначальных значениях фкр. Шах и скорости рабочего хода. Для этого был разработан метод, позволяющий моделировать процесс с заданными параметрами для любых фкр.тах и t»p. Для реализации вероятностно-динамического варианта математической модели разработана серия программ на языке PL/1 ДОС. Программы разработаны в четырех вариантах' для бульдозера, рыхлителя и скрепера: I, III варианты для трактора с МТ и ГМТ соответственно для заданного грунта; II, IV варианты для трактора с МТ и ГМТ (приложение 1.3) соответственно во всем диапазоне грунтовых условий и при различных дистанциях разработки грунта. При моделировании трансмиссий двух типов в максимально возможной степени использовали унифицированные блоки операторов для определения Ркр. ст, моделирования функции фкр (t), определения б, Pf, т. е. структура программ максимально сближена там, где это возможно. Аналогичная тенденция имела место и при разработке той части программы, которая является в какой-то мере общей для первого и второго вариантов алгоритма, в частности определения Руд при известном Руд, т. е. синтезе двумерного распределения по двум одномерным. Здесь также использованы унифицированные блоки операторов и эта часть программ максимально сближена. 6.2. ИССЛЕДОВАНИЯ .И ОБОСНОВАНИЕ ТЯГОВО-СКОРОСТНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ МЕТОДОМ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ Введем понятие эталонного трактора с осредненными характеристиками двигателя, гидротрансформатора, а также КПД и удельной мощности. Осредненные данные были получены на основании статистического анализа параметров промышленных тракторов всех моделей. Учитывая, что в настоящее время подавляющее большинство тракторов общего назначения изготовляют с МТ и полно- д.$# Рис. 6.4. Безразмерная характеристика гидротрансформатора (гт) и гидро-редуктора (гр) эталонного трактора В поточными или двухпоточными ГМТ, анализ будем проводить применительно к тракторам этих типов. Для удобства будем считать сцепной вес агрегата на базе эталонного трактора равным 100 кН. Соответственно мощность двигателя такого трактора будет составлять 59 кВт, т. е. обеспечивать энергонасыщенность 5,9 кВт на 1 т массы агрегата. Будем считать, что при постоянной массе агрегата масса эталонного базового трактора может изменяться при изменении агрегатирования. Так, при сцепном весе агрегата 100 кН и агрегатировании с бульдозером и рыхлителем масса трактора будет составлять 0,69 от массы агрегата или 6900 кг, при агрегатировании только с бульдозером масса трактора будет составлять 0,8Go и равняться 8000 кг, а при агрегатировании с прицепным скрепером масса трактора становится равной массе агрегата. о,ч-
V
2,2
1,8
0,2-
1,0
Характеристика двигателя эталонного трактора (базовый вариант) имеет следующие показатели: Ne = 59 кВт, пн = 1900 об/мин, Кя = 1,17, Кп — 1,6. Характеристики гидротрансформатора и гидроредуктора (базовые варианты) показаны на рис. 6.4. Механический КПД трансмиссии %р = 0,88 как для трактора с МТ, так и для трактора с ГМТ, ихх = 9 км/ч, Тост = 6 с (МТ), Гост = 3 с (ГМТ). При фиксированных технологических условиях принимались Sp = 40 м, типичный грунт с фКшах = 0,95, при котором результаты оптимизации параметров наиболее точно совпадают с результатами во всем диапазоне условий. 6.2.1. ТЯГОВЫЙ ФАКТОР И ЧИСЛО ПЕРЕДАЧ Наиболее вариабельными параметрами тяговой характеристики являются тяговый фактор и число рабочих передач. Оптимальность передаточных чисел является непременным условием достижения наивысшего ПЭПП и технической производительности для тракторов со всеми видами МТУ. Будем использовать тяговый фактор как постоянный оптимизируемый аргумент при сравнении остальных показателей тягово-скоростной характеристики, т. е. МТУ и движители с различными параметрами характеристики будут сравниваться при оптимальном тяговом факторе. В принципе зависимость ПЭПП от iM для различных тяговых свойств трактора и грунтовых условий, обобщенных фКШах, представляет собой поверхность Р (/м, фИшах), т. е. каждому значению фкшах соответствует тяговый фактор, обеспечивающий наивысшую производительность трактора, или, другими словами, наивысшая 180 200 220 LMX Рис. 6.5. Зависимость ЧЭПП от тягового фактора и Фкшах (ГМТ, вероятностная модель): а — поверхность РуД (f'M, q>K шах); б — проекция на плоскость Руд — /м эффективность для всего диапазона фКШах достигается при бесконечном числе передач (рис. 6.5 и 6.6). Pui, вт/кг rl
Основным видом трансмиссии для современного трактора является ГМТ, поэтому в дальнейшем будем рассматривать трансмиссию этого вида. Очевидно, что в практике речь может идти только о конечном количестве рабочих передач zotz=1, дог = л (здесь п — целое число). Под рабочими понимаются передачи, на которых совер- 380 i„,»> Рис. 6.6. Зависимость ЧЭПП от тягового фактора и Фкшах (МТ, вероятностная модель): а — поверхность Руд (t‘M, <рк шах); б— проекция на плоскость Руд — *м
У к max а)
Рф,Вт/кг
а) 100 120 140 11 W 200 iMfM Рис. 6.7. Зависимость показателей эффективности Руд, gu> kc от тягового фактора и числа передач (ГМТ, вероятностная модель): а — одна передача; б — Две передачи; в — одна (1) и две (2р 2 jj) передачи V
1,6

шается рабочий элемент цикла бульдозера, рыхлителя и набор грунта скрепером. В связи с этим задача сводится к определению эффективности трактора во всем диапазоне эксплуатационных условий, включая агрегатирование, при конечном количестве передач с учетом оптимизации тяговых факторов для каждого случая. При решении указанной задачи будем пользоваться критериями: энергетическим потенциалом производительности и удельным расходом топлива gn= 1000GTp/3,6P, а также введем новый критерий — коэффициент Кс (%) снижения эффективности, показывающий, какие потери производительности будут иметь место при замене количества передач z = оо на количество передач z — п. Коэффициент ф
К с — ЮО { (1 Р yJP уд. пред) Р (фктах) ^ф 'к max
Ф
— 100 (l ^уд/^уд. пред) >
где Руд, Руд — частный и полный ЭПП при г — п\ Руд. пред» ^уд. пред — частный и полный ЭПП при г = оо. Проведенные на математической модели расчеты показывают, что при оптимальных тяговых факторах зависимость ПЭПП от г имеет ярко выраженный нелинейный характер. Так, для трактора с ГМТ увеличение числа передач с z = 1 до z = 2 привело к увеличению ПЭПП на 1 % при примерно таком же снижении удельного расхода топлива и коэффициента Кс (рис. 6.7). Дальнейшее увеличение числа рабочих передач до трех практически никакого эффекта не дает. Это относится к агрегату данной массы, однако для агрегатов с различными массами с учетом вероятности агрегатирования эффект по обобщенному энергетическому потенциалу и удельному расходу топлива при переходе от г = 1 до z = 2 уже достигает 5 %. Использование в этом случае трех рабочих передач в сравнении с двумя дает эффект менее 1 %. Таким образом, в общем случае для трактора с ГМТ целесообразное число рабочих передач равняется двум. Необходимо отметить, что данная рекомендация наиболее применима к тракторам массой 10—15 т, диапазон агрегатирования которых колеблется от скрепера до бульдозера и рыхлителя одновременно. Для тракторов массой более 25 т, практически всегда агрегати-руемых одновременно с бульдозером и рыхлителем, и массой менее 8 т, агрегатируемых со скрепером и бульдозером, вследствие относительно малоизменяющегося сцепного веса может быть допущена одна рабочая передача. Для трактора с МТ две рабочие передачи с оптимальными тяговыми факторами уже почти на 10 % эффективнее как по Руд, так и по удельному расходу топлива, чем одна передача, а три рабочие передачи эффективнее на 4 % в сравнении с двумя по обоим показателям при заданном сцепном весе. При полном наборе агрегатирования три передачи на 6,5 % эффективнее двух. Таким образом, для тракторов с МТ можно рекомендовать 2— 3 рабочие передачи, причем трактора большей массы (более 15 т) с МТ не изготовляют, поэтому нижний предел можно отнести к тракторам массой менее 10 т, агрегатируемым со скрепером и бульдозером, а верхний — к тракторам массой более 10 т, которые дополнительно агрегатируют с рыхлителем. На эффективность агрегата существенно влияет тяговый фактор на первой передаче. Так, отклонение от оптимального тягового фактора iM на первой передаче на 20 % для трактора с ГМТ вызвало снижение ПЭПП на 3 %, в то время как такое же отклонение тягового фактора на второй передаче на значение ПЭПП никак не повлияло. Аналогичное явление имеет место и при наличии МТ, когда отклонение tM на первой передаче на 20 % от оптимума вызвало снижение ПЭПП на 6—10 %, а изменение tM на второй передаче практически не повлияло на ПЭПП. Зависимость ^уд (*м) для трактора с ГМТ в зоне, близкой к экстремуму, более пологая, чем для трактора с МТ. Объясняется это тем, что для МТУ с ГМТ при несовпадении действительного значения тягового фактора с оптимальным в результате наличия более растянутой зоны кривой, характеризующей максимальную выходную мощность jVt (пт), уменьшение NKp значительно меньше, чем для МТУ с МТ. При работе во всем диапазоне эксплуатационных условий этот недостаток трактора с МТ может быть ликвидирован увеличением числа рабочих передач, однако использование более трех передач не имеет смысла, поскольку водитель не в состоянии выбрать для каждого случая оптимальную. Варьирование числом передач оказывает влияние на оптимальные тяговые факторы на каждой из них. Так, для трактора с ГМТ 6.1. Показатели трактора при работе по нестационарному процессу Показатели Руд, Вт/кг 1,587/1,637 1,878/1,89 gn, г/кН-м -бд, км/ч Яд, об/мин Примечание. В числителе — при одной рабочей передаче, в знаменателе — при при наличии двух рабочих передач оптимальный тяговый фактор на первой передаче tMl = 180, а при наличии одной рабочей передачи tM = 170. Таким образом, при сокращении числа рабочих передач оптимальный tMi уменьшается. Для трактора с ГМТ при наличии двух рабочих передач рациональное отношение t„r/tMn составляет 1,3—1,7. Для трактора с МТ при наличии трех рабочих передач рациональное отношение tMl/tMlI = гмиЛ'мш составляет 1,25—1,45. Рассматривая вариант с двумя рабочими передачами для ГМТ и тремя для МТ как базовый, необходимо отметить, что оптимальный тяговый фактор на I передаче для трактора с ГМТ в 1,9 раза ниже, чем для трактора с МТ. Далее необходимо рассмотреть еще один случай эксплуатации, когда трактор работает по нестационарному процессу (см. рис. 6.2, в) и математическое ожидание тягового усилия трактора при копании грунта больше, чем при транспортировании. Такой случай был исследован на вероятностно-динамической модели и результаты расчетов сведены в табл. 6.1 (для расчета приняты следующие параметры: /Сж = 1,17, JK = 2,4 кгм2, /„ = 2,4 кгм2, /т = 0,08 кгм2). Видно, что наличие ступеньки в реализации при использовании в течение рабочего элемента цикла двух передач дает эффект по ПЭПП 3,2 % в случае МТ и фактически не эффективно для ГМТ. Следовательно, целесообразно использовать на промышленных тракторах с МТ механизмы типа У КМ или двухступенчатых ПМП. Связь оптимальных тяговых факторов с параметрами трактора и показателями тяговой характеристики рассмотрим на примере эталонного трактора применительно к агрегатированию с бульдозером и рыхлителем. В этом случае касательное тяговое усилие, равное весу агрегата, для трактора с ГМТ на I передаче соответствует /гт = 0,4, /Сгт = 2 и т]гт = 0,8. Для трактора с МТ при Ка = = 1,17 максимальное касательное тяговое усилие по двигателю при Мд = max равняется 0,920а, а при Nn = шах равняется 0,79Go-При этом увеличение коэффициента Кя влечет за собой уменьшение отношения оптимального тягового усилия при /Удшах к массе агрегата. 6.2. Энергетический потенциал производительности для трактора в агрегате со скрепером Число передач При ФКЩ ах— 0,95 При ФКП1 ах — var gn, г/к Нм gn, г/к Км ДПМ с МТ ГМТ с блоки ровкой Исходя из того, что две для ГМТ и три для МТ передачи имеют оптимальные тяговые факторы, обеспечивающие наивысшую производительность бульдозерно-рыхлительного агрегата и скрепера при наборе грунта, перейдем к расчету эффективности скрепера по всему циклу работы трактора с ГМТ и МТ при различном числе передач. Расчеты показывают (табл. 6.2), что для трактора с ГМТ переход с трехскоростной КПП на четырехскоростную повышает ПЭПП скрепера для всего диапазона эксплуатационных условий на 1 % при практически том же удельном расходе топлива. При этом tM на III передаче следует выбирать примерно в середине диапазона между II и высшей передачами. Для трактора с МТ переход с пяти на шесть передач соответствует увеличению ПЭПП на 1,5 % при том же удельном расходе топлива. Дальнейшее повышение числа передач с 6 до 8 вызывает повышение ПЭПП на 1,7 % при практически том же удельном расходе топлива. Учитывая, что водитель не в состоянии переключать передачи с такой точностью, как это выполняют в математической модели, увеличение числа передач свыше пяти представляется малооправданным. Сравнение эффективности МТ и ГМТ для скрепера показывает, что ГМТ (без блокировки гидротрансформатора при транспортировке) эффективнее по ПЭПП в среднем примерно на 2 %, т. е. в этом случае для скрепера оба вида трансмиссий по производительности практически эквивалентны. Однако удельный расход топлива трактора с ГМТ на 10 % больше. Применение блокировки гидротрансформатора на транспортном режиме оказывается эффективным только при одновременном увеличении числа передач трактора с ГМТ до 5—8. При этом ГМТ становится эффективнее, чем МТ (например, при 6 передачах) по ПЭПП и удельному расходу топлива на 6 %. В сравнении же с ГМТ без блокировки при этом достигается эффект по ПЭПП — 3 %, по удельному расходу — 16,5 %. Весьма эффективной для трактора в агрегате со скрепером является МТУ с ДПМ (7(д = 1,5), которая при наличии 4—5 передач эквивалентна по ПЭПП и удельному расходу топлива ГМТ с блокировкой при 6—8 передачах. 6.2.2. СКОРОСТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДВИГАТЕЛЯ И ХАРАКТЕРИСТИКА ГИДРОТРАНСФОРМАТОРА При изменяющихся скоростной характеристике двигателя, безразмерной характеристике гидротрансформатора и его активном диаметре, т. е. показателях характеристики МТБ, максимальная эффективность агрегата обусловлена наилучшим сочетанием тягового фактора и характеристики МТБ. Максимальный ПЭПП и тяговый фактор зависят от активного диаметра Da гидротрансформатора. При этом (рис. 6.8) только при одном значении Da = 0,33 и соответствующем ему значении t'M = = 180 м-1 достигается максимальный Руд, и именно указанное сочетание Da и гм может быть рекомендовано в качестве оптимального для рассматриваемой моторно-трансмиссионной установки. При оптимальном сочетании гм и Da парабола максимального КПД гидротрансформатора совмещается с кривой, характеризующей максимальную мощность двигателя. Таким образом, при условии подбора оптимального тягового фактора рациональное совмещение ГТ и двигателя может базироваться на известном методе, основанном на максимизации мощности на турбинном колесе ГТ [8, 10]. В значительно большей степени ПЭПП и тяговый фактор зависят от характеристики двигателя трактора с МТ (рис. 6.9). Двигатели, коэффициент /Сд которых равен 1,35—1,5, принято называть двигателями постоянной мощности — ДПМ. Для обеспечения наивысшего значения fn, ПЭПП также требуется г/кН-м оптимальное сочетание
Рис. 6.8. Зависимость Руд и ga от тягового фактора 0Л1 (фкшах = var) при различных активных диаметрах гидротрансформатора: /, 2, 3 - D. = 0,31; 0,33. *    0.3a5 м Рис. 6.10. Зависимость Руд (сплошные кривые) и £п (штриховые кривые) от коэффициента прозрачности гидротрансформатора при различных моментах инерции /н и коэффициентах при- способляемости двигателя /Сд: Рис. 6.9. Зависимость Руд (сплошные кривые) и gn (штриховые кривые) от тягового фактора при различных коэффициентах приспособляемости двига- теля (МТ) по моменту: 1, 2, 3 - Кд = 1,17; 1,3; 1,5
а, б, в - при /С = 1,17; 1,3; 1,5; 1, 2, 3, 4 - при /н = 4,8; 2,4; 1,2; 1,2-4,8 характеристики двигателя с тяговым фактором. При повышении Дл с 1,17 до 1,5 оптимальный гм уменьшается на 20 %, а ПЭПП для всего возможного диапазона грунтовых условий возрастает на 12 %. Увеличение /Сд с 1,17 до 1,3 при снижении оптимального тягового фактора на 8 % вызывает увеличение ПЭПП на 4,5 %. Ошибка в выборе оптимального значения тягового фактора, например, для двигателя с Кд = 1,3 на 15 %, приводит к умёньше-нию производительности агрегата до значений, соответствующих переходу на двигатель с Кя = 1,17. Из приведенного анализа вытекают некоторые практические рекомендации. Первоочередное внимание следует уделить оптимизации тягово-скоростных характеристик промышленных тракторов, поскольку при увеличении производительности в результате большего значения Кд требуется совершенствование топливной аппаратуры двигателя, применение наддува и внедрение дополнительных мероприятий по повышению его надежности, в то время как при правильном подборе передаточного числа трансмиссии необходимы значительно меньшие экономические и трудовые затраты. Наряду с этим видно, что увеличение коэффициента приспособляемости двигателя по моменту при оптимальном значении тягового фактора 6.3. Влияние показателей скоростной характеристики двигателя на ЧЭПП (фк шах == 0,95) и ПЭПП К„= 1.4
ру*
УД
УД
УД
1,7
1,67
1,5
1,98
1,66
1,971
1,95
является серьезным резервом повышения производительности агрегата на базе промышленных тракторов. Значительно меньшее влияние на ЭПП оказывает коэффициент Кп приспособляемости по частоте вращения (табл. 6.3). Для исследования влияния прозрачности гидротрансформаторов на ПЭПП необходимо рассмотреть его зависимость от характеристики двигателя, прозрачности гидротрансформатора и моментов инерции вращающихся масс (рис. 6.10). Для двигателя с малым коэффициентом приспособляемости по моменту (Кд = 1,17, Кп — 1,6) с ростом коэффициента прозрачности Ягт уменьшается Рул, причем темп падения зависит от момента инерции. Так, при моменте инерции /н = 4,8 кг-м2 и коэффициенте Ягт = 1,3-т-2 ПЭПП практически не меняется, а при /н = 1,2 кг м2 уменьшение ПЭПП при переходе с Ягт = 1,3 на Ягт = 2 составляет 2,5 %. При переходе к двигателю с /Сд = 1,3 картина радикально меняется. Здесь при любых значениях /„ с ростом прозрачности растет ПЭПП, однако при /„ = 1,2 это увеличение практически незаметно, в то время как при /„ = 4,8 кг-м2 ПЭПП при увеличении прозрачности с Ягт = 1,3 до Пп = 2 возрастает на 1,2 %. Для ДПМ с К j, = 1,5 увеличение ПЭПП при росте прозрачности становится более значительным. Так, при изменении прозрачности с Ягт = 1,3 до Ягт = 2 ПЭПП растет при /„ = 1,2 кг-м2 на 2,5 %, а при /н = 4,8 кг-м2 — на 3 %. Таким образом, для тракторов с ГМТ очень эффективно увеличение прозрачности гидротрансформатора с одновременным увеличением коэффициента.К.д приспособляемости и момента инерции /„• Так, эффективность МТБ с двигателем, имеющим /Сд — 1,3, /н = 4,8 кг-м2 и гидротрансформатор с Ягх = 2, в сравнении с МТБ при /Ся = 1,17, /„ =* 1,2 и Ягт = 1,3 на 5 % выше. Причем для тракторов с ГМТ увеличение момента инерции маховика двигателя не вызывает такого значительного увеличения нагруженности трансмиссии и является технически более достижимым. При моментах инерции /„ = 2,4 кг-м2 применение прозрачных гидротрансформаторов с ЯРХ > 1,3 становится целесообразным при двигателях с /Сд ^ 1,25, однако при двигателях с меньшим /Сд = = 1,14-1,2 снижение ПЭПП происходит не более чем на 2 %, что может быть компенсировано увеличенным максимальным КПД гидротрансформатора и появлением возможности контроля на слух за режимом работы трактора, который отсутствует при малой прозрачности трансмиссии. В последнем случае двигатель работает в сравнительно небольшом диапазоне частот вращения вала, и водитель ориентируется только на действительную скорость трактора, что затрудняет управление. 6.2.3. МОМЕНТЫ ИНЕРЦИИ ВРАЩАЮЩИХСЯ МАСС Существующие методики выбора момента инерции маховика учитывают в основном требования уравновешенности двигателя и фактически не учитывают специфику работы двигателя на промышленном тракторе. Особенно такое явление распространено для двигателей, работающих с ГМТ. В то же время для промышленного трактора, который часто работает на коротких отрезках пути, наличие запаса кинетической энергии перед стартом может дать определенный эффект по производительности. Неэффективность работы МТУ, строго говоря, влияет не момент инерции, а запас кинетической энергии где содхх и юдм — угловая скорость на холостом ходу при максимальной подаче топлива и при максимальном крутящем моменте. Однако, имея в виду, что А <од = содхх — содм для современных двигателей относительно стабильно, то в дальнейшем ограничимся анализом влияния ,/д при А Юд, соответствующих эталонному трактору. Результаты расчетов, выполненных по вероятностно-динамической модели, показаны на рис. 6.11 для трактора с ГМТ и на рис. 6.12 — для трактора с МТ. Зависимость ПЭПП от /н и /т описывается поверхностью в координатах Р7Д—/н. Л и проекциями на плоскости Руя — /н и Р7Я — /т. Зависимости Р7Л от /н пред-
Рис. 6.11. Зависимость ЭПП трактора с ГМТ (вероятностно-динамическая модель) от моментов инерции вращающихся масс: а — поверхность РуД (Ун> Jт); б — проекция на плоскости Руд - ун И руд/т ; / — Фк max //-Ч,ктах = уаг 3 2 10    3М,КГ'М*\5 2,5 1,5    0,8 1,2 ^кг-м* а)    б) Рис. 6.12. Зависимость ЭПП трактора с МТ (вероятностно-динамическая модель) от моментов инерции вращающихся масс: а — при Фктах = 0,95; б — при •Рк шах = var; г - "Руд ПРИ Ум = 6: 1,2; 3 — gu при JM ■= 1,2—6; штриховая кривая — Руд при расчете по веро. ятностной модели Руд, 6т/к г 3„,пмг Руд, 6т/п а)
0,22
ставляют собой кривые, асимптотически приближающиеся к горизонтали при значениях /н, превышающих 0)7 220 260 300 т L м~1 5)    *1’
2,5 кг-м2 для любого значения /т. До указанных значений увеличение /н от 1,05 до 2,1 кг-м2, т. е. в 2 раза, соответствует приросту ПЭПП на 3% для типичного грунта и на 3 % для всего диапазона грунтовых условий. Таким образом, можно сделать заключение, что для двигателей, предназначенных для работы с ГМТ, целесообразная удельная кинетическая энергия на единицу массы агрегата Е = 2 jffl2,5 (2192 - 1252) = 3,2 4- 4 Нм/кг. Момент инерции, приведенный к турбинному колесу, линейно влияет на энергетический потенциал производительности. Так, увеличение /т с 0,4 до 1,6 кг-м2, т. е. в 4 раза, вызывает рост ПЭПП на 2,5 % для типичного грунта и всего диапазона грунтовых условий, однако увеличение момента инерции турбинного колеса нежелательно, если принять во внимание прочность деталей трансмиссии и долговечность персональных фрикционных муфт, используемых в коробках передач ГМТ. Учитывая это, а также относительно небольшое увеличение производительности при значительном увеличении /т, необходимо при выборе /т руководствоваться преимущественно конструктивными соображениями. Учитывая моменты инерции движущихся деталей и динамику работы агрегата, следует вносить определенные коррективы в уже рассмотренные зависимости ПЭПП от тягового фактора и другие параметры МТУ. Сравнение зависимостей Рул (tM), полученное по вероятностной и вероятностно-динамической моделям, показывает, что их совпадение имеет место при /„ и /т приближающихся к нулю. По мере увеличения /н и /т ПЭПП повышается, а экстремум тягового фактора незначительно уменьшается. Так, при предельных /н = 4,8; JT = 1,6 кг-м2 ПЭПП на 8 % больше, чем рассчитанный по вероят* ностной программе для типичного грунта, и на 5 % — для всех условий, а оптимальный тяговый фактор — на 5 % меньше. На удельный расход топлива моменты инерции не влияют и его значения совпадают с рассчитанными по вероятностной модели. Таким образом, можно сделать вывод о том, что для тракторов с ГМТ, особенно с малопрозрачными гидротрансформаторами, расчет оптимальных показателей по вероятностной модели дает вполне удовлетворительные результаты для наиболее типичных условий эксплуатации. Полученные для тракторов с ГМТ закономерности в целом справедливы и для тракторов с МТ. Однако влияние моментов инерции вращающихся масс является здесь более ощутимым. Так, увеличение момента инерции JM с 1,2 до 6 кг-м2 приводит к увеличению потенциала производительности на 6 % для типичного грунта и на 5 % для всего диапазона грунтовых условий (см. рис. 6.2, б). При этом результаты по вероятностно-динамической и вероятностной моделям совпадают при Ja = 3 кг-м2, а оптимальный тяговый фактор типичного грунта изменяется на 13 % по сравнению с аналогичным показателем при фкгаах = var. При разработке грунтов (реализация, см. рис. 6.2, а) роль моментов инерции и динамики нагружения еще больше возрастает. В данном случае увеличение момента инерции JM, приведенного к маховику двигателя, с 1,2 до 6 кг-м2 увеличивает ЭПП на 7 % для типичного грунта и на 6,5 % для всего диапазона грунтовых условий, а совпадение результатов расчетов по вероятностнодинамической и вероятностной моделям происходит при /м = = 4,8 кг-м2. Таким образом, для промышленных тракторов с МТ повышение момента инерции маховика является определенным резервом уве-‘ личения производительности. В каждом конкретном случае необходимо находить ограничение значений моментов инерции, исходя из запаса прочности трансмиссии. Проведенный анализ показывает, что для тракторов с МТ необходима поправка на динамику при расчете параметров МТУ по вероятностной модели. Необходимо отметить, что максимальный энергетический потенциал, как правило, не совпадает с минимумом расхода топлива, который соответствует несколько большим значениям тягового фактора. Для выяснения роли каждого из критериев были выполнены специальные экономические расчеты применительно к ряду отечественных промышленных тракторов, которые показали, что ввиду относительно небольшой роли расходов на ГСМ в общем балансе себестоимости грунта в исследуемых пределах необходимо ориентироваться на ПЭПП вследствие его превалирующего значения в стоимости выполняемой работы. Однако при приближенно равных ПЭПП целесообразно принимать t'M при минимальном удельном расходе топлива. 6.2.4. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ МТУ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ Выполнив необходимые оптимизации характеристик, перейдем к рассмотрению эффективности МТУ различных типов. Сравним актуальные для промышленного тракторостроения типы МТУ: двигатель с /Сд = 1,17 и МТ, двигатель с /Сд = 1,3 и МТ, двигатель с /Сд = 1,5 и МТ, двигатели с /Сд = 1 17 и с полнопоточной ГМТ и с двухпоточной ГМТ (рис. 6.13). Сначала необходимо сделать следующие уточнения. Первое относится к КПД механической части трансмиссии. Под таким КПД в данном случае понимается отношение выходной и входной мощностей с учетом отбора мощности на привод механизмов, обслуживающих трансмиссию, например, при наличии различных насосов для смазки трансмиссии и гидросервированного переключения передач в коробке передач, подпитки гидротрансформатора и механических потерь в самом гидротрансформаторе. Анализ будем вести исходя из равенства мощности на все рассмотренные виды потерь для МТ и ГМТ. Второе — рассматриваются не однозначные величины эффективности трактора с тем или иным типом МТУ, а определенные диапазоны этой эффективности, обусловленные конструктивными параметрами рассматриваемых установок. Так, для МТ с двигателем с заданным /Сд диапазон ЭПП обусловливается изменением момента инерции маховика двигателя, для ГМТ — изменением моментов инерции маховика двигателя и турбинного колеса гидротрансформатора, прозрачностью гидротрансформатора и коэффициентом приспособляемости двигателя. т 180 220 260 300iMUM-’ а) т 180 220 260 300 im,»' 6)
V
Рис. 6.13. Сравнительная эффективность МТУ различных типов: Фк тах ~ var» * с ГМТ; 2,3,4 — с МТ соответственно при 1,5; 1,3; 1,17; штриховые линии — вероятностная модель; заштрихованные прямоугольники — вероятностно-динамическая модель а'-<Ркюах = °-95: 6
Третье уточнение касается того, что сравнение ведется для оптимальных тяговых факторов во всех вариантах и при оптимальном совмещении гидротрансформатора и двигателя. При принятии перечисленных допущений картина выглядит следующим образом. Для грунтовых условий фкшах = 0,95 наиболее эффективными являются тракторы с ГМТ и МТ при /Сд = 1,5. Причем в этом случае для трактора с ГМТ увеличение /Сд до 1,5 и прозрачности до 2 не делают МТУ с ГМТ более эффективной, чем в случае МТ при двигателе с /Сд = 1,5. Распространенные на отечественных тракторах двигатели с /Сд = = 1,17 в сочетании с МТ проигрывают в ЭПП тракторам с МТУ с тем же двигателем и ГМТ на 8—15 % в зависимости от сочетаний моментов инерции и характеристики гидротрансформатора. При увеличении Кя двигателя разрыв между эффективностью обоих типов МТУ сокращается. Существенных отличий по удельному расходу топлива при различных МТУ не обнаружено, хотя заметно некоторое его увеличение у трактора с ГМТ. При переходе от типового грунта ко всем видам эксплуатационных условий эффект от ГМТ становится еще более значительным, и при Кд = 1,17 увеличение ПЭПП в зависимости от сочетания параметров установки достигает 15—20 %. Из сказанного следует весьма важный вывод об общей эффективности применения ГМТ для всей совокупности грунтовых условий, хотя результаты на каком-либо конкретном типе грунта являются не столь значительными. Такое явление объясняется тем, что при конечном числе передач трактор (с очень высокой вероятностью) на ряде грунтов работает с тяговым фактором, в той или иной степени отличным от оптимального. Как было показано выше, зависимость ПЭПП от отклонения тягового фактора от оптимального для трактора с ГМТ ниже, чем с МТ. Вместе с полнопоточными ГМТ была проанализирована эффективность двухпоточной трансмиссии. Была принята схема, используемая фирмой «Катерпиллар» с аналогичными параметрами планетарного ряда и включением в нее принятого гидротрансформатора эталонного трактора с коэффициентом прямой прозрачности Пп — = 1,8. Результаты моделирования на вероятностно-динамической модели приведены в табл. 6.4. Видно, что при использовании двухпоточной ГМТ в сочетании с двигателем, имеющим /Сд = 1,17, эффект по ПЭПП в сравнении с полнопоточной ГМТ практически не достигается. Объясняется это тем, что при некотором повышении максимального КПД сужается зона повышенных КПД по /гт, что в конечном счете приводит к незначительному эффекту (1—1,5 %). При этом снижение расхода топлива в сравнении с полнопоточным вариантом составляет 4,9 % для типичного грунта и 2,8 % для всего диапазона условий. Эффект двухпоточной ГМТ в сравнении с полнопоточной возрастает при использовании двигателей с повышенным коэффициентом 6 Гинзбург Ю. В.    161 6.4. Эффективность однопоточной и двухпоточной трансмиссий Фкшах • JH, кг* м2 Расход топлппа Превы шение, Снижение, % 1,975/1,975 1,985/1,994 0,192/0,183 1,995/2,013 2,000/2,091 1,730/1,734 1,741/1,747 1,748/1,762 1,76/1,778 1,973/2,036 1,982/2,055 1,990/2,074 0,1899/0,178 1,998/2,091 1,769/1,797 1,775/1,811 1,789/1,825 1,795/1,838
<<< Предыдущая страница   1  2     Следующая страница >>>


1 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z 
А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я