СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИЛЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ РАБОЧИХ МАШИН Российский патент 2002 года по МПК G01L5/13 G01M17/07 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к сельскохозяйственному приборостроению.

Известен способ определения сопротивления рабочих машин, при котором измеряется крюковое усилие, производится интегрирование крюкового усилия по пути, т. е. определяются работа на участке пути, и среднее по пути крюковое усилие определяется как частное от деления работы крюкового усилия на длину пути.

Крюковое усилие при неустановившемся движении равно сумме силы сопротивления сельскохозяйственных машин и их силы инерции. Поскольку при интегрировании по пути при стационарном стохастическом процессе изменения сил сопротивления рабочих машин работа сил инерции близка к нулю, то среднее сопротивление рабочих машин на участке интегрирования приближенно равно среднему крюковому усилию [1] .

Недостатком этого способа является то, что он не позволяет определять мгновенные значения усилий и обладает высокой трудоемкостью измерений.

Известен способ определения сопротивления рабочих машин путем измерения и регистрации крюкового усилия по деформации упругого звена с помощью тензометрических тяговых измерителей [1] . При этом делается допущение о равенстве сил сопротивления рабочих машин крюковому усилию, т. е. не учитывается наличие сил инерции, имеющихся при стационарном случайном процессе изменения сил сопротивления рабочих машин.

К недостаткам способа относятся сложность эксплуатации оборудования и высокая трудоемкость динамометрирования сельскохозяйственных машин.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ определения сопротивления рабочих машин путем измерения силы взаимодействия трактора и рабочих машин, заключающийся в том, что при рабочем ходе трактора за счет снижения подачи топлива достигают минимальной частоты вращения коленчатого вала, соответствующей максимальному крутящему моменту, мгновенно увеличивают подачу топлива до максимальной, при достижении номинальной частоты вращения коленчатого вала двигателя во время разгона трактора измеряют угловое ускорение коленчатого вала и из уравнений движения трактора и рабочих машин определяют силу сопротивления рабочих машин [2] .

К недостаткам способа относятся необходимость определения номинального крутящего момента двигателя и сопротивления перекатыванию трактора при его холостом ходе путем динамометрирования, что является сложным и трудоемким процессом.

Предлагаемым изобретением решается задача упрощения процесса измерения и снижение его трудоемкости.

Для достижения этого технического результата в предлагаемом способе определения сил сопротивления рабочих машин измерение крутящего момента двигателя и сопротивления перекатыванию трактора заменяется измерением углового ускорения коленчатого вала двигателя трактора без рабочих машин в режиме его свободного разгона при номинальной частоте вращения коленчатого вала двигателя.

При движении на горизонтальном участке уравнение движения трактора с рабочими машинами имеет вид [3]
M_т(dv/dt)= P_дв-P_f-P_кp, (1)
где М_т - приведенная масса трактора;
dv/dt - ускорение трактора при осуществлении технологической работы;
Р_дв - движущая сила трактора;
P_f - сила сопротивления перекатыванию;
Р_кр - крюковое усилие трактора.

Движущая сила трактора определяется по известной формуле
Р_дв= М_кηi_тр/r_к, (2)
где Мк - крутящий момент двигателя;
η - КПД трансмиссии;
i_тp - общее передаточное число трансмиссии;
r_к - радиус качения.

При движении трактора без нагрузки Р_кр= 0 и уравнение его движения имеет вид
M_т(dv/dt)_xx= Р_дв-P_f, (3)
где (dv/dt)_хх - ускорение трактора при движении без рабочих машин.

Если известны приведенная масса трактора, движущая сила и ускорение, то сила сопротивления перекатыванию трактора определится по формуле
Р_f= Р_дв-(dv/dt)_xxМ_т. (4)
Уравнение движения рабочих машин имеет вид
M_cхм(dv/dt)= P_т-P_с. (5)
где М_схм - масса рабочих машин (приведенная);
Р_т - сила тяги трактора, равная по величине крюковому усилию трактора Р_кр и противоположно направленная, т. е. Р_т= Р_кр;
Р_с - сила сопротивления рабочих машин.

Откуда P_с= P_кp-M_схм(dv/dt) (6)
Если ускорения холостого хода трактора и ускорение трактора с рабочими машинами произвести при одинаковом режиме работы двигателя, то из уравнений (1), (4) и (6) получим
M_т(dv/dt)= M_т(dv/dt)_хх-Р_с-M_схм(dv/dt), (7)
откуда
P_с= М_т(dv/dt)_хх-M_т(dv/dt)-M_cхм(dv/dt),
P_с= M_т(dv/dt)_хх-(М_т+M_схм)(dv/dt). (8)
Выражение M_т(dv/dt)_xx характеризует совокупную силу тяги, действующую на трактор с рабочими машинами при заданной номинальной частоте вращения коленчатого вала двигателя, выражение (М_т+М_схм)(dv/dt) - силу инерции, их разность - сопротивление рабочих машин.

Совокупная сила тяги трактора не зависит от сопротивления машин, а зависит только от эксплуатационных характеристик трактора. При эксплуатации мощность двигателя уменьшается, трактор в режиме свободного разгона будет иметь меньшее ускорение.

Ускорение трактора при разгоне без рабочих машин связано с угловым ускорением коленчатого вала двигателя зависимостью
(dv/dt)_хх= ((dω/dt)_ххr_к(1-δ))/i_тр (9)
где (dω)/dt)_хх - ускорение коленчатого вала двигателя при разгоне трактора без нагрузки;
δ - буксование трактора;
i_тр - общее передаточное число трансмиссии;
r_к - радиус качения.

Ускорение трактора при разгоне трактора с рабочими машинами связано с угловым ускорением коленчатого вала двигателя зависимостью
(dv/dt)= ((dω/dt)r_к(1-δ))/i_тр, (10)
где dω/dt - ускорение коленчатого вала двигателя.

Коэффициент δ определяется по тяговой характеристике трактора на соответствующем фоне на соответствующей передаче при заданной частоте вращения коленчатого вала двигателя или измеряется одновременно с сопротивлением рабочих машин.

Если участок, по которому движется трактор, имеет уклон, то в уравнениях движения следует учесть скатывающие силы трактора и сельскохозяйственных машин, определяемые по формуле
P_a= Gsinα, (11)
где Р_а - скатывающая сила трактора с рабочими машинами,
G - вес трактора с рабочими машинами,
α- угол уклона участка.

Способ осуществляется следующим образом. Устанавливают на трактор устройство для измерения ускорений коленчатого вала двигателя, например ИМД-Ц, производят его калибровку согласно инструкции по эксплуатации прибора и приступают к выполнению технологической работы, на которой предстоят измерения силы сопротивления рабочих машин. Измерения производят следующим образом. Нажимают кнопку "Сброс" прибора, уменьшая подачу топлива, достигают частоты вращения вала двигателя, соответствующей максимальному крутящему моменту, и мгновенно увеличивают подачу топлива до максимальной, по достижении номинальной частоты вращения коленчатого вала двигателя прибор ИМД-Ц измерит угловое ускорение коленчатого вала и покажет его на цифровом табло. Нажатием кнопки "Сброс" прибор подготавливается к следующему измерению. Кроме того, измеряют тем же способом угловое ускорение коленчатого вала при разгоне трактора без рабочих машин. Измерение ускорения холостого хода трактора без рабочих машин может проводиться до начала работы или в процессе выполнения работы на характерном для данной технологической работы фоне. Для повышения точности можно проводить многократные измерения. Все измерения производят при одинаковой калибровке прибора, т. е. при номинальной частоте вращения коленчатого вала двигателя.

Из формулы (8) с учетом формул (9), (10) и (11) получим формулу для определения силы сопротивления рабочих машин:
Р_с= М_т((dω/dt)_xx•r_к(1-δ))/i_тр-(М_т+М_схм)((dω/dt)•r_к(1-δ))/i_тр±P_a. Источники информации
1. Иофинов С. А. и др. Приборы для учета и контроля работы тракторных агрегатов. - Л. : Машиностроение, 1972, с. 83-98.

2. Патент РФ 2115902.

3. Иофинов С. А. и др. Эксплуатация машинно-тракторного парка, 2-е изд. - М. : Колос, 1984, с. 9 - 38.

Способ относится к сельскохозяйственному приборостроению. При рабочем ходе трактора за счет снижения подачи топлива достигают частоты вращения коленчатого вала, соответствующей максимальному крутящему моменту. Мгновенно увеличивают подачу топлива до максимальной. При достижении номинальной частоты вращения коленчатого вала двигателя во время разгона трактора измеряют угловое ускорение коленчатого вала. Аналогично измеряют ускорение коленчатого вала при разгоне трактора без рабочих машин и по формулам, полученным из уравнений движения трактора и рабочих машин, определяют силу сопротивления рабочих машин. Техническим результатом является упрощение измерения и снижение его трудоемкости.

Способ определения силы сопротивления рабочих машин, включающий измерение силы взаимодействия трактора и рабочих машин за счет того, что при рабочем ходе трактора путем снижения подачи топлива достигают минимальной частоты вращения коленчатого вала, соответствующей максимальному крутящему моменту, мгновенно увеличивают подачу топлива до максимальной, при достижении номинальной частоты вращения коленчатого вала двигателя во время разгона трактора измеряют угловое ускорение коленчатого вала, отличающийся тем, что измеряют ускорение коленчатого вала двигателя при номинальной частоте его вращения в режиме разгона трактора без рабочих машин, а силу сопротивления рабочих машин определяют по формуле
Р_с= М_т((dω/dt)_xxr_к(1-δ))/i_тр-(М_т+М_схм))((dω/dt)r_к(l-δ))/i_тр±P_a, где Р_с - сила сопротивления рабочих машин;
М_т - приведенная масса трактора;
(dω/dt)_хх - ускорение коленчатого вала двигателя, измеренное при разгоне трактора без нагрузит;
δ - коэффициент буксования трактора;
i_тp - общее передаточное число трансмиссии;
r_к - радиус качения;
М_схм - приведенная масса рабочих машин;
(dω/dt) - ускорение коленчатого вала двигателя, измеренное при разгоне трактора с рабочими машинами;
Р_а - скатывающая сила трактора с рабочими машинами.