СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЯГОВОГО УСИЛИЯ ТРАКТОРА Российский патент 2024 года по МПК G01L5/13 

Изобретение относится к области испытания и технического диагностирования машин, в частности к способу определения тягового усилия трактора, работающего в составе машинно-тракторного агрегата (МТА).

Существует способ измерения тяговых усилий трактора при котором создают регулируемое усилие сопротивления движению испытуемого трактора, фиксируют значения полученных нагрузочных показателей, одновременно для каждого из нагрузочных показателей измеряют максимальную температуру поверхности выпускной трубы, показатели микроклимата и силу тяги на крюке трактора, строят номограмму зависимости температуры выпускной трубы от нагрузочных показателей, индекса тепловой нагрузки внешней среды и силы тяги на крюке трактора. В полевых условиях измеряют максимальную температуру поверхности выпускной трубы и по номограмме определяют фактические тяговые усилия трактора с учетом текущего индекса тепловой нагрузки внешней среды [1].

Недостатками данного способа являются сложность реализации предварительных испытаний, а также отсутствие учета влияния буксования движителей на результат измерений и влияния текущего технического состояния двигателя на качество сгорания топлива, температуру отработавших газов и, соответственно, максимальную температуру выпускной трубы.

Известен способ определения максимальной силы тяги на крюке транспортного средства при котором подготавливают машину и тяговое устройство с динамографом, присоединяют машину к тяговому устройству, обеспечивают силу сопротивления тягового устройства значительно превышающую максимально возможное значение силы тяги на крюке машины, а также достаточную силу сцепления ходового аппарата машины с основанием, устанавливают максимальную подачу топлива в двигатель, нажимают на педаль главной муфты сцепления и полностью выключают ее, включают необходимую передачу, плавно отпускают педаль главной муфты сцепления и трогаются с места. В момент начала неустойчивой работы двигателя отключают сцепление, выключают передачу и по показанию динамографа определяют максимальную силу тяги на крюке машины на данной передаче [2].

Недостатками данного способа является низкая универсальность, так как способ требует наличия у транспортного средства механического сцепления. К тому же при проведении испытаний возможно изнашивание сцепления вследствие разности угловой скорости вращения маховика двигателя и диска сцепления при максимальной загрузке.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ определения тяговых показателей сельскохозяйственных тракторов при котором подготавливают трактор к испытанию, оценивают его техническое состояние, состояние почвозацепов шин, заправляют топливные баки трактора до величины 60±10%, на сцепное устройство устанавливают измеритель тягового усилия, выбирают почвенный фон, соответствующий требованиям для проведения испытаний, прогревают двигатель до температуры охлаждающей жидкости и масла 85…95 °C и проводят испытания не менее чем на шести передачах, начиная с передачи, соответствующей скорости движения трактора около 16 км/ч и заканчивая передачей, на которой допускается развивать максимальное тяговое усилие, не превышая предел буксования для колесных тракторов в 15%. В процессе испытаний поддерживают заданное тягового усилие в течение не менее 20 с или времени, необходимого для прохождения расстояния не менее 20 м, в зависимости от того, какое время больше и за каждый опыт проводят измерение тягового усилия, продолжительности опыта, пути, пройденного трактором в процессе опыта, суммарного числа оборотов ведущих колес и расхода топлива, а тяговые показатели рассчитывают на основе полученных данных [3].

Данный способ позволяет определить тяговые показатели трактора с учетом всех влияющих факторов и получить достоверные данные. Недостатком указанного способа является сложность его реализации и необходимость измерения большого числа показателей во временной взаимосвязи.

Техническая задача – совершенствование способа определения тягового усилия трактора за счет снижения трудоемкости и повышения оперативности измерений.

Сущность изобретения заключается в следующем.

При проведении испытаний в условиях эксплуатации подготавливают трактор с механической коробкой передач, в сцепное устройство устанавливают преобразователь силы, к которому подключают измерительное устройство. Пускают и прогревают двигатель совместно с коробкой передач и ведущими мостами до номинальной температуры, выбирают диапазон скоростей коробки передач, рекомендованный для выполнения технологической операции, включают первую передачу выбранного диапазона скоростей и начинают движение, последовательно повышают передачу в пределах выбранного диапазона скоростей и увеличивают скорость движения трактора, одновременно на каждой передаче устанавливают максимальную частоту вращения коленчатого вала максимальной подачей топлива в двигатель, силами сопротивления агрегатируемой машины устанавливают загрузку двигателя, соответствующую номинальной частоте вращения коленчатого вала при максимальной подаче топлива, с периодом 0,1 с в течение не менее 20 с фиксируют мгновенные значения тягового усилия трактора, по полученным значениям тягового усилия трактора для каждой передачи отдельно вычисляют среднее значение за период измерений, а также отношение среднего значения тягового усилия трактора для каждой передачи к соответствующему этой передаче значению передаточного числа трансмиссии, сравнивают полученные значения отношений тяговых усилий трактора к соответствующим значениям передаточных чисел трансмиссии на каждой передаче и определяют максимальное значение, а тяговое усилие трактора на каждой передаче вычисляют по формуле:

где − тяговое усилие трактора на j-й передаче, кН;

− максимальное значение отношения тягового усилия трактора к передаточному числу трансмиссии соответствующей передачи, кН;

− передаточное число трансмиссии на j-й передаче.

Таким образом, создают достаточно простой способ определения тягового усилия трактора, применимый как при проведении испытаний, так и в условиях эксплуатации.

Практически предложенный способ может быть реализован следующим образом.

При проведении испытаний в условиях эксплуатации подготавливают трактор с механической коробкой передач, работающего в составе МТА, в сцепное устройство устанавливают преобразователь силы таким образом, чтобы в каждый момент измерений тяговое усилие трактора полностью воспринималось преобразователем. К преобразователю силы подключают измерительное устройство, питающееся от бортовой сети трактора. Пускают и прогревают двигатель совместно с коробкой передач и ведущими мостами до номинальной температуры. Выбирают диапазон скоростей коробки передач, рекомендованный для выполнения технологической операции, включают первую передачу выбранного диапазона скоростей и начинают движение, последовательно повышают передачу в пределах выбранного диапазона скоростей и увеличивают скорость движения трактора, одновременно на каждой передаче устанавливают максимальную частоту вращения коленчатого вала максимальной подачей топлива в двигатель, плавно увеличивают силы сопротивления агрегатируемой машины, например, увеличивая глубину обработки почвы рабочими органами, устанавливают загрузку двигателя, соответствующую номинальной частоте вращения коленчатого вала при максимальной подаче топлива, с периодом 0,1 с в течение не менее 20 с фиксируют мгновенные значения тягового усилия трактора, по полученным значениям тягового усилия трактора для каждой передачи отдельно вычисляют среднее значение за период измерений по формуле:

, (1)

где - среднее значение тягового усилия трактора на j-й передаче, кН;

- тяговое усилие трактора в k-й момент измерения на j-й передаче при номинальной загрузке двигателя, кН;

k – номер измерения тягового усилия;

n – количество измерений тягового усилия,

а также отношение т среднего значения тягового усилия трактора для каждой передачи к соответствующему этой передаче значению передаточного числа трансмиссии по формуле:

, (2)

− передаточное число трансмиссии на j-й передаче,

сравнивают полученные значения отношений тяговых усилий трактора к соответствующим значениям передаточных чисел трансмиссии на каждой передаче и определяют максимальное значение, а тяговое усилие трактора на каждой передаче вычисляют по формуле:

где − тяговое усилие трактора на j-й передаче, кН;

− максимальное значение отношения тягового усилия трактора к передаточному числу трансмиссии соответствующей передачи.

Силы сопротивления агрегатируемой машины изменяют плавно за счет глубины обработки почвы рабочими органами, позиционируя их положение с помощью гидравлической системы трактора непосредственно при выполнении работ.

В условиях эксплуатации работа тракторов происходит преимущественно на режимах, близких к номинальной загрузке двигателя. Для оценки работоспособности трактора его тяговое усилие актуально определить при номинальной загрузке двигателя. К тому же, согласно ГОСТ 30745-2001 [3] при выборе почвенного фона для испытаний в соответствии с требованиями, буксование колесных тракторов не будет превышать 15% при движении трактора с номинальной загрузкой на скорости около 16 км/ч, что обеспечит необходимую точность измерений тягового усилия.

Максимальное значение отношения тягового усилия трактора к передаточному числу трансмиссии соответствующей передачи будет соответствовать минимальному буксованию колес.

Для проведения испытаний трактора в условиях эксплуатации в качестве почвенного фона выбирают стерню колосовых или подготовленное к посеву поле со следующими характеристиками [3]: неплоскостность поверхности в пределах габаритных размеров трактора – 20 мм, уклон плоскости, прилегающей к поверхности фона, в пределах габаритного размера трактора не более 2% вдоль движения и не более 6% поперек движения, влажность почвы 8-22%, твердость фона для стерни колосовых 1,0-1,5 МПа, для подготовленного к посеву поля 0,1-0,7 МПа.

В результате представляется возможным определить тяговое усилие трактора при его загрузке непосредственно в условиях эксплуатации, используя общедоступные и простые средства измерения и регистрации усилий в сцепном устройстве.

Список источников

1. Пат. № 2585507 РФ, МПК G01L 5/13, G01М 17/007. Способ измерения тяговых усилий трактора / В.Е. Колпаков, Р.В. Шкорлаков, Л.В. Тишкин [и др.] − № 2015111745/11; заявл. 31.03.2015, опубл. 27.05.2016 г. Бюл. № 15.

2. Пат. № 2164670 РФ, МПК G01 L 5/13. Способ определения максимальной силы тяги на крюке транспортного средства / В.Н. Хабардин − № 96115966; заявл. 31.07.1996, опубл. 27.10.1998г. Бюл. № 19.

3. Тракторы сельскохозяйственные. Определение тяговых показателей. ГОСТ 30745-2001. – М.: Изд-во стандартов, 2002. – 15 с.

Изобретение относится к области транспортного машиностроения. При реализации способа подготавливают трактор с механической коробкой передач, в сцепное устройство устанавливают преобразователь силы, к которому подключают измерительное устройство. После этого запускают двигатель и выбирают диапазон скоростей коробки передач, рекомендованный для выполнения технологической операции. Затем включают первую передачу выбранного диапазона скоростей и начинают движение, последовательно повышают передачу в пределах выбранного диапазона скоростей и увеличивают скорость движения трактора, одновременно на каждой передаче устанавливают максимальную частоту вращения коленчатого вала максимальной подачей топлива в двигатель. При этом силами сопротивления агрегатируемой машины устанавливают загрузку двигателя, соответствующую номинальной частоте вращения коленчатого вала при максимальной подаче топлива, и фиксируют с периодом 0,1 с в течение не менее 20 с мгновенные значения тягового усилия трактора. По полученным значениям тягового усилия трактора для каждой передачи отдельно вычисляют среднее значение за период измерений, а также отношение среднего значения тягового усилия трактора для каждой передачи к соответствующему этой передаче значению передаточного числа трансмиссии. Затем сравнивают полученные значения отношений тяговых усилий трактора к соответствующим значениям передаточных чисел трансмиссии на каждой передаче и определяют максимальное значение, а тяговое усилие трактора на каждой передаче вычисляют по формуле. Технический результат заключается в снижении трудоемкости и повышении оперативности измерений тягового усилия.

Способ определения тягового усилия трактора, заключающийся в том, что при проведении испытаний в условиях эксплуатации подготавливают трактор с механической коробкой передач, в сцепное устройство устанавливают преобразователь силы, к которому подключают измерительное устройство, пускают и прогревают двигатель совместно с коробкой передач и ведущими мостами до номинальной температуры, выбирают диапазон скоростей коробки передач, рекомендованный для выполнения технологической операции, затем проводят испытания, при которых фиксируют контролируемые параметры, отличающийся тем, что при проведении испытаний в условиях эксплуатации включают первую передачу выбранного диапазона скоростей и начинают движение, последовательно повышают передачу в пределах выбранного диапазона скоростей и увеличивают скорость движения трактора, одновременно на каждой передаче устанавливают максимальную частоту вращения коленчатого вала максимальной подачей топлива в двигатель, силами сопротивления агрегируемой машины устанавливают загрузку двигателя, соответствующую номинальной частоте вращения коленчатого вала при максимальной подаче топлива, с периодом 0,1 с в течение не менее 20 с фиксируют мгновенные значения тягового усилия трактора, по полученным значениям тягового усилия трактора для каждой передачи отдельно вычисляют среднее значение за период измерений, а также отношение среднего значения тягового усилия трактора для каждой передачи к соответствующему этой передаче значению передаточного числа трансмиссии, сравнивают полученные значения отношений тяговых усилий трактора к соответствующим значениям передаточных чисел трансмиссии на каждой передаче и определяют максимальное значение, а тяговое усилие трактора на каждой передаче при номинальной загрузке двигателя вычисляют по формуле

$${Р}_{\text{Кj}}^{}=m_{\text{мах}}^{}{i}_{\text{j}}^{},$$

где $${Р}_{\text{Кj}}^{}$$ - тяговое усилие трактора на j-й передаче, кН;

$$m_{\text{мах}}^{}$$ - максимальное значение отношения тягового усилия трактора к передаточному числу трансмиссии соответствующей передачи, кН;

$$i_{\text{j}}^{}$$ - передаточное число трансмиссии на j-й передаче.