Методика испытаний
Решение поставленных задач может быть выполнено при использовании различных методик, подробно рассмотренных в учебной и научно-технической литературе по теории трактора. Однако для проведения лабораторной работы воспользуемся специфической методикой исследований лесных машин с электромеханическим приводом. Учебная подгруппа студентов на лабораторных занятиях делится на бригады по 4-5 человек. Условия испытаний каждой бригаде определяются индивидуально преподавателем.
3.1 Определение потерь энергии в двигателе трансмиссии и движителе
В процессе работы машины, подведенная к двигателю мощность электрического тока расходуется на преодоление внутренних потерь в двигателе, механических потерь на трение в трансмиссии и элементах движителя и выполнение работы по передвижению нагруженной машины. Таким образом, если к ведущим органам машины не прикладывать внешних сил, потребляемая мощность (произведение тока I0 на напряжение U0) будет характеризовать мощность внутренних потерь. Сделать это можно, если модель установить на подставку так, чтобы гусеницы не опирались на грунт. Имея возможность очень просто оценивать
Из механики известно, что механические потери (потери на трение) зависят от скорости вращения (числа оборотов) и действующих сил (нагрузок на шейки валов, зубья шестерен и т.д.). Последнее при испытаниях тракторов зачастую не учитывается, и потери мощности принимаются постоянными. При лабораторных испытаниях модели оценка влияния на потери мощности скоростного режима производится следующим образом: достаточно изменить скорость вращения ведущих колес (при помощи реостата R) и для каждого скоростного режима измерить мощность тока. Результаты исследований сведем в таблицу 1 и на ее основании построим графики изменения мощности внутренних потерь в зависимости от числа оборотов ведущих колес.
3.2 Определение коэффициента сопротивления движению
Определить коэффициент сопротивления движению проще всего, когда машина движется без крюковой нагрузки. Согласно определению:
Измерение касательной силы тяги гусеничного движителя произведем по мощности на ведущих органах
где Nэ = U × I - потребляемая моторами мощность при движении машины. Зная мощность Nк и определив с помощью счетчика и секундомера число оборотов, можно рассчитать крутящий момент (Н× м) на ведущих звездочках:
и силу тяги: Для большей точности потери мощности U0 × I0 необходимо определять из графика по числу оборотов звездочки. Чтобы убедиться в существовании прямой пропорциональности между тяговым усилием и весом машины, произведем опыты догружая модель грузом Gгр. При этом вес модели: Gм = G0 + Gгр.
Исследования выполняются для порожней машины и при вертикальных нагрузках Gгр = 4, 0 кН и Gгр = 5, 0 кН. Для выявления влияния на f грунтовых условий (поверхности по которой движется машина) при какой-либо одной нагрузке произведем заезд по деревянной поверхности. Результаты наблюдений сведем в таблицу 2.
3.3 Определение коэффициента сцепления гусеницы с грунтом
В отличие от коэффициента сопротивления движению, коэффициент сцепления представляет отношение максимальной силы тяги на ведущих органах при 100% буксовании гусениц к полному весу машины; *
Измерять наибольшую тягу Определение j произведем для порожней модели и при вертикальных нагрузках Gгр = 4, 0 кН и Gгр = 5, 0 кН. При одной из указанных нагрузок повторим опыты на деревянной и бетонной поверхностях. Принимая во внимание, что тяговое усилие (Н), в том числе и максимальное, может быть подсчитано из уравнения:
можно провести наблюдение за влиянием вертикальных нагрузок на величину внутренних потерь (Вт), которые из уравнения (1) равны:
где Сопоставляя результаты наблюдений с величиной внутренних потерь, полученной ранее при том же числа оборотов, но тогда, когда на движитель не действовали внешние нагрузки, можно уловить разницу DN0, вследствие увеличения нагрузок в трущихся узлах. Результаты определения j и DN0 сводим в таблицу 3. На основании таблицы построим график j = q (Gгр) для супесчаного грунта. Анализируя этот график можно заметить, что между j и Gм не существует четкой прямопропорциональной зависимости. Последнее является причиной действия наряду с силами трения молекулярных сил сцепления гусеницы с грунтом.
* Существует и другое определение j, когда под
Коэффициент молекулярного взаимодействия определим, решая совместно два уравнения:
где j¢ и j¢ ¢ - коэффициенты сцепления, полученные во время опытов при минимальном и максимальном весах модели.
где F = 2 b × L - опорная поверхность гусениц (b и L соответственно ширина и опорная длина гусениц), м2.
3.4 Тяговые и эксплуатационные испытания трактора
В процессе тяговых испытаний тракторов выявляется зависимость скорости движения от внешней нагрузки. Результаты исследований позволяют выяснить, на что и каким образом расходуется касательная сила тяги, подведенная к гусеницам. После проведения тяговых испытаний составляется уравнение тягового и мощностного баланса, определяются показатели буксования и пр. В общем виде уравнение тягового баланса можно получить, спроектировав все силы, действующие на машину на плоскость движения:
Pк = Pf + Pi + Pw + Pкр + Pj..
При условии равномерного движения с малой скоростью по горизонтальной плоскости Pj, Pw и Pi равны нулю. Тогда Pк = Pf + Pкр. При испытаниях модели крюковую нагрузку создадим при помощи грузов, устанавливаемых на площадку трособлочного устройства. Величину Рк определим по показаниям электрических приборов
Выполняя несколько заездов по мерному участку при различных значениях Ркр и фиксируя каждый раз, скорость движения (фактическую Vф и теоретическую Vт) можно проследить, какая связь существует между Рк и скоростью движения.
Вычитая каждый раз из Рк крюковую нагрузку, определим значения Pf, которые должны быть неизменными, т.к.
Pf = f × Gм.
Последнее может являться своеобразной проверкой достоверности опытов. Результаты определения Pк; Pf; Vт и Vф сводим в таблицу 5. По полученным значениям строим кривую тяговой характеристики:
Pк = f × (Vф).
Для получения достоверной кривой необходимо иметь 5-7 точек. Последнее определяет количество опытов, каждый из которых повторяется 2-3 раза, что соответствует количеству заездов. Анализируя кривую Pк = f × (Vф), необходимо сравнить ее с кривой Pк = f × (Vт) и идеальной гиперболической характеристикой Pmax к × V = Const, где Pmax к - максимальная сила тяги модели. Имеющиеся экспериментальные материала позволяют составить уравнение мощностного баланса. Мощность представляет произведение действующей силы на скорость. Если силу Р выражать в Н, а скорость V в м/сек, то мощность в ваттах будет равна: N = P× V.
Измеренная во время опытов фактическая скорость модели, будучи умноженной на крюковую нагрузку, соответствует действительной мощности на крюке Nf = Pf × Vф.
Аналогично, мощность на самопередвижение машины:
Nкр = Pкр × Vф.
Сравнивая сумму Nf + Nкр с мощностью подведенной к гусеницам:
мы видим, что последняя величина всегда больше затрат мощности на самопередвижение машины и крюковой составляющей. Последнее объясняется тем, что мощность также затрачивается на деформацию грунта гусеницами и расходуется на трение гусениц о грунт при буксовании. Таким образом Nк = Nf + Nкр + Nб
Откуда Nб = Nк – (Nкр + Nб) или иначе Nб = Pк – (Vт - Vф) (вт). Разность Vт - Vф чаще выражают безразмерным коэффициентом буксования:
Тогда Nб = d × Pк × Vт.
Используя данные таблицы 4 произведем расчет составляющих мощностного баланса, занося результаты в таблицу 5. На основании полученных материалов построим графики
Там же нанесем кривые
Нетрудно заметить, что для тягачей транспортирующих груз на крюке, показатели экономичности является отношением
Это отношение называется тяговым к.п.д. трактора. Построив кривую hт = q (Ркр) можно установить оптимальную крюковую нагрузку и соответствующие ей скорость движения и буксование. Все изображенные на листе кривые называются графиками мощностного баланса трактора, являясь наряду с графиками тягового баланса важнейшими технико-эксплуатационными характеристиками машины.
4 Форма и содержание отчета по работе
4.1 Номер и название лабораторной работы. 4.2 Цель работы. 4.3 Содержание отчета: - рисунок обобщенной гусеничной маломасштабной модели; - формулы, используемые в работе; - результаты вычислений.
Результаты исследований представляются в виде таблиц 1-5 и графиков, выполненных на миллиметровой бумаге. В заключительной части отчета производится самостоятельный анализ результатов, даются ответы на следующие контрольные вопросы: 1. Какова физическая сущность коэффициента f? Каким образом можно выявить его составляющие? 2. Укажите известные способы определения f. 3. Чем отличается трение покоя от трения движения? 4. Какова физическая сущность коэффициента j? Какие силы обеспечивают сцепление движителя с грунтом? 5. Что такое буксование? Какова природа этого явления? 6. Почему наибольшая сила тяги наблюдается при заметном буксовании? 7. На что расходуется мощность буксования? 8. Почему высота грунтозацепов мало влияет на тяговые свойства движителей? 9. Какими способами можно приостановить буксование колес автомашины? 10. Что ограничивает силу тяги на ведущих органах?
Приложение1
Таблица 1 – Результаты исследования потерь мощности в двигателях, трансмиссии и движителе
а) Потери в двигателях, трансмиссии и движителе
б) Потери в двигателе и трансмиссии
Приложение 2 Таблица 2 - Определение коэффициента сопротивления движению а) Движение по суглинистому грунту
б) Движение по деревянной поверхности
|
желательно, установить долю механических потерь в гусеничном движителе. Для этого необходимо снять гусеницы и замерить ток I0 и напряжение U0 при свободном вращении ведущих колес (звездочек):
.
.
.
, можно, если модель зацепить тросом за якорное устройство, снабженное динамометром.
, (1)
Н.
