УПРУГОДЕМПФИРУЮЩИЕ СВОЙСТВА ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО МОДУЛЯ В СОСТАВЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО МАШИННО-ТРАКТОРНОГО АГРЕГАТА
Сидоров М.В.
Инженер, Калужский филиал ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана»
УПРУГОДЕМПФИРУЮЩИЕ СВОЙСТВА ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО МОДУЛЯ В СОСТАВЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО МАШИННО-ТРАКТОРНОГО АГРЕГАТА
Аннотация
В статье рассмотрены результаты экспериментальных исследований транспортно-технологического модуля в составе машинно-тракторного агрегата. Анализ экспериментальных данных методами статистической динамики подтвердил, что транспортно-технологический модуль служит упругодемпфирующим элементом, воспринимающим на себя наиболее существенную часть колебаний, возникающих в результате взаимодействия рабочего орудия сельскохозяйственной машины с почвой.
Ключевые слова: лабораторно-полевые исследования, транспортно-технологический модуль, демпфирование, спектральная плотность, корреляционная функция
Sidorov M.V.
Bauman Moscow State Technical University Kaluga Branch
UPRUGODAMPING PROPERTIES OF TRANSPORT-TECHNOLOGICAL MODULE AS A PART OF THE AGRICULTURAL MACHINE AND TRACTOR UNIT
Abstract
The article considers introduction of Laboratory and field experiments on prototype of the transport- technological module as a part of the machine and tractor unit. The analysis of the experiment results based on methods of statistical dynamics confirms that the transport- technological module serves as a damping element and undertakes the most significant part of the fluctuations resulting from interaction of the implement with the soil.
Key words: laboratory and field testing, transport-technological module, damping, spectral density, correlation function
Для повышения универсальности энергонасыщенных сельскохозяйственных тракторов прибегают к их балластированию или применению третьего подкатного моста с приводом активных колес от ВОМ трактора (транспортно-технологического модуля) [1]. Основное назначение транспортно-технологического модуля (ТТМ) состоит в создании дополнительной силы тяги за счет использования «излишка» мощности двигателя энергонасыщенного трактора. Побочным его свойством являются демпфирование горизонтальных колебаний, создаваемых силой сопротивления сельскохозяйственного орудия. Гашение колебаний осуществляется эластичностью пневматических шин колес и инерционностью массы ТТМ. Исследование упругодемпфирующих свойств ТТМ представляет определенный интерес, потому что могут существенно снижать динамическую нагрузку на трансмиссию и двигатель, а также повышать виброзащищенность тракториста [2]. Настоящая статья посвящена этому вопросу.
Для проведения физических опытов был изготовлен образец МЭС. Транспортно-технологический модуль, изготовленный на базе ведущего моста трактора Т-150К, соединен с трактором МТЗ-82 (энергетическим модулем), образуя модульное энерготехнологическое средство МЭС-100. В передней части транспортно-технологический модуль оснащен стандартным навесным устройством трактора класса 1,4 для соединения с механизмом навески энергетического модуля. В задней части транспортно-технологический модуль имеет механизм навески, унифицированный с механизмом навески трактора Т-150К.
Привод ходовой части транспортно-технологического модуля осуществляется от синхронного ВОМ энергетического модуля через карданную передачу и согласующий редуктор ТТМ, обеспечивающий равенство окружных скоростей ведущих колес энергетического и транспортно-технологического модулей. В процессе движения рычаг управления гидроцилиндром навесного устройства устанавливается в «плавающее» положение, что обеспечивает удовлетворительное копирование неровностей почвы трехосной ходовой системой в продольно-вертикальной плоскости.
Исследование демпфирующих свойств транспортно-технологического модуля проводилось при выполнении технологической операции рыхления почвы тяжёлой дисковой бороной БДТ-10. Для регистрации данных, поступающих от датчиков использовался аналогово-цифровой преобразователь фирмы National Instruments, представляющий собой блочно-модульную систему с несущим шасси c DAQ-9172, восемью слотами для модулей и USB-разъёмом для подключения к ноутбуку.
Данная измерительная система позволяла вести запись в цифровой форме на ноутбук в режиме реального времени без необходимости предварительной аналоговой фильтрации с высокими частотами дискретизации, достигающими 2000 Гц. Обоснование применения разработанного измерительного комплекса заключается в необходимости фильтрации данных на этапе обработки, а не на этапе записи. Это позволяет более детально исследовать все частотные составляющие сигнала и проводить статистический анализ, исходя из условий постановки задачи.
В течение опытов непрерывно и синхронно записывались на ноутбук следующие параметры МТА на основе МЭС:
- тяговые усилия, действующие на нижние оси механизмов навесок энергетического и транспортно-технологического модулей в горизонтальной плоскости, кН;
- моменты на правом и левом задних колесах энергетического и на правом и левом колесах транспортно-технологического модуля.
Измерение тяговых сопротивлений энергетического и транспортно-технологического модулей производилось путем замера продольных сил, параллельных направлению движения, действующих на нижнюю ось навесных устройств. При этом оценка усилий, действующих на нижнюю ось навески, осуществлялась замером деформаций от изгибающих моментов на оси в горизонтальной плоскости. Для этой цели на оси делались проточки, на которых выполнялись площадки в вертикальной плоскости для наклейки проволочных тензорезисторов. Наклейка последних позволила измерить составляющую усилия, которым нагружены нижние тяги навески, в горизонтальной плоскости, независимо от угла наклона тяг к плоскости пути. Для исключения ошибки от изменения точки приложения силы, через тяги нагружающую нижнюю ось, применялась дифференциальная схема соединения тензорезисторов.
Измерение крутящих моментов на задних ведущих колесах энергетического и транспортно-технологического модулей производилось тензорезисторами наклеенными на их полуосях, под углом к оси вала и соединялись в мостовую схему. Такая схема наклейки автоматически компенсирует влияние изгибаемых моментов и осевых сил на результат измерения. Для осуществления непрерывного токосъема применялись ртутно-амальгамированные концевые токосъемники ТРАК-12, обеспечивающий надежную работу при высоких угловых скоростях.
Длины полученной реализаций по времени составляли 120 с, что соответствовало длине гона в 200 м с участками разгона и торможения. Шаг квантования составлял h= 0,0005с, частота дискретизации равнялась Δf=2000 Гц. Для анализа динамики процесса был применен аппарат теории стационарных случайных функций (корреляционный и спектральный анализ) [3]. В анализируемых процессах наблюдаются четыре диапазона определяющих частот: 0...3 Гц, 5...7 Гц, 7...9 Гц, 9..11 Гц и 14...16 Гц.
Рис.1 - Нормированные оценки спектральной плотности:
____________ - тяговые усилия, действующие на нижние оси механизма навески трактора в горизонтальной плоскости;
_ _ _ _ _ _ _ _ - тяговые усилия, действующие на нижние оси механизма навески ТТМ в горизонтальной плоскости
Рис.2 - Нормированные оценки корреляционной функции:
____________ - тяговые усилия, действующие на нижние оси механизма навески трактора в горизонтальной плоскости;
_ _ _ _ _ _ _ _ - тяговые усилия, действующие на нижние оси механизма навески ТТМ в горизонтальной плоскости
Максимальная спектральная плотность дисперсии процесса нагружения навески транспортно-технологического модуля наблюдается при частотах 5...7 Гц (рис. 1), а максимальная спектральная плотность дисперсии процесса нагружения навески трактора наблюдается при частотах 0...1 Гц, что говорит о стабилизации горизонтальной составляющей усилия на крюке.
Этот вывод подтверждают нормированные корреляционные функции (рис.2). Время спада корреляционной функции горизонтальной составляющей усилия на навески трактора увеличилось до 1,5 с, в то время как на навески транспортно-технологического модуля составляет 0,17 с.
Проведенный анализ экспериментальных данных методами статистической динамики подтверждает, что транспортно-технологический модуль служит упругодемпфирующим элементом, воспринимающим на себя наиболее существенную часть колебаний, возникающих в результате взаимодействия рабочего орудия с почвой.
Литература
- Кутьков Г. М. Тракторы и автомобили. Теория и технологические свойства.— М.: КолосС, 2004. - 505 с.
- Надыкто В.Т. Основы агрегатирования модульных энергетических средств.- Мелитополь: КП «ММД», 2003. – 240 с.
- Рогов В.А., Позняк Г.Г. Методика и практика технических экспериментов. — М.: Издательский центр «Академия», 2005.
References
- Kutkov G. M. Tractors and cars. Theory and technological properties. — M.: Colossus, 2004. - 505 pages.
- Nadykto V. T. Bases of an agregatirovaniye of modular power means. - Melitopol: KP "MMD", 2003. – 240 pages.
- Rogov V.A., Poznyak of G.G. Metodik and practice of technical experiments. — M.: Publishing center "Akademiya", 2005.