3611

Исследование некоторых эксплуатационных показателей трелевочных тракторов ОТЗ различной энергонасыщенности

Дипломная

Лесное и сельское хозяйство

Введение Основной задачей технического прогресса в лесозаготовительной промышленности на перспективный период является увеличение производительности труда за счет интенсификации общественного производства, т.е., за счет роста его энерговооруженности...

Русский

2012-11-04

8.82 MB

44 чел.

Введение

Основной задачей технического прогресса в лесозаготовительной промышленности на перспективный период является увеличение производительности труда за счет интенсификации общественного производства, т.е., за счет роста его энерговооруженности, создания принципиально новых машин и усовершенствования технологического процесса [1].

На современном этапе лесозаготовительная промышленность вышла на такую ступень своего развития, когда главным фактором роста производительности труда стало повышение уровня комплексной механизации лесосечных работ. Для выполнения этой задачи необходимо [21]:

- оснащение серийно выпускаемых машин и оборудования навесными агрегатами, обеспечивающими замену ручного труда механизированным на подготовительных и вспомогательных операциях;

- создание и внедрение согласованных по своим технико-экономическим и технологическим показателям машин для выполнения всего комплекса лесозаготовительных работ без применения ручного труда.

Количественные и качественные изменения, намечаемые в организации лесосечных работ, в полной мере относятся к основной операции лесозаготовительного процесса – трелевке древесины.

Область применения лесовозных автопоездов ограничивается дорогами хорошего качества, что не позволяет повышать экономически целесообразные расстояния вывозки. Поэтому для решения этой проблемы немаловажное значение имеет дальнейшее совершенствование существующих и разработка новых машин для первичного транспорта леса.

Общепризнано [21], [29], [62], что одним из основных резервов роста производительности труда на лесозаготовках является применение трелевочных тракторов повышенной мощности с одновременным увеличением расстояния трелевки от 1,5 до 2 км.

Увеличение производительности лесотранспортных машин, обусловленное повышением мощности двигателя, приводит к изменению ряда нагрузочных и эксплуатационных показателей. В связи с этим для создания совершенной конструкции машины необходимо иметь представление о скоростных и нагрузочных режимах работы отдельных механизмов, разработать методику прогнозирования эксплуатационных показателей работы трелевочных тракторов повышенной энергонасыщенности. Необходимость и актуальность таких исследований возрастает, если учитывать перспективы увеличения энергонасыщенности трелевочного трактора и дальнейшего развития работ по созданию на его базе различных высокоэффективных лесосечных и лесотранспортных модификаций.

Исследованию эксплуатационных показателей трелевочных тракторов различной мощности и посвящена настоящая работа.

В проведении опытных работ принимали участие сотрудники кафедры тяговых машин: Анисимов Г.М., Галямичев В.А., Драке А.Д., Шкарубо С.М. и специалисты ОТЗ: Кузьмин Ю.И., Степанов Ю.Н., Поздняков А.К.

Для экспериментальных исследований использовалась аппаратура, созданная на кафедре тяговых машин ЛТА им. С.М.Кирова.

Экономическая часть выполнена под руководством Мурашкина Н.В.


2. ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

2.1. Трелевочные тракторы в перспективной технологии лесозаготовительного производства

В течение последних лет уделяется большое внимание разработке комплекса машин для перспективной технологии лесозаготовительного производства. Проведено значительное количество теоретических исследований [21], [29], [62], [80], экспериментальных проверок [38], [46], [48], [72], накоплен производственный опыт.

В этом направлении, как в нашей стране, так и за рубежом ведутся постоянные поиски. Уже в настоящее время наша промышленность серийно выпускает тракторы для бесчокерной трелевки ТБ-1, сучкорезные машины СМ-2, семейство челюстных погрузчиков и подготовлены к выпуску валочно-пакетирующие машины.

Из зарубежных аналогов наиболее известны валочно-пакетирующая машина «ДРОТТ» (США, Канада), колесные тракторы «БМ-Вольво-М-868» с пачковым захватом, сучкорезная машина «Логма-Т 130», валочно-трелевочная машина «OSA» (все Швеция) и ряд других.

Наиболее полная классификация перспективных приемов организации лесозаготовок и возможных комбинаций машин приводятся в работах Орлова С.Ф. [79], [80], [81] и Кочегарова В.Г. [62].

Установлено [21], [28], [79], что предпочтительной операцией при использовании перспективных лесосечных машин является валка и формирование трелевочного пакета одной машиной с последующей транспортировкой его мощными тягачами на расстояние

1,5 – 2 км к месту погрузки на лесовозный транспорт. Это позволит повысить производительность за смену в 2,5 – 3 раза за счет увеличения коэффициента полезной загрузки трелевочного трактора по времени на транспортных операциях до 70 – 80%, против 20 – 25%, при существующей технологии лесосечных работ. Кроме того, расширение зоны действия первичного транспорта будет способствовать резкому сокращению строительства временных усов [21].

При появлении на лесозаготовках валочно-пакетирующих машин практически снимаются какие-либо ограничения по энергонасыщенности средств первичного транспорта. Если за 20 лет совершенствования отечественных трелевочных тракторов их мощность возросла всего лишь вдвое (рис. 2.1), то в перспективе представляется возможным и целесообразным довести мощность ряда машин первичного транспорта до 147 – 220 кВт [21].

Рис. 2.1. Изменение мощности двигателей отечественных трелевочных тракторов

Учитывая производственные возможности заводов, в ближайшей перспективе лесозаготовительная промышленность должна оснащаться гусеничными тракторами в основном трех классов [29]:

1. трелевочный трактор класса тяги 3,0 т.с. По своим параметрам этому классу соответствует трактор ТДТ-55 Онежского тракторного завода с повышением его мощности до 66 кВт и модернизацией некоторых узлов;

2. трелевочный трактор класса тяги 4,0 т.с. Он найдет широкое применение в средних и крупных древостоях. Этому классу соответствует трактор ТТ-4 Алтайского тракторного завода с увеличением мощности двигателя до 110 – 125 кВт;

3. трактор класса тяги 10,0 т.с. Этому классу соответствует трактор Т-130 Челябинского тракторного завода с последующим повышением мощности до 133 кВт. он будет применяться на дорожно-строительных и погрузочных работах, а также трелевке в особо крупных древостоях.

Следует отметить, что помимо своего основного назначения эти тракторы будут являться базой для семейства специальных лесных и дорожно-строительных машин.

2.2. Обзор исследований

С началом массового выпуска трелевочных тракторов получили развитие работы по их исследованию [36], [54], [69]. Проведение теоретических и опытных исследований было вызвано необходимостью совершенствования конструкции первых образцов трелевочного трактора, глубокого изучения его эксплуатационных качеств, повышению надежности, а также поисков новых решений для перспективных моделей.

Исследовательские работы по совершенствованию и созданию лесотранспортных машин многообразны.

Основополагающие работы, охватывающие широкий круг вопросов по созданию и исследованию трелевочных машин представлена в докторской диссертации профессора Орлова С.Ф. [80] и его монографии [81].

Выбору основных параметров трелевочных тракторов посвящены труды Гольдберга А.М. [34] – [36], Вороницына К.И. [29], Горбачевского В.А. [38], [39], Прохорова В.Б. [94], Зорина С.П. [51], Лепенцова П.А. [69], Петруша Г.Н. [90].

Сведения о диапазонах изменения коэффициентов сопротивления движению при различных способах транспортировки древесины приведены в работе Драке А.Д. [41], Васильев К.В. [25] показал, что законы изменения сил сопротивления трелевочного трактора носят случайный характер.

Вопросы взаимодействия дерева с трелевочными механизмами исследовали Ионов Б.Д. [54], Орлов С.Ф, [80], Помогаев С.А. [95], Дроздовский Г.П. [44], Белозеров Е.Я. [9], Петруша Г.Н. [90].

Исследованию тяговой и общей динамики трелевочных машин посвящены работы коллективов ЛТА [25], [42], [81], МЛТИ [49], [73], [76], ЦНИИМЭ [74], [100] и других организаций [30], [60].

В смежных областях подобные исследования проводились Львовым Е.Д. [67], Свиршевским Е.С. [98], Чудаковым Д.А. [105], Трепененковым И.И. [102], Барским И.Б. [8], Гинцбургом Б.Я. [33], Бруснецовым А.И. [17].

Вопросами прочности и надежности узлов трелевочных тракторов посвящены исследования Анисимова Г.М. [3], и Гахенсона Б.С. [32].

В последние годы лесная промышленность пополняется новыми моделями машин. Большой вклад в разработку новых и совершенствование существующих машин для заготовки и подвозки леса вносят коллективы исследователей под руководством Орлова С.Ф., Вороницына К.И., Прохорова В.Б., Гольдберга А.М., Магировского Н.П., Зайчика М.И.

Оценке экономической эффективности применения различных трелевочных тракторов посвящены труды Мурашкина Н.В. [77], Золотогорова В.Г. [50], Романова Е.С. [96], Саркисова В.В. [97], Шелохова В.М. [106].

2.2.1. Влияние энергонасыщенности на производительность и топливную экономичность сельскохозяйственных, промышленных и трелевочных тракторов.

К основополагающим работам, посвященным влиянию энергонасыщенности на производительность сельскохозяйственных тракторов относятя прежде всего труды академика Болтинского В.Н. [14].

Болтинским В.Н. установлено [14], что при повышении рабочих скоростей гусеничных и колесных тракторов с 3,5 – 7,0 км/ч за счет увеличения мощности двигателя следует ожидать увеличения производительности на 25 – 70% без ухудшения топливной мощности. Теоретические предпосылки академика Болтинского В.Н. подтверждаются опытными данными ряда исследователей [27], [99]. Экономическая эффективность повышения энергонасыщенности машинотракторных агрегатов обосновывается Болтинским В.Н. не только повышением производительности, но и снижением эксплуатационных затрат, а также сокращением потребности в тракторах и обслуживающем персонале.

Зависимость производительности промышленных тракторов (бульдозеров) от удельных параметров рассмотрена главным конструктором ЧТЗ – Кавьяровым И.С. [57]. Автором установлена аналитическая взаимосвязь производительности тракторов от соотношения их тяговых и скоростных параметров.

Основополагающими работами по теории производительности лесотранспортных машин являются труды Прохорова В.Б. [94].

Прохоров В.Б. выявил [94] общие закономерности, вскрывающие эффективность работы лесозаготовительного оборудования от главных факторов, характеризующих одновременно конструкцию машины, применяемые технологические приемы и условия эксплуатации.

Гольдбергом А.М. [37] проведен сравнительный анализ влияния ряда конструктивных параметров и эксплуатационных факторов на производительность трелевочных тракторов.

Горбачевским В.А. [39] предложено принять в качестве оценочного параметра производительности колесных трелевочно-транспортных машин различных тяговых классов удельную производительность на т.с. тягового класса за час чистой работы.

Ильиным Б.А. [53] разработана методика исследования транспортной производительности лесовозных машин и предложена универсальная формула по определению их производительности при транспортном процессе.

В общем случае сменную производительность машин на трелевке леса определяют по формулам, отражающим затраты времени по фазам процесса

где:  - подготовительно-заключительное время, мин;

       - простой машины по техническим причинам, мин;

       - время порожнего хода, мин. на рейс;

       - время грузового хода, мин. на рейс;

       - время формирования пакета, мин/м3;

      - время отцепки пакета на складе, мин/м3;

      - рейсовая нагрузка, м3.

Формула (2.1) приемлема для оценки работы трелевочных машин в любых условиях эксплуатации, но она не отражает связи производительности машины и ее технических параметров.

Эти взаимосвязи рассмотрены в ряде исследований [68], [90], [94]. Петруша Г.Н. [90] ввел в формулу сменной производительности эффективную мощность двигателя трелевочного трактора:

где:  - время работы трактора на трелевке (без учета формировочных работ), мин;

       - эффективная мощность двигателя, л.с.;

       - транспортный параметр, численно равный удельной работе двигателя

             трелевочного трактора, л.с.∙мин/м3;

       - удельные затраты времени на формировочные работы, мин/ м3.

Прохоровым В.Б. [94] приведена формула часовой производительности машины с учетом скоростей в грузовом и порожнем направлениях:

где:   - масса транспортируемого пакета, т;

         - скорость грузового хода, км/ч;

         - скорость порожнего хода, км/ч;
                  - расстояние подвозки, км;

         - плотность древесины, т/м3;

         - удельное время формирования и отцепки пакета, соответственно, г/м3.

Левша А.И. [68] провел исследования по сравнению производительности тракторов Алтайского, Онежского и Челябинского заводов с разделением транспортных и формировочных операций. Формула (2.3) преобразована им с учетом показателя удельной производительности при выполнении транспортной операции процесса трелевки:

где:   - показатель удельной производительности на транспортной работе, м3/ч;

,  - скорости в грузовом и порожнем направлениях, соответственно, км/ч;

- удельное время формирования пакета, ч/м3;

- удельное время отцепки пакета, ч/м3;

- КПД трансмиссии трактора;

- коэффициент полезного использования веса агрегата;

- КПД, учитывающий потери на буксование;

- удельное сопротивление движению трактора с пакетом деревьев.

Формула (2.4) более полно отражает сущность производительности трелевочных тракторов, учитывая технические параметры машин. Однако для анализа влияния различных конструктивных и эксплуатационных факторов на производительность трелевочных тракторов различной энергонасыщенности формула (2.4) требует дальнейших преобразований.

Изучению топливной экономичности трелевочных тракторов посвящены работы [18], [46], [55].

Некоторые исследователи применяют в качестве критерия оценки топливной экономичности удельный расход топлива . Этот показатель недостаточно широко раскрывает влияние эксплуатационных факторов на экономичность работы трактора, так как он по существу характеризует степень совершенства протекания рабочего процесса двигателя.

Прохоровым В.Б. [94] предложен критерий оценки топливной экономичности лесотранспортной машины, как отношение часового расхода топлива к технологической производительности - . Для анализа топливной экономичности энергонасыщенных тракторов этот показатель требует преобразований.

Экспериментальные исследования топливной экономичности трелевочных машин повышенной энергонасыщенности проведены Ерахтиным Д.Д. [46].

Аналитического исследования топливной экономичности трелевочных машин различной энергонасыщенности ранее не производились.

В смежных областях теоретические основы топливной экономичности энергонасыщенных тракторов рассмотрены академиком Болтинским В.П. [12] – [14]. Он доказал, что при оптимальной загрузке с/х тракторов с двигателями повышенной мощности их топливная экономичность может быть заметно улучшена. По опытным данным [14] уменьшение затрат топлива на 1 Га при увеличении рабочих скоростей с/х тракторов составило: для колесных тракторов – 10 -11%, для гусеничных – 3 – 4%.

Работа любой машины, выполняющей технологический процесс, сопровождается расходом энергии. Количество израсходованной энергии, отнесенное на единицу выполненной работы [т.км] или единицу продукции называют удельной энергоемкостью процесса [94].

Вопросы удельной энергоемкости производственного процесса тракторной трелевки рассмотрены в работах Галямичева В.А. [31], Левши А.И. [68], Булина В.П. [18].

Левшой А.И. [68] проведены исследования с разделением энергоемкости транспортных, формировочных и погрузочных операций трелевочных тракторов с тросовым и бесчокерным оборудованием. Им предложен метод определения энергоемкости транспортной операции цикла и сбора пакета древесины тросовым способом по тяговой работе трактора, а энергоемкость процесса набора пакета машиной ТБ-1 – по эффективной мощности двигателя.

Булиным В.П. [18] определены средние значения показателей удельной энергоемкости и топливной экономичности процесса трелевки, свидетельствующие о недостаточно эффективном использовании трелевочного трактора при существующей технологии лесосечных работ, обусловленной невысокой степенью загрузки двигателя по мощности (25 – 45%).

2.2.2. Режимы работы машины.

Между сроком службы машины и условиями ее эксплуатации существует неразрывная связь. Поэтому при модернизации существующей или создании новой конструкции машины необходимо иметь обоснованные представления о режимах ее работы.

В исследовательской практике различают нагрузочные и эксплуатационные режимы.

Нагрузочные режимы в общем случае отражают нагруженность детали, узла или механизма во всем диапазоне частот воздействия нагрузки.

Теоретическим и экспериментальным исследованиям нагруженности трансмиссии трелевочных тракторов посвящена работа Анисимова Г.М. [3]. Исследованию динамических нагрузок в трансмиссии гусеничного трелевочного трактора посвящены работы Котикова В.М. [63] и Костогрыза С.Г. [61].

Эксплуатационные режимы отражают средние, длительно действующие нагрузки и скорости в механизмах, а также количество включений и продолжительность работы [6].

Количественная характеристика режимов необходима при выборе конструкции и расчете агрегатов, определении метода испытаний и оценке их результатов, а также анализе эксплуатационных данных.

К основополагающим работам по изучению эксплуатационных режимов колесных трелевочно-тракторных машин следует отнести труды Горбачевского В.А. [38], [39]. Автор установил, что оптимальные режимы эксплуатации этих тягачей можно оценивать максимумами полезной работы на единицу сцепного веса и минимумом энергозатрат на единицу полезной транспортной работы.

Исследованию эксплуатационных  показателей гусеничных трелевочных тракторов повышенной мощности посвящены лишь труды Брахтина Д.Д. [46], [47].

В смежных областях исследованию режимов работы транспортных машин посвящены труды Кугеля Р.В. [66], Бухарина Н.А. [20], Трепененкова И.И. [102], Стефановича Ю.Г. [101], Юшина А.А. [108], Киртбая Ю.К. [58], Иофинова С.А. [56] и др. [8], [11], [104].

В период с 1963 по 1972 г кафедра тяговых машин ЛТА им. С.М. Кирова вела работы по исследованию эксплуатационных режимов серийно выпускаемых тракторов ОТЗ в различных почвенно-климатических зонах страны с помощью специально созданной аппаратуры.

Результаты этих исследований изложены в отчетах [84], [85] и статьях [4], [6], [37], им же посвящена диссертационная работа Галямичева В.А. [31]. Аналитическим расчетом и опытными данными он обосновал необходимость корректирования тяговой характеристики трактора за счет увеличения мощности двигателя.

Начиная с 1972 г. по настоящее время на кафедре при участии автора ведутся исследования эксплуатационных показателей опытных моделей тракторов ТДТ-55М и ТБ-1М с двигателями повышенной мощности [22], [23], [87], [89].

2.2.3. Задачи исследования.

Специальные валочно-пакетирующие машины и мощные тягачи первичного транспорта леса в перспективе получат широкое применение [21]. Использование энергонасыщенных трелевочных тракторов только на транспортных операциях вызовет изменения в их экономических показателях. Кроме того, важно установить в каком направлении рациональнее реализовать увеличение мощности: на повышение силы тяги (рейсовых нагрузок) или скорости движения.

В этой связи сравнительный анализ эксплуатационных показателей трелевочных тракторов различной энергонасыщенности актуален.

Настоящие исследования являются составной частью программы совместной работы кафедры тяговых машин ЛТА им. С.М. Кирова с Онежским тракторным заводом по обоснованию оптимальных параметров тракторов ОТЗ и выявлению резервов в дальнейшем повышении производительности труда.

Недостаток теоретических разработок и отсутствие экспериментальных данных по влиянию энергонасыщенности при качественных изменениях в технологическом процессе лесозаготовок на эксплуатационные показатели трелевочных тракторов послужили основанием для выбора темы этого исследования.

Диссертация посвящена решению следующих основных задач:

1. Установить аналитическую зависимость транспортной производительности и топливной экономичности трелевочных тракторов от некоторых конструктивных параметров и эксплуатационных факторов.

2. На основе полученных зависимостей выявить наиболее рациональное направление реализации увеличенной мощности.

3. Оценить влияние эксплуатационных показателей на транспортную производительность и топливную экономичность тракторов ОТЗ с двигателями повышенной мощности.


3. АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

3.1. Общие положения

Мощность двигателя , касательная сила тяги на ведущих органах  и расчетная скорость движения связаны между собой известной зависимостью [49]:

Величины  и  для данной мощности двигателя предопределяются рядом конструктивных параметров трактора: общим передаточным числом трансмиссии К и радиусом ведущей звездочки . При этом касательная сила тяги равна:

Расчетная (теоретическая) скорость движения трактора определяется следующей зависимостью:

Из уравнений (3.1) и (3.2) следует, что повышение мощности двигателя трелевочного трактора приведет к изменению тягово-скоростных качеств: увеличению силы тяги  или скорости движения  (при К = const).

Изменение передаточных чисел трансмиссии при  вызывает увеличение силы тяги за счет соответствующего снижения скорости или наоборот. В этом и в другом случаях будет изменяться транспортная работа. Очевидно, что при изменении не происходит пропорционального изменения в величинах используемой силы тяги и скорости движения по ряду причин:

- ступенчатость тяговой характеристики не позволяет получить одинаковую загрузку двигателя по мощности;

- изменения величин сопротивления движению трактора и пакета на различных скоростях и рейсовых нагрузках;

- изменения КПД трансмиссии и движителя.

В дальнейших расчетах предполагается, что эти условия остаются постоянными.

Величину реализуемой в конкретных условиях касательной силы тяги для преодоления сил сопротивления движению лесотранспортной системы () возможно оценивать [31] удельной слой тяги , равной:

Тогда уравнение (3.1) примет вид:

Выражение (3.5) показывает, что удельная мощность, скорость движения и удельная сила тяги машины взаимосвязаны. Следовательно, их можно использовать для оценки эксплуатационных показателей трелевочных тракторов повышенной энергонасыщенности.

3.2. Коэффициент производительности.

Часовая технологическая производительность трелевочного трактора равна:

где:  и  - продолжительность движения в грузовом и порожнем состояниях, ч;

        - коэффициент, учитывающий время на сбор, погрузку  и отцепку

              транспортируемого пакета древесины в долях от продолжительности

              движения [31]:

При трелевке в полупогруженном состоянии вес пакета определим из условий полного использования касательной силы тяги трактора :

где:   - сила сопротивления движению трактора, кН;

        - приведенное удельное сопротивление движению пакета.

Величины, входящие в выражение (3.8) определяются следующими зависимостями:

где:   - коэффициент сопротивления движению трактора;

         - коэффициент сопротивления движению волочащейся части пакета;

         - вес пакета, размещенного на тракторе, кН;

         - вес волочащейся части пакета, кН.

Подставив из системы уравнений (3.9) значения ,  и  в выражение (3.8) получим:

Продолжительность одного рейса трактора равна:

где:  и  - действительные скорости движения с грузом и без груза соответственно.

Максимально возможная скорость движения трактора в грузовом направлении при полном использовании мощности двигателя может быть вычислена по выражению:

Заменяя  в уравнении (3.12) его значением из формулы (3.10), будем иметь:

Таким образом, скорость грузового хода трелевочной машины предопределяется величинами  и . причем , т.е. она зависит от рейсовой нагрузки, веса тягача и состояния волока.

Подставив значения  из выражения (3.13) в уравнение (3.11) получим:

Известно, что на машинах с механической трансмиссией и ступенчатой коробкой передач в эксплуатации не всегда наблюдаются режимы работы двигателя с полной загрузкой по мощности даже при грузовом ходе [31], [35], [49]. Подобные условия будут иметь место лишь в случае применения на машине гидромеханической или электромеханической трансмиссии.

Введем для расчетов дополнительный показатель – коэффициент использования мощности двигателя :

где:  и  - коэффициенты использования мощности двигателя в порожнем и

                           грузовом направлениях.

Кроме того, для практических расчетов более выгодно оперировать не величинами  и , а значением средней технической скорости , равной [52]:

Полагая, что , находим

Подставляя в выражение (3.14) , и, заменив  из (3.17), получим:

Заменив  и  в уравнении (3.6) их значениями из формул (3.10) и (3.18), получим выражение для определения часовой производительности трелевочного трактора:

Выделим группу сомножителей, зависящих только от конструктивных и эксплуатационных параметров трактора, и обозначим ее  [37], а также заменив вес тягача через рейсовую нагрузку и коэффициент использования веса , получим:

где   - коэффициент производительности машин, равный:

Из анализа уравнения (3.21) следует, что коэффициент производительности, а следовательно и производительность трактора, увеличивается с ростом удельной силы тяги, повышением средней скорости движения, величин и степени использования удельной мощности, а уменьшается при возрастании сопротивления движению и затрат времени на не транспортные операции.

Таким образом, полученное уравнение (3.19) является общим выражением, характеризующим изменение транспортной производительности трелевочного трактора (колесного тягача или гусеничной машины) в зависимости от величины энергонасыщенности и с учетом особенностей лесозаготовительного процесса.

3.3. Влияние энергонасыщенности на производительность трелевочного трактора.

Рассмотрим характер изменения транспортной производительности трелевочного трактора в зависимости от величины удельной мощности, а также от способа ее реализации.

Анализируя выражение (3.21) видно, что наибольшее значение коэффициента производительности при  и  определяется зависимостью:

Следовательно, с увеличением средней скорости  будет увеличиваться только до определенных пределов, соответствующих величине удельной мощности. Предельные значения  при  и  определятся такой же зависимостью.

Таким образом, анализ по предельным значениям не дает ответа в каком направлении целесообразно реализовывать увеличение удельной мощности.

Используя выражение (3.21), вычислим значения коэффициента производительности для различных способов реализации мощности при следующих исходных данных:

- удельная мощность 4,0 – 10,0 кВт/т;

- наибольшее значение удельной силы тяги -1,0;

- средняя скорость  = 4 – 8 км/ч;

- коэффициент сопротивления движению тягача  = 0,200;

- коэффициент, учитывающий время на погрузку и отцепку пакета древесины

 = 1,2 – 1,5;

- КПД трансмиссии и движителя = 0,8.

По расчетным данным [приложение 1] построены графики  при  и  при  (3.1).

Из рис.3.1 следует, что для тракторов различной энергонасыщенности коэффициент производительности зависит от соотношения удельной силы тяги и средней скорости движения. В большей мере  увеличивается при повышении силы тяги, чем средней скорости. Заштрихованное поле на рис. 3.1 характеризует величину приращения  для удельной мощности 4 кВт/т. Как следует из рис.3.1 разница в изменении  при этом весьма существенна. Например, увеличение коэффициента производительности при = 0,7 и = 4 км/ч по сравнению с = 0,4 и = 7 км/ч составляет 35%.


Рис.3.1. Влияние тяговых и скоростных параметров трелевочных тракторов различной энергонасыщенности на коэффициент производительности:

                  1. – 4,0 кВт/т; 2 – 6,0 кВт/т;

                  2. – 8,0 кВт/т; 4 – 10,0 кВт/т;

Рассмотрим как изменяется коэффициент производительности при различных способах реализации мощности с увеличением энергонасыщенности на одну и ту же величину. При реализации повышенной мощности на увеличение скорости наблюдается практически пропорциональное возрастание коэффициента производительности. так, например, увеличение удельной мощности с 4,0 до 6,0 и 8,0 кВт/т вызывает повышение  соответственно в 1,5 и 2 раза.

При реализации увеличенной мощности на повышение тяговых качеств трактора (при   возрастает более интенсивно). Так, при тех же значениях удельной мощности коэффициент производительности увеличивается по сравнению с начальными условиями (= 0,4, = 4 кВт/т) в 2 и 3 раза.

По расчетным данным на рис.3.2 построены графики относительного изменения коэффициента производительности в зависимости от удельной мощности при различных способах реализации повышения энергонасыщенности. За начальные условия приняты

= 4 кВт/т, = 4 км/ч и = 0,4. Этим значениям соответствует = 0,65.

Увеличение удельной мощности до 10 кВт/т, реализуемой на повышение скорости (пунктирная линия на рис.3.2), вызовет возрастание  до 1,62, т.е. в 2,5 раза. Повышение удельной мощности реализуемой на повышение силы тяги приводит в тех же условиях к возрастанию  в 4 раза.

Таким образом, расчеты подтверждают, что производительность трелевочных тракторов зависит не только от величины их энергонасыщенности, но и от способа ее реализации – соотношения скоростных и тяговых качеств. причем увеличение последних предпочтительнее.


Рис. 3.2. Относительное изменение коэффициента производительности при различных методах реализации увеличенной мощности.

Применение трелевочного трактора повышенной мощности позволит увеличить как силу тяги, так и скорость движения. Реализация высоких значений  возможна по техническим данным существующих моделей трелевочных тракторов (табл.3.1). Данные табл.3.1 свидетельствуют, что установленная заводом-изготовителем грузоподъемность трелевочных тракторов позволяет на перспективных машинах увеличивать касательную силу тяги на первой передаче до значений = G. А это, в свою очередь, создает условия для повышения энергонасыщенности трелевочного трактора до 7 – 9 кВт/т с реализацией ее на увеличение силы тяги.

Расчеты показывают, что реализация повышенных значений удельной силы тяги по условиям сцепления движителя с грунтом на рабочих передачах (второй и третьей) у гусеничных трелевочных тракторов повышенной энергонасыщенности возможна до значений .

Таким образом, для получения наибольшей производительности, рабочие скорости трелевочного трактора целесообразно повышать после того, как будут исчерпаны все резервы по форсированию их тягово-сцепных показателей.

Применение колесных тягачей повышенной мощности на первичном транспорте леса позволит существенно увеличить транспортную производительность за счет большего диапазона рабочих скоростей.


Таблица 3.1.

Краткие технические данные трелевочных тракторов.

Тип трактора

Вес трактора, кН

Мощность двигателя, кВт

Удельная мощность трактора, кВт/т

Допускаемая нагрузка на щит, кН

Расчетная сила тяги , кН

Удельная сила тяги

Сцепной вес , кН

Сила тяги по сцеплению  при φ=0,7, кН

ТДТ-55Х/

95

46

5,0

40

50,5

0,53

135

94,5

0,99

ТДТ-55Х/

95

55

6,0

40

53,6

0,565

135

94,5

0,99

ТДТ-55МХХ/

95

55

6,0

40

56,0

0,59

135

94,5

0,99

ТБ-1МХ/

112

55

5,3

40

56,0

0,50

152

105

0,94

ТДТ-55МХХ/

95

66

7,3

40

67,4

0,71

135

94,5

0,99

ТТ-4Х/

130

81

8,1

60

102

0,785

190

133

1,02

Х/ - серийная модель

ХХ/ - опытные образцы


3.4. Влияние эксплуатационных факторов.

3.4.1. Коэффициент, учитывающий время на формирование, погрузку и отцепку пакета.

Одной из основных проблем комплексной механизации лесосечных работ является ликвидация ручного труда при формировании, погрузке и отцепке перевозимого пакета древесины [21], [28], [62], [79]. Хронометражные данные и расчет энергозатрат по всем фазам современного технологического процесса трелевки достаточно подробно рассмотрены в ряде работ [18], [40], [68].

Вопросы изменения транспортной производительности в зависимости от величины коэффициента , учитывающего время на сбор, погрузку и отцепку пакета с учетом особенностей перспективной технологии лесосечных работ изучены недостаточно.

Используя установленную зависимость (3.21), проанализируем характер влияния величины этого коэффициента на производительность трелевочных тракторов различной энергонасыщенности.

По расчетным данным построены графики изменения коэффициента производительности от величины  (рис.3.3)

Рис.3.3. Влияние коэффициента  на производительность

трелевочных тракторов различной энергонасыщенности:

                           1 – при существующей технологии;

                           2 – при перспективной технологии.

Из рис.3.3 следует, что увеличение  приводит к снижению коэффициента производительности по закону гиперболы. Пределы изменения  тем больше, чем выше средняя скорость и удельная мощность трактора.

При существующей технологии лесозаготовок значение  находится в пределах от 4 до 5,5 [40], т.е. в зоне меньшего влияния энергонасыщенности на производительность трелевочного трактора. Поэтому применение мощных тракторов применительно к существующей организации лесосечных работ не даст заметного преимущества в повышение производительности.

В перспективном технологическом процессе лесозаготовок предусматривается ряд мероприятий [21], которые позволят сократить  до 1,5 – 3. Это в значительной мере предопределяет эффективность применения трелевочных тракторов повышенной энергонасыщенности.

3.4.2. Влияние диапазона скоростей.

В перспективной технологии лесосечных работ предусматривается применение мощных трелевочных тракторов, работающих с высокими скоростями [21].

Используя выражение (3.21) установим как диапазон скоростей  влияет на коэффициент производительности трактора.

Анализ уравнения показывает, что  при  определяется зависимостью:

По формуле (3.21) проведен расчет коэффициента производительности при = 1 – 3,5 для тракторов различной энергонасыщенности. Характер изменения  показан на рис.3.4.

Рис.3.4. Влияние соотношения скоростей порожнего и грузового хода на производительность трелевочных тракторов различной энергонасыщенности.

Из рис.3.4 следует, что увеличение параметра «» способствует более интенсивному возрастанию коэффициента производительности для трактора повышенной энергонасыщенности. Так, например, увеличение «» от 2 до 3 при = 4 км/ч вызовет увеличение  для =6 кВт/т на 9%, а для =10 кВт/т на 14%. Следовательно, применение колесных тракторов повышенной энергонасыщенности с большими значениями «» (за счет увеличения ) позволит существенно увеличить производительность машин на первичном транспорте леса.

3.4.3. Коэффициент использования номинальной мощности двигателя.

Частичное использование номинальной мощности двигателя приводит к снижению скорости движения, следовательно, и уменьшению транспортной производительности.

Производственные испытания трелевочных тракторов, проводимые в течение ряда лет кафедрой тяговых машин ЛТА им.С.М. Кирова совместно с Онежским тракторным заводом в различных условиях эксплуатации позволили установить пределы изменения коэффициента использования мощности тракторного двигателя [84] – [89].

- грузовое направление 0,41 – 0,83;

- порожнее направление 0,29 – 0,77.

Используя уравнение (3.21) по расчетным данным построены графики изменения  (рис.3.5)

Рис.3.5. Влияние коэффициента использования номинальной мощности двигателя на производительность трелевочных тракторов различной энергонасыщенности.

ав – диапазон изменения  у существующих моделей трелевочных машин.

Из рис.3.5 следует, что увеличение  вызывает пропорциональное увеличение коэффициента производительности.

Однако сравнение расчетных данных показывает некоторое отставание относительного роста коэффициента производительности по сравнению с увеличением . Так например, увеличение коэффициента использования мощности в два раза (0,4 – 0,8) приводит к возрастанию  во всем диапазоне  и  только в 1,50 – 1,85 раза. Меньшее повышение  относится к большим значениям удельной мощности.

Изменение коэффициента производительности при = const и увеличение средней скорости с 4 до 8 км/ч вызывает увеличение  при тех же условиях в 1,5 – 1,85 раза. Большее повышение коэффициента производительности соответствует повышенным значениям . Следовательно, увеличение коэффициента использования мощности особенно эффективно при работе трелевочных тракторов на повышенных скоростях.

Установка на трелевочные тракторы гидромеханической передачи позволит увеличить коэффициент использования мощности двигателя от 0,5 – 0,7 до ≈1 [49]. Расчеты показывают, что коэффициент производительности в этом случае для трактора ТДТ-55 (при = 0,6 и = 3 км/ч) без увеличения удельной мощности возрастает от 0,77 до 1,15, т.е. в 1,5 раза или с учетом КПД гидротрансформатора () на 25 – 30%.

Большее увеличение коэффициента производительности при установке ГМТ следует ожидать у колесных тракторов, обладающих повышенными скоростными качествами.

3.5. К определению оптимальных значений коэффициента производительности

При технико-экономических расчетах возникает необходимость в прогнозировании производительности новых моделей трелевочных тракторов.

Как было указано ранее, критерием оценки производительности трелевочных тракторов может быть коэффициент производительности.

Для оперативного определения значений коэффициента производительности у тракторов различной энергонасыщенности в конкретных условиях эксплуатации предлагается номограмма (рис.3.6). В основу построения номограммы положены уравнения коэффициента производительности (3.21) и потенциальная тяговая характеристика трелевочного трактора.

Рис.3.6. Номограмма для определения коэффициента производительности

в зависимости от конструктивных параметров

и эксплуатационных факторов.


Тяговая динамическая характеристика, представленная в правом верхнем квадрате, построена в координатах . в левом верхнем квадрате построены графики изменений коэффициента производительности в функции удельной силы тяги  для сравниваемых тракторов при различных значениях энергонасыщенности и средней скорости движения. В левом нижнем квадрате лучами даны зависимости .

В качестве примера, на рис.3.6 показано определение коэффициента производительности опытного трактора ТДТ-55М с удельной мощностью 7,3 кВт/т и серийного трактора ТДТ-55 (= 5,0 кВт/т) при различных методах реализации увеличенной мощности: a, b, c, d, e, g, z – форсированием по скорости, a’, b’, c’, d’, e’, g’, z’ – форсированием по тяге (за счет повышения рейсовой нагрузки) при суммарном коэффициенте сопротивления движению ψ = 0,250.

На основании опыта производственной эксплуатации оптимальным объемом пакета при ψ = 0,250 для серийного трактора ТДТ-55 является нагрузка 5,0 м3. Общая масса транспортной системы  составляет при этом 13,5 т. Удельная сила тяги при = 37,5 кН и скорости грузового хода = 3 км/ч равняется 0,333. Этому значению  соответствует коэффициент производительности, равный .

При сохранении скорости грузового хода 3 км/ч располагаемая удельная сила тяги энергонасыщенного трактора увеличивается до 0,475, что позволит трелевать пакеты большего объема. Поэтому при повышении  с 0,333 до 0,475 общая масса транспортной системы может увеличиваться за счет рейсовой нагрузки до 19,5 т и коэффициент производительности возрастает до 1,2 (в два раза).

При реализации повышения мощности на увеличение скорости масса транспортной системы остается прежней – 13,5 т, а скорость повышается до 4,35 км/ч. При этом коэффициент производительности энергонасыщенного трактора увеличивается по сравнению с серийным до 0,9, т.е. пропорционально повышению скорости.

Таким образом, это еще раз подтверждает ранее высказанное предположение, что реализация повышения мощности трелевочного трактора на увеличение силы тяги (рейсовой нагрузки) рациональнее по сравнению с повышением скорости движения.

Однако с ростом объема пакета реализация увеличенного тягового усилия не всегда возможна по условиям сцепления движителя с грунтом. В случае ограничения по сцеплению остается один путь увеличения производительности за счет повышения скорости движения.

3.6. Влияние энергонасыщенности на топливную экономичность трелевочных тракторов.

В себестоимость заготовленного кубометра древесины затраты на топливо при трелевке составляют 10 – 15% [77], [96]. В связи с этим снижение расхода топлива на первичном транспорте леса имеет большое народнохозяйственное значение.

Применительно к тракторам сельскохозяйственного назначения Болтинским В.Н. установлено [14], что одним из основных резервов снижения расхода топлива на 1га обрабатываемой площади является повышение рабочих скоростей движения за счет увеличения мощности двигателя.

Топливная экономичность трелевочных тракторов повышенной энергонасыщенности изучена недостаточно.

Как отмечалось ранее (2.2.1), показателем топливной экономичности трелевочной машины принято считать расход топлива на 1 м3∙км транспортной работы - .

За грузовой ход величина  может быть определена, как отношение часового расхода топлива , кг/ч к транспортной производительности , м3∙км/ч

в целом за рейс расход топлива на 1 м3∙км составит:

где  - расстояние транспортировки, км;

       - часовая технологическая производительность, м3/ч.

Рассмотрим аналитическую взаимосвязь параметров, предопределяющих топливную экономичность тракторов различной энергонасыщенности при транспортировке одинаковых объемов пакетов.

При одной и той же рейсовой нагрузке грузовая работа независимо от энергонасыщенности тракторов будет равной:

Действительная скорость движения  связана с теоретическим выражением

Расход топлива на 1 м3∙км равен отношению израсходованного топлива за грузовой ход , кГ к выполненной грузовой работе W:

В свою очередь, расход топлива за грузовой ход может быть представлен выражением:

где  - удельный эффективный расход топлива, г/кВт∙ч.

Подставив значения  и  из уравнений (3.26) и (3.29) в выражение (3.28) получим:

Касательная сила тяги  и эффективный удельный расход топлива , входящие в уравнение (3.30) не зависят от энергонасыщенности машины, а определяются соответственно величиной рейсовой нагрузки [89] и коэффициентом использования номинальной мощности двигателя  [12].

Следовательно, при равных объемах пакета и одинаковой загрузке двигателя изменение топливной экономичности трелевочных тракторов повышенной энергонасыщенности по сравнению с серийными моделями зависит в основном от потерь мощности в трансмиссии и на буксование.

Однако, при одной и той же рейсовой нагрузке скорость энергонасыщенного трактора по сравнению с серийным увеличивается. По данным ряда исследований [27], [99], [100] повышение скорости тракторов вызывает уменьшение потерь на буксование. Так, по данным Владимирова А.И. [27], повышение скорости с 4 до 6 км/ч при  потери на буксования уменьшаются в 1,5 – 2 раза.

Поскольку изменение коэффициента  с сокращением продолжительности движения несущественно [105], то снижение потерь на буксование у тракторов повышенной энергонасыщенности вызовет улучшение их топливной экономичности.

Особенно заметно проявится преимущество в скорости энергонасыщенного трактора при повышенных значениях коэффициентов сопротивления движению , где вероятней более полное использование его номинальной мощности.

Следует отметить, что неудовлетворительное состояние транспортных путей (волоков) может создать ограничения в скорости движения и привести к недогрузке двигателя, а несогласованность в производительности комплекса машин вызовет увеличение непроизводительных затрат времени. По этим причинам ухудшение топливной экономичности у тракторов повышенной мощности может проявиться в большей степени, чем у серийных машин.

При реализации увеличение мощности на повышение силы тяги трактора при  энергонасыщенный трактор может транспортировать пакеты большего объема. Часовой же расход топлива с увеличением энергонасыщенности при одинаковых  возрастает пропорционально повышению мощности двигателя [12] – [14].

Ранее установлено (2.1), что при реализации повышение мощности формированием по тяге рост производительности опережает повышение удельной мощности. Следовательно, расход топлива на 1 м3∙км у энергонасыщенного трактора снизится весьма существенно.

Таким образом, снижение расхода топлива на 1 м3∙км у трелевочных тракторов с двигателем увеличенной мощности возможно и целесообразно осуществлять путем трелевки максимально допустимых рейсовых нагрузок в зависимости от тягово-сцепных качеств грузоподъемности машины.

ВЫВОДЫ

1. Выбор основных конструктивных параметров (,,), обеспечивающих наибольшую производительность лесотранспортных машин, целесообразно проводить с использованием коэффициента производительности.

2. Наибольший прирост производительности энергонасыщенных тракторов может быть получен при реализации мощности на увеличение тяговых качеств за счет транспортировки пакетов максимально возможного объема по условиям сцепления и грузоподъемности машин. В этой связи рабочие скорости трелевочного трактора целесообразно повышать после того, как будут исчерпаны все резервы по форсированию их тягово-сцепных показателей.

3. При трелевке пакетов равного объема у трелевочных тракторов повышенной энергонасыщенности можно ожидать снижение расхода топлива на 1 м3∙км по сравнению с серийным за счет меньших потерь на буксование.

4. Заметное улучшение топливной экономичности лесотранспортных машин с двигателями увеличенной мощности возможно за счет увеличения производительности при трелевке пакетов повышенного объема.


4. АППАРАТУРА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РАБОТ.

4.1. Общее устройство аппаратуры

Эксплуатационные режимы работы трелевочного трактора могут быть охарактеризованы, в основном, следующими параметрами [6]: крутящим моментом трансмиссии, частотой вращения коленчатого вала двигателя, количеством включений и продолжительностью работы агрегатов и механизмов трактора (коробки передач, муфты сцепления, лебедки и бортовых фрикционов). Специфика задач исследования может изменить и дополнить перечень замеряемых параметров.

Установлено, что изучение эксплуатационных режимов трелевочных тракторов целесообразно вести с помощью специальной статистической аппаратуры, регистрирующей силовые и скоростные процессы в виде статических рядов распределения и удовлетворяющей ряду специфических требований работы лесотранспортных машин в производственных условиях [3], [6], [31].

Такая аппаратура создана на кафедре тяговых машин ЛТА им. С.М. Кирова [5]. Она в течение ряда лет успешно применяется при исследовании эксплуатационных режимов трелевочного трактора ТДТ-55 [84] – [89].

При участии автора эта аппаратура несколько раз усовершенствована в расчете на различные модификации тракторов ОТЗ и дополнена комплектом приборов по замеру расхода топлива.

На рис.4.1. приведена блок-схема применяемой аппаратуры, из которой ясна структура и перечень приборов входящих в нее.

Рис.4.1. Блок-схема аппаратуры конструкции ЛТА для исследования эксплуатационных режимов трелевочного трактора.

Она позволяет получать для любой фазы производственного цикла, выполняемого трактором, следующие параметры:

1. статические ряды распределения крутящего момента и частоту вращения коленчатого вала двигателя методами случайных ординат или заданных уровней;

2. количество включений и продолжительность работы агрегатов трактора: муфты сцепления, коробки передач, бортовых фрикционов и лебедки;

3. общее машинное время;

4. число оборотов карданного вала нарастающим итогом;

5. расход топлива.

Ниже приведено краткое описание конструкции отдельных элементов измерительной аппаратуры.

4.1.1. Измерение крутящего момента.

Величина крутящего момента, действующего в трансмиссии, замеряется динамометрическим карданным валом (рис.4.2.). В качестве датчика крутящего момента использован линейный вращающийся трансформатор (ЛВТ).

Рис.4.2. Динамометрический карданный вал.

1 – ЛВТ; 2 – торсион; 3 – наконечник кардана; 4 – фланец передний; 5 – барабанчик;

6 – шпилька ведущая; 7 – кольцо регулировочное; 8 – труба кардана; 9 – токосъемник.

В отличие от проволочных преобразователей сопротивления выходной сигнал ЛВТ достигает нескольких сот mA и позволяет, в случае необходимости, одновременно регистрировать процесс на счетчики и осциллограф, а так же вести визуальную оценку его по прибору.

Питание ЛВТ и снятие с него осуществляется через кольцевой токосъемник простейшей конструкции. Из-за большой мощности выходного сигнала переходное сопротивление токосъемника практически не сказывается на точности измерений.

Подбор жесткости торсиона и числа уровней (разрядов) крутящего момента производится из условия обеспечения более полной регистрации средних значений крутящего момента в трансмиссии, определяющего среднюю загрузку двигателя, и возможности регистрации его максимальных величин при перегрузках.

Проведенные ранее расчеты [5] и применение аппаратуры в производственных условиях [84] – [86] показали, что величина максимального крутящего момента для трактора ТДТ-55 может быть принята равной 1500 Нм.

Длина и диаметр торсиона динамометрического карданного вала выбирались с таким расчетом, чтобы обеспечить в существующих габаритах возможно больший угол закручивания (). При этом максимальные касательные напряжения () не превысили предела текучести материала торсиона. Торсионы изготовлялись из Стали 60С2 с последующей термообработкой. Максимальные допустимые касательные напряжения для термообработанных рессорных сталей могут быть приняты 45 – 48 кН/см2.

Тарировка торсионов с целью определения их действительной жесткости проводилась на машине Амслера до нагрузки, равной максимально возможному крутящему моменту (рис.4.3.)


Рис.4.3. Тарировочный график торсиона динамометрического карданного вала.

4.1.2. Измерение скоростного режима двигателя.

Датчиком для измерения частоты вращения коленчатого вала двигателя служит тахогенератор переменного тока ДТ-5, связанный с якорем генератора (рис.4.4.)

Рис.4.4. Датчик для измерения угловой скорости коленчатого вала двигателя.

4.1.3. Классификаторы для измерения крутящего момента и скоростного режима двигателя.

Разделение по уровням сигналов датчиков крутящего момента и скоростного режима двигателя производится электронными классификаторами.

Классификаторы  и  выполнены по одинаковой электрической схеме. Они состоят из 15 одинаковых усилительных ячеек и мостикового выпрямителя, на который подается напряжение от датчиков. при питании схемы запрета импульсным напряжением от электрочасов МЧ-62 производится классификация сигнала методом «случайных ординат», при питании постоянным напряжением – методом «заданных уровней».

Наибольшее напряжение, выдаваемое датчиками  и , позволяет настраивать ячейки классификаторов в соответствии с их назначением.

Определение интервала настройки ячеек классификатора крутящего момента определяется характеристикой ЛВТ и жесткостью торсиона:

1. напряжение питания ЛВТ – 115 в;

2. коэффициент трансформации при угле закручивания ;

3. крутизна характеристики ЛВТ – ;

4. цена разряда при квантовании ;

5. расчетная жесткость торсиона ;

6. интервал настройки ячеек классификатора:

Настройка классификаторов крутящего момента перед испытаниями проводилась по приборам (рис.4.5.)

Рис.4.5. Настройка классификатора крутящего момента:

1 – классификатор;

2 – динамометрический карданный вал;

3 – пульт регистрации;

4 – ламповый вольтметр В3-23.


Тарировочный график для настройки классификатора крутящего момента приведен на рис.4.6.

Рис.4.6. Тарировочный график для настройки классификатора крутящего момента

Разделение по уровням напряжения, снимаемого с тахогенератора, производится с ценой разряда 10,5 рад/с угловой скорости коленчатого вала двигателя. Тарировочный график классификатора скоростного режима двигателя приведен на рис.4.7.

Рис.4.7. Тарировочный график классификатора для измерения угловой скорости коленчатого вала двигателя.


4.1.4. Учет работы агрегатов трактора.

Для учета включений (n) и продолжительности работы (t) агрегатов силовой передачи на приводы управления машиной устанавливаются концевые выключатели, в цепь которых включены импульсные счетчики и сигнальные лампы (рис.4.8.). Счетчики (n1n2) находятся под напряжением и срабатывают при каждом включении агрегата. Счетчики, включенные через контакты электрочасов МЧ-62, регистрируют продолжительность работы агрегата. таким образом, схема позволяет от одного выключателя регистрировать и количество включений и время работы механизма.

Сигнальные лампы Л1 и Л2 дают возможность экспериментатору вести визуальный контроль за работой схемы.

Рис.4.8. Схема подключения датчиков для учета числа включений и продолжительности работы агрегатов силовой передачи.

4.1.5. Измерение расхода топлива

Расход топлива замерялся универсальными приборами ДРТ-ЛСХИ. Датчик расходометра топлива поршневого типа с ценой деления 10 см3 подключался в топливную систему двигателя.

По пропускной способности прибор ДРТ-ЛСХИ можно использовать на тракторах с мощностью двигателя до 75 кВт. В процессе испытаний сигналы расходометра регистрировались на счетчик СБ-1М/100, помещенный в кабине исследователя, а также на пульте. Перед испытаниями приборы тарировались согласно технической инструкции (рис.4.9.)

Рис.4.9. Тарировка датчика для измерения расхода топлива:

1 – датчик;

2 – регистратор.

4.1.6. Определение буксования.

Теоретическая скорость трактора определяется по суммарному числу оборотов карданного вала. Для замера числа оборотов карданного вала нарастающим итогом  используется быстроходный счетчик типа СБ-1М/100, питаемый напряжением от бортовой сети через контактную группу, смонтированную на токосъемнике карданного вала.

Одновременная регистрация  и времени движения позволяет определить среднюю скорость и путь, пройденный машиной без учета буксования. Попикетная регистрация количества оборотов дает возможность оценить буксование.

4.1.7. Пульт регистрации параметров.

Регистрация сигналов всех датчиков осуществлялась электроимпульсными счетчиками РС-720002, смонтированными на пульте (рис.4.1).

4.1.8. Источники питания.

Для обеспечения четкой работы всех элементов измерительной системы питание их должно осуществляться от сети постоянного тока с напряжением 24 вольта. В связи с этим произведена перерегулировка реле-регулятора с 12 на 24 в. Для этого пригоден генератор Г-15Б с реле-регулятором РР-24Г. в цепь шунтовой обмотки реле обратного тока и обмотки регулятора напряжения устанавливается добавочное сопротивление ().

Дополнительный аккумулятор подсоединяется между клеммой «Б» реле-регулятора и амперметром. Такая схема позволяет питать всех потребителей на машине напряжением

12 в, измерительную схему – 24 в, а также осуществлять в процессе испытаний подзарядку обеих аккумуляторных батарей.

Для питания ЛВТ напряжением 115 в с частотой 400 Гц применяется машинный преобразователь МА-100.

Принципиальная электрическая схема аппаратуры приводится на рис.4.10.

Рис.4.10. Принципиальная электрическая схема аппаратуры


4.1.9. Подготовка аппаратуры к испытаниям.

Для проведения испытаний эксплуатационных режимов на тракторе устанавливаются:

- кабина испытателя (рис.4.11);

- динамометрический карданный вал с токосъемником;

- генератор с встроенным тахогенератором;

- дополнительный аккумулятор;

- блок концевых выключателей.

Рис.4.11. Размещение аппаратуры в кабине экспериментатора:

                     1 – регистратор расходометра;

                     2 – пульт регистрации;

                     3 – классификаторы  и ;

                     4 – щиток контрольных приборов и управления;

                     5 – рамка для крепления фотоаппарата.

Динамометрический карданный вал устанавливается взамен стандартного вала токосъемника вперед. Корпус токосъемника двумя пружинными растяжками связывается с лонжероном рамы.

Блок концевых выключателей коробки передач устанавливается на левом лонжероне и связывается с ползуном рычага коробки передач. Концевые выключатели муфты сцепления, лебедки и бортовых фрикционов монтируются в кабине трактора. Датчик расходометра топлива крепится к картеру сцепления и включается в топливную магистраль между фильтром грубой очистки и подкачиваемой помпой. После монтажа аппаратуры проверяется работа всех элементов измерительной схемы и производится ее настройка. Начальный уровень  устанавливается таким, чтобы при отсутствии крутящего момента и выбранных зазорах работал первый счетчик.

Опыт использования аппаратуры показал, что монтаж и настройка ее возможны на лесосеке за два чел.дня.


4.2. Необходимое число отсчетов и минимальная длина волока.

Для математической обработки опытных данных методами вариационной статистики необходимо решить два основных вопроса [75]:

1. Какое число наблюдений является достаточно большим, чтобы с определенной степенью надежности делать выводы об изучаемых случайных величинах?

2. Какие именно единицы общей совокупности надо подвергать наблюдению, чтобы составленная на основании их частичная совокупность отражала свойства общей совокупности?

Для определения необходимого числа отсчетов по таблице «достаточно больших чисел» [75] необходимо задаться достаточной вероятностью Р и необходимой относительной погрешностью . Для научных исследований достаточной вероятностью считается Р = 0,95 при допустимой ошибке . Для выбранных значений Р и  необходимое число отсчетов составит n = 384.

Исследование эксплуатационных режимов трелевочного трактора имеет целью установить средние длительно действующие нагрузки, возникающие в трансмиссии. Поэтому число замеров значений крутящего момента за одну секунду  выбрано два. как показывают опыты [84] – [89] фактические скорости движения трелевочного трактора не превышают .

Тогда, для получения 384 отсчетов длина волока должна быть не менее:

Во всех циклах испытаний длина волока была 1500 м. Поэтому число отсчетов составляло 2000 – 2500 и обеспечивало высокую точность замеров для построения кривых распределения.

Для установления среднего значения крутящего момента по пикетам без построения кривых распределения достаточно найти математическое ожидание вариационного ряда. Необходимое число отсчетов определяется в этом случае по формуле:

где   - коэффициент для выбранной вероятности , находится по таблице 1У [75].

             Для =0,95 имеем =1,96;

       - коэффициент вариации.

Ранее установлено [42], что величина коэффициента вариации математического ожидания значений крутящего момента трелевочного трактора  = 25 – 35 %. Тогда необходимое число отсчетов при вероятности 0,95 составит:

При скорости 4 – 5 км/ч длина волока должна быть не менее:

Длина пикетных участков опытной трассы составляет 100 м.

4.3. Погрешность измерений.

При исследовании эксплуатационных режимов достаточно оценивать среднее значение и низкочастотную составляющую крутящего момента с частотой не более 0,5 Гц.

Измерение усилий в системах с помощью упругих элементов вносит некоторые погрешности. Поэтому для измерительных устройств такого типа частота собственных колебаний  должна быть в 5 – 10 раз выше частоты исследуемого процесса  [3].

Измерение крутящего момента производилось с помощью динамометрического карданного вала с торсионной вставкой.

Собственная частота крутильных колебаний торсиона может быть определена из следующей зависимости:

где  - жесткость торсиона Н∙см/рад;

      - приведенный момент инерции карданного вала, торсиона и датчика, Н∙см/с2.

По результатам тарировки жесткость торсиона составляет = 272000 Н∙см/рад.

приведенный момент инерции карданного вала с датчиком  и торсионом равен

=2,39 Н∙см/с2.

Тогда частота собственных колебаний торсиона будет:

Амплитудная погрешность, вносимая торсионом при замере процессов с частотой до

2 Гц составит:

Следовательно, частота собственных колебаний упругого элемента карданного вала не внесет ощутимых погрешностей в замеры исследуемой величины.

Есть основание считать, что введение упругого элемента в трансмиссию может изменить в какой-то мере характер протекания процессов по всей трансмиссии. Расчеты, проведенные Анисимовым Г.М. [5] показали, что применение динамометрического карданного вала с торсионом и жесткими сочленениями по концам в незначительных пределах изменяет податливость этого участка трансмиссии трактора по сравнению с установкой стандартного вала. Сравнительное тензометрирование крутильных колебаний трансмиссии ТДТ-55 с серийным и динамометрическим карданными валами не выявили отличий в характере протекания процесса низкой и средней частоты. Это свидетельствует о возможности применения ЛВТ для исследования процессов низкой и средней частоты.

Таблица 4.1.

Относительная погрешность при регистрации исследуемых параметров.

Параметры

Погрешность, %

методическая

тарировки

счетчиков

электрочасов

общая

Крутящий момент

3,15

1,0

0,5

-

4,65

Частота вращения коленчатого вала двигателя

2,5

2,0

0,5

-

5,0

Количество оборотов карданного вала

-

-

1,0

-

1,0

Количество включений

-

-

0,5

-

0,5

Машинное время

-

-

0,5

1,0

1,5

Расход топлива

0,25

0,25

Из табл.4.1. следует, что относительная погрешность при замере исследуемых величин находится в допустимых пределах.


4.4. Обработка опытных данных.

Исходным материалом для дальнейшей обработки данных являются фотографии пульта. Путем сравнения смежных фотографий, относящихся к соответствующей фазе, получаются:

- статистические ряды распределения крутящего момента и скорости вращения коленчатого вала двигателя;

- количество включений и продолжительность работы агрегатов трактора;

- расход топлива;

- количество оборотов карданного вала нарастающим итогом.

Последовательность обработки исходных данных следующая:

1. Производится обработка статистических рядов (приложение 3) и вычисление интересуемых параметров.

2. Составляются сводные таблицы значений исследуемых параметров за рейс, на пикете и по передачам (приложение 4).

Крутящий момент на карданном валу вычисляется по формуле:

где   - математическое ожидание вариационного ряда крутящего момента;

        - цена разряда по моменту – 100

Средняя скорость вращения коленчатого вала двигателя определяется по выражению:

где   - математическое ожидание вариационного ряда по скоростному режиму

                двигателя;

       - цена разряда по частоте вращения коленчатого вала двигателя – 10,5 рад/с.

Средний крутящий момент двигателя [49]:

где   - передаточное число коробки передач;

        - КПД коробки передач.

Касательная сила тяги трактора [49]:

где   - передаточное число заднего моста;

        - КПД заднего моста с учетом потерь на ведущем участке гусеницы

                 (учитывался поправкой при тарировке)

        - радиус ведущей звездочки, м.

С учетом некоторого изменения передаточных чисел трансмиссии у исследуемых тракторов касательная сила тяги определяется:

- для ТДТ-55 -

- для ТДТ-55М -

Расчетный путь трактора [49]:

где  - суммарное число оборотов карданного вала на участке пути.

Для ТДТ-55 расчетный путь равен:


Для ТДТ-55М:

Потери на буксование  [67]

где   - теоретическая скорость трактора, км/ч

       - действительная скорость, км/ч.

В целом за грузовой ход буксование гусеничного движителя представлено не в «чистом виде», а с учетом работы бортовых фрикционов. поэтому измерение действительной и теоретической скоростей во всех циклах испытаний производилось на всех пакетах с выделением контрольных замеров на прямолинейном участке ПК-4-7 (рис.4.12).

Рис.4.12. Характеристика волока для лабораторно-производственных испытаний

трелевочных тракторов.

Разбивка лабораторно-производственного волока на мерные участки (пикеты) позволяла определять все исследуемые параметры: производительность, расход топлива, загрузку трансмиссии и буксование в зависимости от дорожных условий на протяжении всей длины опытной трассы.

Обработка опытных данных производилась с применением ЭВМ: «Ряд-20», «Минск-22» и «Проминь-2М».

4.5. Условия проведения испытаний.

Производственные испытания применительно к перспективной технологии лесозаготовок проводились на лабораторно-производственном волоке испытательной станции ОТЗ в Нелгомозерском лесопункте КА ССР. Эта трасса представляет собой замкнутый петлеобразный волок (рис.4.12.), проложенный по пересеченной местности, протяженностью 1500 м и разбита на 15 пикетов. .Она включает значительное количество поворотов различного радиуса, а также подъемов, крутизна которых лимитирует величину предельно возможных рейсовых нагрузок.

Летний цикл испытаний проходил при сухом состоянии волока (рис.4.13.)

Осенний и весенний циклы проводились в условиях, когда грунтовые свойства были примерно одинаковы (рис.4.14.). Сухие песчаные участки трассы представляли собой влажную песчаную колею (Пк-5-8), а заболоченные участки (ПК-9-13) – переувлажненную колею, требующую больших  затрат  касательной силы тяги.


Рис.4.13. Трактор с измерительной аппаратурой в летнем цикле испытаний (ПК-14-15)

Рис.4.14. Переувлажненный участок волока в осеннем цикле испытаний (ПК-12-13)


Зимний цикл исследований проводился в период сильных снегопадов при температуре воздуха близкой к нулю. Трасса была непромятой (рис.4.15) и глубина снежного покрова на волоке в начале испытаний достигала 60 – 70 см (рис.4.16.)

Рис.4.15. Трактор с измерительной аппаратурой в зимнем цикле испытаний.

Рис.4.16. Участок волока (ПК-12-13) в зимнем цикле испытаний.

Свойства трелевочного волока, на котором эксплуатируется трактор, могут быть с известной степенью достоверности охарактеризованы коэффициентом сопротивления движению лесотранспортной системы .

В таблице 4.2. приводятся данные, характеризующие состояние волока в различных циклах испытаний, диапазон изменения рейсовых нагрузок и число выполненных рейсов.


Таблица 4.2.

Условия проведения испытаний.

Время года

Состояние волока

Тракторы

Нагрузки, м3

Число рейсов

Марка

Лето 1972

Сухой

ТДТ-55

5,0

0 – 9,9

15

ТДТ-55М

6,0

0 – 9,9

15

ТДТ-55М

7,3

0 – 12,7

17

Осень 1973

Влажный

ТДТ-55

5,0

0 – 8,5

17

ТДТ-55М

6,0

0 – 8,5

17

ТДТ-55М

7,3

0 – 8,5

18

Зима 1974

Снежный неукатанный

ТДТ-55

5,0

0 – 6,7

17

ТБ-1М

5,3

0 – 5,6

8

ТДТ-55М

6,0

0 – 6,7

18

ТДТ-55М

7,3

0 – 8,0

21

Весна 1974

Влажный

ТБ-1М

5,3

0 – 5,6

19

ТДТ-55М

6,0

0 – 8,0

21

В проведенных испытаниях меньшие значения  при нагрузках 0 -5,6 м3 получены летом (0,200 – 0,240), осенью и весной (0,230 – 0,260), а наиболее высокие – в условиях снежного неукатанного волока - = 0,270 – 0,300.

Сравнивая полученные данные с проводимыми ранее исследованиями [84] – [89] тракторов ТДТ-55 в производственных условиях КА ССР, можно считать, что по своему состоянию и профилю лабораторно-производственный волок испытательной станции ОТЗ характеризуется более высокими (на 15 – 20%) удельными сопротивлениями жвижению по сравнению с производственными.

4.6. Методика экспериментальных работ.

Методик проведения опытных работ по сравнительной оценке эксплуатационных показателей трелевочных тракторов различной энергонасыщенности предопределялась задачами исследования (2.3.)

В процессе исследований изучались несколько модификаций тракторов ОТЗ с различной удельной мощностью (табл.4.3.)

Таблица 4.3.

Конструктивные особенности тракторов.

Тип трактора

Двигатель

Марка

, рад/с

ТДТ-55

СМД-146

46,0

157,5

296

5,0

16,32

0,192

ТДТ-55М

СМД-14

55,0

178,0

316

6,0

21,2

0,238

ТДТ-55М

СМД-18

66,0

178,0

380

7,3

21,2

0,238

ТБ-1М

СМД-14

55,0

178,0

316

5,3

21,2

0,238


Из табл.4.3. следует, что повышение энергонасыщенности опытных тракторов реализуется различными методами увеличения мощности двигателей. у двигателя СМД-14 по сравнению с СМД-14Б это достигается путем форсирования скорости вращения коленчатого вала (), а у СДМ-18 кроме этого форсированием рабочего процесса двигателя по крутящему моменту путем турбонадува ().

Скоростные характеристики двигателей изучаемых тракторов по данным ГСКБ Онежского тракторного завода приводятся в Приложении 2.

Работа тракторов изучалась только на транспортных операциях без учета времени на формирование, погрузку и отцепку пакета. С одной и той же нагрузкой трактор проходил дважды. Это позволяло оценить устойчивость получаемых данных при каждой рейсовой нагрузке и вести регистрацию параметров с выделением используемых передач и по пикетным участкам трассы.

Опытные рейсы на исследуемых тракторах во всех циклах испытаний проводились одним и тем же трактористом, что также весьма существенно отразилось на стабильности результатов эксперимента. Трактористу ставилось условие – проходить трассу с максимальной, по условиям загрузки двигателя, скоростью.

Для оценки влияния величины рейсовой нагрузки на продолжительность рейса объемы пакетов выбирались в достаточно широких пределах (табл.4.2.). Основной была принята нагрузка 5,0 – 5,6 м3, считающаяся на основе производственных наблюдений наиболее типичной. Кроме того, проводились рейсы порожним ходом и с повышенными нагрузками для выявления наивыгоднейших, с точки зрения транспортной производительности, объемов пакета у тракторов повышенной мощности в различных условиях эксплуатации. Транспортировка древесины производилась комлями вперед.

Наличие двух комплектов аппаратуры давало возможность проводить одновременно сравнительные испытания двух модификаций тракторов, что способствовало сокращению длительности испытаний и уменьшению влияния случайных факторов от изменения состояния волока на результаты волока.

Экспериментальные данные, регистрируемые статической аппаратурой, исключают длительный процесс обработки и могут быть получены непосредственно после опыта путем снятия показаний со счетчиков. Использование фотосистемы для регистраций показаний счетчиков позволяло фиксировать изменение всего комплекса исследуемых параметров: загруженности трансмиссии крутящим моментом, скоростного режима двигателя, буксования, расхода топлива, продолжительности движения, использования агрегатов силовой передачи в целом за рейс, по пикетам и на передачах.

Таким образом, применяемая аппаратура и методика отвечала задачам исследования и позволяла дать оценку эксплуатационных показателей изучаемых тракторов.

С увеличением расстояния трелевки в перспективной технологии лесозаготовок до 1,5 – 2 км экономическую эффективность трелевочных тракторов целесообразно, по-видимому, определять по транспортной производительности.

Транспортная производительность  определяется произведением скорости грузового хода  на величину рейсовой нагрузки .

Производительность трактора с учетом порожнего хода и погрузочно-разгрузочных работ есть технологическая производительность [39]. Часовая технологическая производительность определяется выражением (3.6). При проведении испытаний время на формирование и погрузку пакета не учитывалось и коэффициент  в формуле (3.6) принят равным единице.

В этой связи анализ экспериментальных данных проведен более подробно по транспортной производительности. Технологическая производительность, оцениваемая коэффициентом , рассмотрена лишь для составления аналитических зависимостей и опытных данных.

В качестве критериев по оценке топливной экономичности трелевочных тракторов приняты показатели по расходу топлива на м3∙км, при движении  (3.24) и, с учетом порожнего хода, в целом за рейс  (3.25).


5. ИТОГИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РАБОТ.

5.1. Транспортная производительность.

5.1.1. Влияние эксплуатационных факторов.

Значительное количество рейсов и комплексная регистрация исследуемых параметров позволили оценить влияние ряда эксплуатационных факторов на эффективность применения лесотранспортных машин повышенной энергонасыщенности в различных условиях эксплуатации.

В условиях лесосеки трелевочный трактор работает на различных (по дорожному состоянию и рельефу) участках. Поэтому важно сравнить изменение эксплуатационных показателей лесотранспортной машины не только в целом за рейс, но и на протяжении всей длины волока.

В качестве примера на рис.5.1. показано изменение скорости движения , касательной силы тяги , потерь на буксование  и коэффициента использования мощности  у сравниваемых тракторов при работе на снежном и осеннем волоках.

5.1.1.1. Диапазон скоростей и использование передач.

Как следует из рис.5.1. скорость порожнего хода  изменяется на пикетных участках волока в пределах 2 – 7 км/ч. В среднем за рейс скорость движения при  составляет 4 – 5 км/ч на снежном волоке () и 5 – 6 км/ч на осеннем волоке ().

Испытания показали, что трактор ТДТ-55М () проходит на передаче номером выше. Это вызывает увеличение его скорости на некоторых участках по сравнению с менее мощными тракторами в 1,5 – 1,75 раза.

Существенных различий  у тракторов с удельной мощностью 5,0 и 6,0 кВт/т не получено. Средняя скорость порожнего хода трактора ТДТ-55М () во всех циклах испытаний увеличилась по сравнению с последними на 10 – 15 %.

Основными передачами при порожнем ходе служат третья и четвертая, а степень их использования зависит от мощности двигателя (Приложение 4).

При грузовом ходе повышение скорости энергонасыщенных тракторов более существенно. Так, при нагрузке 5,0 – 5,6 м3 увеличение удельной мощности с 5,0 до 7,3 кВт/т вызывает возрастание скорости движения на осеннем и на снежном волоках соответственно на 30 и 60 %.

При увеличении объема пакета до 8,5 м3 снижение скорости у серийного трактора () на осеннем волоке (ПК-3-4 и ПК-12-13), вследствие ограничения по тяге машины оказалось весьма существенным. Применение лебедки на этих участках вызвало заметное снижение скорости и в целом за рейс. Ограничений по тяге при этом объеме пакета на осеннем волоке у энергонасыщенных тракторов не наблюдалось.

С увеличением сопротивления движению в условиях снежного волока средняя скорость движения снизилась при такой же рейсовой нагрузке () более существенно. При неблагоприятных условиях по сцеплению заметно возросли потери на буксование и, вследствие ограничения по сцеплению, даже у трактора с удельной мощностью 7,3 кВт/т на пикетах 3-4 и 12-13 применялась лебедка.

Основными передачами при грузовом ходе являются вторая и третья. Анализ опытных данных (Приложение 4) показал, что скорость движения машины предопределяется степенью использования передач и мощностью двигателя.

Для анализа использования передач экспериментальные данные за зимний и осенний циклы испытаний представлены в виде графиков относительного использования передач

(в %) в зависимости от средней величины момента сопротивления движению (рис.5.2)


Рис.5.1. Изменение тягово-скоростных показателей трелевочных тракторов различной энергонасыщенности на пикетных участках волока


Рис.5.2. Зависимости использования передач у тракторов различной энергонасыщенности от момента сопротивления движению.

Из графиков видно, что полученные поля распределения степени использования передач подчиняются вполне определенным закономерностям. С ростом сопротивления движению для всех модификаций тракторов общей закономерностью является увеличение продолжительности использования низших передач за счет сокращения доли использования высших передач. Однако для тракторов с различной энергонасыщенностью перераспределение в использовании передач протекает одинаково.

В диапазоне малых значений момента сопротивления (300 – 400 Н∙м) основной передачей для тракторов с удельной мощностью 5,0 и 6,0 кВт/т является третья передача (60 – 80 %), причем у трактора с удельной мощностью 5 кВт/т наряду с третьей при этих же значениях  используется вторая передача. При этом моменте сопротивления у трактора с  преобладает четвертая передача.

При наиболее вероятных значениях момента сопротивления (450 – 550 Н∙м), соответствующих средним условиям эксплуатации и оптимальным рейсовым нагрузкам, у трактора с удельной мощностью 5,0 кВт/т доли использования третьей и второй передач примерно одинаковы (30 – 50 %), но возрастает использование первой передачи (до 20 %). У тракторов с удельной мощностью 6,0 и 7,3 кВт/т, по-прежнему, преобладает третья передача с заметным увеличением второй передачи для трактора с  (30 – 40 %).

Таким образом, во всем диапазоне изменения момента сопротивления у энергонасыщенных тракторов наблюдается увеличение доли использования высших передач, а, следовательно, и увеличение средней скорости.

Для сопоставления в приложении 4 (табл.3) приведены данные по использованию передач у исследуемых тракторов в различных циклах испытаний при наиболее распространенной в производственных условиях рейсовой нагрузке 5,0 – 5,4 м3. Как следует из опытных данных, продолжительность движения с повышением энергонасыщенности заметно сокращается. Это особенно заметно проявляется в тяжелых условиях снежного волока. В качестве примера на рис.5.3 приводятся тяговые характеристики тракторов ТДТ-55 () и ТДТ-55М () с нанесением полей на использование силы тяги на рабочих передачах при нагрузке 5,0 м3.

Рис.5.3. Использование передач у тракторов различной энергонасыщенности при работе на снежном волоке с рейсовой нагрузкой Q = 5,0 м3.

Из рис.5.3 следует, что у трактора с двигателем меньшей мощности () преобладает использование І и ІІ передач, а у тракторов с двигателем мощностью 66 кВт используется весь диапазон передач. Это обеспечивает увеличение скорости движения последнего за грузовой ход по сравнению с менее мощным трактором на 60 %.

Соотношение скоростей порожнего и грузового хода за все циклы испытаний у сравниваемых тракторов не превысило .

Как отмечалось выше, при увеличении энергонасыщенности с 5,0 до 7,3 кВт/т скорость порожнего хода возрастает только на 10 – 15 %, а при грузовом ходе с типичным пакетом

(Q = 5,0 м3) – на 30 -60 %. Больший диапазон увеличения скоростей получен в тяжелых условиях.

Неодинаковое увеличение скоростей порожнего и грузового хода вызывает и различное снижение параметра «» при увеличении удельной мощности лесотранспортной машины (рис.5.4). Как следует из рис.5.4 более интенсивное снижение «» получено на снежном волоке и при повышенных объемах пакета.

Ранее было установлено (3.4.2.), что диапазон изменения скоростей  оказывает заметное влияние на производительность транспортной машины.

По опытным данным построены графики изменения коэффициента производительности  в зависимости от параметра «» для тракторов с удельной мощностью 6,0 и 7,3 кВт/т (рис.5.5).


Рис.5.4. Изменение соотношения скоростей порожнего и грузового направлений () в зависимости от удельной мощности трелевочных тракторов:

                             1,2 – осенний волок

                             3,4 – снежный волок

Рис.5.5. Влияние соотношения скоростей порожнего и грузового направлений на коэффициент производительности трелевочных тракторов.


Из рис.5.5 следует, что независимо от эксплуатационных условий при равных значениях параметра «» коэффициент  более мощного трактора возрастает интенсивнее. Опытами установлено, что при равных рейсовых нагрузках отношение  больше у трактора с меньшей энергонасыщенностью, а увеличение коэффициента производительности за счет параметра «» невелико (15 – 20 %).

Это вызвано тем, что производительность гусеничных трелевочных тракторов повышенной энергонасыщенности в большей мере предопределяется увеличением скорости грузового хода, а не за счет возрастания .

С целью выявления оптимальных значений скорости грузового хода у исследуемых тракторов для получения наибольшей производительности по экспериментальным данным (Приложение 5) построены графики  (рис.5.6).

Рис.5.6. Зависимость транспортной производительности гусеничных тракторов от скорости грузового хода:

                                                 1-3 – снежный волок;

                                                 4-6 – осенний волок;

                                                 7-9 – летний волок.

Как следует из рис.5.6 наивыгоднейшие скорости грузового хода для тракторов ОТЗ с удельной мощностью 5,0 – 7,3 кВт/т находятся в диапазоне 2 – 4 км/ч. В зависимости от условий эксплуатации значения оптимальных скоростей составляют (заштрихованные поля на рис.5.6): при  3 – 4 км/ч, при  2 – 2,5 км/ч.

Следует отметить, что рейсовые нагрузки при оптимальных значениях  составляли 7,0 – 12,7 м3.

Следовательно, транспортная производительность гусеничного трелевочного трактора существенно возрастает лишь в том случае, когда наряду с возрастанием мощности увеличивается и рейсовая нагрузка. Повышение мощности только с целью увеличения скорости движения не окажет существенного влияния на сменную выработку.

Полученные в четырех циклах испытаний опытные данные позволили установить математическую зависимость средней скорости грузового хода от величины рейсовых нагрузок и коэффициента сопротивления движению для исследуемых тракторов в виде уравнения регрессии:

В качестве примера, по выражению (5.1) построены графики изменения средней скорости грузового хода в зависимости от рейсовых нагрузок и коэффициента сопротивления движению  для трактора с удельной мощностью 7,3 кВт/т (рис.5.7)

Рис.5.7. Изменение скорости грузового хода трелевочного трактора ТДТ-55М () в зависимости от рейсовых нагрузок и коэффициента сопротивления движению.

Из рис.5.7 следует, что с ростом рейсовых нагрузок при  скорость грузового хода снижается по закону гиперболы. С увеличением коэффициента сопротивления движению при  средняя скорость грузового хода также изменяется по гиперболической зависимости. В большей мере снижение  наблюдается при повышенных рейсовых нагрузках.

На рис.5.7 штриховкой показано изменение  и  при наиболее типичных значениях величины рейсовой нагрузки и коэффициента сопротивления движению.

Расчеты показали, что аналогичный характер изменения  наблюдается у всех исследуемых тракторов.

5.1.1.2. Загрузка двигателя.

Установлено [8], [12], что критерии оценки действительной загрузки двигателя является коэффициент загрузки по крутящему моменту . Он определяется как отношение длительно действующего момента сопротивления  к крутящему моменту при номинальной мощности .

Изменения касательной силы тяги трактора реализуется работой двигателя в регуляторной области характеристики и его приспособляемостью. Ширина этого диапазона зависит от степени загрузки двигателя и обычно невелика, т.к. водитель всегда стремится осуществлять движение на возможно более высокой передаче для обеспечения наибольшей скорости.

В табл.5.1 приведены опытные данные по средним значениям момента сопротивления и коэффициента загрузки двигателя у тракторов различной энергонасыщенности при работе на осеннем волоке.

Таблица 5.1.

Загрузка двигателя по крутящему моменту у тракторов различной энергонасыщенности (осенний цикл испытаний).

Передача

І

5,4

618

0,76

613

0,71

679

0,65

7,0

629

0,75

589

0,68

689

0,66

8,5

692

0,85

678

0,78

753

0,73

ІІ

5,4

505

0,84

515

0,80

561

0,73

7,0

541

0,90

499

0,77

667

0,86

8,5

485

0,80

494

0,77

678

0,88

ІІІ

0

406

0,88

386

0,79

425

0,73

5,4

374

0,81

419

0,85

437

0,74

7,0

405

0,87

392

0,79

460

0,79

8,5

425

0,92

424

0,86

477

0,80

ІV

0

324

1,01

272

0,87

321

0,84

5,4

289

0,97

303

0,97

366

0,98

7,0

262

0,90

306

0,98

362

0,95

8,5

270

0,95

307

0,98

368

0,96

Данные табл.5.1 свидетельствуют о сравнительно узком диапазоне изменения  при грузовом ходе на используемых передачах и практически не зависящем от энергонасыщенности изучаемых тракторов.

Характер изменения  на используемых передачах показан на рис.5.8.  Из рис.5.8 следует, что загрузка двигателя на первой передаче является не высокой (). Поскольку эта передача используется водителем для движения в условиях при повышенных значениях среднего уровня сил сопротивления движению и большем диапазоне их варьирования.

Как показали испытания, у всех тракторов основными рабочими передачами являются вторая и третья. На этих передачах получена стабильная загрузка двигателя (), которая является типичной.

Высшая рабочая передача (четвертая) используется в основном при порожнем ходе, а также при движении с малыми и средними нагрузками. Загрузка двигателя на этой передаче близка к номинальной ().

С увеличением энергонасыщенности трелевочных тракторов происходит перераспределение используемых передач. Квалифицированный водитель выбирает ту или иную передачу в зависимости от факторов, предопределяющих величину сил сопротивления движению, добиваясь оптимального соответствия скоростного или нагрузочного режимов двигателя.

Таким образом, оптимальная загрузка двигателя трелевочных тракторов повышенной энергонасыщенности при использовании их на транспортных операциях достигается за счет перераспределения передач и регулированием подачи топлива.

Степень загрузки двигателя может быть оценена и коэффициентом использования мощности. За его величину принято отношение используемой мощности  к номинальной .

Рис.5.8. Изменение коэффициента загрузки двигателя на используемых передачах у трактора ТДТ-55М ()

при нагрузке 5,0 – 5,6 м3 в различных циклах испытаний:

1 – осень, 2 – весна, 3 – зима.

Ранее было установлено (3.4.3), что величина  оказывает существенное влияние на производительность трелевочных тракторов. Обработка опытных данных показала, что диапазон изменения коэффициента используемой мощности у трелевочных тракторов при грузовом ходе составляет  (Приложение 5). Полученные данные согласуются с выводами ряда исследователей [18], [31].

Характер изменения  по длине опытной трассы у сравниваемых машин показан на рис.5.1.

Из рис.5.1 видно, что существенной разницы по изменению коэффициента использования мощности у тракторов различной энергонасыщенности не наблюдается. Самые низкие значения  получены в тех случаях, когда при прохождении трассы тракторист был вынужден применить лебедку из-за ограничения по тяге или по сцеплению.

Опыты показывают, что при ступенчатой трансмиссии увеличение  не даст заметного прироста , но приводит к возрастанию абсолютной величины полезно используемой мощности.

В качестве примера на ри.5.9 приводятся поля изменения коэффициента производительности у тракторов с удельной мощностью 6,0 – 7,3 кВт/т в зависимости от  при нагрузке 5 м3 в зимнем цикле испытаний. Как следует из рис.5.9 практически одинаковая загрузка двигателя, тем не менее, способствует увеличению производительности энергонасыщенного трактора в среднем на 25 %, т.е. пропорционально повышению его удельной мощности.

Таким образом, при использовании трелевочных тракторов только на транспортных операциях увеличение их энергонасыщенности не приводит к снижению  по сравнению с серийными моделями. Это способствует заметному увеличению их транспортной производительности.


Рис.5.9. Изменение коэффициента производительности у тракторов с различной удельной мощностью при нагрузке 5,0 м3 в зависимости от степени использования мощности двигателя.

5.1.2. Влияние рейсовых нагрузок и энергонасыщенности.

Известно [49], что предельно допустимые рейсовые нагрузки предопределяются не только мощностными параметрами, но и грузоподъемностью машины, а также сцеплением движителя с грунтом.

Грузоподъемность трелевочного трактора устанавливается заводом-изготовителем. Прочностные расчеты, проведенные на Онежском тракторном заводе, показали, что на горизонтальном и прямолинейном участке трактор ТДТ-55 может транспортировать пакеты объемом до 20 м3, при нагрузке на щит 8 т [65]. В тоже время для производственных условий по данным технической характеристики нагрузка на щит не должна превышать 4 т. С целью определения оптимальных нагрузок для лесотранспортной машины при качественных изменениях в технологии лесозаготовительного процесса необходим обширный статистический материал.

Значительное количество рейсов за четыре цикла испытаний послужило основой для определения наиболее оптимального диапазона рейсовых нагрузок с точки зрения получения наибольшей производительности при использовании трелевочных тракторов повышенной энергонасыщенности только на транспортных операциях.

По данным построены графики транспортной производительности для сравниваемых тракторов в зависимости от рейсовых нагрузок за все циклы испытаний (рис.5.10).

Характер изменения производительности от величины рейсовых нагрузок может быть представлен полиномом второй степени:

Коэффициенты корреляционных уравнений  и  приводятся в приложении 5, табл.5.


Рис.5.10. Изменение транспортной производительности от величины рейсовых нагрузок в различных циклах испытаний:

1-3 – лето, 4-6 – осень, 7-9 – зима.

Корреляционный анализ показал, что графики  для трактора с удельной мощностью 5,0 кВт/т в осеннем и зимнем циклах испытаний при нагрузках 7,2 и 5,4 м3 имеют экстремумы. В зоне экстремумов рейсовые нагрузки, с точки зрения производительности для конкретных условий, можно считать оптимальными. Экстремумов  для более мощных тракторов не получено, но опыты показали, что при максимально допустимых, по условиям испытаний, рейсовых нагрузках рост производительности у них незначителен.

Как следует из рис.5.10, независимо от условий эксплуатации с ростом объема пакета производительность всех тракторов увеличивается. Наибольшие значения  характерны для летнего цикла испытаний . Благоприятные условия по сцеплению и отсутствие заболоченных участков позволили транспортировать пакеты повышенного объема (8 – 10 м3) с большими скоростями.

На снежном волоке  производительность резко снизилась за счет возрастания  и вызванного этим снижения скорости движения.

В тяжелых условиях снежного волока предельными оказались нагрузки 5,0 – 8,0 м3. Для тракторов с удельной мощностью 5,0 и 6,0 кВт/т они составляли соответственно 5,0 и 6,7 м3. В этих условиях у них резко увеличилась доля использования первой и второй передач (60 – 80 %) и вследствие ограничения по сцеплению (а в ряде случаев и по мощности) возникла необходимость применения лебедки (2,0 – 6,0 %). Для трактора с удельной мощностью 7,3 кВт/т предельной в этом цикле испытаний оказалась нагрузка 8,0 м3 из-за ограничений по сцеплению (рис.5.1).

В осеннем цикле испытаний максимальные для серийного трактора () составили 7 – 8,5 м3 и ограничивались силой тяги по мощности двигателя.

С целью установления предельной нагрузки для трактора ТДТ-55М () в летнем цикле испытаний выполнены опытные рейсы с объемом пакета 12,7 м3. При этой нагрузке даже в легких дорожных условиях транспортная производительность практически не увеличилась по сравнению с  (рис.5.10, кривая 3). Это вызвано заметным снижением скорости на некоторых участках волока из-за ограничений по мощности двигателя и применением заднего хода на поворотах.

Сравнительные испытания тракторов ТБ-1М и ТДТ-55М с двигателями одинаковой мощности () показали, что при нагрузках до 5,6 м3 существенной разницы по транспортной производительности у них не наблюдается. Однако увеличение объема пакета до 8,0 м3 вызвало увеличение производительности ТДТ-55М до 42 %. Пакет объемом 8,0 м3 трактор ТБ-1 транспортировать не смог вследствие ограничений по мощности двигателя и наличия труднопроходимых участков на волоке (ПК 12-13).

Это еще раз подтверждает выводы ряда исследователей [35], [36], [80], [82] о том, что удельная мощность трелевочного трактора должна быть не менее 6,0 – 9,0 кВт/т.

На основании опытных данных установлена корреляционная зависимость транспортной и технологической производительности от величины удельной мощности, как при равных, так и оптимальных для каждого трактора рейсовых нагрузках в виде уравнения:

Коэффициенты полученных уравнений приводятся в приложении 5, табл.6. Как отмечалось выше, наибольшая производительность у сравниваемых тракторов получена не при равных, а при оптимальных для каждого трактора рейсовых нагрузках. Значения оптимальных нагрузок с точки зрения наибольшей производительности в различных циклах испытаний приводятся в табл.5.2.

Таблица 5.2.

Тип трактора и удельная мощность, кВт/т

Лето

Осень

Зима

ТДТ-55

5,0

9,9

7,4

5,4

ТДТ-55М

6,0

9,9

8,5

6,7

ТДТ-55М

7,3

12,7

8,5

8,0

Рассмотрим изменения транспортной и технологической производительности при оптимальных, для каждого трактора, рейсовых нагрузках в зависимости от их удельной мощности.

В качестве примера, по опытным данным (приложение 5), построены графики  и  при работе тракторов на осеннем волоке  (рис.5.11).

Из рис.5.11 следует, что с увеличением удельной мощности транспортная производительность возрастает в близком соответствии с повышением энергонасыщенности тракторов, а увеличение технологической производительности менее интенсивно. Так с повышение  на 45 %  возрастает только на 25 – 30 %.

Опытами установлено, что в особо тяжелых условиях эксплуатации увеличение  и  с ростом энергонасыщенности трелевочных тракторов несколько выше.

Следовательно, преимущество энергонасыщенных трелевочных тракторов особенно заметно в тяжелых условиях эксплуатации.

Полученные за все циклы испытаний опытные данные (приложение 5, табл.7), позволили установить математическую зависимость транспортной производительности для исследуемых тракторов от величины рейсовых нагрузок и коэффициента сопротивления движению в виде уравнения регрессии:

По выражению (5.4) построены графики изменения транспортной производительности в зависимости от рейсовых нагрузок и коэффициента сопротивления движению (рис.5.12).

Из рис.5.12 следует, что с ростом сопротивления движению при  производительность снижается. В большей мере снижение  происходит при повышенных рейсовых нагрузках.


Рис.5.11. Изменение транспортной производительности в зависимости от удельной мощности трелевочных машин при оптимальных для каждого трактора рейсовых нагрузках.

Рис.5.12. Изменение транспортной производительности трелевочных тракторов с различной удельной мощностью в зависимости от рейсовых нагрузок и коэффициента сопротивления движению.


Увеличение объема пакета при  вызывает повышение транспортной производительности только при . При  наибольшие значения  получены для тракторов с удельной мощностью 7,3 и 6,0 кВт/т, соответственно при нагрузках 10 и 8 м
3. Дальнейшее повышение нагрузок при этом значении  приводит к снижению производительности.

На основании опытных данных и сведений ряда других исследователей [42], [54] установлено, что типичный диапазон изменения суммарного коэффициента сопротивления движению лесотранспортной системы варьирует в пределах 0,200 – 0,300. Поэтому рейсовые нагрузки 8 и 10 м3 можно, по-видимому, считать оптимальными с точки зрения наибольшей транспортной производительности для тракторов с удельной мощностью соответственно 6,0 и 7,3 кВт/т. Изменение  при этих нагрузках показано на рис.5.12 штриховкой. Как следует из рис.5.12 с увеличением оптимального объема пакета производительность у энергонасыщенного трактора при всех значениях  выше на 25 – 35 %.

Таким образом, величина объема пакета оказывает существенное влияние на транспортную производительность трелевочных тракторов. С увеличением рейсовых нагрузок  возрастает. Наибольшее увеличение производительности наблюдается при оптимальных для каждого трактора значениях . Значительное повышение транспортной производительности мощных тракторов по сравнению с серийными предопределяется возможностью транспортировки пакетов большего объема.

5.1.3. Влияние способа реализации увеличенной мощности.

Аналитическими исследованиями (3.3) установлено о целесообразности реализации увеличенной мощности гусеничных трелевочных тракторов на повышение силы тяги (транспортировка пакетов повышенного объема), а не на форсирование скорости движения.

Рассмотрим, в качестве примера, изменение транспортной производительности трактора ТДТ-55М () при трелевке пакетов различного объема.

При транспортировке пакета  (меньше оптимального) запас мощности будет расходоваться на повышение скорости движения и работа с этой нагрузкой соответствует форсировке по скорости.

Увеличение объема транспортируемого пакета до 8,0 м3 приведет к возрастанию потребной силы тяги и будет соответствовать форсировке по тяге.

Для рассматриваемого случая по опытным данным построены диаграммы изменения  для трактора с удельной мощностью 7,3 кВт/т при различных путях реализации мощности (рис.5.13)

Из рис.5.13 видно, что при транспортировке пакетов малого объема () средняя скорость трактора на всех участках выше. В целом за грузовой ход  и , а величина среднего значения удельной силы тяги составила .

При трелевке пакета  средняя скорость снижается до 2,5 км/ч, а удельная сила тяги возрастает , что подтверждает форсировку по тяге. Транспортная производительность при этом увеличилась до 20,1,т.е. на 24 %.

Изменение тягового и скоростного режимов убедительно подтверждается и характером использования передач.

Как следует из рис.5.13 коэффициент использования мощности двигателя при транспортировке пакетов объемом 5 – 8 м3 остается практически одинаковым и составляет .


Рис.5.13. Изменение транспортной производительности, скорости движения, удельной силы тяги и коэффициента использования мощности при различных методах реализации мощности трактора ТДТ-55М ().

Следовательно, при одинаковой степени использования мощности двигателя транспортная производительность интенсивнее возрастает при реализации  на повышение силы тяги (увеличение объема пакета), чем при форсировании по скорости.

Как показали проведенные нами в производственных условиях испытания, наибольшая величина реализуемой удельной силы тяги у сравниваемых тракторов при повышенных нагрузках (8,0 – 8,5 м3) достигает значений  на осеннем волоке и 0,55 на снежном волоке (приложение 6, табл.2).

При транспортировке пакета объемом 12,7 м3 по летнему волоку средняя величина реализуемой удельной силы тяги для трактора с удельной мощностью 7,3 кВт/т составила 0,65 – 0,70, а максимальные значения  ограничивались расчетной тягой по мощности двигателя.

Таким образом, опытные данные свидетельствуют о том, что у гусеничных трелевочных тракторов в производственных условиях наибольшая величина реализуемой удельной силы тяги на рабочих подачах может достигать значений .

Расчеты проведенные по формуле (3.5) показали, что при скорости грузового хода 4 – 5 км/ч и  удельная мощность трелевочных тракторов может быть увеличена до 7,4 – 12,9 кВт/т.

Обобщение опытных данных за все циклы испытаний позволило установить математическую зависимость коэффициента производительности в функции удельной силы тяги и средней скорости движения в виде уравнения регрессии (рис.5.14).

Из рис.5.14 следует, что увеличение  происходит значительно интенсивнее за счет повышения силы тяги (сечение І), чем за счет увеличения скорости движения (сечение ІІ).


Рис.5.14. Изменение коэффициента производительности от удельной силы тяги и средней скорости движения.

Так, например, при увеличении удельной силы тяги с 0,4 до 0,6 и  коэффициент производительности возрастает с 0,35 до . Повышение  с 4,0 до 6,0 км/ч при  вызывает увеличение коэффициента производительности только до .

Таким образом, коэффициент производительности увеличивается при реализации мощности на повышение силы тяги по сравнению с форсированием по скорости в 1,8 раза.

При анализе относительного изменения опытных значений коэффициента производительности у тракторов ТДТ-55М с удельной мощностью 6,0 и 7,3 кВт/т по сравнению с серийным трактором () при различных методах реализации увеличенной мощности наблюдаются аналогичные выводы (рис.5.15)

Полученные экспериментальные факты хорошо согласуются с аналитическими исследованиями о целесообразности реализации мощности двигателя трелевочных тракторов применительно к перспективной технологии лесозаготовок на повышение тяги, а не скорости движения.

5.2. Топливная экономичность.

5.2.1. Влияние рейсовых нагрузок.

Аналитическими исследованиями (3.6.) установлена возможность заметного улучшения топливной экономичности энергонасыщенных трелевочных машин за счет транспортировки пакетов большего объема по сравнению с серийными. Это будет соответствовать реализации увеличенной мощности на повышение силы тяги.

По опытным данным выясним характер влияния основных факторов () на топливную экономичность трелевочных тракторов различной энергонасыщенности.


Рис.5.15. Относительное изменение экспериментальных значений коэффициента производительности у опытных тракторов ТДТ-55М по сравнению с серийным трактором ТДТ-55 () при различных методах реализации мощности.

На основании данных зимнего цикла испытаний (приложение 7, табл.2) построены графики изменения часового расхода топлива , транспортной производительности  и скорости движения  для тракторов с удельной мощностью 5,0 и 7,3 кВт/т в функции рейсовых нагрузок (рис.5.16).

Из рис.5.16 следует, что с ростом объема транспортируемого пакета абсолютные значения часового расхода топлива у обоих тракторов практически не изменяется.

Это объясняется тем, что часовой расход топлива предопределяется не величиной объема пакета, а загрузкой двигателя [12]. Длительным испытаниям трелевочных тракторов установлено [84] – [89], что коэффициент использования мощности тракторного двигателя при грузовом ходе варьирует в узких пределах () и практически не зависит от величины рейсовой нагрузки (приложение 5).

Несущественное снижение  в зоне повышенных нагрузок у серийного трактора () объясняется уменьшением загрузки двигателя вследствие большей доли использования низших передач и частичным применением лебедки.

Опытами установлено (5.1.1.2), что с уменьшением номера передачи загрузка двигателя снижается и это способствует уменьшению абсолютных значений часового расхода топлива.

Средние значения загрузки двигателя по крутящему моменту и часовому расходу топлива для исследуемых тракторов приводятся в табл.5.3.


Рис.5.16. Изменение основных параметров предопределяющих топливную экономичность трелевочных тракторов различной энергонасыщенности в зависимости от рейсовых нагрузок.

Таблица 5.3.

Средние значения часового расхода топлива (кг/ч) и загрузки двигателя у трелевочных тракторов различной энергонасыщенности на передачах.

Удельная мощность, кВт/т

І

ІІ

ІІІ

ІV

5,0

0,7

9,5

0,84

10,6

0,9

11,5

0,94

12,5

6,0

0,72

10,2

0,8

10,9

0,87

12,0

0,95

13,1

7,3

0,68

11,8

0,75

13,1

0,85

14,4

0,97

16,3


Как отмечает академик Болтинский В.Н. [14], часовой расход топлива тракторного двигателя, при равной загрузке, возрастает пропорционально повышению его мощности. Ранее установлено (5.1.1.2), что значения  у тракторов различной энергонасыщенности при всем диапазоне рейсовых нагрузок практически не отличаются. Поэтому разность часовых расходов топлива  у сравниваемых тракторов с увеличением объема пакета остается постоянной (заштрихованная зона на рис.5.16) и возрастает пропорционально увеличению .

С увеличением рейсовых нагрузок транспортная производительность, в отличие от часового расхода топлива, возрастает. Это приводит к улучшению топливной экономичности  у обоих тракторов. Однако увеличение  у энергонасыщенного трактора с ростом рейсовых нагрузок более интенсивно, чем у серийного (заштрихованная зона  на рис.5.16). Вследствие этого и показатель топливной экономичности  у более мощного трактора имеет меньшие абсолютные значения, т.е. этот трактор более экономичен.

Опыты показали, что наибольшее значение транспортной производительности и минимальные значения  у серийного трактора наблюдались при рейсовой нагрузке . Дальнейшее повышение объема пакета вызывает заметное снижение скорости у этого трактора и  снижается. Это приводит к увеличению расхода топлива с 0,95

до 0,99 кГ/м3∙км.

Экстремума  у энергонасыщенного трактора при испытаниях не получено.

При оптимальных для серийного и энергонасыщенного тракторов рейсовых нагрузках, соответственно 5,0 и 8,0 м3, расход топлива на 1 м3∙км составил соответственно 0,955 и 0,69 кГ/м3∙км.

Таким образом, улучшение топливной экономичности энергонасыщенных тракторов по сравнению с серийными происходит за счет большего увеличения транспортной производительности (при трелевке пакетов повышенного объема), чем возрастания часового расхода топлива.

Обобщение опытных данных по расходу топлива за все циклы испытаний (приложение 7) позволило установить величину и характер изменения показателя экономичности для тракторов с различной удельной мощностью за грузовой ход  и в целом за рейс  (рис.5.17).

Из рис.5.17 следует, что с ростом объема пакета расход топлива на 1 м3∙км независимо от удельной мощности и увеличение рейсовых нагрузок выше оптимальных для серийного трактора () приводит не к снижению, а к увеличению  (кривые 3, 10). Для тракторов с большей энергонасыщенностью (6,0 и 7,3 кВт/т) экстремумов не наблюдается, так как оптимальные, с точки зрения транспортной производительности, нагрузки в опытах достигнуты для них не были. Но при максимальных, по условиям испытаний, объемах пакета (соответственно 6,7 – 8,5 м3) снижение расхода топлива у этих тракторов при грузовом ходе практически прекращается.

Опыты показали, что преимущество в скорости у энергонасыщенных тракторов заметно проявляется при повышенных объемах пакета (8 – 8,5 м3) независимо от условий проведения испытаний и при всем диапазоне рейсовых нагрузок в тяжелых условиях эксплуатации. Это вызывает существенное увеличение транспортной производительности и улучшение показателя топливной экономичности последних, по сравнению с серийным трактором ().


Рис.5.17. Изменение расхода топлива на 1 м3∙км у трелевочных тракторов различной энергонасыщенности в зависимости от рейсовых нагрузок

1-6 – зимний цикл испытаний

7-12 – осенний цикл испытаний.

Наименьшие значения  у сравниваемых тракторов наблюдается при оптимальных (по условиям испытаний и энергонасыщенности) рейсовых нагрузках и составляют:

при

при .

Как следует из рис.5.17 абсолютные значения по расходу топлива на 1 м3∙км с учетом порожнего хода (в целом за рейс) у всех тракторов выше, чем при грузовом ходе и варьирует в пределах: 1,0 – 2,0  при  и 0,66 – 1,56 при . Однако снижение показателя  с ростом объема пакета идет более интенсивно, чем при грузовом ходе. Это объясняется меньшим относительным снижением средней скорости за рейс при увеличении  по сравнению с относительным снижением скорости грузового хода.

Заметного улучшения топливной экономичности энергонасыщенных тракторов в целом за рейс при рейсовых нагрузках 3,0 – 5,0 м3 не происходит.

Стабильное снижение расхода топлива на 1 м3∙км по сравнению с серийным трактором наблюдается у них в тяжелых условиях  при нагрузках 5,0 – 8,0 м3 (кривые 4 и 5 на рис.5.17). В легких условиях эксплуатации  показатель экономичности в целом за рейс у всех исследуемых тракторов примерно одинаков.

Для всех тракторов, на основании опытных данных, получены корреляционные уравнения для определения показателя топливной экономичности в зависимости от величины рейсовых нагрузок, вида:

Коэффициенты полученных корреляционных уравнений приводятся в приложении 7, табл.4.

Опытные данные за все циклы испытаний (приложение 7, табл.3) позволили установить зависимость топливной экономичности трелевочного трактора от величины рейсовых нагрузок и коэффициента сопротивления движению  в виде уравнения регрессии:

На основании полученного уравнения построен график  для трактора ТДТ-55М с удельной мощностью 6,0 кВт/т (рис.5.18).

Рис.5.18. Изменение расхода топлива на 1м3∙км у трактора ТДТ-55М () в зависимости от рейсовых нагрузок и сопротивления движению транспортной системы.

Из рис.5.18 следует, что с ростом рейсовых нагрузок при  расход топлива на 1м3∙км снижается, достигая минимума при оптимальном объеме пакета для каждого значении  ().

Увеличение объема пакета выше оптимального (с 9 до 12 м3) приводит к ухудшению топливной экономичности.

С повышением коэффициента сопротивления движению при  наблюдается пропорциональное увеличение .

Изменение показателя топливной экономичности при наиболее типичных значениях коэффициента сопротивления движению и величины рейсовой нагрузки показано на рис.5.18 штриховкой.

На основании опытных данных построены графики изменения  при оптимальных рейсовых нагрузках для изучаемых машин за осенний и зимний циклы испытаний (рис.5.19).

Как следует из рис.5.19 увеличение удельной мощности с 5,0 до 7,3 кВт/т вызывает снижение расхода топлива на 1 м3∙км (как в целом за рейс, так и за грузовой ход) на осеннем волоке  в пределах 5 -10 %, а на снежном волоке  - 35 – 40 %.

Таким образом, опыты показали, что при оптимальных рейсовых нагрузках независимо от условий эксплуатации топливная экономичность энергонасыщенных трелевочных тракторов улучшается.

В большей мере снижение  наблюдается в тяжелых условиях эксплуатации.

Эти факты подтверждают ранее сделанные выводы (3.6)


Рис.5.19. Изменение топливной экономичности трелевочных тракторов в зависимости от удельной мощности при оптимальных рейсовых нагрузках в осеннем (1,2) и зимнем (3,4) циклах испытаний:

1,3 – за грузовой ход

2,4 – в целом за рейс.

5.2.2.  Изменение топливной экономичности у тракторов с различной удельной мощностью при транспортировке пакетов одинакового объема.

Обобщение опытных данных по изменению показателя топливной экономичности у тракторов с различной удельной мощностью (приложение 7) при транспортировке пакетов с одинаковым объемом позволило установить корреляционные уравнения . Эти уравнения имеют вид:

Значения постоянных коэффициентов корреляционных уравнений приведены в приложении 7, табл.5.

На основании уравнений построены графики изменения  при работе тракторов на волоках с различным коэффициентом сопротивления движению лесотранспортной системы  (рис.5.20).

Как следует из рис.5.20 при транспортировке пакетов одинакового объема расход топлива на 1 м3∙км с ростом мощности снижается незначительно (5 – 15 %). Большее снижение наблюдается на снежном волоке .

Для сравнительной оценки топливной экономичности трелевочных тракторов с различной удельной мощностью при транспортировке пакетов одинакового объема воспользуемся установленной ранее зависимостью (3.30).

На основании опытных данных рассмотрим характер изменения показателя топливной экономичности и основных параметров его определяющих () при равных значениях  у тракторов с двигателями различной мощности.


Рис.5.20. Изменение расхода топлива на 1 м3∙км при грузовом ходе в зависимости от удельной мощности трелевочных тракторов при транспортировке пакетов одинакового объема.

5.2.2.1. Влияние эффективного удельного расхода топлива.

Из теории двигателя [13] известно, что эффективный удельный расход топлива  не зависит от мощности, а предопределяется при прочих равных условиях загрузкой и скоростным режимом двигателя, т.е. степенью использования его мощности.

Обработка опытных данных показала, что между эффективным удельным расходом топлива и коэффициентом использования мощности наблюдается тесная связь одинаковая для двигателей с различной удельной мощностью (рис.5.21)

Из рис.5.21 следует, что с увеличением загрузки двигателя по мощности  у сравниваемых тракторов снижается. Это объясняется тем, что при движении трактора двигатель работает большей частью на регуляторном участке характеристики с различной загрузкой по крутящему моменту, а, следовательно, и . При равных значениях  величина  отличается у тракторов с различной удельной мощностью несущественно (в пределах погрешности измерений).

Сравнение скоростных характеристик двигателей (приложение 2) показывает, что у всех исследуемых тракторов  примерно одинаковы и одинаково изменяются при различной загрузке двигателя.

Следовательно, при равной загрузке двигателя по мощности эффективный расход топлива у тракторов с различной энергонасыщенностью будет практически одинаков и не окажет существенного влияния на топливную экономичность.

5.2.2.2. Влияние касательной силы тяги.

Как указывалось выше, на показатель топливной экономичности оказывает влияние реализуемая касательная сила тяги .

При равных передаточных числах трансмиссии машины касательную силу тяги можно оценивать крутящим моментом на карданном валу .


Рис.5.21. Изменение эффективного удельного расхода топлива  в зависимости от коэффициента использования мощности двигателя трелевочных тракторов различной энергонасыщенности.

Рис.5.22. Кривые распределения крутящего момента у тракторов различной энергонасыщенности

а – на передачах, б – в целом за грузовой ход

1 – 5,0 кВт     2 – 6,0 кВт      3 – 7,3 кВт


Анализ опытных данных (приложение 9) показал, что у тракторов с удельной мощностью 5,0 и 6,0 кВт/т не отличающихся по номинальному моменту двигателя  при равных рейсовых нагрузках на используемых передачах оказывается примерно одинаковым (рис.5.22а). У трактора с двигателем форсированным по крутящему моменту и  наблюдается возрастание крутящего момента на карданном валу на тех же передачах в пределах 10 – 20 % (кривая 3 на рис.5.22а).

Подсчет средних значений  в целом за грузовой ход показал, что независимо от энергонасыщенности тракторов их величины отличаются друг от друга в пределах точности измерений (рис.5.22б). Это объясняется тем, что у трактора с большей удельной мощностью увеличивается доля использования высших передач. В связи с этим повышение мощности двигателя за счет форсирования  не влияет также на максимальные значения крутящего момента на карданном валу и в целом за грузовой ход.

Как показали испытания (приложение 9), при равных рейсовых нагрузках у всех тракторов в каждом цикле испытаний получены примерно одинаковые значения . Несущественные различия обусловлены случайными факторами в изменении состояния волока.

На основании вышеизложенного следует, что при равных объемах пакета касательная сила тяги практически не зависит от энергонасыщенности трелевочных тракторов. Следовательно, этот параметр формулы (3.30) не оказывает существенного влияния на топливную экономичность тракторов с увеличенной удельной мощностью.

5.2.2.3. Влияние потерь на буксование.

Аналитические исследования показали, что с увеличением буксования  топливная экономичность должна ухудшаться. Установим характер и количественные изменения потерь от буксования у исследуемых тракторов.

На основании опытных данных (приложение 8) построены графики изменения коэффициента буксования трелевочных тракторов с удельной мощностью 5,0 и 7,3 кВт/т в зависимости от рейсовых нагрузок при работе на снежном волоке (рис.5.23).

Рис.5.23. Изменение потерь на буксование у тракторов различной энергонасыщенности в зависимости от рейсовых нагрузок при работе на снежном волоке:

1, 2 – на прямолинейном участке;  3,4 – в целом за грузовой ход.


Из рис.5.23 следует, что потери на буксование возрастают с увеличением объема пакета (а, следовательно, и касательной силы тяги) и достигают максимальных значений в целом за грузовой ход – 22,5 % и на прямолинейном участке – 12,7 %. Такая зависимость предопределяется увеличением продолжительности рейса и касательной силы тяги, что способствует большей длительности и интенсивности процесса уплотнения почвы грунтозацепами движителя.

Однако, при всем диапазоне рейсовых нагрузок буксование энергонасыщенного трактора меньше по сравнению с серийным () на 65 – 130 %. такая же зависимость наблюдается и при транспортировке пакетов различного объема, когда скорости  одинаковы. Меньшие потери на буксование у трелевочных тракторов повышенной энергонасыщенности объясняются тем, что из-за большей скорости их движения сокращается длительность и интенсивность уплотнения грунта почвозацепами.

Как показали испытания, повышение скорости с 4 до 5 км/ч вызывает снижение потерь на буксование при одинаковой рейсовой нагрузке на 50 – 60 % (рис.5.24).

Рис.5.24. Изменение потерь на буксование у тракторов различной энергонасыщенности в зависимости от скорости движения.

Для сравнения потерь на буксование у тракторов  различной энергонасыщенностью введем показатель «удельное буксование» (), которое характеризует потери на буксование в единицу времени. Расчеты, выполненные на основании опытных данных (приложение 8) показали, что у всех тракторов при равных значениях , а, следовательно, и в равных объемах пакета, удельное буксование практически одинаково и подвержено меньшей изменчивости с ростом энергонасыщенности трелевочной машины, чем абсолютное (рис.5.25). Например, при  абсолютное буксование меньше у энергонасыщенных тракторов в 2,2 раза, а удельное буксование отличается несущественно (в пределах точности измерений). Эти данные еще раз подтверждают влияние на буксование не только касательной силы тяги, но и скорости движения.


Рис.5.25. Изменение абсолютного и удельного буксования у тракторов различной энергонасыщенности в зависимости от касательной силы тяги:

1, 2 – абсолютное буксование

3, 4 – удельное буксование.

Рис.5.26. Изменение потерь на буксование в зависимости от удельной мощности трелевочных тракторов при рейсовой нагрузке 5,0 – 5,6 м3:

1 – снежный волок

2 – осенний волок .


По опытным данным построены графики  для исследуемых тракторов при одинаковой рейсовой нагрузке 5,0 – 5,6 м
3 в зимнем и осеннем циклах испытаний (рис.5.26).

Из рис.5.26 следует, что с ростом энергонасыщенности потери на буксование уменьшаются в 1,4 – 2 раза. В большей мере снижение  наблюдается в тяжелых условиях снежного волока (кривая 1), где увеличение скорости энергонасыщенных тракторов весьма существенно.

Математическая обработка опытных данных по буксованию позволила установить корреляционные зависимости  и , выражаемыми уравнениями второго порядка (рис.5.24 и 5.26).

Для наглядного представления о влиянии буксования на топливную экономичность трелевочных тракторов различной энергонасыщенности по опытным данным (приложение 9) построены диаграммы изменения расхода топлива на 1 м3∙км и коэффициента буксования  для тракторов ТДТ-55М с удельной мощностью 6,0 и 7,3 кВт/т (рис.5.27).

Рис.5.27. Изменение расхода топлива на 1 м3∙км и потерь на буксование у тракторов различной энергонасыщенности при работе на снежном волоке с рейсовой нагрузкой 5,0 м3:

1,2 – средние значения  и в целом за грузовой ход.

Как следует из рис.5.27 расход топлива на 1 м3∙км у энергонасыщенного трактора ниже, как на отдельных участках волока, так и в целом за грузовой ход на 5 – 10 %. В то же время потери на буксование у этого трактора по элементам волока и за грузовой ход меньше.

Обобщение опытных данных об изменении потерь на буксование у трелевочных тракторов с различной удельной мощностью позволило установить следующее:

- машины с большей энергонасыщенностью при транспортировке пакетов одинакового объема имеют меньшие потери на буксование и лучшую топливную экономичность (за счет увеличения );

- удельные потери на буксование с изменением энергонасыщенности практически не изменяются.

5.3. Обоснование экономической эффективности применения трелевочных тракторов ТДТ-55М с двигателями повышенной мощности.

С 1975 года Онежский тракторный завод приступил к серийному выпуску тракторов ТДТ-55 с удельной мощностью 6,0 кВт/т. В связи с этим целесообразно сравнить экономические показатели опытных тракторов ТДТ-55М с энергонасыщенностью 6,0 кВт/т и 7,3 кВт/т.

Обоснование экономической эффективности сравниваемых тракторов произведено на основании сопоставления их технико-экономических показателей:

1. сменной и годовой производительности;

2. производительности труда;

3. капитальных вложений;

4. эксплуатационных затрат;

5. приведенных затрат;

6. годовому экономическому эффекту и рентабельности новых капитальных вложений (тракторов с ).

В соответствии с действующими положениями определения экономической эффективности новой техники [103], критерием сравнительной оценки применения тракторов различной энергонасыщенности на первичном транспорте леса (трелевке) являются приведенные затраты, отнесенные на единицу продукции. Однако, результирующими показателями, характерными для лесной промышленности являются [90]: годовой экономический эффект и рентабельность капитальных вложений.

Гусеничные трелевочные машины повышенной энергонасыщенности в перспективе найдут широкое применение при работе в тяжелых условиях эксплуатации [21]. Поэтому определение их экономической эффективности рассмотрено при повышенных значениях коэффициента сопротивления движению .

Сменная производительность определялась по нормативам рабочего цикла и режимов использования сменного времени, устанавливаемого в соответствии [45] по выражению (2.1).

Годовая выработка тракторов определена исходя из сменной производительности числа рабочих смен в течение года. Количество рабочих смен принято равным 230.

Исходными материалами для определения показателей по производительности труда приняты сменная производительность и количество рабочих, обслуживающих трактор в течение смены.

Размер удельных капитальных вложений по сравниваемым вариантам определен как отношение балансовой стоимости тракторов к их годовой выработке.

Оптовые цены на тракторы приняты по данным завода-изготовителя в соответствии с общепринятым методом их определения:

где   - полная плановая себестоимость изготовления одного трактора, руб;

        - нормативный (плановый) коэффициент накоплений для завода-изготовителя.

В составе эксплуатационных затрат учтены основная и дополнительная заработная плата основных и вспомогательных производственных рабочих с отчислениями на соцстрах, а также затраты по содержанию тракторов, т.е. те элементы себестоимости, которые непосредственно зависят от параметров трелевочных тракторов на подвозке леса.

В расчете приведенных затрат учтены два стоимостных показателя: эксплуатационные затраты  и капитальные вложения , приведенные к одинаковой размерности в соответствии с утвержденным нормативом экономической эффективности капитальных вложений принятым для лесной промышленности (), т.е.:

Результаты расчетов по вышеперечисленным показателям приведены в табл.5.4.

Рентабельность капитальных вложений определяется по формуле:


Таблица 5.4.

Технико-экономические показатели трелевочных тракторов с различной удельной мощностью.

№ п/п

Наименование показателей

Единица измерения

Удельная мощность, кВт/т

6,0

7,3

1

Сменная производительность

м3

29,8

35,2

2

Годовая производительность

м3

6854

8096

3

Производительность труда

м3/чел.день

8,05

9,52

4

Балансовая стоимость

руб.

6820

7035

5

Удельные капитальные затраты

руб./ м3

0,995

0,868

6

Себестоимость содержания машино-смены

руб.

31,26

32,82

7

Эксплуатационные затраты на 1 м3

руб./ м3

1,736

1,510

8

Приведенные затраты на 1 м3

руб./ м3

1,849

1,614


где   и - эксплуатационные затраты по базовому и проектируемому варианту применения тракторов;

       - прирост прибыли, получаемой от внедрения новой техники;

       - капитальные вложения по проектируемому варианту.

На основании экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Характер влияния эксплуатационных показателей на транспортную производительность трелевочных тракторов соответствует выводам аналитических исследований.

2. Скорость грузового хода у гусеничных трелевочных тракторов с диапазоном энергонасыщенности 6,0 – 7,3 кВт/т при оптимальных, с точки зрения наибольшей производительности, рейсовых нагрузках составляет в легких условиях  - 3 – 4 км/ч, в тяжелых  - 2 – 2,5 км/ч.

Соотношение скоростей порожнего и грузового направлений  при  варьирует от 1,5 до 2. Меньшие пределы изменения характерны для машин с повышенной удельной мощностью.

3. Загрузка двигателя по крутящему моменту и мощности при использовании трелевочных тракторов на транспортных операциях не зависит от энергонасыщенности.

Коэффициент использования мощности у исследуемых тракторов при грузовом ходе составляет .

4. С ростом удельной мощности и рейсовых нагрузок транспортная производительность повышается.

По опытным данным установлены корреляционные зависимости транспортной и технологической производительностей от рейсовых нагрузок и удельной мощности трелевочных тракторов и получены уравнения регрессий .

Наибольшие значения  получены при оптимальных, в зависимости от условий эксплуатации и энергонасыщенности трелевочных тракторов, рейсовых нагрузках.

Оптимальные нагрузки для тракторов Онежского тракторного завода с удельной мощностью 6,0 и 7,3 кВт/т варьирует соответственно в пределах 7 – 9 м3 и 8 – 10 м3.

5. Использование мощных трелевочных тракторов при трелевке древесины из предварительно подготовленных пакетов (только на транспортных операциях) их производительность увеличивается в близком соответствии с ростом удельной мощности.

6. Экспериментальные данные об изменении топливной экономичности в функции рейсовых нагрузок и удельной мощности в достаточной мере согласуются с выводами аналитических исследований.

7. С ростом рейсовых нагрузок до оптимальных расход топлива на 1 м3∙км у всех тракторов снижается за счет возрастания транспортной производительности при неизменном часовом расходе топлива.

Увеличение объема пакета выше оптимального приводит к ухудшению топливной экономичности.

8. При оптимальных рейсовых нагрузках расход топлива на 1 м3∙км за грузовой ход составляет 0,45 – 0,50 кГ/м3∙км  в легких условиях  и 0,69 – 0,95 кГ/м3∙км – в тяжелых условиях  эксплуатации, а в целом за рейс соответственно 0,67 – 0,7 и 1,0 – 1,3 кГ/м3∙км.

Меньшие значения  характерны для тракторов повышенной энергонасыщенности.

9. При транспортировке пакетов одинакового объема топливная экономичность тракторов повышенной энергонасыщенности улучшается в пределах 5 – 10 % за счет увеличения скорости движения и меньших потерь на буксование.

Снижение потерь на буксование у энергонасыщенных тракторов обусловлено уменьшением длительности и интенсивности уплотнения почвы грунтозацепами гусениц.

10. Применение тракторов ТДТ-55М с удельной мощностью 7,3 кВт/т по сравнению с ТДТ-55М  с  при нормативных режимах использования сменного времени для рассматриваемых производственных условий и расстоянии трелевки 1500 м обеспечивает:

- рост сменной выработки на 6,4 м3;

- рост производительности труда на 18%;

- экономию в эксплуатационных расходах – 0,226 руб/ м3;

- годовой экономический эффект на один трактор – 1902,6 руб.;

- рентабельность капитальных вложений по трактору ТДТ-55М с удельной мощностью 7,3 кВт/т – 25,5 %.


6. ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Выбор основных конструктивных параметров, обеспечивающих наибольшую производительность лесотранспортных машин целесообразно производить с использованием коэффициента производительности.

2. Коэффициент производительности дает возможность проанализировать влияние некоторых конструктивных параметров и эксплуатационных факторов на эффективность использования тягово-скоростных параметров лесотранспортной машины.

3. Установлено, что при повышении энергонасыщенности трелевочных тракторов наибольший прирост их производительности может быть получен при реализации увеличенной мощности на повышение тяговых качеств за счет транспортировки пакетов максимального объема по условиям сцепления и грузоподъемности машины.

4. При использовании трелевочных тракторов повышенной энергонасыщенности только на транспортных операциях их топливная экономичность может быть улучшена за счет повышения рейсовых нагрузок, а при трелевке пакетов одинакового объема – за счет снижения потерь на буксование.

5. Характер влияния эксплуатационных показателей на транспортную производительность и топливную экономичность трелевочных тракторов полученный в опытах соответствует выводам аналитических исследований.

6. Использование энергонасыщенных трелевочных тракторов применительно к перспективной технологии лесосечных работ позволяет получить оптимально возможную загрузку их двигателей за счет перераспределения используемых передач.

7. С ростом удельной мощности и рейсовых нагрузок транспортная производительность повышается.

Наибольшие значения  получены при оптимальных, в зависимости от условий эксплуатации и энергонасыщенности трелевочных тракторов, рейсовых нагрузках.

8. Оптимальные нагрузки для тракторов ОТЗ с удельной мощностью 6,0 и 7,3 кВт/т варьируют соответственно в пределах 7 – 9 и 8 – 10 м3.

9. Использование мощных трелевочных тракторов при трелевке древесины из предварительно подготовленных пакетов (только на транспортных операциях) вызывает увеличение производительности в близком соответствии повышением их удельной мощности.

10. Обобщение опытных данных за все циклы испытаний позволило установить зависимость коэффициента производительности от удельной силы тяги и средней скорости движения  в виде уравнения регрессии. На основании полученного уравнения установлено, что  интенсивнее увеличивается при реализации мощности на повышение силы тяги, а не скорости движения.

11. Расход топлива на 1 м3∙км, с ростом рейсовых нагрузок до оптимальных, у всех тракторов снижается.

12. При оптимальных рейсовых нагрузках расход топлива на 1 м3∙км за грузовой ход составляет: 0,45 – 0,50 кГ/м3∙км  в легких условиях  и 0,69 – 0,95 кГ/м3∙км – в тяжелых условиях  эксплуатации, а в целом за рейс соответственно 0,67 – 0,7 и 1,0 – 1,35 кГ/м3∙км.

Меньшие значения  характерны для тракторов повышенной энергонасыщенности.

13. При транспортировке пакетов одинакового объема топливная экономичность трактора повышенной энергонасыщенности улучшается за счет увеличения скорости движения и меньших потерь на буксование.

14. Применение трелевочных тракторов повышенной энергонасыщенности приводит к снижению удельных эксплуатационных затрат и повышению производительности труда.

Годовой экономический эффект от применения тракторов ТДТ-55М с удельной мощностью 7,3 кВт/т по сравнению с базовым трактором с  составляет 1902 руб.


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

1. Материалы ХХІV съезда КПСС, М., Политиздат, 1971, с.320

2. Аболь Л.П. и др. Технология лесосечных работ на базе машин ЛП-2, Т-157 и ТБ-1, м., 1973, с.94

3. Анисимов Г.М. Исследование влияния процесса трелевки древесины и условий эксплуатации на нагруженность трансмиссии трелевочного тракторах. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Л., 1973, с.305

4. Анисимов Г.М., Валяжонков В.Д. и др. О прогнозировании эксплуатационных режимов работы тракторов ОТЗ различных модификаций. Реферативная информация о законченных НИР в ВУЗах лесотехнического профиля РСФСР, Л., 1974, вып.ІІ, с.97 – 100

5. Анисимов Г.М., Галямичев В.А. и др. Аппаратура для исследования эксплуатационных режимов трелевочного трактора ТДТ-55 «Тракторы и сельхозмашины», 1970, № 5, с.16 – 18

6. Анисимов Г.М., Гольдберг А.М. и др. Исследование эксплуатационных режимов трактора ТДТ-55. Известия высших учебных заведений. Архангельск, «Лесной журнал», 1968, №2, с.67 – 73

7. Артамонов Ю.Г. Вопросы исследования и совершенствования тракторной трелевки, исключающие применение ручного труда. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, Л., 1969, с.302

8. Барский И.Б. и др. Динамика трактора. М., «Машиностроение», 1973, с.280

9. Белозеров Е.Я. Исследование производительности валочно-трелевочных машин и взаимодействие их с деревом, как предметом труда. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Л., 1962, с.199

10. Беляев Н.М. Сопротивление материалов. М., «Наука», 1965, с.356

11. Богатырев А.П. О тяговой динамике энергонасыщенного трактора-бульдозера. тракторы и сельхозмашины, №4, 1974, с.6 – 8

12. Болтинский В.Н. Работа тракторного двигателя при неустановившейся нагрузке. М., «Сельхозгиз», 1949, с.216

13. Болтинский В.Н. Теория, конструкция и расчет тракторных и автомобильных двигателей. М., «Сельхозгиз», 1962, с.392

14. Болтинский В.Н. Развитие научных исследований по созданию скоростных машино-тракторных агрегатов и внедрение их в производство. Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства, №10, с.3 – 9, №11, с.21 – 25

15. Борисов Ф.А., Зацепин М.А. Тяговая динамика трелевочного трактора. Тракторы и сельхозмашины, 1968, №5, с.12 – 15

16. Бронштейн И.П., Семендяев К.А. Справочник по математике. Госиздат технико-теоретической литературы. М., «Наука», 1967, с.607

17. Бруснецов А.П. Исследование тягово-динамических свойств гусеничного трактора с бульдозером. Автореферат диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Челябинск, 1968, с.26

18. Булин В.П. Исследование энергоемкости показателей процесса трелевки леса в производственных условиях Северо-Западной зоны. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Л., 1972, с.214

19. Бурдун Г.Д. Система СИ. Справочник по международной системе единиц. «Машгиз», 1971, с.231

20. Бухарин Н.А., Голяк В.К. Испытание автомобилей с использованием электрических методов измерения. М.-Л., «Машгиз», 1971, с.223

21. Вараксин Ф.Д., Ступинев Г.К. Основные направления технического процесса лесной и деревообрабатывающей промышленности. «Лесная промышленность», 1974, с.400

22. Валяжонков В.Д. Топливная экономичность трелевочных тракторов ТДТ-55 и ТДТ-55М с двигателями различной мощностью. Межвузовский сборник научных трудов, вып.ІV, Л., 1975, с.40 – 43

23. Валяжонков В.Д., Драке А.Д. К вопросу о влиянии тяговых и скоростных параметров трелевочных тракторов ТДТ-55 на топливную экономичность. Межвузовский сборник научных трудов, вып. ІV, Л., 1975, с.37 – 40

24. Васильев А.В. и др. Влияние конструктивных параметров гусеничного трактора на его тягово-сцепные свойства. М., «Машиностроение», с.190

25. Васильев К.В. Исследование загрузки двигателя трелевочного трактора ТДТ-40. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Л., 1963, с.128

26. Венцель Е.С. Теория вероятностей. М., «Наука», 1964, с.576

27. Владимиров А.И. Исследование тяговой динамики гусеничного трактора класса 3 т, повышенной энергонасыщенности. Труды НАТИ, 1966, с.186

28. Вороницын К.П., Тизенгаузен Н.Э. и др. Основные направления технического прогресса в лесозаготовительной промышленности на перспективный период. труды ЦНИИМЭ, Химки, 1972, мб.122, с.26 – 51

29. Вороницын К.И. и др. Основные параметры и типаж базовых тракторов для лесозаготовительной промышленности на перспективный период. Труды ЦНИИМЭ «Вопросы технологии и механизации лесосечных работ», Химки, 1972, сб.123, с.9 – 26

30. Ворухайлов С.А. О буксовании при повороте трелевочного трактора. Труды УЛТИ, Свердловск, 1972, вып.25, с.167 – 171

31. Галямичев В.А. Исследование эксплуатационных режимов трелевочного трактора ТДТ-55 на лесозаготовках. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Л., 1969, с.139

32. Гахенсон Б.С. Исследование динамики трелевочного трактора при форсированных режимах. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Л., 1965, с.221

33. Гинцбург Б.Я. О коэффициенте сцепления и буксовании тракторов. « Тракторы и сельхозмашины», 1968, №9

34. Гольдберг А.М. О коэффициенте использования веса и мощности лесотранспортных машин. Труды ЛТА, вып.92, Л., 1961, с.43 – 49

35. Гольдберг А.М. Вопросы исследования и совершенствования лесотранспортных машин. Доклад, обобщающий основные научные труды, представленные на соискание степени доктора технических наук. Л., 1964, с.53

36. Гольдберг А.М. Удельная мощность лесотранспортных машин. «Лесная промышленность», 1963, №10, с.12 – 15

37. Гольдберг А.М., Голямичев В.А. Влияние ряда конструктивных параметров и эксплуатационных факторов на производительность трелевочных тракторов. Межвузовский сборник научных трудов, вып.ІV, Л., 1975

38. Горбачевский В.А. Прямая вывозка леса трелевочно-транспортными машинами. «Лесная промышленность», 1962, №11, с.4 – 8

39. Горбачевский В.А. Исследование конструктивных параметров и эксплуатационных показателей колесных трелевочно-транспортных машин. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Л., 1972, с.320

40. Дидковская Л.Я. и др. О повышении производительности трелевочных тракторов. «Лесная промышленность», 1967, №9, с.10 -12

41. Драке А.Д. Исследование некоторых вопросов тяговой динамики гусенично-колесных лесотранспортных систем. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Л., 1974, с.211

42. Драке А.Д. Некоторые вопросы тяговой динамики трелевочного трактора ТДТ-55. Известия высших учебных заведений. «Лесной журнал», Архангельск, 1967, №5, с.101 – 104

43. Дукарский О.М, Закурдаев А.Г. Статистический анализ и обработка наблюдений на ЭВМ «Минск-22», «Статистка» М., 1971, с.241

44. Дроздовский Г.П. Теоретическое и экспериментальное исследование бесчокерного закрепления деревьев на трелевочной машине. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Л., 1967, с.264

45. Единые нормы выработки и расценки на лесозаготовительные работы. «Лесная промышленность», М., 1973, с.29

46. Ерахтин Д.Д. Тракторам и автомобилям – двигатели повышенной мощности. «Лесная промышленность», 1965, №4, с.6 – 11

47. Ерахтин Д.Д. и др. Оптимальные режимы работы трелевочного трактора. «Лесная промышленность», 1973, №1, с.27 – 28

48. Зайчик Г.И. О системе машин для лесосечных работ. «Лесная промышленность», 1967, №12, с.15 – 17

49. Зайчик Н.И. и др. Тяговые машины и подвижной состав лесовозных дорог. М., «Лесная промышленность», 1967, с.712

50. Золотогоров В.Г. Влияние мощности трелевочного трактора на его эффективность. «Лесная промышленность», 1966, №1, с.19 – 21

51. Зорин С.П. О тяговых параметрах трелевочного трактора. «Лесная промышленность», 1966, №8, с.9 – 11

52. Ильин Б.А. Сухопутный транспорт леса. «Лесная промышленность», М., 1973, с.384

53. Ильин Б.А. Методика определения основных характеристик транспортного процесса в лесозаготовительном производстве. Реферативная информация о законченных НИР в ВУЗах лесотехнического профиля РСФСР. Л., 1974, вып. ІІ, с.62 – 64

54. Ионов Б.Д. Сопротивление движению при различных способах тракторной трелевки. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Л., 1940, с.248

55. Инбер Ф.И. Расход топлива на самопередвижение трактора. Труды СевНИИП. Архангельск, 1971, вып.3, с.93 – 100

56. Иофинов С.А., Липнас Л.В. Об оптимальной степени загрузки тракторного двигателя. Записки ЛСХП. «Колос», т.97, 1965, с. 108 – 117

57. Кавьяров И.С. Зависимость производительности тракторов от удельных параметров. «Тракторы и сельхозмашины», 1966, №10, с.12 – 15

58. Киртбая Ю.К. Основы теории использования машин в сельском хозяйстве. М., «Машгиз», 1967, с.278

59. Корсун Н.А. Потенциальная тяговая характеристика и баланс мощности с/х трактора общего назначения. «Тракторы и сельхозмашины», 1975, №1, с.11 – 14

60. Ковалев Ю.Л. Некоторые вопросы динамики подвески трелевочного трактора ТДТ-60. Автореферат диссертационной работы на соискание ученой степени кандидата технических наук. Свердловск, 1967, с.22

61. Костогрыз С.Г. и др. О влиянии параметров гусеничного движителя на режим работы двигателя трелевочного трактора. «Тракторы и сельхозмашины», 1969, №12, с.9 – 11

62. Кочегаров В.Г. Теоретические исследования технологии лесосечных работ. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Л., 1973, с.416

63. Котиков В.М. Исследование динамических нагрузок в силовой передаче гусеничного трелевочного трактора. Автореферат диссертационной работы на соискание ученой степени кандидата технических наук. Изд.МЛТИ, 1971, с.21

64. Крашенинников Е.М. Определение основных параметров проектируемых трелевочных тракторов графоаналитическим способом. Межвузовский сборник научных трудов. Л., 1974, вып.ІІІ, с.23 – 27

65. Куликов М.П., Мошкин Н.Ф. и др. Влияние конструктивных параметров трелевочных тракторов на их тягово-сцепные свойства. Проблемы развития лесной промышленности и лесного хозяйства Карелии. Тезисы докладов ІІІ научно-технической конференции. Петрозаводск, 1974, с.28 – 30

66. Кугель Р.В. О надежности и долговечности тракторов. «Тракторы и сельхозмашины», 1964, №7, с.1 – 4

67. Львов Е.Д. Теория трактора. М., «Машгиз», 1960, с.250

68. Левша А.И. Исследование энергоемкости процесса тракторной трелевки древесины. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Л., 1969, с.199

69. Лепнцов П.А. К вопросу обоснования типажа трелевочных тракторов. Труды ЦНИИМЭ, Химки, 1959, вып.ХІІ, с.75 – 117

70. Ливанов А.П. О критериях загрузки двигателей лесотранспортных машин. Труды ЦНИИМЭ, Химки, 1967, сб.83, с.89 – 98

71. Линник Ю.В. Метод наименьших квадратов и основы теории обработки наблюдений. Изд. физико-математической литературы. М., 1958, с.333

72. Магировский Н.П. Создание и исследование семейства тракторов ОТЗ для лесной промышленности. Доклад, обобщающий основные работы, представленные на соискание ученой степени кандидата технических наук. Л., 1967, с.19

73. Маевский А.П. Исследование процесса движения гусеничного трелевочного трактора на снежной целине. Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., 1965, с.18

74. Махов Г.А. Исследование поворота гусеничных машин на трелевке леса. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., 1969, с.25

75. Митропольский А.К. Элементы математической статистики. Изд.ЛТА, Л., 1969, с.273

76. Муравьев А.В. Влияние способа транспортировки пакета деревьев на поворотливость гусеничных машин. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., 1966, с.23

77. Мурашкин Н.В. Исследование экономической эффективности специальных лесосечных машин, оборудованных гидроманипулятором. Диссертация на соискание ученой степени кандидата экономических наук. Л., с.223

78. Одлис Б.П. и др. Перспективы применения манипуляторов на лесозаготовках «Лесная промышленность», 1973, №2, с.27 – 30

79. Орлов С.Ф., Кочегаров В.Г. Лесосечные работы без ручного труда. М., «Лесная промышленность», 1973, с.160

80. Орлов С.Ф. Вопросы теории применения специальных тяговых машин на подвозке леса. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Л., 1955, с.464

81. Орлов С.Ф. Теория и применение агрегатных машин на лесозаготовках. М., Гослесбумиздат, 1963, с.271

82. Орлов С.Ф., Гольдберг А.М. Сравнение параметров тяговой динамики лесотранспортных систем. «Лесная промышленность», 1959, №4, с.12 – 17

83. Отчет НИС ЛТА № 1203, 1964

84. Отчет НИС ЛТА № 1350, 1965

85. Отчет НИС ЛТА № 1399, 1966

86. Отчет НИС ЛТА № 2136, 1971

87. Отчет НИС ЛТА № 2289, 1972

88. Отчет НИС ЛТА № 2522, 1973

89. Отчет НИС ЛТА № 2571, 1974

90. Отчет НИС ЛТА № 2608, 1974

91. Петруша Г.Н. Основы выбора параметров тягачей на трелевке леса. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Л., 1965, с.247

92. Перфилов М.А. Многооперационные лесосечные машины. «Лесная промышленность», М., 1974, с.207

93. Приходько Л.С., Шупак П.Л. К методике анализа компонентов сопротивлений действующих на трактор. «Тракторы и сельхозмашины», 1970, №5, с.12 – 14

94. Приказ №204 Министра Тимофеева Н.В. О мерах по улучшению использования лесозаготовительного оборудования. М., 1973

95. Прохоров В.Б. Эксплуатация машин в лесозаготовительной промышленности. М., «Гослесбумиздат», 1963, с.383

96. Помогаев С.А. Теоретические и экспериментальные исследования валочно-пакетирующих систем лесосечных агрегатных машин. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Л., 1965, с.207

97. Романов Е.С. Исследование экономической эффективности трелевочных машин. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Л., 1960, с.282

98. Саркисов В.В. Использование рабочего времени на лесосечных работах. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Л., 1965, с.294

99. Свиршевский Б.С. Эксплуатация машинотракторного парка. Сельхозгиз, М., 1958, с.195

100. Соловейчик А.Г. О парметрах скоростных тракторов. «Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства», 1962, №4, с.12 – 18

101. Стрельцов Э.К. Исследование влияния скорости движения на взаимодействия гусеничного движителя трелевочного трактора с лесными грунтами. Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук. Львов, 1975, с.19

102. Стефанович Ю.Г., Пожарицкий Л.Н. Методика исследования нагруженности деталей трансмиссии автомобиля в эксплуатационных условиях с применением метода математической статистики. Труда НАМИ, вып.72, 1975

103. Трепенников И.И. Эксплуатационные показатели сельскохозяйственных тракторов. «Машгиз», М., 1963, с.170

104. Типовая методика определения экономической эффективности капитальных вложений. «Машгиз», М., 1969, с.21

105. Харитончик Е.М. Оптимальные параметры тракторов при повышении рабочих скоростей. «Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства», 1959, №4, с.1 – 6

106. Чудаков Д.А. Основы теории и расчета трактора и автомобиля. М., «Колос», с.384

107. Шелехов В.М. Исследование оперативного времени лесозаготовительных операций с применением методов корреляции на примере тракторной трелевки леса. Диссертация на соискание ученой степени кандидата экономических наук. М., 1964, с.361

108. Эгипти А.Э. Исследование эксплуатационных параметров тракторов на базе колесного тягача К-700А. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Л., 1974, с.210

109. Юшин А.А., Евтенко В.Г. Исследование характера нагрузок сельскохозяйственных тракторов при работе МТА на повышенных скоростях. «Тракторы и сельхозмашины», 1972, №4, с.13 – 16

110. Юшин А.А., Евтенко В.Г., Вернигор В.А. Исследование на математической модели показателей работы тракторного двигателя. «Тракторы и сельхозмашины», 1973, №111,

с. 7 – 10

111. Tebrüge F. Tendenz, Motive und Wettschätzung Landtechnik, 1973, № 7, c.211 – 215

112. Vrana Borivoj Problemy rozvoje oboru traktoru “Mech zemed” 1973, 23, NA, c.140 – 143.

113. Technisches Handbuch “Dieselmotoren VEB Verlag Technik Berlin” 1973, c.614


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

1503. Скрытие и фальсификация научной информации угроза современной цивилизации 114.5 KB
  Засекречивание - неизбежное зло для науки, однако оно носит временный характер и компенсируется вложением в науку дополнительных средств. При создании СТО Эйнштейн руководствовался работами голландского физика Г.Лоренца и французского математика А.Пуанкаре. Если бы современные физики познакомились с классическими теориями эфира, их такой вывод не удивил.
1504. Визначити класичним методом реакцію кола 97.58 KB
  Визначити класичним методом реакцію кола на підключення джерела живлення. Побудувати графік функції, провести аналіз, визначити тривалість перехідного процесу.
1505. Проектирование оптимальной организационной структуры в условиях глобальной конкуренции 97 KB
  Глобальные факторы конкуренции. Организационный дизайн для оптимизации преимуществ компании во внутренней конкуренции на внутреннем национальном рынке. Преимущества и недостатки СУРГ. Преимущества и недостатки ДСС. Организационный дизайн для оптимизации участия компании в международной конкуренции.
1506. Анализ ЗАО Городское освещение 102 KB
  Технология производства с общей схемой технологического процесса. Характеристика окружающей среды проектируемого объекта. Организация эксплуатация электрооборудования объекта. Планирование ТО и Р оборудования. Виды диагностирования электрооборудования.
1507. Особенности микропроцессорной техники 115.57 KB
  Основные направления в развитии микропроцессорной техники. Системы счисления. Цифровые электронные устройства. Технологии изготовления цифровых интегральных микросхем. Регистры микропроцессора. Аккумулятор, РОН, счетчик команд. Микропроцессорные средства и системы. Понятие дополнительного кода числа.
1508. Специальные налоговые режимы 103.5 KB
  Упрощенная система налогообложения (гл. 26.2 НК РФ). Система налогообложения в виде единого налога на вмененный доход для отдельных видов деятельности. Единый сельскохозяйственный налог для сельскохозяйственных товаропроизводителей. Соглашение о разделе продукции.
1509. Валютный рынок России 107.5 KB
  Формирование российского валютного рынка. Валютное регулирование. Регулирование валютного курса рубля и динамика его изменения. Перспективы развития российского рынка и стабилизации курса рубля.
1510. Понятия миссии и миссионерства/ О православной миссии 107.48 KB
  Понятия миссии и миссионерства. Традиционные и нетрадиционные религии. Причины возникновения миссионерства. Методология миссионерства. Основной принцип миссионера. Оружие миссионера.
1511. Анализ предприятия по его производственных цехов по производству военного оборудования 94.01 KB
  Структура предприятия и ее общая характеристика. Материально техническое снабжение предприятия. КИП и А, технологическое оборудование на предприятии. Анализ поступления изделий на участок. Разработка технологии настройки изделия.