Технические науки/3. Отраслевое машиностроение

Соискатель к.т.н. Сивков Е.Н.

Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова, Россия

Результаты обработки исследований циркуляции

мощности в трансмиссии лесопромышленного трактора колесной формулы 6К6

Использование жестко блокированной трансмиссии для повышения проходимости является конструктивной особенностью колесных лесопромышленных тракторов, что приводит к возникновению так называемой «паразитной» мощности, циркулирующей между элементами трансмиссии и вызывающей увеличение их износа, нагрузки на двигатель, а также расхода топлива. Поэтому анализ величин различных факторов на величину «паразитной» мощности, циркулирующей в трансмиссии колесных лесопромышленных тракторов является актуальной задачей. На основании работ по созданию математических моделей для определения величины «паразитной» мощности, циркулирующей в трансмиссии колесного трелевочного трактора, [1, 2, 3, 4, 5] и возможностей экспериментатора в качестве исследуемых факторов были выбраны:

M_П – масса трелюемого (перевозимого) пакета древесины, т;

P_КР – крюковая сила тяги трактора, кН;

V – поступательная скорость движения трактора, м/с.

Поскольку уровни варьируемых факторов в эксперименте имеют различные значения и размерности, чтобы упростить и унифицировать запись условий опытов и облегчить обработку экспериментальных данных, целесообразно перейти от натуральных значений факторов к кодированным.

Для этого определим середину диапазона варьируемого фактора X_i, как основной уровень – X_oi:

X_oi = (X_imin + X_imax)/2, (1)

Тогда интервал варьирования может быть записан как:

Δ_i = X_imax – X_io = X_io – X_imin, (2)

Соотношение между натуральным значением фактора Z_i и его кодированным значением X_i выразится следующей зависимостью:

Z_i = (X_i – X_io)/Δ_i, (3)

Обычно, для удобства, кодированные значения факторов обозначают как нижний уровень кодирования (-1), верхний уровень (+1) и основной (0).

Масса трелюемого (перевозимого) пакета древесины варьировалась от порожней машины до максимально возможной массы по технической характеристике трактора. Крюковая сила тяги – путем сцепки с исследуемой машиной специального «загрузочного» трактора. Уровни варьирования поступательной скорости движения машины – на основе анализа априорной информации с учетом технических характеристик исследуемого трактора.

Исследуемые факторы, уровни и интервалы их варьирования для каждого из осуществленных полнофакторных экспериментов приведены в табл.1.

Таблица 1

Исследуемые факторы, уровни и интервалы варьирования при оценке

величины циркуляции «паразитной» мощности в трансмиссии трактора

Факторы	Значения факторов			Интервал варьирования
	- 1	0	+1
X1 – масса трелюемого (перевозимого) пакета древесины, т	0	6	12	6
X2 – крюковая сила тяги трактора, кН	0	100	200	100
X3 – поступательная скорость движения, м/с	1,0	4,5	8,0	3,5

В качестве функции отклика была выбрана величина «паразитной» мощности, циркулирующей в балансирной тележке сортиментовоза ШЛК-6-04. В соответствии с поставленными задачами исследования был спланирован и осуществлен полнофакторный эксперимент [1, 2, 3, 4, 5].

Проверка адекватности математической модели реальным динамическим процессам, происходящим при движении трелевочной системы по стохастическому микропрофилю волока, проводилась путем обработки результатов теоретических и экспериментальных исследований методами теории стационарных случайных функций [6].

При этом аппроксимация корреляционной функции, полученной в ходе обработки экспериментальных данных, осуществлялась выражением (4), а спектральных плотностей процессов - выражением (5):

(4)

, (5)

Расхождение величин времени корреляционной связи между ординатами процессов, полученных экспериментальным и расчетным путем, составляет порядка 12 %, а расхождение между спектрами дисперсии случайных процессов и их частотными составами не превышает 15 %.

Результатом обработки экспериментального материала исследований циркуляции «паразитной» мощности в трансмиссии сортиментовоза ШЛК-6-04 явилось получение математической модели полного второго порядка, адекватно описывающей влияние исследуемых факторов на оценочный показатель N_Ц^БТ:

y = + 0, 0074 + 0,0153 X₁ + 0,0275 X₂ + 0,0394 X₃ + 0,0894 X₁X₂ +

+ 0,012 X₂X₃ – 0,0023 X₁X₃ + 0,0457 X₂² + 0,0387 X₃² (6)

Интерпретационный анализ полученной математической модели (6) позволяет сделать вывод о том, что наибольшее влияние на склонность к образованию в трансмиссии сортиментовоза ШЛК-6-04 «паразитной» мощности и ее величину оказывает скорость движения (X₃), абсолютное значение коэффициента 0,0394. Знак «+» перед коэффициентом говорит о том, что с повышением скорости движения сортиментовоза величина «паразитной» мощности, циркулирующей в балансирной тележке, растет.

Масса трелюемого (перевозимого) пакета древесины (X₁) и величины силы тяги на крюке (X₂) оказывают меньшее влияние на склонность к возникновению «паразитной» мощности в балансирной тележке сортиментовоза, величины коэффициентов составляют соответственно 0,0153 и 0,0275, но в парном взаимодействии (X₁X₂) влияние этих факторов проявляется гораздо сильнее, абсолютная величина коэффициента равны 0,0894. Отрицательные значения этих коэффициентов указывают на то, что как увеличение массы трелюемого (перевозимого) пакета древесины, так и увеличение силы тяги на крюке машины приводят к определенному, но значительно меньшему по сравнению с увеличением скорости движения, повышению величины «паразитной» мощности, циркулирующей в балансирной тележке сортиментовоза.

Интерпретационный анализ полученной математической модели (6) позволил сделать заключение о том, что основными параметрами, влияющими на склонность к возникновению циркулирующей «паразитной» мощности в трансмиссии исследуемой машины являются: поступательная скорость ее движения и сила тяги на крюке.

Представляет интерес также построение уравнения регрессии для натуральных значений факторов, дающее возможность определения численных значений функции отклика в зависимости от конкретных значений исследуемых параметров.

С учетом выражения (3) указанное уравнение регрессии будет выглядеть следующим образом:

N_БТ = 0,34 + 0,41·M_П + 1,71·10^–2 ·P_кр + 17,97·10^–1 ·V + 7,78·10^–4 · M_П P_кр +

+ 0,132 M_П V – 4,50·10^–3 P_кр V + 22,56·10^–5 P²_кр + 5,2·10^–2 ·V² , (7)

где N_БТ – мощность циркулирующая в балансирной тележке, кВт

Так как количество варьируемых факторов, входящих в данное уравнение, больше двух, то графическое изображение поверхности отклика, имеющей вид гиперплоскости, не представляется возможным. Для построения графиков однофакторных зависимостей величины «паразитной» мощности, циркулирующей в трансмиссии машины необходимо фиксирование в уравнении (7) соответствующих факторов на определенном уровне, см. рис.1.

Фиксированный фактор – масса пачки древесины, М_П, т.

Фиксированный фактор – масса пачки древесины, V, м/с.

Фиксированный фактор – масса пачки древесины, P_кр, кН.

Рис. 1. Функции отклика в зависимости от конкретных значений

исследуемых параметров

М_П, т

Литература:

1. Кочнев, А.М. Математическая модель циркуляции мощности в трансмиссии колесного лесопромышленного трактора / А.М. Кочнев, Е.Н. Сивков // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. Вып. 199. СПб.: СПб ГЛТУ, 2012. - С. 141 - 150. - Библиогр.: с. 150. - ISBN 978-5-9239-0478-9/ ISSN 2079-4304

2. Сивков, Е.Н. Моделирование циркуляции мощности в трансмиссии лесопромышленных тракторов [Текст] / Е.Н. Сивков // Журнал «Научное обозрение» №12, 2013. Вып. 20. М.: 2012. - С. 102 - 108. - Библиогр.: с. 108. - ISSN 1815-4972

3. Сивков, Е.Н. Результаты экспериментальных исследований циркуляции мощности в трансмиссии лесопромышленного трактора колесной формулы 6К6 / Е.Н. Сивков // Тракторы и сельхозмашины. 2014, № 1. М.: ТСМ, 2014. С. 13 - 15. - Библиогр.: с. 15. ISSN 0235-8573

4. Сивков, Е.Н. Моделирование взаимодействия колесных лесопромышленных тракторов с волоком / А.М. Кочнев, Е.Н. Сивков // Строительные и дорожные машины. 1/2014. М.: СДМ, 2014. С. 51 - 56. - Библиогр.: с. 56.

5. Кочнев А. М., Юшков А. Н., Сивков Е. Н. Конструктивные особенности и рабочие режимы машин для сортиментной заготовки леса / А.М. Кочнев, А. Н. Юшков, Е.Н. Сивков // Монография. СПб.: СПб ГЛТУ, 2013, 489 с.

6. Лурье, А.Б. Статистическая динамика сельскохозяйственных агрегатов. : Колос , 1990 , 376 с.