В статье анализируются факторы, влияющие на эффективную работу таких ответственных систем мобильных машин как трансмиссия и гидропривод, и в особенности под действием низких температур окружающего воздуха. Раскрывается методика и результаты проведенных стендовых исследований по выявлению влияния теплового режима трансмиссии на потери мощности в агрегатах трансмиссии и гидросистемы.
Ключевые слова: трансмиссия, гидропривод, работоспособность, отрицательные температуры, вязкость, трение, мощность, крутящий момент.
В настоящее время из-за изношенности парка машин, нехватки новой техники резко возросла сезонная нагрузка на каждую машину. Непрерывное повышение цен на сырье, в особенности на нефть, вызывает потребность использовать все возможности для экономии топливо-смазочных материалов.
Одним из путей сохранения в хозяйствах имеющегося парка машин и уменьшения материальных затрат является использование прогрессивных ресурсосберегающих технологий, в том числе и таких, которые основаны на использовании трибологических рекомендаций [1].
Известно, что влияние температуры на работоспособность мобильных машин и тракторов, в том числе, во время эксплуатации носит весьма сложный характер и зависит от многих условий и факторов. До настоящего времени не установлено, в полном объеме, количественной связи между температурой и изменением технико-экономических показателей таких ответственных систем машин, как, например, трансмиссия или гидросистема.
В смазочной системе механических трансмиссий температурный и нагрузочно-скоростной режимы работы находятся в сложной взаимосвязи. Тепловые процессы в такой трансмиссии оказывают существенное влияние на потери мощности в этих агрегатах [1].
В гидросистемах машин повышение вязкости (температуры) масел нарушает работу золотников и предохранительных устройств, в результате запаздывает срабатывание исполнительных цилиндров, появляются рывки, работа машины становится небезопасной. Увеличивается инерционность защитных устройств гидравлических машин, что ведет к появлению всплесков давления, превышающих более чем в два раза номинальное. От величины вязкости зависит характер трения масла в трубопроводах, сопротивление движению через дроссели, сопла, щели, зазоры. Это определяет расход рабочей жидкости на определенных участках системы, величину утечек, потери давления для прохождения масла через различные участки, КПД узлов гидросистемы, а также потери мощности на привод гидронасоса [2].
С целью выявления влияния теплового режима трансмиссии трактора Т-25А на потери мощности в агрегатах трансмиссии проводились исследования на тормозном стенде с беговыми барабанами КИ-8927, методика и оборудование которых могут быть применены и для исследования влияния температуры на потери мощности на привод агрегатов гидросистемы.
В качестве объекта исследований можно рассмотреть гидропривод раздельно-агрегатной навесной системы трактора МТЗ-80, так как он испытывает более интенсивные нагрузки, по сравнению с гидросистемой трактора Т-25А, и, кроме того, тракторы этой марки широко используются при выполнении энергоёмких работ, а их гидросистема является типичной для гидросистем применяемых в конструкциях современных машин.
Исследования проводились при номинальном давлении в шинах колес трактора на девятой передаче.
Стенд позволяет создавать нагрузку на ведущих колесах трактора, измерять ее и определять частоту вращения беговых барабанов.
Требуемый температурный режим в смазочной системе трансмиссии поддерживался с помощью двух электронагревательных устройств, установленных в корпусе трансмиссии трактора. Одно из них — трубчатый электронагреватель (ТЭН) — подключалось к источнику постоянного тока напряжением 36 В. Второе — электронагревательный элемент (термопатрон) — подключалось к бортовой сети трактора напряжением 12 В [1].
Для обеспечения рационального температурного режима гидросистемы трактора МТЗ-80 предлагается использовать систему регулирования температуры рабочей жидкости, включенную в штатную гиросистему трактора и содержащую гидронасос, сообщенный напорной гидролинией с агрегатами гидросистемы и баком, в котором расположены два теплообменника для подогрева и охлаждения рабочей жидкости, посредством сливной гидролинии, терморегулятор, регистрирующий температуру внутри гидробака, масляный насос системы смазки двигателя и ресивер пневмосистемы трактора, соединенные каждый с одним из теплообменников бака [3,4].
При этом рабочая жидкость гидросистемы нагревается в баке, выполненным в виде цилиндрической емкости ограниченной двумя торцевыми крышками, причем, охлаждение рабочей жидкости происходит при пропускании воздуха через один из теплообменников, установленных в баке, из ресивера пневмосистемы, а второй теплообменник, установлен так, что он оказывается включен в нагнетательную гидролинию параллельно масляному радиатору системы смазки ДВС, таким образом, рабочая жидкость из гидросистемы, обтекая теплообменники в баке гидросистемы трактора, может нагреваться или охлаждаться до необходимой температуры [3,4].
Применяемые топливо и масло в двигателе соответствовали требованиям технических условий. Температура масла в двигателе поддерживалась на уровне 90±5оС. Обслуживание дизеля производилось в соответствии с инструкцией по техническому обслуживанию. Двигатель при испытаниях работал перед началом измерений на каждом заданном режиме не менее 5 мин при положении органов управления регулятором частоты вращения, соответствующем полной подаче топлива. В корпусе трансмиссии и в гидросистеме трактора использовались рекомендуемые заводом-изготовителем масла ТМ-3–18 (Тап-15В) и
М-10Г2, соответственно. Температура их контролировалась помощью термопар ТХК, установленных в корпусе трансмиссии и баке гидросистемы, и регистрировалась двенадцатиточечным потенциометром КСП-4, который питался от бортовой электрической сети трактора. Исследования проводились при температуре топлива 25±2 оС с трехкратной повторностью. Нагрузка, подводимая к ведущим колесам трактора при исследованиях, была близкой к максимальной эксплуатационной и устанавливалась на уровне 3300±50 Н. Частота вращения коленчатого вала двигателя контролировалась прибором ИМД-ЦМ и соответствовала 2200± мин-1 [1,5,8].
Потери мощности на привод агрегатов гидросистемы можно вычислить по следующей методике. Мощность (Nэ), которая будет затрачиваться электродвигателем стенда для прокручивания колес трактора, когда муфта сцепления выключена, эквивалентна сумме потерь мощности в приводе беговых барабанов (Nпр), в трансмиссии трактора (Nтр) и в гидросистеме (Nгс), при условии отсутствия буксования колес относительно барабанов стенда [6,7]:
, кВт (1)
Мощность, затрачиваемая электромашиной стенда, определяется по формуле:
, кВт (2)
где 
- крутящий момент ротора электромашины,
;
- частота вращения ротора, 
.
Крутящий момент ротора электромашины определяется по формуле:
, Н∙м (3)
где 
- крутящий момент беговых барабанов, 
;
- КПД привода беговых барабанов стенда.
Крутящий момент беговых барабанов стенда определяется по формуле:
, Н∙м (4)
где 
— касательная сила тяги на беговых барабанах, Н
- радиус беговых барабанов, 
м.
Тогда:
, Н∙м (5)
, кВт (6)
Потери мощности в трансмиссии при включенном механизме привода гидронасоса трактора находятся по формуле:
, кВт (7)
где
кВт (8)
Тогда:
кВт (9)
Подставив мощность электромашины, определенной по формуле (6), и, выразив потери мощности в гидросистеме, получим:
,кВт (10)
Для определения потерь мощности в трансмиссии Nтр необходимо провести эксперимент при фиксированной температуре трансмиссионного масла и отключенном гидронасосе. Полученное значение будет постоянно при условии сохранения рабочей нагрузки и температуры масла. Таким образом, измерив касательную силу тяги на беговых барабанах, и зная частоту вращения ротора электромашины, которая поддерживалась постоянной (nрот = 700 мин-1), а также при известном значении потерь мощности в трансмиссии Nтр можно определить потери мощности в гидросистеме трактораNгс.
Литература:
1. Орехов, А. А. Снижение интенсивности изнашивания зубчатых тракторных трансмиссий применением рациональных температур трансмиссионных масел [Текст]: Дис. … канд. техн. наук / А. А. Орехов. — Пенза, 2001. — 162 с.
2. Рылякин, Е. Г. Повышение работоспособности тракторных гидросистем терморегулированием рабочей жидкости [Текст]: Автореф. дис. … канд. техн. наук / Е. Г. Рылякин. — Пенза, 2007. — 17 с.
3. Власов, П. А. Терморегулирование жидкости гидросистемы [Текст] / П. А. Власов, Е. Г. Рылякин // Сельский механизатор. — 2007. — № 6, С.36.
4. Пат. 2236615 РФ, МКИ5 F15B21/04. Система регулирования температуры рабочей жидкости / П. А. Власов, Е. Г. Рылякин (РФ). — № 2003118925, Заявлено 23.06.2003; Опубл. 20.09.2004, Бюл. № 26.
5. Орехов, А. А. Определение потерь мощности в трансмиссии трактора с учетом потерь в гидроприводе [Текст] / А. А. Орехов, Е. Г. Рылякин // Материалы всероссийской науч.-практ. конф. молодых ученых и специалистов «Молодые ученые в ХХI веке». — Ижевск: РИО ФГОУ ВПО «Ижевская ГСХА», 2005. Т II. — С.235–239.
6. Власов, П. А. Теоретическое обоснование терморегулирования рабочей жидкости в гидросистеме [Текст] / П. А. Власов, Е. Г. Рылякин // Нива Поволжья. — 2008. — № 1(6). - С.25–29.
7. Рылякин, Е. Г. Терморегулирование рабочей жидкости в гидроприводе транспортно-технологических машин [Текст] / Е. Г. Рылякин // Актуальные вопросы современной науки. Научный журнал. — № 1 (1). — 2014. — С. 5–10.
8. Рылякин, Е. Г. Подогрев масла в гидросистеме [Текст] / Е. Г. Рылякин // Сельский механизатор. — 2014. — № 8, С.38–40.
