Научная статья на тему 'Обоснование сбалансированного соотношения между мощностью двигателя и массой сельскохозяйственного трактора'

Обоснование сбалансированного соотношения между мощностью двигателя и массой сельскохозяйственного трактора Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
207
55
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ / ТЯГОВЫЙ КПД / ВЗАИМОСВЯЗЬ / ОПТИМИЗАЦИЯ / МОЩНОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ / WORKING CAPACITY / PROPULSIVE EFFICIENCY / INDEPENDENCY / OPTIMIZATION / ENGINE POWER

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Яровой Виктор Григорьевич, Сергеев Николай Викторович, Шипик Людмила Юрьевна

Показана связь производительности агрегата с тяговым КПД трактора. Предложена зависимость тягового КПД от показателя энергонасыщенности как отношения мощности двигателя к массе трактора. Установлены оптимальные значения этого показателя в заданном интервале рабочих скоростей агрегата.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Яровой Виктор Григорьевич, Сергеев Николай Викторович, Шипик Людмила Юрьевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The substantiation of balance ratio between engine power and utility tractor mass

The connection of working capacity and tractor propulsive efficiency from power-to-weight ratio as ratio of engine power to tractor mass is offered. The optimum values of this index in given working speed interval of this unit are established.

Текст научной работы на тему «Обоснование сбалансированного соотношения между мощностью двигателя и массой сельскохозяйственного трактора»

Литература

1. Агафонова, З.В. Заблаговременное протравливание семян / З.В. Агафонова. -Москва: Россельхозиздат, 1966. - 143 с.

2. Адлер, Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий

/ Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.П. Грановский. - Москва: Наука, 1976. - 279 с.

3. Веденяпин, Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных / Г.В. Веденяпин. -Москва: Колос, 1973. - 199 с.

Сведения об авторах

Богомягких Владимир Алексеевич - д-р техн. наук, профессор кафедры тракторов и автомобилей Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии (г. Зер-ноград). Тел. 8(86359)43-6-51.

Серёгин Александр Анатольевич - канд. техн. наук, профессор, проректор по учебной работе Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии (г. Зер-ноград). Тел. 8(86359)42-1-76.

Опиев Олег Иванович - аспирант Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии. Тел. 8(8472)23-55-81.

Information about the authors

Bogomyagkikh Vladimir Alexeevich - Doctor of Technical Sciences, professor of the tractors and cars department, Azov-Black Sea State Agroengineering Academy (Zernograd). Phone: 8(86359)43-6-51.

Seriogin Alexander Anatolyevich - Candidate of Technical Sciences, professor of the department of theoretical and applied mechanics, prorector of study, Azov-Black Sea State Agroengineering Academy (Zernograd). Phone: 8(86359)42-1-76.

Opiev Oleg Ivanovich - postgraduate, Azov-Black Sea State Agroengineering Academy. Phone: 8(472)23-55-81.

УДК 631.3.012.5.004.5

ОБОСНОВАНИЕ СБАЛАНСИРОВАННОГО СООТНОШЕНИЯ МЕЖДУ МОЩНОСТЬЮ ДВИГАТЕЛЯ И МАССОЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ТРАКТОРА

© 2011 г. В.Г. Яровой, Н.В. Сергеев, Л.Ю. Шипик

Показана связь производительности агрегата с тяговым КПД трактора. Предложена зависимость тягового КПД от показателя энергонасыщенности как отношения мощности двигателя к массе трактора. Установлены оптимальные значения этого показателя в заданном интервале рабочих скоростей агрегата.

Ключевые слова: производительность, тяговый КПД, взаимосвязь, оптимизация, мощность двигателя.

The connection of working capacity and tractor propulsive efficiency from power-to-weight ratio as ratio of engine power to tractor mass is offered. The optimum values of this index in given working speed interval of this unit are established.

Key words: working capacity, propulsive efficiency, independency, optimization, engine power.

Обоснование оптимального или сбалансированного соотношения между мощностью двигателя Ые и массой т сельскохозяйственного трактора, целью которого является настоящая работа, представляет собой назревшую задачу в связи с повышением рабочих скоростей и энергонасыщенности факторов.

Считаем, что в качестве критерия оптимальности целесообразно принять максимум производительности машинно-тракторного агрегата при выполнении полевых работ. Так как производительность агрегата Жа с трактором, работающим в тяговом режиме, определяется как произведение рабочей ширины В (м) технологической машины-орудия, скорости движения V и коэффициента использования времени Ка, учитывающего непроизводительные его потери на простои, холостые переезды и тому подобное, то

жа = ка ■ В■ К. (1)

При этом тяговое усилие трактора Ркр равно:

Ркр = Куд ■ В, где К^ - удельное сопротивление машины-орудия, отнесенное к единице рабочей ширины.

Тогда

W = K„

P

K

-■V.

уд

Записав P ■ V = NKp, получим N„

W = K

K

(2)

Уд

где Ыкр - тяговая (крюковая) мощность трактора.

Согласно тяговой характеристике, огибающая по вершинам кривых тяговой мощности на разных передачах является потенциальной тяговой характеристикой и в соответствующем масштабе представляет собой кривую тягового коэффициента полезного действия (КПД) трактора ттяг [1]:

N р т = ——,

I тяг д т- ' 1 ен

где 1ен - эффективная мощность двигателя

на национальном режиме его работы.

Следовательно, максимум производительности агрегата (2) будет при максимуме тяговой мощности и, значит, при мак-

симуме тягового КПД трактора как обобщающего показателя его тягово-энергети-ческих свойств.

Общеизвестно, что

Лтяг = Лтр ' Л f 'Vs =Лп

( pf л 1 —f-

p

■(1 -S), (3)

к у

где множители характеризуют потери мощности соответственно в трансмиссии, при качении и буксовании трактора;

р - сила сопротивления качению трактора;

P - касательная сила тяги ведущих колес трактора;

S - коэффициент буксования. Преобразуем зависимость следующим образом. Силу сопротивления качению определим по известной формуле

P = f-m-g,

а касательную силу тяги - из соотношения

N -Л = P -V

1 e Чтр рк VT ,

где f - коэффициент качения;

g - ускорение свободного падения; V - теоретическая (при отсутствии буксования) скорость движения трактора.

Для вычисления коэффициента буксования воспользуемся выражением:

S = а--

Р.,

(

- + в■

Р

Y

KVKP -m-gу

где а, в, с - эмпирические коэффициенты; (р = (р - /) - коэффициент использования веса трактора; р - коэффициент сцепления.

Так как максимум тягового КПД трактора существует только при относительно малом буксовании, когда зависимость 8{ркр) практически линейная, то в приведенной формуле для коэффициента 5 ограничимся первым членом, а силу Р

выразим как разность сил - касательной Рк и сопротивления качению Р :

N

р„ = р - р, = е ]тр -/■т .

кр к f

V

N„

В результате, приняв —- = x, запи-

m

шем

Л тяг = Л

тр

1 -

/ ■ Е V

Лтр ■ Х

Л (

Лтр / 1 - а--р-+ а ■

(Ркр'ЕКг Р.

(4)

кр у

Максимум лтяг получим, приравняв нулю производную

а■ л1р'х 2 + Е2 ■К-/■ {<Ркр + а

дх ■/д

дх

Е ■ РрКг -х

= 0.

Тогда

X =

опт

= Е-

КГ.

Л тр ^

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

( Р л

I а у

(5)

(6)

Таким образом, оптимальное соотношение между мощностью двигателя и массой трактора, то есть оптимальное значение показателя энергонасыщенности сельскохозяйственного трактора, определяется, прежде всего, величиной теоретической (расчетной) скорости, зависящей от назначения трактора и вида основных технологических полевых операций, выполняемых агрегатом. Для условий работы трактора на стерне зерновых колосовых, оговариваемых типажом, значения коэффициентов уравнения (6) по данным испытания тракторов на Сев.-Кав. МИС и наших исследований [2], характерных для основных зер-носеющих районов в острозасушливых зонах страны, составляют:

/ = 0,06 - 0,08; ( = 0,66 - 0,70;

а = 0,18 - 0,22 (колесные тракторы 4К4)

и / = 0,04 - 0,05 ; ( = 0,72 - 0,76;

а = 0,06 - 0,08 (гусеничные тракторы).

Тогда, при л = 0,92 оптимальный

показатель энергонасыщенности в среднем будет равен:

(ж;

= 5,3 V

т

для колесных 4К4 тракторов и

(N }

" ' = 7,4 ■ К

_

т

(7)

(8)

для гусеничных тракторов.

В принятом интервале рабочих скоростей от 7 до 9 км/ч (гусеничные тракторы) и от 8 до 12 км/ч (колесные тракторы).

Рекомендуемому показателю энергонасыщенности соответственно (14,1-18,5)

Вт Вт - и (11,7-17,5) - отвечает ряд трак-

кг кг

торов преимущественно новых разработок: Т-150 (16,5), Т-250 (14,4), Беларус-1523

(18.4), Беларус-1222 (15,5), АТМ-3180

(19.5); (в скобках указан показатель энер-

Вт

гонасыщенности в-).

кг

Экспериментальные исследования тяговых показателей гусеничных [3, 4] и колесных [2] тракторов, в принципе, подтверждают приемлемую адекватность предложенных зависимостей (6, 7, 8), которые также позволяют прогнозировать оптимальные значения массы сельскохозяйственного трактора и его рабочей скорости.

Одним из примеров этого является сравнение расчетных показателей с результатом тяговых испытаний тракторов К-701 и К-701М с шинами разных типоразмеров на стерне ячменя [2]. При оптимальной расчетной скорости 3,1 м/с экспериментально она равна 3,3 м/с, что позволяет считать их практически одинаковыми.

Выводы

1. Сбалансированное соотношение между мощностью двигателя и массой сельскохозяйственного трактора предлагается определять по максимальной величине тягового КПД.

2. Полученные зависимости позволяют прогнозировать оптимальные значения массы трактора и рабочей скорости.

2

опт

опт

Литература

1. Кутьков, Г.М. Тракторы и автомобили. Теория и технологические свойства / Г.М. Кутьков. - Москва: Колос, 2004. -504 с.

2. Яровой, В.Г. Совершенствование сельскохозяйственного колесного движителя: монография / В.Г. Яровой. - Зерно-град: ФГОУ ВПО АЧГАА, 2008. - 158 с.

3. Бобряшов, А.П. Тяговые показатели гусеничных тракторов / А.П. Бобряшов, И.Ф. Белый // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2001. - № 11.

4. Бобряшов, А.П. Определение максимальной тяговой мощности гусеничного трактора / А.П. Бобряшов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2001. -№ 12.

Сведения об авторах

Яровой Виктор Григорьевич - канд. техн. наук, профессор кафедры тракторов и автомобилей Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии (г. Зерно-град). Тел. 8(86359)43-6-51.

Сергеев Николай Викторович - канд. техн. наук, доцент кафедры тракторов и автомобилей Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии (г. Зерно-град). Тел. 8(86359)43-6-51. E-mail: getm_vm@mail.ru.

Шипик Людмила Юрьевна - канд. техн. наук, доцент кафедры высшей математики Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии (г. Зерноград). Тел. 8(86359)43-5-89.

Information about the authors

Yarovoy Viktor Grigorievich - Candidate of Technical Sciences, professor of the tractor and automobile department, Azov-Black Sea State Agroengineering Academy (Zernograd). Phone: 8(86359)43-6-51.

Sergeev Nikolay Viktorovich - Candidatе of Technical Sciences, associate professor of the tractor and automobile department, Azov-Black Sea State Agroengineering Academy (Zernograd). Phone: 8(86359)43-6-51. E-mail: getm_vm@mail.ru.

Shipik Lyudmila Yurievna - Candidatе of Technical Sciences, associate professor of the higher mathematics department, Azov-Black Sea State Agroengineering Academy (Zernograd). Phone: 8(86359)43-5-89.

УДК 631.173.004

ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ АВТОМАТИЗАЦИИ РАБОЧИХ МЕСТ ИНЖЕНЕРОВ ДЛЯ КОНТРОЛЯ НАДЕЖНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ

© 2011 г. Е.В. Мохирев, С.Л. Никитченко

Рассматриваются факторы влияющие на надежность технологических систем растениеводства. Предложен проект усовершенствования и информатизации инженерных служб предприятия, выполнен расчет экономического эффекта от его внедрения. Разработан критерий применимости автоматизированных средств контроля работы машинно-тракторных агрегатов.

Ключевые слова: растениеводство; технологическая система; надежность; автоматизированное рабочее место.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.