Математическая модель функционирования тягово-приводного МТА Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

F=

p-V2 -S 2

кг м/с2

где р - плотность воздуха, равная 1,29 кг/м3;

V2 - средняя скорость ветра, м/с;

£ - площадь средства, воспринимающего поток ветра, м2.

Следовательно,

т ■ g ■ Н < F ■ Ь ■ £

или р■ V2

m-g-H <

2

Отсюда

S >

2m-g-H

р-V2 -Ь

Учитывая, что центр приложения силы ветра будет находиться не в точке противодействующей силы, расчет механизма производится по правилу рычага II рода. В нашем случае усилие приложения ветра, а значит и величина рассчитываемой площади, уменьшится в 4 раза.

Следовательно,

£

гч расч. 2

£ =-------, м .

Зная необходимую площадь паруса, мы задаемся приемлемым значением одной из его сторон и получаем значение другой стороны:

£

а = —. б

Учитывая, что при колебательном движении паруса энергия ветра расходуется не только на привод нагрузки - насоса, но и на разгон и торможение самого паруса, то выгодный режим этого ветродвигателя относительно тихоходный, а следовательно, и безопасный в эксплуатации. При этом максимальный коэффициент полезного действия качающийся ветродвигатель достигает в том случае, когда будет скомпенсирована его реактивная мощность, т.е. когда он представляет собой колебательную систему, работающую на резонансной частоте.

Расчетная производительность предлагаемой установки составляет 0,4 м3/ч. Ориентировочная стоимость установки - 10000 руб. Одной такой установки достаточно для водоснабжения фермы крупного рогатого скота на 100 голов.

+ + +

4

УДК 631.3 B.C. Красовских,

Т.В. Добродомова

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ТЯГОВО-ПРИВОДНОГО МТА

По характеру использования энергии машинно-тракторные агрегаты (МТА) применяются как тяговые, так и тягово-приводные (когда тяговое усилие трактора используется только для перемещения рабочей машины, ее рабочие органы получают энергию через ВОМ) [2].

Тягово-приводной МТА рассматривается как некоторая динамическая система. Работа МТА (рис. 1) - реакция системы Y на внешние воздействия X, искаженные возмущениями [3].

X

V AY \i

Рис. 1. Модель функционирования тягово-приводного МТА:

Х - внешние воздействия;

Y - реакция системы

Особенностью функционирования тяговоприводного МТА является вероятностно-статистический характер внешних воздействий Х, обусловленный многочисленными переменными факторами [1].

Поэтому для определения выходных показателей примем математическую модель «почва-почвообрабатывающий посевной комплекс-движитель-трансмиссия-двигатель» («П-ППК--Дж-Т-Дв»), в основе которой будет заложена вероятностная математическая модель, разработанная на кафедре «Тракторы и автомобили» Алтайского государственного аграрного университета под руководством проф., д.т.н. В.С. Красовских (рис. 2).

Входные внешние воздействия представляют собой случайные процессы. Они оказывают влияние на основные выходные переменные Y величины, определяющие функционирование

МТА в эксплуатационных условиях. Из-за случайного характера внешних Х, управляющих и и возмущающих Z воздействий выходные Y показатели работы МТА могут рассматриваться в виде случайных функций по времени или пройденному пути [4].

Будем использовать метод функций случайных аргументов. Его сущность состоит в том, что МТА рассматривается в виде модели «вход-выход» (рис. 2). Входные X и выходные Y переменные величины определяются детерминированной (неслучайной) функциональной зависимостью Y = Д(Х).

Чтобы учесть случайные факторы при обосновании оптимальных режимов работы МТА в процессе выполнения технологических операций, необходимо установить вероятностно-статистические оценки энергетических и техникоэкономических показателей - математические

ожидания М(У), или средние значения У .

а)

г ці) 22(і) гз(і)

і |гп(ц |

ХНО

X

Х2(0

Хп(1)

МТА

у ко

У2(0

Уп(0

и КО

42(0

из(0 ип(0

и

б)

Хп(0

Рис. 2. Схема к определению выходных Y показателей тягово-приводного агрегата по принципу «вход-выход»: а) общая с учетом внешних Х, управляющих и и возмущающих Z воздействий и функциональных параметров Y = f(X,U,Z); б) по принципу «вход-выход» Y = Д(Х)

Из анализа результатов более тысячи экспериментальных исследований следует, что нет полей с одинаковыми условиями функционирования МТА. Поэтому при оценке выходных параметров и режимов работы агрегата на со-

вокупности полей Алтайского края надо использовать усредненные эксплуатационные характеристики.

В соответствии с принятой схемой работы тягово-приводного агрегата управляющими показателями при расчете эксплуатационной тяговой характеристикой МТА по группе полей являются: номинальная мощность Ын, вес семян и удобрений Gтм; входной показатель - математическое ожидание тягового сопротивления агрегата для группы полей м(Р).

Основная особенность эксплуатационных характеристик заключается в том, что они представляют собой зависимость математических ожиданий выходных показателей работы двигателя и шасси от математического ожидания тягового сопротивления, веса семян и удобрений, номинальной мощности двигателя:

М(У) = / ^(Р),Мн,Отм ]. (1)

Дополнительными величинами для расчета эксплуатационной тяговой характеристики агрегата для группы полей являются: средняя относительная величина передаточных чисел трансмиссии основного ряда передач трактора qсp (структуры ряда передач трактора), математическое ожидание среднего значения коэффициента пропорциональности, учитывающего влияние рабочей скорости движения агрегата на тяговое сопротивление М(є ), коэффициент вариации математического ожидания приведенного удельного тягового сопротивления агрегата по группе полей vгп.

Выходными показателями работы тяговоприводного МТА по совокупности полей являются математические ожидания выходных переменных для группы полей [4]:

М (Мкр ) = мм (Пт);

В =-р

М (Vp)=М (Мкр)/ М (Р); __________М (Р)________

(2)

(3)

М (Кпр) [1+М (Єпр) [М (Ур )2-VI ] М (Жч)=0,36ВРМ (Ур);

(4)

(5)

М(Ж см) = М(Ж^ас) ■ Тсм; (6)

М(Жчас) = М(Жч) ■ ТсМ±_ (7)

_ М^) =Ы^Гсм )/М(Шем), (8)

где м (Укр) - матожидание мощности на крю-

ке шасси (трактора), кВт;

N - эффективная мощность двигателя, кВт;

М(П )- матожидание тягового КПД шасси;

М (Ур) - матожидание рабочей скорости агрегата, м/с;

Bp - рабочая ширина захвата агрегата, м;

М (Knp) - матожидание приведенного

удельного тягового сопротивления агрегата, соответствующее постоянной скорости движения (Vпp = const), кН/м;

M (єnp) - матожидание коэффициента, учитывающего зависимость тягового сопротивле-

22

ния агрегата от скорости движения, с /м ;

Vnp - приведенная скорость движения, м/с;

M(W), M(W™) - матожидания чистой и сменной производительности агрегата, га/ч;

М(Жчас) - матожидание производительности агрегата за час эксплуатационного (сменного) времени;

Т(м - время смены, час;

тм - коэффициент использования рабочего времени смены;

M(g матожидание погектарного расхода

топлива, кг/га;

М (Отсм)- матожидание расхода топлива двигателя за час сменного времени, кг/ч.

При проведении теоретических расчетов величину тягового КПД шасси и его составляющих можно определить по формулам [5]:

M(Vm)=м(цмn)м(цf)м(цs); (9)

M(nf) = M(P) /(M(P) + Pf); (10)

Ы(П3 ) = 1-М^);; (11)

M(S) = B-1 ln[A/(q>m,x-M(P)/(AkM(G)j, (12) где M(n ) - матожидание КПД механических потерь;

М(~ ) - матожидание КПД, учитывающего

потери на качение МТА;

M(П ) - матожидание КПД, учитывающего

потери на буксование движителей;

р^ - среднее значение силы сопротивления качению, кН;

M (S) - матожидание коэффициента буксования, %;

A, В, (ршсм - коэффициенты осредненных зависимостей коэффициентов использования сцепного веса гусеничного трактора на почвенном фоне - стерня пшеницы на среднесуглинистом черноземе;

Лк - коэффициент нагрузки на ведущие колеса трактора;

М( G) - среднее значение эксплуатационного веса агрегата, кН.

Количество израсходованного топлива за час сменного времени определяется с учетом расхода топлива на рабочем и холостом ходу шасси, заездах и транспортных переездах агрегата, холостом режиме работы по формуле:

M (От)=10г^3geнNвoШ +Vr^geHNm -Ucr т, +Яо^а Т +Лош Т +*<%, Тд

(13)

где geн - номинальный удельный расход топлива двигателя, г/кВт • ч;

МВОМ, Мт - мощности, затрачиваемые на привод рабочих органов машины и на поступательное движение агрегата, кН;

Ло - коэффициенты использования номинального расхода топлива соответственно на рабочем ходу трактора Ло т, заездах агрегата Ло Тз, транспортных переездах агрегата Ло Та, холостом ходу трактора Ло Тт, холостом режиме работы двигателя Ло Тд;

тсм, тз, та, тт, тд - соответственно коэффициенты использования сменного времени по элементам его затрат.

Значение коэффициента часового расхода топлива на рабочем ходу определяется по формуле:

Ы(Яот) =991-4,02q+3,2%np+ + 1926v-1542qv-2337V

(14)

Заезды, холостые переезды агрегатов с поля на поле и холостые ходы трактора выполняются при загрузке двигателя на регуляторной ветви характеристики. Тогда величина расхода топлива на этих операциях определяется по формуле:

О = О + (О - О )

г гг ' и х.хУ

Р

kz

(15)

Pk

Hz

где Ркг, РкНг - касательная сила тяги трактора на холостом ходу при заездах и холостых переездах агрегата и касательная сила тяги при номинальной загрузке двигателя.

Если принять скорость движения шасси на z-й передаче постоянной при работе двигателя с недогрузкой и номинальном режиме, то после преобразования уравнения (15) получим:

G = О + (О - О )-

Т XX ' W X X/

(16)

П мпП SN в,

где Vз - средняя скорость заездов и переездов агрегата с поля на поле.

Значение касательной силы тяги определим по формуле:

P = fG + fG

k"7 ^ mr ^ л а л А

(17)

' кі ° тр ° м м

где / /м - коэффициенты сопротивления качению трактора и с.-х. машины;

отр, ом - вес трактора и с.-х. машины. Определим величину Ло Та через мощность на колесе:

Nk = Pkz°T ,

где и - теоретическая скорость агрегата.

(18)

(19)

Величина мощности на колесе равна:

Хк = Рь^-. к (1-£)

Определим мощность на качение агрегата: ==^~ ; (20)

Vf Пмп ЛОта = —

та Ne

(21)

Коэффициент использования номинального расхода топлива на холостом ходу трактора

ЛG тт определится аналогично формулам (16)-(20) без веса агрегатируемой с.-х. машины.

Наибольший интерес в качестве критерия оптимизации параметров и режимов работы тягово-приводного МТА представляет комплексный критерий, учитывающий производительность агрегата, погектарный расход и стоимость топлива, амортизационные отчисления на технику, стоимость техники, эффективность использования агрегата, заработную плату обслуживающего персонала. Таким критерием являются средние совокупные затраты средств, включающие в себя затраты на эксплуатацию агрегата и потери от уплотняющего воздействия движителей на почву.

С использованием данной матмодели были рассчитаны выходные показатели работы

ЭППК (энергетического почвообрабатывающего посевного комплекса): тягово-приводного агрегата на базе гусеничной машины МТ-5 и ППК, тягового агрегата на базе колесного трактора К-701 и ППК.

Проведенные экспериментальные исследования подтверждают достоверность вероятностной математической модели «почва-почвообрабатывающий посевной комплекс-движитель-трансмиссия-двигатель».

Библиографический список

1. Агеев Л.Е., Бахриев С.Х. Эксплуатация энергонасыщенных тракторов. М.: Агропром-издат, 1991. 271 с.

2. Анилович В.Я., Водолажченко Ю.Т. Конструирование и расчет сельскохозяйственных тракторов. М.: Машиностроение, 1976. 456 с.

3. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969. 576 с.

4. Красовских В.С. Повышение эффективности функционирования тяговых агрегатов за счет оптимизации параметров и эксплуатационных режимов работы в степных и лесостепных районах Западной Сибири: Автореф. дис. докт. техн. наук. Спб.; Пушкин, 1991. 37 с.

5. Чудаков Д.А. Основы теории и расчета трактора и автомобиля. М.: Колос, 1972. 384 с.

+ + +

УДК 631.3

B.C. Красовских, Т.В. Добродомова, Д.В. Синогейкин

РЕЗУЛЬТАТЫ ПОЛЕВЫХ ИСПЫТАНИЙ ТЯГОВО-ПРИВОДНОГО МАШИННО-ТРАКТОРНОГО АГРЕГАТА

В условиях Сибири, где среднемноголетняя сумма осадков неравномерна и не больше 300350 мм, необходимо использовать влагосберегающие машинные технологии с ограничением числа проходов машин для уменьшения глубины уплотнения почвы, с совмещением технологических операций. Для этого следует применять комбинированные агрегаты, позволяющие проводить сразу несколько с.-х. операций, такие как почвообрабатывающий посевной комплекс (ППК) производства ОАО «Рубцовский машиностроительный завод».

ППК представляют собой сцеп, состоящий из культиватора (рама сварной конструкции из балок закрытого профиля) и прицепной тележки, на которой смонтированы: два бункера

(один для семян, другой для удобрений), двигатель привода вентилятора, вентиляторная установка, дозаторы подачи семян и удобрений из бункеров, загрузочно-разгрузочный шнек для загрузки (разгрузки) бункеров.

Достоинства почвообрабатывающего посевного комплекса:

- совмещение технологических операций (предпосевная культивация почвы, посев зерновых культур, внесение минеральных удобрений, послепосевное прикатывание, удаление сорняков);

- автономность зернотукового бункера;

- универсальность, которая заключается в возможности сменных рабочих органов и ис-