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

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 ^

( 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: [email protected].

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: [email protected].

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.