CC BY
8
Оценка эффективности использования трактора с двигателем постоянной мощности на операциях почвообработки
С.Ю. Журавлёв, к.т.н, ФГБОУ ВО Красноярский ГАУ
Повышение эффективности использования современной высокопроизводительной сельскохозяйственной техники, с точки зрения минимума эксплуатационных затрат, является одним из основных требований к разработке новых и модернизации существующих технических систем, использующихся в качестве мобильных сельскохозяйственных агрегатов (машинно-тракторных агрегатов).
Негативное влияние на показатели машинно-тракторного агрегата (МТА) вероятностной нагрузки в значительной степени снижается благодаря тому, что величина коэффициента запаса крутящего момента на валу двигателей современных тракторов может достигать величины Км = 1,6. Несмотря на это при выполнении операций по основной обработке почвы колебания внешней нагрузки на агрегаты могут достигать большой величины, поэтому потери (недоиспользование) мощности и снижение производительности неизбежны. Исходя из вышесказанного, оценка влияния переменной нагрузки на параметры стендовой характеристики дизеля трактора и, соответственно, на технико-экономические показатели работы МТА даёт возможность установить наиболее энергосберегающие тягово-скоростные диапазоны и параметры энергонасыщенных колёсных тракторов улучшенной классической компоновки при выполнении технологических операций почвообработки.
Обоснование оптимальных параметров и режимов работы дизеля трактора в процессе выполнения почвообрабатывающих операций желательно проводить с учётом вероятностно-статистических оценок его энергетических и технико-экономических показателей [1 - 5]. Для решения этой задачи предпочтительно использовать метод функций случайных аргументов
[1, 2, 4].
Материал и методы исследования. В качестве объекта исследования рассматриваются показатели работы дизеля ЯМЗ-53625 трактора «Кировец» К-424 при выполнении технологических операций почвообработки.
В соответствии с вышеназванным методом средние значения выходных параметров дизеля рассчитываются по следующим формулам [4, 5]:
+
, (1)
М(Не) = /{Мк) = 9550"1х 0,5 [аМк+Ьм1 +1Х52м^ + (ахМк+Ъ{М2к+Ъ{ъ1м)ф(1н) +[а2Мк +Ъ2м\ +Ь2<52м )ф(*я)-Гам{Ь[ Фн)Мк +Ь2фп)Мк}
где М(Ы^) - математическое ожидание эффективной мощности дизеля, кВт; М к - среднее значение крутящего момента на валу дизеля, Нм;
1/ -12/
Ф(ГН ) = (2л) /2 | е /2 Ж - интегральная
0
функция для У = /Мк);
ф(ГН ) = (2я) 12 ехр (-0,57^ - плотность
распределения аргумента Гн;
- 1/ 1п - г2/ Ф(^п) = (2^) | е ^2 Ж - интегральная
0
функция для У = /(Мк);
ф(Гп) = (2л)-12 ехр(-0,5ГП^ - плотность распределения аргумента Гп;
Гн =
МН -Мк
Гп =
МП -Мк
о м
°м °м
среднеквадратическое отклонение крутящего момента, Н-м;
Мн - номинальное значение крутящего момента, Н-м;
Мп - предельное значение крутящего момента, Н-м;
а1, Ьь а, Ь, а2Ь2 - расчётные коэффициенты (табл. 1).
Для расчёта средних значений часового расхода топлива двигателя использовали следующее выражение [6]:
+
а +Ь мЛ+Ш +Ь1Мк\Ф(гн)-
+{а2+Ь2МкШП)- (2)
-ар {(6* ) + 6*Ф0Я)},
где От - среднее топлива, кг/ч;
значение часового расхода
ge
* * * a* b*, a2,
= 10-3 GT-
Ne
(3)
Ь2 а Ь - расчётные коэффици- где ge - математическое ожидание удельного
енты (табл. 2).
Среднее значение удельного расхода топлива определяли по соотношению:
1. Значения коэффициентов аппроксимации характеристики дизеля для расчёта математического ожидания мощности
расхода топлива, г/кВт-ч. Результаты расчёта средних значений энергетических параметров дизеля ЯМЗ-53625 представлены в таблице 3 и на рисунке 1.
2. Расчётные значения коэффициентов аппроксимации характеристики часового расхода топлива
Коэффициент Расчётная формула Значение
А* nmax 2300
А2* ПН + {[ПН - nn]}/(k2 - 1)} 2258
А3* ПП + {[пп - nmin]}/(ki - 1) 2005
В1* - (nmax - Пн) / Мн -0,135
В/ - (Пн - Пп) / (Мп - Мн) -2,083
В3* - (пп - nmin) / (Mmax - Мп) -2,61
а* A* + A3* 4305
а1* A* - A2* 42
* а2 A2* - A3* 253
Ь* B* + B3* -2,745
Ь1* B* - B2* 1,948
Ь2* d * d * B2 - B3 0,527
птах , пн , пП , птп - угловая скорость вала дизеля соответственно: максимальная, при номинальном моменте, при предельном моменте и при максимальном моменте, мин-1; к1 = Мтах / МП ; к2 = МП / МН
Коэффициент Расчётная формула Значение
А1 Отх 9,04
А2 Отн + {[Отн - Ош]}/(к2 - 1)} 30,28
А3 Отп + {[Отп - Ото]}/(к - 1) 42,5
В1 - (Отх - Отн) / Мн 0,037
В2 - (Отн - Отп) / (Мп - Мн) 0,008
В3 - (Отп - Ото) / (Мтах - Мп) -0,016
а А* + А3* 51,54
а1 А1* - А2* -21,24
а2 А2* - А3* -12,22
Ь В* + В3* 0,021
¿1 В* - В 2* 0,029
¿2 ** В2 - В3 0,024
Ох Отн, Отп, Ото - часовой расход топлива соответственно: на холостом ходу, номинальный, для предельного крутящего момента, при максимальном крутящем моменте, кг/ч; к1 = Мтах / МП ; к2 = МП / МН
3. Средние значения энергетических показателей двигателя ЯМЗ-53625 в зависимости от коэффициента вариации vм крутящего момента на коленчатом валу
Коэффициент вариации уМ Мн = 741 Н-м МП = 885 Н-м Mmax = 1000 Н-м Оптимальное значение Мк\ Н-м Значение N при Мк*, кВт Пд, мин 1
Ne, кВт Пд, мин 1 Ne, кВт Пд, мин 1 Ne, кВт Пд, мин 1
0 171 2200 176 1900 167,5 1600 885 176 1900
0,05 168 2165 175 1888 167 1595 862 175 1888
0,1 165,55 2134 172,47 1849 164,6 1572 860 172,46 1849
0,15 162,3 2092 168,3 1816 160,44 1532 856 168,3 1816
0,2 158,48 2042 163,15 1761 154,4 1475 846 163,15 1761
Коэффициент вариации уМ Мн = 741 Н-м Мп = 885 Н-м Mmax = 1000 Н-м Оптимальное значение Мк\ Н-м Значение ge при Мк*, г/(кВт-ч) GT ■ кг/ч
ge ПРИ M* г/(кВт-ч) gT, кг/ч ge при ML г/(кВт-ч) gT, кг/ч ge при ML г/(кВт-ч) gT, кг/ч
0 211,5 36,16 212 37,3 211,8 35,48 885 212 37,3
0,05 212,2 35,65 210,9 36,9 212,5 35,49 862 210,9 36,9
0,1 212 35,1 211,1 36,41 215 35,4 860 211,1 36,41
0,15 212 34,42 212,2 35,72 219 35,14 856 212,2 35,72
0,2 212,3 33,65 213,8 34,88 225 34,71 846 213,8 34,88
■V. «гт
1 - коэффициент вариации крутящего момента vMк = 0; 4 - коэффициент вариации крутящего момента vMк = 0,15;
2 - коэффициент вариации крутящего момента vMк = 0,05; 5 - коэффициент вариации крутящего момента vMк = 0,2;
3 - коэффициент вариации крутящего момента vMк = 0,10;
Рис. 1 - Средние значения энергетических показателей работы дизеля ЯМЗ-53625 в условиях вероятностной нагрузки
Результаты исследования. В ходе анализа результатов вычислительного эксперимента по оценке влияния переменных внешних воздействий на параметры работы дизеля ЯМЗ-53625 установлены следующие закономерности.
При значениях коэффициента вариации крутящего момента vм на валу дизеля, учитываемых в диапазоне значений от 0 до 0,2 (принимаем следующие значения vм для трёх основных групп операций почвообработки [7]: 0,05 - 0,1 - 3 группа; 0,1 - 0,15 - 2 группа и 0,15 - 0,2 - 1 группа почвообрабатывающих операций), важнейший показатель эффективности работы дизеля мощность Ые на участке стендовой характеристики от Мкн до Мкп принимает следующие значения.
В области номинального момента Мкн недоиспользование (снижение) мощности дизеля достигает почти 8 %, т.е. от 171 до 158 кВт. Одной из причин такого снижения мощности дизеля является невысокий по современным меркам запас крутящего момента (согласно данным завода-производителя коэффициент КМ = 1,35). Современные тракторные дизели могут иметь коэффициент КМ = 1,4 - 1,6. Однако такое значение коэффициента приспособляемости (КМ = 1,35) позволяет дизелю поддерживать режим постоянной мощности при значениях частоты вращения дизеля пд от 2200 до 1600 мин1. В области стендовой характеристики, соответствующейМкп, снижение мощности достигает 7,4 % при коэффициенте vм = 0,2 - 7,4 %, при этом максимумы значений мощности сдвигаются в сторону номинального значения крутящего момента МкС учётом влияния вероятностной нагрузки оптимальные нагрузочные режимы дизеля расположены в области значений Мк = 846 - 885 Н-м при значениях vм = 0,2 - 0, т.е. величина оптимальной степени загрузки дизеля Хм составляет 0,96 - 0,974. У данного дизеля, как и у большин-
ства многих современных тракторных дизелеи, максимум мощности Ne = 176 кВт стендовой характеристики находится в области предельного крутящего момента М^п = 885 Н-м.
Удельный расход топлива ge при различных значениях коэффициента вариации момента практически не меняет своих значений на участке стендовой характеристики от момента Мкн до области, соответствующей Мкп. Только в режиме перегрузки (участок характеристики от MКП до максимального момента Mmax) значения ge существенно возрастают.
Выводы. Анализ оценки воздействия вероятностного характера внешней нагрузки на дизель трактора К-424 при его использовании в составе различных почвообрабатывающих агрегатов показал, что современная система подготовки топливной смеси двигателя, включающая топливную систему Common Rail и турбонагнетатель, при запасе крутящего момента в 35% достаточно эффективно преодолевает негативное воздействие колебаний момента на валу дизеля. Особенно это отражается на расходе топлива ge.
Литература
1. Агеев Л.Е., Бахриев С.Х. Эксплуатация энергонасыщенных тракторов. М.: Агропромиздат, 1991. 271 с.
2. Журавлев С.Ю. Оценка эффективности функционирования мобильных сельскохозяйственных агрегатов с использованием тяговой характеристики трактора // Вестник Красноярского ГАУ 2011. № 9. С. 146-151.
3. Селиванов Н.И. Технологические свойства колёсных тракторов: учебн. пособие / Краснояр. гос. агар. у-нт. Красноярск, 2019. 308 с.
4. Эвиев В.А. Повышение эффективности функционирования тяговых и тягово-приводных агрегатов с трактором за счёт оптимизации эксплуатационных режимов: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. СПб. - Пушкин, 2006. 32 с.
5. Практикум по надёжности технических систем сельскохозяйственных машин: учебное пособие / В.Е. Рогов, В.П. Чернышов,
B.А. Шахов [и др.]. Оренбург, 2012.
6. Журавлев С. Ю. Минимизация энергозатрат при использовании машинно-тракторных агрегатов: монография. Красноярск, 2013.
7. Селиванов Н.И. Эксплуатационные параметры колёсных тракторов высокой мощности// Вестник КрасГАУ 2014. № 3.
C. 176-184.
Параметры зерновой сеялки, при которых обеспечивается энергосберегающий режим
движения трактора
Е.В. Припоров, к.т.н, ФГБОУ ВО Кубанский ГАУ
На основе анализа технических решений подачи материала на диск предложено конструктивное решение дозатора, обладающего технической новизной [1]. При возделывании озимой пшеницы требуется создание технологической колеи, которая формируется во время посева [2 - 4].
Цель работы - определить параметры сеялки, обеспечивающие высокопроизводительную работу агрегата при энергосберегающем режиме движения.
Традиционная технология посева зерновых предусматривает качественную подготовку почвы. Качество подготовки почвы к посеву зерновых должно отвечать требованиям ГОСТа 26244 - 84 «Обработка почвы предпосевная. Требования к качеству и методы определения». Посев зерновых по определённым агрофонам проводят рядовыми зерновыми сеялками, оснащёнными дисковыми сошниками и катушечным высевающим аппаратом. Ширина междурядья сеялок составляет 12,5; 15,0; 17,0 см и ряд других. Стандартная ширина междурядья составляет
