CC BY
20
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 Ыкн до Ыш принимает следующие значения.
В области номинального момента М^ 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, соответствующейМКснижение мощности достигает 7,4 % при коэффициенте vM = 0,2 - 7,4 %, при этом максимумы значений мощности сдвигаются в сторону номинального значения крутящего момента МК.
С учётом влияния вероятностной нагрузки оптимальные нагрузочные режимы дизеля расположены в области значений МК = 846 - 885 Нм при значениях vM = 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 МКп 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
15,0 см. Ширина захвата зерновой сеялки кратна ширине междурядья и при стандартной ширине составляет 3,6; 4,2; 5,4 и 6,0 м. Все рядовые сеялки в составе одномашинного агрегата агре-гатируются с тракторами тягового класса 1.4 и выше. Большинство зерновых сеялок оснащено устройством для централизованного изменения нормы высева семян на высевающих аппаратах. Сеялки в составе односеялочного агрегата используют на полях площадью до 50 га или на полях, имеющих неправильную форму. Достоинство таких агрегатов - их высокая маневренность, что обеспечивает ресурсосберегающий режим движения по сравнению с многомашинным.
Материалы и методы исследования. Номинальное тяговое усилие трактора в кило-ньютонах по ГОСТу 27021-86 определяется по выражению [5]:
(1)
Ркрн А^
Вр - рабочая ширина захвата посевного агрегата, м.
Расчёты показывают, что величина тягового сопротивления посевного агрегата в зависимости от вместимости бункера и рабочей ширины захвата находится в интервале от 10,24 до 17,85 кН.
Результаты исследования. Важный показатель работы посевного агрегата - производительность за час работы и за смену. Известно, что определяющие факторы, влияющие на производительность агрегата - рабочая скорость движения, рабочая ширина захвата. Энергосберегающий режим движения агрегата должен быть обеспечен при высокой его производительности. Потребная мощность двигателя трактора определяется по известному выражению [7] с учётом выражения 1:
Яир
N = - р
103 /£«р(Сс + V рЬ) + кБрОр
. (2)
где -Ркрн - номинальная сила тяги трактора, кН; А - коэффициент, зависящий от эксплуатационной массы и типа ходовой части; тэ - эксплуатационная масса трактора, кг.
Для тракторов с колёсной формулой 4К4 и эксплуатационной массой трактора более 2600 кг значение коэффициента составляет 3,92-10 -3. Номинальная мощность двигателя тракторов тягового класса 1.4 находится в интервале от 44,1 до 66,0 кВт.
При комплектовании агрегатов важно определить энергосберегающий режим движения трактора. Критерий выбора режима движения -оптимальная загрузка двигателя, при которой величина буксования не превышает допустимого значения. Алгоритм выбора энергосберегающего режима движения трактора в составе тягового агрегата описан в ранее опубликованной работе [6]. Расчёты свидетельствуют, что широкий диапазон номинального значения силы тяги трактора не позволяет выбрать необходимую величину загрузки, при которой обеспечивается оптимальная загрузка двигателя. Особенность зерновой сеялки заключается в том, что по мере высева семян уменьшаются тяговое сопротивление и загрузка двигателя. Тяговое сопротивление зерновой сеялки включает силу сопротивления на перекатывание с загруженным бункером и тяговое сопротивление сошниковой группы во время движения:
Я = 10"3 %(вс +Г рЬ) + кБр, где Я - тяговое сопротивление сеялки, кН; /- коэффициент сопротивления на перекатывание;
g - ускорение свободного падения, м/с2;
V - объём бункера для семян, м3;
р - объёмная масса семян, кг/м3;
X - коэффициент наполнения бункера;
к - удельное тяговое сопротивление сошника,
кН/м;
3,6 3,6
Анализ выражения (2) свидетельствует, что на величину потребной мощности двигателя влияют тяговое сопротивление сеялки и рабочая скорость движения. Выпускаемые сеялки имеют рекомендуемую рабочую скорость движения посевного агрегата - 12 км/ч, но у отдельных конструкций за счёт внесённых конструктивных решений - 15 км/ч. С увеличением рабочей скорости движения агрегата возрастают затраты мощности на смятие почвы ходовым аппаратом и возрастают потери мощности на буксование. При постоянной нагрузке на крюке увеличение скорости движения агрегата сопровождается уменьшением крюковой мощности трактора.
Коэффициент загрузки двигателя определяется по выражению [7]:
N
8 N ='
кр
(3)
Зависимость часовой производительности от крюковой мощности двигателя имеет вид [7]:
ж = 0,36Nкр ЛтТ = 0,36N^8NЛтт , (4)
к к
где Ж - часовая производительность посевного агрегата, га/ч;
^ф - крюковая мощность двигателя, кВт; Пт - тяговый КПД трактора; т - коэффициент использования времени смены;
- номинальная мощность двигателя, кВт; sN - коэффициент загрузки двигателя.
Анализ выражения (4) свидетельствует, что повышение производительности посевного агрегата за счёт увеличения рабочей скорости движения не приводит к увеличению часовой производительности агрегата. В иных случаях производительность агрегата снижается при увеличении рабочей скорости движения. Поэтому основное направление повышения производительности
посевного агрегата - это увеличение расстояния от одной заправки до другой, или запас хода сеялки. Величина расстояния определяется по известному выражению [8]:
104У рЬ БрН '
Ь =
где Ь - расстояние, которое проходит посевной агрегат от одной заправки до другой, м. Принимая, что доля объёма бункера, приходящаяся на единицу рабочей ширины захвата, определяется по выражению:
V
а = —, (6)
бр
где а - доля объёма бункера на единицу рабочей ширины захвата, м3/м.
Запас хода сеялки с учётом выражения (4) составит:
Ь =
104арЬ Н
(7)
захвата. Постоянное значение этой величины для разных зерновых сеялок обеспечит постоянство запаса хода от одной заправки до другой.
С учётом выражений (2) и (4) рабочая ширина захвата посевного агрегата при оптимальной
(5) загрузке двигателя составит:
бр =
3,68NNeн -10
-3
/дОс и
с~р
ир(10 3 /gaрЬ + к)
(8)
На рисунке 1 представлена зависимость объёма бункера от рабочей ширины захвата при значениях доли объёма бункера от 0,18 до 0,24 м3/м.
По графику видно, что увеличение рабочей ширины захвата при фиксированном значении параметра а сопровождается увеличением вместимости бункера. При увеличении значения доли объёма бункера на метр рабочей ширины захвата сеялки увеличивается и вместимость бункера. Так, при рабочей ширине захвата 3,6 м и значении а = 0,42 м3/м объём бункера составляет 1,5 м3. При значении рабочей ширины захвата 5,4 м и а = 0,28 м3/м объём бункера равен 1,5 м3. Максимальная величина объёма бункера у существующих зерновых сеялок составляет 1,5 м3.
Из выражения (7) следует, что запас хода зерновой сеялки зависит только от величины доли объёма бункера на метр рабочей ширины
Зависимость рабочей ширины захвата сеялки от сухой массы сеялки представлена на рисунке 2.
Исходные данные к построению графика равны: / = 0,18; к = 1,8 кН/м; а = 0,18 м3/м.
Согласно рисунку 2 увеличение номинальной мощности двигателя сопровождается пропорциональным увеличением рабочей ширины захвата посевного агрегата. При фиксированной мощности двигателя увеличение рабочей скорости движения сопровождается уменьшением рабочей ширины захвата из-за уменьшения крюковой мощности двигателя. Увеличение сухой (конструктивной) массы сеялки в составе посевного агрегата приводит к уменьшению рабочей ширины захвата. Причина заключается в том, что увеличение конструктивной массы приводит к пропорциональному увеличению потребной мощности на перекатывание.
Рабочая ширина захвата, как известно, зависит от ширины междурядья и количества высевающих сошников. Определившись с рабочей шириной захвата, задаваясь шириной междурядья, определяется и потребное количество высевающих аппаратов по выражению:
Вр = Ь п,
где Ь - ширина междурядья зерновой сеялки, м; п - количество сошников.
Определение оптимальных параметров зерновой сеялки, при которых обеспечивается энергосберегающий режим движения трактора
1.5 1,4 1,3 "г 1,2 11,1
1 :Ф
й 0,8 °0,7 0,6
0,5
3=0,42 ^■^3=0,36 3=0^30^ -"'3=0,28 а=0,24
3=0,22
а=0Д8
3.6
4.2
4.8
5.4
Рабочая ширина захвата, м
Рис. 1 - Зависимость объёма бункера от рабочей ширины захвата при разных значениях доли объёма бункера, приходящегося на метр рабочей ширины захвата
7,ао
7,60
7.40
7. го
7,00
г 6.80
6,60
а 6.40
X 6,20
л 6,00
X 5.30
а 5 5,60
5,40
к 5, го
| 5.00
£ 4.30
4,60
4,40
4, го
4,00
3.30
3.60
12 км/ч
г К,__
ь 12 км/д
1
15 км/ч
|15 км/ч
1900
2300 2700
сухая масса сеялки, кг
3100
3500
Рис. 2 - Зависимость рабочей ширины захвата от сухой массы сеялки при рекомендуемой скорости движения 12 и 15 км/ч:
1 - номинальная мощность 60 кВт; 2 - номинальная мощность 65 кВт
в составе посевного агрегата, проводится в следующей последовательности:
- задаётся сухая масса зерновой сеялки и по рисунку 2 определяется рабочая ширина захвата в зависимости от номинальной мощности двигателя и рекомендуемой рабочей скорости движения посевного агрегата;
- по величине рабочей ширины захвата, задаваясь значением доли объёма бункера, приходящегося на метр рабочей ширины захвата, определяется объём бункера (рис. 1);
- по выражению (2) при выбранных параметрах зерновой сеялки, задаваясь коэффициентом сопротивления на перекатывание и удельным тяговым сопротивлением дисковых сошников, определяется потребная мощность двигателя;
- по выражению (4) для расчётного значения номинальной мощности двигателя можно определить коэффициент загрузки двигателя;
- зерновые сеялки для обеспечения требуемой загрузки трактора должны иметь модульный принцип изменения рабочей ширины захвата и вместимости объёма бункера.
Выводы
1. Увеличение рабочей скорости движения посевного агрегата не обеспечивает пропорциональное увеличение производительности, а иногда и снижается за счёт увеличения буксования ведущего аппарата трактора.
2. Предложен алгоритм выбора параметров сеялки, обеспечивающих энергосберегающий режим движения трактора. Для существующих рядовых сеялок вместимость бункера не превышает 1,5 м3.
3. Зерновые сеялки с рабочей шириной захвата 3,6 м не рационально использовать в составе одномашинного агрегата. Эти модели сеялок целесообразно использовать в составе многомашинного агрегата.
4. Зерновые сеялки для обеспечения требуемой загрузки трактора должны иметь возможность изменять рабочую ширину захвата и вместимость зернового бункера.
Литература
1. Припоров Е.В., Левченко Д.С. Анализ сошников сеялок ресурсосберегающих технологий посева зерновых // Труды Кубанского государственного аграрного университета. 2015. № 109. С. 379.
2. Припоров Е.В. Центробежный аппарат с подачей материала вдоль лопаток // Инновации в сельском хозяйстве. 2016. № 3 (18). С. 243-247.
3. Припоров Е.В. Анализ факторов, влияющих на ширину полос технологической колеи // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2016. № 5 (61). С. 57-59.
4. Припоров Е.В.Технологическая колея и проблемы её создания // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2017. № 2 (64). С. 82-84.
5. ГОСТ 27021-86 Тракторы сельскохозяйственные и лесохозяй-ственные. Тяговые классы.
6. Припоров Е.В., Кудря Д.Н. Обоснование энергосберегающего режима работы машинно-тракторного агрегата // Труды Кубанского государственного аграрного университета. 2014. № 47. С. 174-176.
7. Зангиев А.А., Шпилько А.В., Левшин А.Г. Эксплуатация машинно-тракторного парка. М.: КолосС, 2008. 320 с.
8. Фортуна В.И. Эксплуатация МТП. М.: Колос 1979.
