CC BY
51
характеристики, необходимо корректировать полученные значения рд в соответствии зависимостью (35)
или графическими данными рисунка 11.
Обобщая полученные результаты, установлен характер уплотнения почвы под действием динамических, статических и приведенных (суммарных) нагрузок (рис. 12).
Как видно из рисунка 12, процесс уплотнения почвы происходит под действием как динамических, так и статических нагрузок, соизмеримых по величине и результирующему вкладу в общий процесс уплотнения грунта.
1
" — --=•
9--' ~ - ~ ~ ^
01 23456789 Ю N
Рис. 12. Влияние цикличности на уплотнение почвы при действии нагрузки:
1 - суммарной, 2 - статической; 3 - динамической
Уже после 5-6 циклов прохода трактора относительное уплотнение почвы возростает более, чем в два раза. С учетом вышеотмеченных особенностей режимов рагрузки и возможного разуплотнения почвы на 8-10% для динамического состояния (кривая 3) суммарное уплотнение заполняет диапазон значений 1Д..2.
Литература
1. Анисимов, Г.М. Основы минимизации уплотнения почвы трелевочными системами / Г.М. Анисимов, Б.М. Большаков. - СПб.: Изд-во ЛТА, 1998. - 108 с.
2. Силаев, А.А. Спектральная теория подрессоривания транспортных машин / А.А. Силаев. - М.: Машгиз, 1962. - 165 с.
3. Лурье, А.Б. Статистическая динамика сельскохозяйственных агрегатов / А.Б. Лурье. - Л.: Колос, 1970. -375 с.
4. Ляхов, Г.М. Основы динамики взрывных волн в грунтах и горных породах / Г.М. Ляхов. - М.: Недра, 1974. - 192 с.
5. Вялов, С.С. Реологические основы механики грунтов / С.С. Вялов. - М.: Высш. шк., 1978. - 447 с.
---------♦'---------
УДК 631.114 Н.И. Селиванов, Н.В. Кузьмин
РАЦИОНАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И РЕЖИМЫ РАБОТЫ ТРАКТОРА ВТ-150 В СОСТАВЕ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ АГРЕГАТОВ
Установлены параметрические связи показателей и режимов совместной работы гусеничного трактора и почвообрабатывающих машин-орудий, определены наиболее рациональные соотношения массоэнергетических параметров трактора при изменении условий агрегатирования.
Результатами эксплуатации и исследований эффективных режимов работы почвообрабатывающих агрегатов установлены основные передачи (І-ІІІ) гусеничного трактора ВТ-150, обеспечивающие диапазон тяговых усилий Ркр от 27 до 50 кН при скоростях движения У=2,67-1,66 м / с. Ограничивающими факто-
рами режимов рабочего хода на основных фонах являются загрузка двигателя, тягово-сцепные свойства трактора и характер внешней нагрузки, параметры распределения которой соответствуют коэффициенту вариации vp = 0,05 - 0,07 при частоте основного энергетического спектра fa = 1,9 - 2,5 с-1.
Ркр a
По результатам планирования лабораторно-полевых экспериментов получены усредненные значения коэффициентов а и в уравнения S = афкр /вфкр, связывающего коэффициент использования веса трактора (ркр = (Ркр / ОЭ) с буксованием S при установленных значениях коэффициента сопротивления движению f на различных фонах (табл. 1). Расчет тягового КПД (пТ) на основе полученных кривых буксования и значений коэффициентов f показал (рис. 1), что функция пТ = f (фкр) не зависит от массоэнергетических параметров трактора [1]. Его максимальные и допустимые значения определяются оптимальной величиной (ркрopt и рациональным диапазоном А^р = (фкр-фкрmin).
Таблица 1
Усредненные значения коэффициентов уравнения буксования
Фон а в ф кр max f
Стерня 0,0103 0,7851 0,630 0,08
Пар 0,0198 0,7993 0,575 0,10
Поле, подготовленное под посев 0,0228 0,6914 0,495 0,12
ф кр-----------►
Рис. 1. Зависимость тягового КПД трактора ВТ-150 от коэффициента использования веса
Максимальные значения тягового КПД трактора на стерне (0,751), по пару (0,712) и на поле, подготовленном под посев (0,667), соответствующие ркрор1 (0,585, 0,555, 0,475), получены при буксовании
8р <8д (3,02, 4,49 и 5,01%). Наиболее широкий диапазон Аркр = 0,170 достигается на стерне.
Стабильность показателей Ркрор1 и Ркршах нарушает при Ушіп < Ур (Уд) соотношение между мощностью Nеэ и массой тэ, составляющее параметрическую основу тяговой концепции. Указанное соотношение может быть достигнуто, если рост тягового усилия при скорости Ушіп ниже допустимой Vд по бук-
сованию будет обеспечен соответствующим приращением эксплутационной массы трактора балластом тБ max или дефорсированием двигателя на режим ДПМ до получения эксплуатационной мощности N 'еэ
тБ max = (тэmax - тэmin ) = тэmin - 1);
V min
N1 = N • V / V
Iі v еэ 1У еэ vmin ' vd‘
Экспериментальные зависимости удельного сопротивления KV = Ко (1+ АК(V2 - VG2) почвообрабатывающих машин на основных почвенных фонах позволили, при обосновании эксплутационных параметров трактора, принять следующие исходные данные: фон - стерня при А К = 0,18 с2/ м2, Vm*in = 1,5 м / с; коэффициент использования мощности E,N = 0,95 при Км < 1,20 и E,N = 1,0 для ДПМ [4].
В таблице 2 представлены результаты моделирования параметров: V; Э = Nеэ / тэ;
Ек =[1 + АК(V2 -Vl)VnT; КП = VvT /ЕК; КЕП = ЕК/КП; kn = Кп • ек/%n и
КМТ = KN / Э, характеризующих показатели трактора независимо от Ко и Ркр [2, 3].
Таблица 2
Коэффициенты показателей гусеничного трактора общего назначения на режимах nT max и Sd
Режим работы трактора V, м/с Э, Вт / кг Ек Кп, м/с К, ^ МТ ’ с2 / м Кеп м/с ZN К N , м/с
1-й 1,50 11,46/12,07 1,401 1,4256 0,174*/0,174 0,983 1,0*/0,95 1,997/2,102
Пт max = 0,751 1,90 15,30 1,727 1,4649 0,174 1,180 0,95 2,663
= 3,02% 1,99 16,0 1,814 1,4626 0,174 1,248 0,95 2,793
2-й 1,50 12,85*/13,53 1,414 1,4256 0,157*/0,157 0,992 1,0*/0,95 2,016*/2,168
Пт = 0,744 1,90 17,13 1,743 1,4649 0,157 1,190 0,95 2,687
Sd = 5,0% 1,77 16,0 1,626 1,4610 0,157 1,130 0,95 2,503
* режим ДПМ.
Первая строка чисел для каждого режима работы получена при установленной минимальной скорости 1,5 м/с, соответствующей нижней границе энергонасыщенности , вторая строка - при максимальной производительности (КПтах =1,4649) и энергонасыщенности Э^, третья строка - при верхней границе энергонасыщенности Этах = 16 Вт / кг .
Повышение энергонасыщенности от Эт^ до Этах на каждом режиме сопровождается ростом производительности (КП) до максимальной при Этах, а затем ее снижением. При этом энергозатраты (Ек и КЕП) и мощность (Км) возрастают.
Минимальную энергонасыщенность Э^^ выбираем по режиму первому из условия обеспечения скоростного диапазона (У^ - У *р1) при переводе трактора в смежный повышенный тяговый класс балластированием с учетом режима 2 для получения скоростей У < у*п на культуртехнических работах дефорсированием дизеля на характеристику ДПМ. При КМТ т1п =0,157 и минимальной скорости уП1п =1,5 м / с
энергонасыщенность Эш1п =12,85 Вт / кг трактора с ДПМ обеспечивает его функционирование в рациональном диапазоне Афкр на скоростях до Уш1п = Уо =1,4 м/с.
Максимальную энергонасыщенность трактора ЭЩ^ =15,30 Вт / кг выбираем по режиму первому, которому соответствуют максимальная производительность (КП шах =1,4649) и минимальные энергозатраты
(КЕП шп = 1,180).
Середина рационального интервала энергонасыщенности (ЭШах - ЭЩп1п) соответствует ее оптимальному уровню Э*ор1 =14,08 Вт /кг, обеспечивающему У*р1 =1,70 м/с при 8ор1 < 8 < 8д, что позволяет достигнуть практически максимальной производительности (К*Пор1 = 0,994 • К*Пшак) при существенном (Е*Кор, = 0,901 • Е*шах) снижении удельных энергозатрат.
В таблице 3 приведены расчетные, фактические и предлагаемые варианты массоэнергетических параметров гусеничного трактора тягово-энергетической концепции ВТ-150. Реализация предлагаемых вариантов изменения массоэнергетических характеристик существенно расширяет потенциальные тяговые и скоростные диапазоны его использования. Варианты № 3 и 5 могут быть приняты соответственно как резервные для агрегатирования с перспективными почвообрабатывающими комплексами и дополнительные для культуртехнических работ.
С ростом энергонасыщенности потенциальные возможности трактора смещаются в сторону более высоких скоростей, увеличивая одновременно скоростной диапазон с недоиспользованием мощности двигателя по сцепным свойствам (вариант №2). Стабильность уровня загрузки двигателя при этом достигается сохранением энергонасыщенности трактора (вариант №3). Показатель реализации мощности по этому варианту соответствует массоэнергетическим параметрам базовой модели трактора (вариант №1). Соответствующее увеличение эксплутационной массы трактора в 1,1 раза балластированием сопровождается адекватным приращением Ркр и Nкр при скоростях движения У > Уд (рис. 2).
кр
Таблица 3
Массоэнергетических параметры гусеничного трактора тягово-энергетической концепции ВТ-150
Номер варианта Расчетные Фактические Предлагаемые тб, кг
Э, Вт / кг N еэ, кВт S * Э, Вт / кг N еэ, кВт S * Э, Вт / кг N еэ, кВт т э, кг
і ( э :Р1) 14,08 110,4 7841 14,1 110 7820 14,1 110 7820 0
2 ( Э^ ) 15,30 120,0 7841 - - - 15,5 121 7820 0
3 (Э ) 14,08 120,0 8591 - - - 14,1 121 8600 780
(резервный)
4 ( э;п ) 12,85 110,4 8591 12,8 110 8600 12,8 110 8600 780
5 (Э1) 12,85 100,8 7841 - - - 12,8 100 7820 0
(дополнительный)
С учетом продольных координат центра давления, рациональные по энергозатратам диапазоны тяговых усилий трактора ВТ-150 составляют [4] на основных почвенных фонах (стерня, пар, поле под посев) соответственно: 40,5-54,8; 38,0-48,5; 34,2—40,1 кН (тэтах=8600 кг) и 26,8-40,5; 23,8-38,0; 19,6-34,2 кН (тзтіп= 7820 кг) (см. рис. 2).
Рис. 2. Потенциальные тяговые характеристики трактора ВТ-150 с разными массоэнергетическими параметрами на стерне
Полученные результаты позволили обосновать основные принципы компромиссного решения по выбору рациональных параметров и режимов работы гусеничного трактора тягово-энергетической концепции при изменении условий агрегатирования:
на основной обработке почвы прицепными машинами без ограничений по ширине захвата при ЛК > 0,10 с2/м2 для обеспечения Ркртах применять трактор с тэтах и Зтіп, скоростной диапазон
которого (у ор1 - Уд) служит основой для расчета передаточного числа первой рабочей передачи;
на основной обработке при АК > 0,15 с2/м2 и ограничении ширины захвата навесного орудия по колее и навесоспособности энергомашины использовать соотношение тэ Ш1п / Эор1;
на обработке паров и предпосевной культивации (АК < 0,10 с2/м2 ) широкозахватными машинами наиболее эффективно соотношение т . / Э ^;
1 1 Э Ш1П Шал '
на мелиоративных работах с ограничением технологической скорости и ширины захвата тяговоприводных машин (АК > 0,20 с2/м2) использовать трактор в режиме ДПМ при соотношении
т / Э
э Ш1п Ш1п
Предложенные варианты использования трех уровней мощности и балластирования (тб Шах = 0,1 • тэ Ш1п) позволяют реализовать тягово-энергетическую концепцию гусеничного трактора общего назначения, обеспечивающую эффективное его функционирование в установленных для мобильных энергетических средств 3-5 классов тяговых диапазонах.
Р кр
Рис. 3. Показатели технологических свойств трактора ВТ-150 с переменной массой:
1 - отвальная вспашка; 2 - культивация стерни; 3 - предпосевная культивация; 4 - лущение паров
У базовой модели трактора ВТ-150 (тэшіп = 7820 кг, Э*ор1 = 14,1 Вт / кг) наиболее высокие
показатели на разных фонах достигаются на II передаче при тяговых усилиях 35,6-38,7 кН , которые не превышают допустимых по агрегатируемости значений Ркршах. Поэтому II передачу следует использовать на вспашке почвы полунавесными и навесными оборотными плугами.
Более высокие потенциальные возможности трактора с ЭШах = 15,5 Вт / кг могут быть реализованы только на III передаче, поскольку тяговые усилия в номинальном режиме РКРнп = 40,1-43,15 кН превышают допустимые по условию агрегатируемости.
Для реализации максимальных тяговых нагрузок на основной обработке стерни широкозахватными агрегатами наиболее эффективен балластированный трактор (тэшах = 8600 кг, Э^п = 12,8 Вт / кг) на первой передаче, у которого при РКРн 1 = 49,71 кН достигаются наивысшие значения оценочных показателей (Ыкр = 82,54 кВт, gкр = 303,84 г / кВт ■ ч, 8 = 3,11 %).
Сравнительная оценка показателей технологических свойств основных вариантов трактора с учетом агрегатируемости подтвердила (рис. 4) эффективность установленных для разных операций рациональных массоэнергетических параметров.
Э
а б
Рис. 4. Влияние энергонасыщенности на показатели технологических свойств трактора ВТ-150:
а) основная обработка почвы; б) паровая и предпосевная обработка
С учетом агрегатируемости, на вспашке почвы (Ко=11,5 кН/м, АК =0,18 с2/м2) показатели чистой производительности (4,66 м2/с) и удельных прямых эксплуатационных затрат (308,5руб/га ) у трактора базовой комплектации на II передаче на 2,0% выше, чем при его балластировании. Однако при глубоком рыхлении (0,40-0,45м) чизельным плугом (Ко=16 кН/м, АК =0,20 с2/м2) лучшие показатели достигаются у балластированного трактора на I передаче.
Обработка стерни АКП «Лидер-4» на глубину 0,14-0,16 м (Ко=4,74 кН/м, АК =0,12 с2/м2) при 3min =12,8Вт / кг и тэmax трактора на I передаче обеспечивает повышение производительности и снижение удельных затрат до 35 и 49%.
При чизелевании стерни АКП «Лидер-4» (Ко=7,63 кН/м, АК =0,053 с2/м2) на глубину 0,22-0,24 м наиболее высокие показатели у трактора базовой комплектации на II передаче.
На дисковании чистых паров (Ко=1,512 кН/м, АК =0,068 с2/м2) и предпосевной культивации АКП «Лидер-4» (Ко=5,6 кН/м, АК =0,051 с2/м2), повышение производительности и снижение затрат у трактора с Этах /тэmin на III передаче достигает 16-20 и 5-7%.
При высокой сходимости (0,96-0,97%) результатов моделирования (уркр = 0,07 ) и сравнительных
производственных испытаний (табл. 4) установлены рациональные параметры и режимы работы почвообрабатывающих агрегатов на базе трактора ВТ-150:
а) вспашка зяби (0,20-0,24 м) - тБ =0, N»=110 кВт, плуг ПЛП-6-35, II п.;
б) зяблевая безотвальная обработка стерни (0,14 - 0,16 м) - тБ max =780 кг, N»=110 кВт, два АКП «Лидер-4» и сцепка СК-8, I п.;
в) зяблевое чизелевание (0,24-0,26 м) - тБ =0, Мет=110 кВт, АКП «Лидер-4», II п.;
г) глубокое рыхление (0,40-0,45 м) - тБmax =780 кг, Мет=110 кВт, плуг ПЧ-2,5, I п.;
д) лущение паров (0,10-0,12 м) - тБ =0, Мэ=121 кВт, лущильник ЛДГ-15, III п.;
е) предпосевная культивация (0,14-0,16 м) - тБ =0, Л/еэ=121 кВт, АКП «Лидер-4», III п.
Таблица 4
Технико-экономические показатели почвообрабатывающих агрегатов
Наименование операции и с.-х. машины тэ, кг Э, Вт/кг Основная передача Технико-экономические показатели агрегатов ТТ 7 эксп У 0 == мод — эксп 7 уэ Х уэ = — мод X уэ
У, м2/с Z уэ , руб/га 8 т , кг/га Е- Ркр тах
Культивация стерни /=(14-16 м) 2 АКП-4 8600 12,8 1 12,65 103,82 6,30 0,84 1,04 1,04
8600 14,1 1 12,78 106,57 6,50 0,83 1,05 1,05
Чизелевание /=(22-24 см) АКП-4 7820 14,1 2 8,53 159,85 9,33 0,79 1,04 0,97
8600 12,8 2 8,50 161,55 9,43 0,80 1,03 0,97
7820 15,5 2 8,69 162,64 9,53 0,71 1,04 0,97
Вспашка /=( 22-24 см) ПЛП-6-35 7820 14,1 2 4,50 306,76 17,44 0,81 1,04 0,96
8600 12,8 2 4,42 314,45 17,88 0,83 1,03 0,97
7820 15,5 2 4,56 313,60 17,90 0,73 1,04 0,96
8600 14,1 2 4,55 316,05 18,05 0,75 1,04 0,96
Глубокое рыхление /=(40-45 см) ПЧ-2,5 8600 12,8 1 4,17 334,08 18,96 0,94 1,04 0,96
8600 14,1 1 4,25 340,45 19,41 0,94 1,04 0,96
Предпосевная культивация АКП-4 /=(12-14 см) 7820 14,1 2 8,70 151,31 8,82 0,77 1,03 0,97
7820 15,5 3 10,49 143,56 8,56 0,86 1,04 0,96
8600 14,1 3 10,48 145,17 8,66 0,84 1,04 0,96
Лущение паров /=(10-12 см) ЛДГ-15 7820 14,1 2 30,74 40,74 2,77 0,66 0,97 1,04
7820 15,5 3 36,58 41,45 3,00 0,86 0,97 1,03
8600 14,1 3 36,51 42,12 3,05 0,85 0,97 1,03
Выводы
1. По результатам разработанной системы экспериментальных исследований установлены параметрические связи показателей и режимов совместной работы гусеничного трактора и почвообрабатывающих машин-орудий, позволившие определить:
максимальные значения тягового КПД на стерне (0,751), паровом (0,712) и подготовленном под посев (0,667) фонах, соответствующие им оптимальные величины (0,585, 0,555, 0,475) и рациональные диапазоны изменения параметра оптимизации <ркр;
экстремальный уровень использования мощности (<^ = 0,95) тракторного дизеля с коэффициентом приспособляемости Ки<1,20 и ДПМ (<^ = 1,0) при агрегатировании современных почвообрабатывающих машин и комплексов;
минимальный (12,8), оптимальный (14,1) и максимальный (15,5 Вт/кг) уровни энергонасыщенности, обеспечивающие в сочетании с эксплуатационной массой тЭ ш1п =7820 кг и балластом тБ шах =0,1 тЭ ш1п
эффективное использование трактора ВТ-150 в установленных для мобильных энергетических средств 3-5 классов тяговых диапазонах.
2. Результатами моделирования, подтвержденными экспериментально, определены наиболее рациональные соотношения массоэнергетических параметров (тЭ / Э) гусеничного трактора при изменении условий агрегатирования: (тЭ ш1п + тБ шах)/ ЭШЬ - на основной безотвальной обработке почвы при-
цепными комплексами без ограничений по ширине захвата для получения Ркршах; тЭш1п /Эор1 - при ограничении ширины захвата навесного орудия для основной обработки по колее и навесоспособности; тЭш1п / ЭШах - на обработке паров и предпосевной культивации широкозахватными агрегатами.
Литература
1. Селиванов, Н.И. Тягово-сцепные свойства гусеничных тракторов / Н.И. Селиванов, Н.В. Кузьмин
// Вестн. КрасГАУ: науч.-техн. журн. - Вып. 2. - Красноярск, 2007. - С. 212-216.
2. Селиванов, Н.И. Показатели технологических свойств тракторов / Н.И. Селиванов, Н.В. Кузьмин // Вестн. КрасГАУ: науч.-техн. журн. - Вып. 1. - Красноярск, 2007. - С. 142-246.
3. Самсонов, В.А. Оценка эффективности и сравнение тракторов при проектировании и модернизации
/ В.А. Самсонов // Тракторы и с.-х. машины. - 2006. - № 3. - С. 11-16.
4. Селиванов, Н.И. Агрегатируемость гусеничного трактора с почвообрабатывающими машинами / Н.И. Селиванов, Н.В. Кузьмин // Вестн. КрасГАУ: науч.-техн. журн. - Вып. 3. - Красноярск, 2007. -С. 189-193.
--------♦'-----------
УДК 631.89. (631.3) Н.И. Селиванов, Д.А. Санников
СТРУКТУРА СИСТЕМЫ АДАПТАЦИИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ МАШИННО-ТРАКТОРНОГО АГРЕГАТА К ИСПОЛЬЗОВАНИЮ АЛЬТЕРНАТИВНОГО ТОПЛИВА
Представлена научно обоснованная структурная схема преобразования тепловой энергии топлива в механическую работу трактора. Разработаны динамическая модель и методология ресурсосберегающей адаптации трактора и МТА к альтернативному топливу.
Эффективность функционирования сельскохозяйственных тракторов при использовании альтернативных дизельному моторных топлив может быть установлена при сравнительной оценке их потенциальных возможностей, показателями которых являются потенциальная производительность энергетического средства в составе машинно-тракторного агрегата (МТА) и стоимость выполнения технологического процесса.
Производительность МТА пропорциональна тяговой мощность Ыкр и мощности, снимаемой с ВОМ трактора Ывом, которые являются выходными параметрами для характеристики энергетических возможностей трактора. Поэтому выражение
W = / ( + Nвом ) (1)
характеризует потенциальные возможности мобильного энергетического средства (МЭС) по производитель-
ности (ПВМw).
При сравнительной оценке стоимости технологического процесса в данном случае целесообразно использовать удельные затраты 1уэ, включающие стоимость От израсходованного двигателем топлива на единицу обработанной площади gw:
2уэ = С • ; (2)
„ = 103 • 8ен • Neэ (3)
8W = W ■ (3)
Поэтому удельный расход топлива gw можно принять за показатель оценки потенциальных возможностей МЭС по топливной экономичности (ПвМgw).
Для данного класса трактора потенциальные возможности определяются соответственно эксплуатационной мощностью двигателя Ыеэ и удельным расходом топлива в номинальном режиме ден, которые пре-
