CC BY
23
Vinogradov Alexander Vladimirovich - Candidate of Technical Sciences, associate professor, head of the Power Supply department, FSBEI HE «Orel State Agrarian University» (Russia). Phone: 8 (4862) 76-34-64; + 7-920-287-90-24. E-mail: winaleksandr@rambler.ru.
УДК 631.372
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ РАБОЧИХ МАШИН © 2017 г. А.Г. Арженовский, С.В. Асатурян, А.А. Даглдиян, Д.С. Козлов, Е.Р. Щусь
Производительность машинно-тракторных агрегатов (МТА) зависит от многих факторов и условий производства, и в первую очередь от энергоемкости процесса. Главным же показателем энергоемкости процесса является тяговое сопротивление агрегатируемой сельскохозяйственной машины. В данной работе исследован оперативный способ оценки тягового сопротивления агрегатируемых сельскохозяйственных машин, основанный на анализе параметров переходных режимов разгона МТА при мгновенном увеличении подачи топлива, разработанный в АЧГАА. Однако у данного способа имеется ряд существенных недостатков: сложность и трудоемкость определения приведенной массы трактора; некорректность использования значений коэффициента буксования по тяговой характеристике трактора на соответствующем фоне на соответствующей передаче; сложность и трудоемкость определения ускорения трактора через угловое ускорение коленчатого вала двигателя из-за буксования ходового аппарата. Целью работы является совершенствование способа определения сопротивления сельскохозяйственных машин по характеристикам переходных процессов МТА путем обоснования и разработки методик определения приведенной массы трактора и его ускорения, позволяющих снизить трудоемкость измерений в условиях эксплуатации. В качестве объекта исследования в данной работе выбран процесс определения сопротивления сельскохозяйственных машин на переходных режимах работы МТА в условиях его эксплуатации. Предметом исследования в настоящей работе явилось установление закономерностей, присущих этому процессу. Предлагаемый способ определения сопротивления рабочих машин заключается в следующем. При движении трактора без нагрузки за счет снижения подачи топлива достигают частоты вращения коленчатого вала, соответствующей максимальному крутящему моменту. Мгновенно увеличивают подачу топлива до максимальной. При достижении номинальной частоты вращения коленчатого вала двигателя во время разгона трактора измеряют угловое ускорение путеизмерительного колеса. Аналогично измеряют угловое ускорение путеизмерительного колеса при разгоне трактора с дополнительной (эталонной) массой и рабочими машинами. Значение сопротивления рабочих машин определяют по формулам теоретической механики.
Ключевые слова: тяговое сопротивление, сельскохозяйственная машина, переходный режим, трактор, масса, скорость, ускорение, буксование.
The productivity of machine-tractor units (MTU) depends on many factors and conditions of production, and primarily on the energy intensity of the process. The main indicator of the energy intensity of the process is the traction resistance of the aggregated agricultural machine. In this paper, an operative method for estimating the traction resistance of aggregated agricultural machines based on an analysis of the parameters of the transient regimes of MTU acceleration at an instant increase in the fuel supply was designed. This method was designed at the Azov-Black Sea Engineering Institute. However, this method has a number of significant drawbacks: the complexity and laboriousness of determining the corrected tractor mass; incorrect use of the slip ratio values according to the tractive tractor characteristic on the corresponding background in the corresponding transmission; complexity and laboriousness of determining the acceleration of the tractor through the angular acceleration of the engine crankshaft due to skidding of the running gear. The purpose of the work is to improve the method for determining the resistance of agricultural machines based on the characteristics of the transient processes of the MTU, by justifying and developing methods for determining the corrected mass of the tractor and its acceleration, which make it possible to reduce the laboriousness of measurements under operating conditions. As a research object in this paper, the process of determining the resistance of agricultural machines in transient operating modes of the MTU under the operation conditions has been selected. The subject of the research in this paper was the establishment of regularities that are inherent in this process. The proposed method for determining the resistance of working machines is as follows. When the tractor moves without load, due to the reduced fuel supply, there is achieved rotation frequency of the crankshaft corresponding to the maximum torque. The fuel supply is instantly increased to maximum. When the rated speed of the crankshaft is reached during tractor acceleration, the angular acceleration of the path-measuring wheel is measured. Similarly, the angular acceleration of the path-measuring wheel is measured when the tractor is accelerated with the additional (standard) mass and the working machines. The value of the resistance of working machines is determined by the formulas of theoretical mechanics.
Keywords: traction resistance, agricultural machine, transient mode, tractor, mass, speed, acceleration, slipping.
Введение. Производительность машин- гих факторов и условий производства, и в пер-но-тракторных агрегатов (МТА) зависит от мно- вую очередь от энергоемкости процесса. Глав-
ным же показателем энергоемкости процесса является тяговое сопротивление агрегатируе-мой сельскохозяйственной машины.
Тяговое сопротивление сельскохозяйственных машин является важнейшим энергооценочным параметром МТА. Определение его величины в условиях эксплуатации необходимо для:
• выбора наиболее производительных составов агрегатов и режимов их работы;
• установления технически обоснованных норм выработки и расхода ГСМ;
• обеспечения контроля за техническим состоянием тракторов и сельскохозяйственных машин, правильностью их регулировок и т.д.
Измерение величины тягового сопротивления прицепных сельскохозяйственных машин не представляет сложности. Осуществляется это простым динамометрированием. Применительно же к навесным и ряду полунавесных машин задача эта значительно усложнена тем, что вектор тягового сопротивления в этом случае направлен не по одной линии, а распределен по тягам навески.
Анализ последних публикаций. Анализ существующих способов и средств определения тягового сопротивления навесных сельскохозяйственных машин приводит к выводу, что всем им присущи определенного вида недостатки: либо они не удовлетворяют достаточной точности, либо сложны по конструктивному исполнению или требуют сложной измерительно-регистрирующей аппаратуры и высокой трудоемкости обработки результатов измерений, либо неуниверсальны для всего шлейфа используемых машин. Отсутствие простого и надежного способа определения этого показателя приводит к разномарочности используемых устройств, изготавливаемых зачастую своими силами, а это влечет за собой различную достоверность получаемых результатов. Поэтому разработка таких способов, приемлемых не только для машиноиспытательных станций, но и для конкретных хозяйств, является весьма актуальной и представляет значительный интерес.
В данной работе исследован оперативный способ оценки тягового сопротивления аг-
регатируемых сельскохозяйственных машин, основанный на анализе параметров переходных режимов разгона МТА при мгновенном увеличении подачи топлива, разработанный в СибИМЭ. Способ является дальнейшим развитием динамического метода оценки мощностных показателей двигателя внутреннего сгорания, предложенного В.А. Змановским и В.М. Лившицом [1].
Дальнейшее развитие этот способ получил в работах Н.В. Щетинина [2, 3]. Усовершенствованный им способ определения сопротивления рабочих машин заключается в том, что при рабочем ходе трактора за счет снижения подачи топлива достигают частоты вращения коленчатого вала, соответствующей максимальному крутящему моменту. Мгновенно увеличивают подачу топлива до максимальной. При достижении номинальной частоты вращения коленчатого вала двигателя во время разгона трактора измеряют угловое ускорение коленчатого вала.
Методика и результаты исследования. При разгоне агрегата на горизонтальном участке уравнение движения трактора имеет вид:
Мт-(аУ/Л)раб=Рдв-РгР
кР'
(1)
где Мт - приведенная масса трактора; (М/ЭДраб - ускорение трактора при разгоне с рабочими машинами; Рдв - движущая сила трактора; Рг - сила сопротивления перекатыванию; Ркр - крюковое усилие трактора. При этом уравнение движения рабочих машин имеет вид:
МСХм-(с1У/(Л))раб=Рт-Рс, (2)
где Мсхм - приведенная масса рабочих машин; Рт - сила тяги трактора (Рт = Ркр); Рс - сила сопротивления рабочих машин. Аналогично измеряют ускорение коленчатого вала при разгоне трактора без рабочих машин. При разгоне трактора без рабочих машин (Ркр = 0) на горизонтальном участке уравнение его движения имеет вид:
мт-(ау/л)хх=рдв-р?, о)
где (ёУ/Л)^ - ускорение трактора при разгоне без нагрузки.
По уравнениям (1), (2) и (3) определяют силу сопротивления рабочих машин:
Рс = М, • (с1У/ЛХ
МТ • (сГУ/сЙ) б - Мсхм • (сГУ/ск)
(4)
Ускорение трактора при его разгоне с рабочими машинами и без нагрузки связано с со-
ответствующим угловым ускорением коленчатого вала двигателя зависимостями:
раб ' К
г
тр
(5)
(6)
где (ау/<й)раб - ускорение коленчатого вала
двигателя с рабочими машинами; (с1©/Л)хх - ускорение коленчатого вала двигателя при разгоне трактора без нагрузки; Гк - радиус качения (колеса); 5 - коэффициент буксования
трактора; /тр - общее передаточное число трансмиссии.
Коэффициент буксования определяется по тяговой характеристике трактора на соответствующем фоне на соответствующей передаче при заданной частоте вращения коленчатого вала двигателя.
Определение углового ускорения коленчатого вала двигателя осуществляется следующим образом. На трактор устанавливают устройство для измерения ускорений коленчатого вала двигателя, например ИМД-Ц, производят его калибровку согласно инструкции по эксплуатации прибора [4] и приступают к выполнению технологической работы, на которой предстоят измерения силы сопротивления рабочих машин. Измерения производят следующим образом. Нажимают кнопку «Сброс» прибора, уменьшая подачу топлива, достигают частоты вращения вала двигателя, соответствующей максимальному крутящему моменту, и мгновенно увеличивают подачу топлива до максимальной. По достижении номинальной частоты вращения коленчатого вала двигателя прибор ИМД-Ц измерит угловое ускорение коленчатого вала и покажет его на цифровом табло. Нажатием кнопки «Сброс» прибор подготавливается к следующему измерению. Кроме того, измеряют тем же способом угловое ускорение коленчатого вала при разгоне трактора без рабочих машин. Измерение ускорения холостого хода трактора без рабочих машин может проводиться до начала работы или в процессе выполнения работы на характерном для данной технологической работы фоне. Для повышения точности можно проводить многократные изме-
рения. Все измерения производят при одинаковой калибровке прибора, т.е. при номинальной частоте вращения коленчатого вала двигателя.
Однако у данного способа, на наш взгляд, имеется ряд существенных недостатков:
1) сложность и трудоемкость определения приведенной массы трактора;
2) некорректность использования значений коэффициента буксования по тяговой характеристике трактора на соответствующем фоне на соответствующей передаче;
3) сложность и трудоемкость определения ускорения трактора через угловое ускорение коленчатого вала двигателя из-за буксования ходового аппарата.
В связи с вышеизложенным целью работы является совершенствование способа определения сопротивления сельскохозяйственных машин по характеристикам переходных процессов МТА путем обоснования и разработки методик определения приведенной массы трактора и его ускорения, позволяющих снизить трудоемкость измерений в условиях эксплуатации.
В качестве объекта исследования в данной работе выбран процесс определения сопротивления сельскохозяйственных машин на переходных режимах работы МТА в условиях его эксплуатации.
Предметом исследования в настоящей работе явилось установление закономерностей, присущих этому процессу.
Проблема определения приведенной массы трактора решается тем, что выполняется дополнительный разгон трактора, догруженного известной (эталонной) массой, с измерением углового ускорения коленчатого вала при номинальной частоте вращения. При этом уравнение движения трактора будет иметь вид:
(МТ+МЭТК<1У/Л)Э
Р -Р
ДВ V'
(7)
где Мэт - дополнительная (эталонная) масса,
которой догружается трактор; (<М<М)эт - ускорение трактора при разгоне
с дополнительной (эталонной) массой.
тр
Решая совместно уравнения (3) и (7), стоянна (Рдв), определим приведенную массу имея в виду, что движущая сила трактора по- трактора:
Мт-(аУ/с11)хх+Мт.§-/ = (Мт+Мэт)-(с1У/с11)эт+Мт-§-/ + Мэт-§-/.
Мт • i(dV/dt)xx - (dV/dt) J = Мэт • ((dV/dt)3T + g • /).
™ Мэт
м„ = эт
((dV/dt)3T + g • /)
((dV/dt)xx-(dV/dt)эт)'
где g - ускорение свободного падения;
f - коэффициент перекатывания трактора.
Проблемы определения ускорения трактора через угловое ускорение коленчатого вала двигателя с учетом буксования ходового аппарата решаются тем, что к трактору присоединяется путеизмерительное колесо, с возможностью фиксации его углового ускорения во время разгона трактора.
Ускорение трактора при его разгоне без нагрузки, а также догруженного известной (эталонной) массой и рабочими машинами связано с угловым ускорением путеизмерительного колеса следующими зависимостями: (ёУ/Л)ж =(с\coldt)
(8) (9)
вращения коленчатого вала двигателя во время разгона трактора измеряют угловое ускорение путеизмерительного колеса. Аналогично измеряют угловое ускорение путеизмерительного колеса при разгоне трактора с дополнительной (эталонной) массой и рабочими машинами. Значение сопротивления рабочих машин определяют по формуле (4) с учетом формул (8)-(12).
Литература
'ПК
(dV/dt) эт =(do/dt)3T -гп (dV/dt) раб = (dcVdt)pa6 • гпк
(10) (11) (12)
где (с[оз/дХ)^ - угловое ускорение путеизмерительного колеса при разгоне трактора без нагрузки;
(Аоз/дЬ)^-угловое ускорение путеизмерительного колеса при разгоне трактора с дополнительной (эталонной) массой; (<\со1дХ) ^ - угловое ускорение путеизмерительного колеса при разгоне трактора с сельскохозяйственной машиной;
Гпк - радиус путеизмерительного колеса.
Заключение. С учетом вышеизложенного предлагаемый способ определения сопротивления рабочих машин заключается в следующем. При движении трактора без нагрузки за счет снижения подачи топлива достигают частоты вращения коленчатого вала, соответствующей максимальному крутящему моменту. Мгновенно увеличивают подачу топлива до максимальной. При достижении номинальной частоты
1. А 1 243999 СССР 46а, 45. Способ определения эффективной мощности двигателя внутреннего сгорания / Змановский А., Лившиц В.М., Змановский В.А. -№ 1227172/24-6; Заявл. 25.03.68 // Открытия. Изобретения. - 1969. - № 17.
2. С1 2115902 RU 7 G 01 L 5/13, G 01 M 17/007 Способ измерения сопротивления рабочих машин / Щетинин Н.В. - № 96101695; Заявл. 30.01.98 // Изобретения.
- 1998. - № 20.
3. С1 2178157 RU 7 G 01 L 5/13, G 01 M 17/007 Способ измерения сопротивления рабочих машин / Щетинин Н.В. - № 99126385; Заявл. 15.12.99 // Изобретения.
- 2002. - № 1.
4. Бельских, В.И. Справочник по техническому обслуживанию и диагностированию тракторов / В.И. Бельских. - Москва: Россельхозиздат, 1986. - 399 с.
References
1. Zmanovskij A., Livshic V.M., Zmanovskij V.A. A 1 243999 SSSR 46a, 45. Sposob opredelenija jeffektivnoj moshhnosti dvigatelja vnutrennego sgoranija [Method for determining the effective power of an internal combustion engine], No. 1227172/24-6; zajavl. 25.03.68, Otkrytija. Izobre-tenija, 1969, No. 17.
2. Shhetinin N.V. S1 2115902 RU 7 G 01 L 5/13, G 01 M 17/007 Sposob izmerenija soprotivlenija rabochih mashin [Method of measuring the resistance of working machines], No.96101695, zajavl. 30.01.98, Izobretenija, 1998, No. 20.
3. Shhetinin N.V. S1 2178157 RU 7 G 01 L 5/13, G 01 M 17/007 Sposob izmerenija soprotivlenija rabochih mashin [Method of measuring the resistance of working machines], No.99126385, zajavl. 15.12.99, Izobretenija, 2002, No. 1.
4. Bel'skih V.I. Spravochnik po tehnicheskomu ob-sluzhivaniju i diagnostirovaniju traktorov [Handbook of maintenance and diagnosis of tractors], Moscow, Rossel'hozizdat, 1986, 399 p.
Сведения об авторах
Арженовский Алексей Григорьевич - кандидат технических наук, доцент кафедры «Технологии и средства механизации агропромышленного комплекса», Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Россия). Тел.: +7-905-458-34-69. E-mail: argenowski@mail.ru.
Асатурян Сергей Вартанович - кандидат технических наук, и.о. заместителя директора по воспитательной работе, доцент кафедры «Технологии и средства механизации агропромышленного комплекса», Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Россия). Тел.: +7-918-534-02-24. E-mail: asaturyan-serg@mail.ru.
Даглдиян Аршалуйс Ардашесович - аспирант кафедры «Технологии и средства механизации агропромышленного комплекса», Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Россия). Тел.: +7-918-871-02-47. E-mail: severnij_754@mail.ru.
Козлов Дмитрий Сергеевич - магистр, Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Россия). Тел.: +7-964-929-10-01. E-mail: dimmas@yandex.ru.
Щусь Егор Романович - магистр, Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Россия). Тел.: +7-928-158-15-97. E-mail: egor130994@yandex.ru.
Information about the authors
Arzhenovsky Alexey Grigorievich - Candidate of Technical Sciences, associate professor of the Technologies and means of mechanization of the agro-industrial complex department, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russia). Phone: + 7-905-458-34-69. E-mail: argenowski@mail.ru.
Asaturyan Sergey Vartanovich - Candidate of Technical Sciences, acting. deputy director for educational work, associate professor of the Technologies and means of mechanization of the agro-industrial complex department, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russia). Phone: + 7-918-534-02-24. E-mail: asaturyan-serg@mail.ru.
Dagldiyan Arshaluys Ardashesovich - postgraduate student the Technologies and means of mechanization of the agro-industrial complex department, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russia). Phone: + 7-918-871-02-47. E-mail: severnij_754@mail.ru.
Kozlov Dmitry Sergeevich - master student, the Technologies and means of mechanization of the agro-industrial complex department, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russia). Phone: + 7-964-929-10-01. E-mail: dimmas@yandex.ru.
Shchus Egor Romanovich - master student, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russia). Phone: + 7-928-158-15-97. E-mail: egor130994@yandex.ru.
УДК 620.98
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФАСАДНО-ИНТЕГРИРОВАННОЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЗДАНИЙ ДЛЯ ЮЖНЫХ РЕГИОНОВ РФ
© 2017 г. В.В. Елистратов, В.М. Петров
В настоящее время во многих регионах юга России наблюдается промышленное и социально-экономическое развитие, неотъемлемой частью которого является существенный рост потребления электроэнергии. Кроме того, в связи с вхождением Республики Крым в состав Российской Федерации на энергетическую систему Южного федерального округа легла дополнительная нагрузка. Для достижения цели увеличения темпов развития Южного федерального округа, задачи ввода дополнительной генерации электроэнергии и эффективности ее транспортировки и использования являются крайне актуальными. В данной статье представлен алгоритм определения параметров и оценки эффективности фасадно-интегрированной фотоэлектрической системы. В частности, сформирован алгоритм расчета почасовых значений мощности путем построения вольт-амперной характеристики (ВАХ) фотоэлектрического модуля (ФЭМ) при заданных значениях прихода СИ и температуры ФЭМ и определения точки максимальной мощности на ВАХ. С помощью разработанного ПО произведен расчет почасовых значений поступления солнечного излучения на горизонтальную и южно-ориентированную вертикальную поверхность в условиях г. Евпатория. Суммарная энергия СИ, поступающая на квадратный метр горизонтальной поверхности в год, - 1388 кВтч/м2. При наиболее оптимальной южной ориентации при вертикальном расположении поверхности (90о) поступление СИ снижается на 28% - до 995 кВтч/м2. Представлен алгоритм определения параметров ФИСФЭУ, реализованный в МАЛАВ Simulink. Также разработан
