CC BY
86
ВестникКрасГАУ. 2015. № 10
ПРОЦЕССЫ И МАШИНЫ АГРОИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ
УДК 629.114.2
Н.И. Селиванов, Ю.Н. Макеева
УДЕЛЬНАЯ МАТЕРИАЛОЕМКОСТЬ КОЛЕСНЫХ ТРАКТОРОВ ПРИ БАЛЛАСТИРОВАНИИ ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЙ ПОЧВООБРАБОТКИ
Сформулированы модели, разработаны алгоритм и номограмма рационального балластирования колесных 4к4а тракторов для технологий почвообработки с использованием удельных параметров.
Ключевые слова: алгоритм, балластирование, материалоемкость, модели, номограмма, технология, удельная масса.
N.I. Selivanov, Yu.N. Makeeva
SPECIFIC MATERIAL CAPACITY OF WHEEL TRACTORS WHEN BALLASTING FOR THE TILLAGE
TECHNOLOGIES
Models are formulated; the algorithm and the nomogram of the rational ballasting of the wheel 4k4a tractors are developed for tillage technologies with the specific parameters use.
Key words: algorithm, ballasting, material capacity, models, nomogram, technology, specific
weight.
Введение. Основу современного тракторного рынка составляют унифицированные мобильные энергетические средства колесной формулы 4к4а разных типоразмеров с изменяющимися в широком диапазоне массоэнергетическими параметрами. Особенностью адаптации таких тракторов к зональным технологиям почвообработки является ступенчатое изменение эксплуатационной массы путем балластирования, установки сдвоенных колес и применения догружающих устройств [1].
Для установленных групп операций основной обработки почвы в работах [2, 3] обоснованы оптимальные значения показателя технологичности - удельной материалоемкости т*д колесных тракторов разной комплектации. Однако в практике эксплуатации обеспечение т*д1 современных колесных тракторов для разных операций почвообработки путем балластирования не всегда производится из-за высокой трудоемкости установки и снятия балластных грузов и отсутствия соответствующих рекомендаций.
В работе [4] обоснованы условия балластирования колесных 4к4а тракторов с установленным энергетическим потенциалом для адаптации к современным технологиям почвообработки. Сформулированы модели, разработаны алгоритм рационального балластирования и номограмма определения параметров дополнительного балласта. Разработанную номограмму целесообразно использовать инженерно-технический службой предприятия или официальным дилером при балластировании тракторов для определенной группы операций основной обработки почвы.
65
Технические науки
При подготовке тракторов разных производителей и типоразмеров к эксплуатации более универсальной является методика определения степени балластирования с использованием удельной массы полного, переднего и заднего балластов. Поэтому разработка рекомендаций по рациональному балластированию колесных тракторов для адаптации к технологиям почвообработки является актуальной и практически значимой.
Цель работы. Обоснование удельной материалоемкости и степени балластирования колесных 4к4а тракторов для оптимальной адаптации к технологиям почвообработки.
Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:
1) сформировать модели и разработать алгоритм оптимизации удельной материалоемкости трактора за счет изменения степени балластирования;
2) обосновать удельные массоэнергетические параметры трактора и дополнительного балласта для адаптации к технологиям почвообработки;
3) разработать номограмму определения удельной массы элементов дополнительного балласта при использовании тракторов в технологиях основной обработки почвы.
Условия и методы исследования. Решение поставленных задач производилось с учетом установленных рекомендаций, допущений и ограничений:
- рациональный тяговый диапазон трактора ограничен, с одной стороны, режимом допустимого буксования 5д при максимальном значении коэффициента использования веса ркРтах = р кРН1 для выполнения первой, наиболее энергоемкой группы операций (отвальная вспашка и глубокое рыхление) на скорости vy 1 = 2, 2 0^, с другой стороны, режимом максимального тягового КПД цттах, которому соответствует р кРорt = ркР3 для выполнения третьей, наименее энергоемкой группы операций (поверхностная обработка почвы и прямой посев) при vy3 = 3, 3 3 м/с, середина которого с р кРН2 = ркР = 0, 5 ■ ( р кРтах + р кРорt) при скорости vy2 = 2,6 5 м/с служит для операций второй группы (безотвальная комбинированная обработка и чизелевание);
- рациональному тяговому диапазону ( р кРтах - ркРорt) соответствует интервал изменения удельной материалоемкости от максимальной туд 1 до минимальной туд3, соотношение которых не должно превышать максимально допустимое увеличение минимальной удельной транспортировочной массы брутто трактора туд0 за счет балластирования тдБуд [ 5 ]
^тудтах = туд 1/туд 3 — ^туд доп = ( туд 0 3" тБуд) /туд 0- (1)
У колесного трактора, с минимальной транспортировочной массой брутто туд0, продольной базой L и абсциссой центра масс ац0, максимальная удельная масса дополнительного балласта для первой группы операций тБ тах = (туд1 - туд0)- Тогда, при известном соотношении туд0 = а ■ туд 1, оптимальные значения удельной массы (кг/кВт) общего балласта тБуд для каждой группы операций выразятся как
f туудi = т*удi ■ ( 1 - а);
{тууд2 = тУд2 - а ■ туд 1 : (2)
\тБуд3 = туд3 — а ■ туд 1-
Удельные массы переднего ту1уд и заднего т*у2уд балластов определяются решением уравнений моментов относительно осей передних и задних колес [3] при известных абсциссах центра масс трактора ац > ац0 и переднего балласта ап > 0
(тБ 1уд = (туд ■ ац — туд0 ■ ац0 ) / (L 3 аП) >
\тБ2уд = [туд ■ (L + аП- ац) - туд0 ■ (L + аП- ац0)] /(L + ап)-
Обозначив относительные величины абсцисс центра масс трактора и переднего балласта как Ац = ац/L, Ац0 = ац0/L и Ап = (L + ап)/ L из уравнений системы (3), получим выражения для расчета оптимальных значений удельной массы переднего и заднего балластов
66
ВестникКрасГАУ. 2015. № 10
(6)
( тБ 1уд = (туд ' Ац тудО ' Ацо ) /Ап;
Б2уд = (туд - туд о) - (тБд ■ Ац - туд о ■ Ац0) / Ап■
Абсцисса центра масс Ац для оптимальной нагруженности передних колес трактора в режиме рабочего хода ЛПР = УПР/G3 = 0, 3 - 0,4 [3] при номинальной тяговой нагрузке РКРН определится как
л [hKp ■ Ркрн + f (Гд 1 + Гд2) ■ 0, 5 ] (5)
Ац= L ,
где hKP - ордината точки прицепа; f - коэффициент сопротивления качению; гд 1, гд2 - динамические радиусы качения передних и задних колес.
Оптимальные значения полной массы указанных балластов для каждой группы операций почвообработки на тракторах разных типоразмеров при известном или заданном энергетическом потенциале выразятся как
(т*Бi = ту1уд ■ (CN ■ NgJ;
(ту2 = ту2уд ■(G ■ Neo) ■
Алгоритм рационального балластирования колесного 4к4а трактора с установленным или заданным энергетическим потенциалом ( ^ ■ Ne3) для основных групп родственных операций почвообработки, при обоснованных значениях номинальной скорости рабочего хода vy , включает: 1) определение тудо, L, ац0, ап по технической характеристике; 2) определение зависимостей ГТ, 5 = f (рКР) в интервале буксования движителей 5 = 0,05-0,20 и изменения скорости V от 2,20 до 3,8°М/С; 3) установление Ркрmax = РКРHV РКР = РКРН2, РКРopt = РКРНЗ и соответствующих им значений тягового КПД rТ; 4) расчет удельной материалоемкости туд = rТН/(рКР ■ V)Н ■ g ■ 1 0 _ 3 и эксплуатационной массы трактора т*э = туд ■ (Q ■ Ne3) для каждой группы операций; 5) проверка условия (1) при туд0 = а ■ туд 1; 6) определение удельной массы полного балласта тБуд для каждой группы операций по (2); 7) определение абсциссы центра масс трактора с балластом из условий ац = тп/тэ = Уп т /G3 и Ац для каждой группы с учетом выражения (5) и рекомендаций [3]; 8) расчет удельной массы т*Б 1уд и т*Б2уд по (4); 9) определение полной массы балластов т*Б 1 и т*Б2 по (6).
Результаты исследования. Использование экспериментальных зависимостей rТ,5 = f (рКР) [3] позволило обосновать оптимальные значения т^ тракторов 4к4а на одинарных и сдвоенных колесах для установленных групп родственных операций почвообработки (табл.1).
Таблица 1
Оптимальные значения т*уд колесных 4к4а тракторов для операций основной обработки почвы [6]
Группа операций Ун,м/с (км/ч) Одинарные колеса Сдвоенные колеса
Ф КРН/^ Лтн т^кг/кВт (кг/л.с.) ф КРН/^ Лтн т^кг/кВт (кг/л.с.)
1 2,20 (8,0) 0,45 0,15 0,625 64,47 (47,40) 0,47 0,124 0,692 68,21 (50,15)
2 2,65 (9,5) 0,41 0,124 0,634 59,49 (43,74) 0,41 0,10 0,707 66,31 (48,76)
3 3,33 (12,0) 0,37 0,10 0,638 52,80 (38,82) 0,35 0,07 0,710 62,11 (45,67)
67
Технические науки
Рациональным тяговым диапазонам использования трактора на операциях почвообработки разных групп с одинарными ( рКРН1 - рКРН3) = (0,45-0,37) и сдвоенными (0,47-0,35) колесами соответствуют Атудтах = 1, 2 2 1 и 1,098, что согласуется с условием (1) при АтЭтах < 1, 2 5 .
Оптимальные значения т*д трактора с одинарными колесами при туд0 = 5 1, 5 8 кг/кВт достигаются изменением удельной массы общего балласта от минимальной т*БЗуд = 1,22 кг/кВт до максимальной тБ 1уд = 12,8 9 кг/кВт, что составляет (0,024-0,250) ■ т^ (табл. 2).
При комплектации трактора сдвоенными колесами т^ обеспечивается дополнительная удельная масса 1тБуд, включающая удельные массы второго комплекта задних и передних колес тКуд и балластных грузов тБуд, от £т*БЗуд = 1 0, 5 3 кг/кВт до £тБ1у0 = 1 6, 6 3 кг/кВт. При тКуд = 4, 0 - 4, 5 кг/кВт общая удельная масса балластных грузов для первой группы операций на сдвоенных колесах тБ 1уд = 12,5 3 кг/кВт остается практически неизменной. На операциях 2-й и 3-й групп она повышается до 10,73 и 6,53 кг/кВт соответственно (табл. 2).
Таблица 2
Удельные параметры балластных грузов колесных 4к4а тракторов для технологий
почвообработки [6]
Группа операций Одинарные колеса Сдвоенные колеса
рКРН тБуд, кг/кВт тБуд/туд0 рКРН V“1 * £ тБуд, кг/кВт тБуд, кг/кВт тБуд/туд0
1 0,45 12,89 0,250 0,47 16,63 12,63 0,245
2 0,41 7,91 0,153 0,41 14,73 10,73 0,208
3 0,37 1,22 0,024 0,35 10,53 6,53 0,127
При использовании в качестве основного тягового режима для всех групп родственных операций рБРН = 0,5 ■ (рКРтах + (рКРорt) величина Атудтах достигает 1,388 на одинарных и 1,450 на сдвоенных колесах, что недопустимо по условиям балластирования [5]. Это требует компромиссного варианта балластирования для операций первой группы, в основе которого целесообразно использовать тяговый режим при Н и предлагаемые условия балластирования
для его достижения.
По результатам анализа конструкционных особенностей и условий балластирования отечественных [7] и зарубежных [8, 9] колесных 4к4а тракторов установлены интервалы изменения значений относительных абсцисс: Ац = 0,40 - 0, 50; Ац0 = 0,3 5 - 0,40; Ап = 1,0 - 1, 6 . Для определения рациональной степени балластирования тракторов с использо ванием удельных параметров, по результатам натурного и вычислительного экспериментов, разработана номограмма (рис.). Построение номограммы проводилось графо-аналитическим методом в изложенной ниже последовательности.
1. В IV квадранте построены зависимости цТ,5 = / ( р КР) в рациональном тяговом диапазоне использования трактора 4к4а на одинарных и сдвоенных колесах.
2. В I квадранте расположены графики т^ = ц ТН/( р КР ■ V) н ■ g ■ 1 0 _ 3 при установленных значениях VH и р БРН (см. табл. 1) для разных технологий почвообработки.
3. Во II квадранте построены зависимости приходящейся на передний мост удельной массы
трактора тБд х = тБд ■ Ац и тБд х о = тБд 0 ■ Ац 0 с балластом тБуд = тБд - тБд0 и без него.
4. В III квадранте приведены зависимости удельной массы переднего балласта от абсциссы АП, которая рассчитывается с учетом уравнения (4) как тБ 1уд = (т^ ■ Ац - туд0 ■ Ац 0) /Ап. Масса заднего балласта при известном значении тБ 1уд определяется как тБ2уд = т^ - туд0 - тБ 1уд.
Порядок пользования номограммой поясним на примере трактора Versatile 250 с одинарными колесами при выполнении операций второй группы.
При выполнении операций второй группы целесообразно использовать тяговый режим при
68
ВестникКрасГАУ. 2015. № 10
р *КРН2 = 0,4 1 (т. А). Проведя через эту точку прямую, параллельную оси абсцисс, до пересечения с линией цТ1 к (т. а4), определяют в IV квадранте цт = 0,634 (т. А4). Проведя через эту точку прямую, параллельную оси ординат до пересечения с линией VK2, получают т. ai. Пересечение прямой, параллельной оси абсцисс, из указанной точки с ординатой (т. Ai) определяет значение удельной массы шуд = 59,49 кг/кВт. Точка А10 соответствует минимальной удельной транспортировочной массе брутто шуд0 = 5 1, 5 8 кг/кВт (шКуд = ш^ - шуд0) = 59,49 - 5 1,58 = 7,9 1 кг/кВт) . Во II квадранте через точки Ai и А10 проводят прямые, параллельные оси абсцисс, до пересечения с линиями Ац = 0,45 и Ац 0 = 0, 3 5 получают точки а2 а20. Из этих точек параллельно оси ординат проводят линии до пересечения с осью абсцисс, находят значения ш Куд = ш^ ■ Ац = 59,49 ■ 0,45 = 2 6,7 7 кг/кВт (т. А2) и ш КоУд = шуд0 ■ Ац 0 = 5 1, 5 8 ■ 0,3 5 = 18,0 5 кг/кВт (т. А20). Далее, продлив линии из указанных точек до пересечения в III квадранте с линией шБуд = / (Ац) при заданной величине АП = 1, 3 (т. аз и т. аз0) и проведя из этих точек линии, параллельные оси абсцисс, до пересечения с ординатой (т. Аз и т. А30), находят значение шК 1уд = (А 3 - А 3 о) = (2 0, 52 -кг кВт и уд уд уд кг кВт
При известной мощности тракторного дизеля Ыеэ = 1 8 4 кВт и Q = 1, 0 по уравнению системы (6) определяют массу указанных балластов
= ш*к1уд ■ (^ ■ Ыеэ) = 6, 7 ■ 184 = 12 3 3 кг;
{шК2 = ш*^уд ■ (Q ■ Ю = 1, 2 1 ■ 184 = 22 2 кг.
Номограмма для определения удельной массы балластных грузов при использовании колесных
4к4а тракторов
Аналогично определяют массу балластных грузов для операций почвообработки других групп при оснащении трактора сдвоенными колесами или изменении его мощности.
Выводы
1. Представлены модели и алгоритм оптимизации удельной материалоемкости колесных 4к4а тракторов за счет изменения степени балластирования.
2. Обоснованы рациональные значения удельной материалоемкости тракторов разной комплектации для адаптации к технологиям почвообработки и условия ее достижения за счет изменения параметров переднего и заднего балластов.
3. Разработана номограмма определения удельных параметров переднего и заднего съемных балластов для эффективного использования тракторов в разных технологиях почвообработки.
69
Технические науки
Литература
1. Селиванов Н.И. Регулирование эксплуатационных параметров тракторов // Вестник КрасГАУ.
- 2013. - № 7. - С. 234-239.
2. Селиванов Н.И., Запрудский В.Н., Макеева Ю.Н. Моделирование скоростных режимов и удельных показателей колесных тракторов на основной обработке почвы // Вестник КрасГАУ.
- 2015. - № 1. - С. 81-89.
3. Селиванов Н.И., Запрудский В.Н., Макеева Ю.Н. Удельная материалоемкость колесных тракторов // Вестник КрасГАУ. - 2015. - № 2. - С. 56-63.
4. Селиванов Н.И., Макеева Ю.Н. Балластирование колесных тракторов на обработке почвы // Вестник КрасГАУ. - 2015. - № 5. - С. 77-81.
5. Селиванов Н.И. Эффективное использование энергонасыщенных тракторов. - Красноярск, 2008. - 228 с.
6. Селиванов Н.И., Макеева Ю.Н. Адаптация колесных тракторов к технологиям почвообработки // Современные проблемы науки и образования. - 2015. - № 1; URL: http://www.science-education.ru/121-19086 (дата обращения: 15.05.2015).
7. Руководство по эксплуатации тракторов Terrion. - URL: http://www.yugprom.ru/technics/tractors/terrion/terrion-atm-5280.php (дата обращения: 25.02.2015).
8. Руководство по эксплуатации тракторов John Deere. - URL: http://mashintop.ru/manual.php?id=378 (дата обращения: 05.02.2015).
9. Руководство по эксплуатации тракторов «Versatil» серии Row Crop (250, 280, 305 л.с.). - URL: http://mashintop.ru/manual.php?id=378 (дата обращения: 05.02.2015).
УДК 621.311.1 И.В. Наумов, И.В. Ямщикова
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕЖИМОВ РАБОТЫ СЕТЕЙ НИЗКОГО НАПРЯЖЕНИЯ РОССИИ И ГЕРМАНИИ ПРИ НЕСИММЕТРИЧНОМ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИИ
В статье изложены результаты экспериментальных исследований несимметричных режимов работы электрических сетей напряжением 0,38 кВ в России и Германии, а также представлено техническое средство, повышающее эффективность режимов работы этих сетей.
Ключевые слова: несимметрия, качество, потери, эффективность функционирования, симметрирующее устройство.
I.V. Naumov, I.V. Yamshchikova
THE INCREASE OF THE OPERATING MODE EFFICIENCY OF THE LOW VOLTAGE NETWORKS IN RUSSIA AND GERMANY IN THE ASYMMETRICAL POWER CONSUMPTION
The pilot research results of the asymmetrical operating modes of 0,38 kV electric networks in Russia and Germany are stated, the technical tool increasing the efficiency of these networks operating modes is presented in the article.
Key words: asymmetry, quality, losses, efficiency of functioning, symmetrizing device.
Введение. В настоящее время во всем мире уделяется повышенное внимание вопросам энергосбережения и эффективного использования электрической энергии. В связи с этим разработ-
70
