Влияние тяговых и эксплуатационных показателей работы машинно-тракторных агрегатов на их производительность и экономичность Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Влияние тяговых и эксплуатационных показателей работы машинно-тракторных агрегатов на их производительность и экономичность

ММ Константинов, д.т.н., С.В. Попов, к.т.н., А.И. Бежин, к.т.н., ОренбургскийГАУ

На производительность и экономичность машинно-тракторных агрегатов (МТА) оказывает влияние множество факторов. Среди них такие факторы, как размер, рельеф и конфигурация обрабатываемых участков, физико-механические свойства почвы, особенности выполнения технологического процесса сельскохозяйственных операций, а также техническое состояние трактора, сельскохозяйственной машины и сцепки, их загрузки и т. п.

Одним из факторов, существенно влияющим на производительность МТА, является оптимальная загрузка трактора, которая определяется Л = Я / Р

I опт Кр’

где Я - тяговое сопротивление МТА, Н;

Ркр - усилие на крюке трактора, Н.

Различные свойства почв, рельеф во время движения агрегата приводят к изменению тягового сопротивления МТА Я, что сказывается на загрузке трактора. Очевидно, что чем меньше будет диапазон изменения тягового усилия, тем выше будет степень использования тяговой мощности трактора и соответственно производительность агрегата.

Степень использования мощности трактора определяют по следующему выражению:

Nк

ЯУ,

Чим -

Nк

Р У

кр. макс т

-Чи

(1)

N

Чт -

кр

:ЧмЧ/Ч5,

(2)

где N - эффективная мощность, Вт;

Чм - коэффициент полезного действия трансмиссии трактора;

Ч/ - коэффициент, учитывающий потери на самопередвижение трактора;

Ч5 - коэффициент, учитывающий потери на буксование трактора.

Для определения часовой производительности МТА используют формулу:

Wч - 0,36ВрУрх,

где В, - рабочая ширина захвата МТА, м;

х - коэффициент использования времени смены.

Или определяют через крюковую мощность трактора:

кр.макс а

-ЧимР^

Wч -■

к

(3)

где к - удельное сопротивление машины на единицу ширины захвата, Н/м;

Р - коэффициент использования ширины захвата рабочей машины.

Выразив крюковую мощность трактора через эффективную мощность двигателя по выражению (2) и подставив его в выражение (4), полу-

чим:

кр.макс

где Nкр - используемая мощность на крюке, Вт; N,^1: - максимальная тяговая мощность, Вт; Ркр.макс - максимальное тяговое усилие трактора на выбранной передаче, Н;

У, - рабочая скорость движения МТА, м/с; Ут - расчетная скорость движения трактора на выбранной передаче, м/с;

Ч„ - степень использования тягового усилия трактора;

а - коэффициент снижения скорости. Тяговые свойства трактора оценивают по отношению:

0,36^« ЧимЧ мЧ / Ч5 „

Wч ----------- ----- ---хр.

к

(5)

Представляя коэффициент использования мощности по выражению (1) из выражения (5) исключим тяговое сопротивление. Окончательный вид после подстановки будет:

0,36N В аЧ Ч tЧ5

ттг ’ ен р їм I / 15

W -------------------------------- -----х.

ч Рк

(6)

кр.макс

Данное выражение позволяет определять часовую производительность в зависимости от ширины захвата МТА, как видно, скорость в данной зависимости отсутствует, а значения номиналь-

НАУКАИТЕХНИКА

ной эффективной мощности и максимального крюкового усилия на данной передаче являются заданным значением. То же следует сказать и о коэффициенте полезного действия трансмиссии трактора. Остальные коэффициенты определяются экспериментальным путем.

Выражение (5) можно представить и в другом виде, с использованием тягового сопротивления рабочей машины. Здесь необходимо отметить, что удельное сопротивление к изменяется в зависимости от скорости движения МТА по закону

к = к0[1 + Дку(гр - V)|, (7)

где к0 - удельное сопротивление при начальной скорости У0, Н/м;

Дку - интенсивность нарастания удельного сопротивления в функции скорости, с/м;

Ур - скорость движения МТА, для которой определяют удельное сопротивление, м/с.

Тогда выражение (5) для определения производительности агрегата можно записать:

0,36N л Л Л tЛх

тт/ ? ен I UM ' М ' f ' X D

W =-------г--------г-----^

ч k0 (i + MV ( - Vo))

(8)

Для определения максимальной часовой производительности необходимо решить функцию, зависящую от многих факторов

W = f (N ен, РК„ ,УР, Вр, а, Ли

(9)

кости и горизонталью для прицепных машин или величины подпора в гидроцилиндре для навесных машин. Следует отметить, что по выражению (8) при прочих равных условиях более производительными будут агрегаты с тракторами большей мощности. Также необходимо уделять внимание соотношению тягового сопротивления к максимальному крюковому усилию, как известно, оно не может быть равным единице, но следует стремиться к оптимальной загрузке агрегата.

Определение режимов работы агрегатов при постоянной ширине их захвата в заданных условиях эксплуатации будет сводиться к двум случаям: имеется ряд однотипных машин, отличающихся шириной захвата, и имеется одна машина, позволяющая изменять ширину захвата. Результаты оптимизации WЧммакс за счет силового и скоростного режимов работы в заданных условиях позволят выявить резервы увеличения производительности МТА и, соответственно, рекомендации по достижению такого результата.

Определение коэффициентов выражений (6) и (8) экспериментальным путем позволит найти практическое применение этих формул для определения производительности машинно-тракторных агрегатов.

Экономичность МТА определяют отношением

Лм,Л f,Л5,^P,k) ^ max-

Пути решения данной функции будут зависеть от того, какие задачи требуется выполнить по оптимизации параметров МТА. Например, при выполнении решения в заданных условиях использования сельскохозяйственных агрегатов требуется оптимизация их скоростных и силовых режимов. Под оптимизацией скоростного режима работы агрегата подразумевается определение и использование такой скорости движения МТА УоПт, при которой соблюдаются все ограничения накладываемые на выполнение данной операции (агротехнические), а критерий оптимизации (9) принимает экстремальное значение - максимум.

При определении Уопт необходимо учесть снижение тягового сопротивления сельскохозяйственной машины до минимально возможных величин, в этом случае решение задачи сводится к оптимизации (максимально возможное значение) угла между направлением линии сопротивления машины в продольно-вертикальной плос-

(i0)

где Q - часовой расход топлива, кг/ч.

Если часовая производительность агрегата достигает максимального значения, то экономичность, соответственно, стремится к минимальному значению. Тогда функцию для часовой производительности МТА можно представить и для экономичности:

© = /(&, Нен , Ркр.макс , Ур , Вр ,а,Лим ,

Лм,Л/,Л5,?,Р,к) ^ шт. (11)

Анализ зависимостей для определения показателей эксплуатационных свойств МТА (9) и

(11) показывает, что решение задач фактически сводится к определению скорости движения Уопт, ширины захвата Вр, тягового сопротивления Я и расходу топлива Q, а все остальные параметры являются заданными (внешними или организационными).