Балансмощности МТА
Мощность тракторногодвигателя расходуется на выполнение полезной работы, преодоление внешних ивнутренних сил сопротивления.
Распределение мощностидвигателя на преодоление различных видов сопротивлений называется балансоммощности, или рабочим балансом МТА (при равномерном движении), т.е.
Ne = NM + Nf + Nδ + Nα + Neвом + Nt. (1)
Потери мощности втрансмиссии (кВт) связаны с преодолением сил трения в подшипниках, шестернях,механизмах гусеничной цепи. Их можно определить по формуле
NM = Ne (1 — ηмг),(2)
где ηмг — КПД трансмиссии (для колесныхтракторов — в пределах 0,90—0,92, для гусеничных — 0,86—0,88; на его значенияоказывают влияние такие эксплуатационные факторы, как качество смазки,технического обслуживания и регулировки).
Потери мощности наперекатывание трактора связаны с образованием колеи ходовым аппаратом, а такжес деформацией шин, преодолением сил трения в подшипниках колес (гусеницах) идр. Эти потери (кВт) зависят от скорости движения агрегата:
Nf = Pf • vp = G• fт• vp(3)
Здесь Pf = G • fr — сопротивлениеперекатыванию трактора, кН; vp — рабочая скорость агрегата, м/с.
Потери мощности набуксование (кВт) обусловлены недостаточным сцеплением ходового аппарата спочвой. При этом почва сдвигается, что сопровождается буксованием и снижениемпоступательной скорости движения трактора:
Nδ= Ne• ηмг • δ/100.(4)
где δ — буксование, %.
Потери мощности (кВт) напреодоление трактором подъема можно определить, если известны силасопротивления подъему Р(, и скорость движения агрегата:
Nα = Pf • vp = G • vp • i /100 (5)
Мощность Neвом, которая расходуется двигателем напривод механизмов через ВОМ, рассчитывается по формуле:
Neвом = Nвом / ηвом (6)
Полезная (тяговая)мощность (кВт), т.е. мощность, которая расходуется на тягу рабочих машин,зависит от условий работы.
Для тяговых итягово-приводных агрегатов
Nt = RM • vp = vp (ko • b+ GM • i/100) (7)
длятранспортных агрегатов
Nt = RM • vp = vp(ko • b+ GM • i/100) (8)
'
Затраты мощности зависятот скорости движения агрегата, поэтому баланс мощности можно изобразить спомощью графика (рис. 1). Если нанести на графике кривую удельного тяговогорасхода топлива, то увидим, что минимальный удельный расход
соответствуетмаксимальному значению тяговой мощности Ntmax. Это очень важно для правильногокомплектования машинно-тракторных агрегатов и выбора загрузочных и скоростныхрежимов их работы.
/>
Рис. 1. Графикзависимости затрат мощности от скорости движения трактора
Производительностьагрегата пропорциональна тяговой мощности Nt, а расход топлива на единицувыполненной работы пропорционален удельному расходу. Значит, наибольшейпроизводительности и экономичности (по расходу топлива) можно достичь, когдатрактор работает в режиме максимальной тяговой мощности Ntmax (или близкой к ней) при минимальномудельном расходе топлива gTmin, т.е. при оптимальных рабочих скоростях.
Для современныхгусеничных тракторов эти скорости примерно равны 2,0—2,5 м/с, а для колесных —3—4 м/с. Однако при комплектовании агрегатов не всегда удается этого добиться,так как могут быть ограничения рабочей скорости по агротехническим требованиям(качество работы), а также из-за превышения допустимого буксования и др.
Анализи расчет эксплуатационных показателей МТА
Расчетэксплуатационных показателей МТА, которые указанны в задачах данной работы,проводят для каждого состояния почвы на заданных рабочих скоростях движения МТАпо формулам используя данные технических характеристик тракторов.
Касательнуюсилу на ведущих колесах (звездочках) трактора рассчитывают по формуле:
/>
где Pкн–номинальная касательная сила тяги трактора, кН;
Мg — номинальный крутящийся момент двигателя, кН.м;
Nне — номинальная эффективная мощность двигателя, кВт;
iм — общеепередаточное число трансмиссии;
ηм.г. — КПД трансмиссии и движителя;
r к — радиусколеса ведущего, м;
nн — номинальная частотавращения коленчатого вала двигателя, 1/мин-1
ηм.г. = ηmц• ηnк• ηr,
где ηц,ηк, η r — КПД соответственно пары цилиндрических, конических шестерени гусеничной цепи;
m, n — количество пар цилиндрических и конических шестерен, находящихся в зацеплениипри работе на данной передаче (определяется из кинематической схемы трансмиссиитрактора).
Радиус колесавычислить с учетом усадки шины по формуле:
rк = ro + Кш+ hш,
где ro — радиус стального обода колеса, м;
Кш — коэффициент усадки шины (Кш = 0,75… 0,80)
hш — высоташины, м.
Длягусеничных тракторов rк равняется радиусу начальной окружности ведущейзвездочки.
Сила сцепления ходовогоаппарата трактора с почвой рассчитывается по формуле:
Рсц =Gсц• μ, кН
гдеGсц – сцепной вес трактора, кН
μ- коэффициент сцепления ходового аппарата с почвой.
Сцепнойвес тракторов гусеничных и колесных с двумя ведущими мостами при работе всоставе МТА на горизонтальной местности равен весу трактора, а при наличииподъемов (склонов) вычислить по формуле:
Gсц =Gтр• cos α,
гдеGтр — сила тяжести трактора, кН
α- угол подъема (спуска), град.
Уколесных тракторов с одной ведущей осью сцепной вес при движении по склону:
Gсц =32Gтр• cos α,
Движущуюагрегат силу Рдв для всех вариантов определяют с учетом работы МТА.
Придостаточном сцеплении движителей трактора с почвой, когда сила сцепления Рсцбольше номинальной касательной силы Pкн (Рсц≥Pнк) движущая агрегат силабудет равна номинальной касательной, то есть:
Рдв =Pкн
Принедостаточном сцеплении движителей трактора с почвой, когда сила сцеплении Рсцменьше номинальной касательной силы Pнк (Рсц
Рдв = Pсц
В этом случаеработа трактора в составе МТА не позволяет полностью использовать мощностьдвигателя.
Такимобразом, в зависимости от условий работы МТА величины движущей силы тракторанаходится в пределах:
Pнк ≥Рдв ≤Pсц
Принедостаточном сцеплении, когда Pсц ΔРкбудет равна:
ΔРк = Pкн –Pсц, кН
Усилие,затрачиваемое на перекатывание трактора рассчитывается по формуле:
Рf =Gтр * fтр * cosα, кН
гдеfтр — коэффициент сопротивления качению трактора.
Усилиезатрачиваемое на подъем (спуск) трактора Рα определяется по формуле:
Рα= ±Gтр• sin α, кН
Тяговоеусилие трактора определяется из уравнения тягового баланса трактора в составеМТА по формуле:
Ркр =Рдв — Рf ± Р α, кН
Здесь возможны дваварианта расчета усилия на крюке трактора:
1. сцеплениеходового аппарата трактора с почвой достаточно (поверхносный слой почвыпрочный), т.е.
Pсц Pкн и Рдв = Pкн,
Pкрн = Pнк — Рf ± Р α, кН
2.сцепление ходового аппарата трактора с почвой недостаточно, в этом случае
Pсц
тогда
Pкр =Pсц — Рf ± Р α, кН
Эффективная мощностьдвигателя, исходя из условий сцепления ходового аппарата трактора с почвой,может быть определена также по двум вариантам:
1. достаточноесцепление
/>
2. недостаточноесцепление
/>
Рабочая скорость движенияМТА рассчитывается по формуле:
/>
где VР- рабочая скорость агрегата, м/с
δ — величина буксования ведущего агрегата трактора, %
Значение δ,соответствующее Pкрн на каждой передаче, берут из тяговой характеристикитрактора близкой к заданным почвенным условиям.
Расчетпотерь мощности в трансмиссии трактора
Здесьопять же возможны два случая:
1. Nтр* = Ne (1-ηмг), при недостаточном сцеплении
2. Nтр = Neн (1-ηмг), при достаточном сцеплении
Потеримощности на перекатывании трактора:
Nf =Pf * Vр, кВт
Потери мощности на подъемтрактора:
Nα = Pα * Vp,кВт
Потери мощности набуксовании трактора.
В этом случае такженеобходимо рассмотреть два случая:
1. />, кВтсцепление достаточное
2. />, кВтсцепление недостаточное
Мощность на крюке трактора находят по формулам:
Nкрн = Pкрн * Vp, кВт
Nкр* = Pсц * Vp, кВт
и из баланса мощноститрактора:
Nкрн =Neн — (Nтр + Nf + Nδ + Nα)
Nкр* = Ne* — (Nтр* + Nf +Nδ* + Nα)
Потери крюковой мощностипри недостаточном сцеплении движителей с почвой находят по выражению:
Nкр =Neнкр — Nкр*
Балансмощности можно записать в двух вариантах:
Nен =Nтр+ Nf ± Nα + Nδ + Nкрн
Ne* = Nтр* + Nf ± Nα+ Nδ* + Nкр*
Выбороптимальных скоростей движения МТА
В большинстве случаев прикомплектовании агрегатов их состав определяют опытным путем, т. е. на основенакопленного опыта или имеющихся рекомендаций.
Такимобразом, если состав агрегата известен, расчет сводится к выбору рациональногоскоростного режима его работы и определению технико-эксплуатационныхпоказателей. Правильный выбор скоростного режима зависит прежде всего отхарактера технологического процесса. Чаще всего скоростной режим работы агрегатаограничивается тремя факторами: агротехническими требованиями (качествоработы), пропускной способностью основного рабочего органа и мощностьюдвигателя.
Длявыбора оптимального скоростного режима нужно с учетом изложенных выше факторовопределить допустимые скорости движения агрегата.
1. Агротехническидопустимая скорость движения МТА (максимальная) vpmaxагр устанавливается на основе опытныхданных и приводится в заводских инструкциях и рекомендациях.
2. Максимальнодопустимая скорость движения агрегата (м/с), исходя из пропускной способностиосновного рабочего органа (молотилки, измельчающего аппарата и т. д.)
vp max q =10 qн/( Вр •H)
где qH — максимальная пропускная способностьмашины, кг/с; Вр — рабочая ширина захвата агрегата, м; Н —биологическая урожайность культуры, норма внесения материала и т. д., т/га.
Биологическуюурожайность той или иной культуры рассчитывают по формуле
H = h (1 + δ2),
где h — урожайность основной продукции (зерна и т. п.), т/га; δ2 — доля побочной продукции (соломы и т. п.).
Допустимуюскорость по пропускной способности определяют для зерно-, силосо-, картофеле-,льноуборочных и других комбайнов, а также машин для внесения твердых и жидкихорганических удобре-ний, пресс-подборщиков, подборщиков-уплотнителей, косилок-измельчителейи других машин.
3.Максимально возможная скорость агрегата по загрузке двигателя рассчитывается по формулам: длятягово-приводного агрегата
/>
длясамоходного агрегата
/>
где ηNe — коэффициент допустимой загрузкидвигателя (в зависимости от технологического процесса он равен 0,8—0,95); NBOM — мощность, необходимая для приводарабочих органов машины, кВт (приводится в справочниках или определяетсярасчетным путем); ηвом — КПДвала отбора мощности (ηвом= 0,94—0,96); ηмг — КПДтрансмиссии трактора (для энергонасыщенных тракторов можно принять в пределах0,75—0,80; для старых марок тракторов — 0,8—0,85); ηδ — КПД буксования трактора при рабочем ходе агрегата (дляконкретных условий определяется по тяговой характеристике трактора при РТ= Rа); Rа — рабочее сопротивление агрегата, кН; G — вес трактора, кН; fT — коэффициент сопротивления перекатыванию трактора (приводится всправочной литературе); i — уклон поля, %; ηрп — КПД клиноременной передачи; ηгп— КПД гидропривода.
Из трехили двух рассчитанных таким образом скоростей движения агрегата выбирают наименьшую.По тяговой характеристике трактора подбирают ближайшую передачу (или определяютрасчетным путем), вычисляют производительность, расход топлива, показателирациональности состава агрегата.
Правильновыбранная скорость движения агрегата с учетом свойств обрабатываемогоматериала, технических возможностей машин и их эксплуатационных свойствпозволяет повысить качество и снизить стоимость механизированных работ.
Список литературы
1. Будько Ю.В.,Добыш Г.Ф., «Эксплуатация машинно-тракторного парка», 1998
2. Зангиев А.А.,«Эксплуатация машинно-тракторного парка»: учебник для студентов, 2003
3. www. agriculture1.by