Задача 17 Определить для заданной операции требуемый ресурсосберегающий диапазон значений мощности и выбрать трактор для соответствующих условий работы. Рассчитать оптимальную энергосберегающую рабочую скорость агрегата и соответствующее тяговое усилие трактора. Рассчитать оптимальную ширину захвата агрегата и определить соответствующее число машин. Рассчитать требуемый фронт сцепки и выбрать соответствующую сцепку. Определить фактическую загрузку трактора и двигателя Таблица 17.1. Варианты заданий Принятые обозначения:
Значительная часть расходуемых в сельском хозяйстве трудовых, материальных и финансовых ресурсов связана с работой машинно-тракторных агрегатов (МТА). В связи с этим от правильности комплектования МТА в зависимости от условий их работы в значительной степени зависит эффективность всего сельскохозяйственного производства. Машинно-тракторный агрегат, как известно, состоит из источника энергии (двигателя трактора), передаточного механизма (трансмиссии), вспомогательных устройств (прицепного или навесного механизмов, сцепки) и рабочих машин. Требуемый ресурсосберегающий диапазон значений мощности трактора для каждой операции в зависимости от длины гона следует выбрать из таблицы 17.2 с учетом следующих общеизвестных положений. Исследованиями установлено, что каждому сочетанию природно-производственных условий (в том числе длины гона) соответствует такая оптимальная мощность двигателя трактора NНopt, при которой комплексный показатель ресурсосбережения — приведенные затраты Сп (р/га) минимальны, т. е. Сп =Cnmin. Если оптимальная мощность по указанному критерию не удовлетворяет каким-то местным условиям, включая сложные погодные условия, нехватку механизаторов и другие, то возможно принятие компромиссного решения. Так, при нехватке механизаторов желательно использовать более высокопроизводительные агрегаты на базе тракторов повышенной мощности, но при этом приведенные затраты должны оставаться близкими к минимальным. Схематично такое компромиссное решение показано на рисунке 17.1. Например, задаем приемлемое отклонение ΔСП минимальных приведенных затрат Cnmin и получаем соответствующее компромиссное значение мощности NH.K, которое больше оптимального Nнopt обеспечивает существенный прирост производительности агрегата ΔW по сравнению с оптимальным решением. Практические расчеты показали, что отклонение от минимальных затрат СПmin всего на 5 % (ΔСП = 0,05СПmin) обеспечивает прирост производительности ΔW соответствующих агрегатов на 35...40%, что объясняется незначительной погнутостью графика зависимости Cn=f(Nн) в области минимума. Полученный диапазон компромиссных значений мощности в достаточной степени удовлетворяет современным требованиям ресурсосбережения и высокой производительности МТА.
Таблица 17.2. Рекомендуемые диапазоны значений ресурсосберегающей мощности Примечания. 1. Для более полного использования мощности двигателя глубину вспашки целесообразно принимать равной 0,22 м на средних и тяжелых почвах и 0,25 м на легких почвах. С учетом местных условий можно принять и другие значения глубины вспашки.
Рекомендуемые диапазоны ресурсосберегающих мощностей тракторов Nн opt...NH.K при ΔСП=0,05СПmin приведены в таблице 17.2 для заданных операций в зависимости от классов длины гона L, принятых при нормировании механизированных работ. Если условия выполнения технологической операции нормальные (отсутствуют знаки «+» в соответствующих графах таблицы 17.1), то мощность соответствующего трактора следует выбирать в левой половине диапазона значений таблицы 17.2, как можно ближе к оптимальной мощности N. Для выполнения операции в сложных условиях (знаки «+» в графах СП или НМ) необходимо выбрать мощность трактора в правой половине диапазона мощностей таблицы 17.2. На переуплотненных почвах (знак «+» в графе ПП таблицы 17.1) предпочтительнее использовать гусеничные тракторы с меньшим удельным давлением на почву, если в достаточной степени удовлетворяются другие требования. При использовании одномашинных агрегатов (знак «+» в графе A1 таблицы 17.1) следует обеспечить нормальную загрузку двигателя. С учетом изложенных особенностей выбирают трактор по данным таблицы 17.3, в которой указаны значения номинальной мощности двигателя Nн эксплуатационной массы трактора m и энергонасыщенности Э=Nн/m. Тракторы общего назначения можно использовать на всех операциях, кроме междурядной культивации, а универсально-пропашные — на всех операциях (см. табл. 17.2). Таблица 17.3. Основные показатели тракторов Принятые обозначения: КРРУ — колеса разного размера универсально-пропашного трактора; КОРУ — колеса одинакового размера универсально-пропашного трактора; КОРО — колеса одинакового размера трактора общего назначения; ГО — гусеничный трактор общего назначения. Колесные тракторы 4К4 обладают большой проходимостью, поэтому при прочих равных условиях их целесообразно использовать в сложных погодных условиях (знак «+» в графе СП таблицы 17.1). На этом выбор трактора завершается. Однако не исключается повторный выбор другого трактора, если при последующих расчетах двигатель окажется недогруженным по тем или иным причинам. Следующий этап ресурсосбережения — определение оптимальной рабочей скорости Vopt комплектуемого агрегата и соответствующего тягового усилия трактора Pкp opt .В качестве критерия оптимальности целесообразно использовать минимум удельного расхода энергии, кДж/м2, при рабочем ходе агрегата:
Критерий (17.1) одновременно обеспечивает и минимум удельного расхода топлива в расчете на 1 м2 обработанной площади:
При нормальной загрузке двигателя значение Общая методика расчета тяговых и тягово-приводных агрегатов. Критерий оптимальности (17.1) с учетом соотношения В = Pкр/ka можно представить в виде
Оптимальные значения скорости Vopt и ширины захвата Вopt для агрегатов обоих типов можно определить по критерию (17.3), приняв для тяговых МТА εB=0. При этом удельные энергозатраты Ер в выражении (17.3) будут соответствовать только тяговым процессам, а полные энергозатраты при наличии ВОМ получим с учетом второго слагаемого из формулы (16.16). Для последующего решения задачи необходимо выразить значения ηт и ka в выражении (17.3) в функции теоретической скорости VT агрегата.
Для плугов с учетом выражения (16.4) следует принять k = aMkо.Для одномашинных агрегатов знак «+» в графе A1 таблицы (17.1) из-за отсутствия сцепки имеем mсу=0. Таким образом, на основании формул (17.5) и (17.7) удельное тяговое сопротивление агрегата
Следовательно, критерий оптимальности (17.3) с учетом выражений (17.6) и (17.8) также является функцией энергонасыщенности теоретической скорости:
Оптимальную теоретическую скорость агрегата VTopt получим из выражения (17.9) по условию dEp/dvT = 0 в виде
Все необходимые исходные данные для расчетов по формуле (4.10) приведены в заданиях 3, 4, 17 применительно к рассматриваемым тяговым МТА.
МТА, рассчитанные по формуле (17.7), получим С учетом формулы (17.12) определяем расчетную оптимальную ширину захвата МТА:
Затем на основании этой формулы найти оптимальное расчетное число машин:
Таблица 17.4. Основные параметры сцепок Фактическую загрузку трактора по тяге следует определять с учетом действительного значения коэффициента использования оптимального тягового усилия
Фактическое тяговое сопротивление агрегата находим с учетом выражения (17.7) в виде суммы
Таблица 17.5. Поправочный коэффициент γ Принятые обозначения: КОР-колеса одинакового размера; КРР-колеса разного размера.
Приведенные особенности обоснования энергосберегающих режимов работы МТА необходимо учитывать при разработке новых конструкций тракторов и сельскохозяйственных машин.
С учетом этой формулы получим оптимальный коэффициент использования эксплуатационного веса
Числовые значения эмпирических коэффициентов a и b указаны в таблице 3.3.
Затем на основании выражений (17.7), (17.26) и (17.28) можно определить оптимальную расчетную ширину захвата тягового агрегата:
Различие между формулами (17.20) и (17.30) обусловлено тем, что величина mg sinα в первом случае учтена в равенстве (17.12). |
можно принять постоянным. Тогда критерии (17.1) и (17.2) будут эквивалентными. В связи с этим последующее решение рассматриваемой задачи выполнено на основе критерия (17.1) из соображений удобства и большей наглядности. При этом изложена как общая методика решения применительно к тяговым и тягово-приводным агрегатам, так и упрощенная частная методика расчета ресурсосберегающих тяговых агрегатов. Поскольку данное задание составлено применительно к тяговым агрегатам, то вопрос использования одной из этих методик решает преподаватель с учетом местных условий. На основе общей методики можно выполнить студенческую исследовательскую работу с многовариантными расчетами на ЭВМ тяговых и тягово-приводных МТА.
[см. формулу (17.12)] в виде 
