Кпд трактора и пути его повышения: КПД агрегата и пути его повышения

Содержание

Мощностной баланс и КПД трактора

Эффективная мощность двигателя расходуется на преодоление сопротивлений различного характера, которые возникают в процессе работы трактора, вследствие чего мощностной баланс имеет вид уравнения:

Ne=Nтр+Nδ+Nf±Nj+Ni+Nпр+Nкр+Nв,

где Ne – эффективная мощность двигателя; Nтр, Nδ, Nf, Nj, Ni, Nпр – мощности, затраченные на трение в механизмах трансмиссии, на буксование ведущих органов, на качение машины, на изменение скорости движения в процессе разгона либо замедления, на преодоление подъёма либо спуска, на трение в приводе ВОМ; Nкр и Nв – полезные мощности (затраченные на тягу рабочих машин либо прицепов, вращение механизмов, получающих привод через ВОМ).

Общий коэффициент полезного действия трактора представляет собой отношение полезной мощности к мощности ДВС.

ηо=(Nкр+Nв)/Ne.

Тяговый коэффициент полезного действия основан на отношении мощности на крюке (Nкр) к мощности ДВС без учёта её затрат на привод ВОМ.

ηтяг=(Nкр)/Ne-( Nпр+Nв).

Если ВОМ не работает, то тяговый КПД равен общему:

ηтяго=Nкр/Ne.

Тяговый КПД также выражается как произведение коэффициентов полезного действия, которые учитывают потери на трение в механизмах трансмиссии (ηтр), на самопередвижение машины (ηf), на буксование ведущих колёс (ηо):

ηтягтрηfδ.

Коэффициент полезного действия, который учитывает потери на трение в механизмах трансмиссии,

рассчитывается по уравнению:

ηтр=Mвед/Mкiтр,

где Mвед – крутящий момент на ведущих колёсах, Mк – крутящий момент двигателя, iтр – передаточное число трансмиссии.

Коэффициент полезного действия с учётом буксования рассчитывается по выражению:

ηδ=1-δ,

где δ – буксование ведущих колёс.

Коэффициент полезного действия, который учитывает потери на перекатывание, рассчитывается таким образом:

ηf=Pкр/(Pкр+Pf)=Pкр/Pк.

Последние три КПД возможно получить не только экспериментальным, но и расчётным путём.

Тяговый КПД гусеничного трактора также рассчитывается по уравнению (ηтягтрηfδ), при этом потери на трение в ведущей части гусеницы включаются в общие потери на качение.

 17*

Похожие материалы:

ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО АГРЕГАТА НА ЕГО МЕХАНИЧЕСКИЙ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КОЭФФИЦИЕНТЫ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

5. Popov V.D., Maksimov D.A., Morozov Yu.L. et al. Tehnologicheskaja modernizatsija otraslej rastenievodstva APK Severo-Zapadnogo federal’nogo okruga [Technological modernization of crop production sectors in the agro-industrial complex of the North-Western Federal District]. Saint-Petersburg: SZNIIMESH. 2014: 288. (In Russian)

6. Basnet C.B., Foulds L.R., Wilson J.M. Scheduling contractors’ farm-to-farm crop harvesting operations. International Transactions in Operational Research. 2006. No. 13 (1), pp. 1-15.

7. Vindis P., Stajnko D., Lakota M., Mursec B. Comparison of efficiency of single-row and self-propelled harvester on small farms. Actual Tasks on Agricultural Engineering, 2012. Vol 40, pp. 311-320.

8. Valge A., Sukhoparov A., Papushin E. Grass forage transportation process modeling. Proc.19th Int. Sci. Conf. «Engineering for Rural Development». 2020. Vol 19: 1201-1207 (In English).

9. Bueno J., Amiama C., Pereira J. M. Discrete event simulation model for the harvest cycle of silage corn. Proc. VII Congreso Iberico De Agroingeneria y Ciencias Horticolas: Innovar y Producir Para El Futuro. Madrid. Spain. 2014, pp. 1064-1068.

10. Edwards G., S0rensen C.G., Bochtis D.D., Munkholm L.J. Optimised schedules for sequential agricultural operations using a Tabu Search method. Computers and Electronics in Agriculture, 2015. Vol.117, pp. 102-113.

11. Dobrinov A.V. Povyshenie effektivnosti zagotovki izmel’chennogo sena v usloviyakh Severo-Zapada RF putem optimizatsii tekhnologicheskikh protsessov i formirovaniya adap-tivnykh tekhnologii [Improving the efficiency of harvesting chopped hay in the North-West of the Russian Federation by optimizing technological processes and developing adaptive technologies]. Avtoreferat dissertatsii na soiskanie uchenoi stepeni kandidata tekh-nicheskikh nauk [Author’s Abstract of Cand. Sci. (Enginering) Thesis]. Saint Petersburg: SZNIIMESH. 2003: 19 (In Russian)

12. Valge A.M. Ispol’zovanie sistem Excel i Mathcad pri provedenii issledovanij po mekhanizatsii sel’skokhozyajstvennogo proizvodstva (Metodicheskoe posobie) [Application of Excel and Mathcad in research related to mechanisation of agricultural production/ Guidance manual]. SPb.: GNU SZNIIMESKH Rossel’khozakademii, 2013: 200 (In Russian)

13. Venttsel E.S. Issledovanie operatsii [Operations research]. Moscow: Sovetskoe radio, 1972: 532 (In Russian)

14. Kudryavtsev E.M. Kompleksnaya mekhanizatsiya, avtomatizatsiya i mekhanovooruzhennost’ stroitel’stva [Complex mechanization, automation and degree of construction work mechanisation]. Moscow: Stroiizdat, 1989: 246 (In Russian)

УДК 631.311:51-74

ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО АГРЕГАТА НА ЕГО МЕХАНИЧЕСКИЙ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КОЭФФИЦИЕНТЫ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ

82

Джабборов Н.И., д-р техн. наук

Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства (ИАЭП) — филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, Санкт- Петербург, Россия

Повышение коэффициента полезного действия машинно-тракторных агрегатов, обеспечивающих энергоэффективность технологий возделывания сельскохозяйственных культур является актуальной задачей. Целью настоящих исследований является исследование и оценка влияния скоростных режимов работы почвообрабатывающих агрегатов на их механический и энергетический коэффициенты полезного действия. Объектом исследований являлся универсальный комбинированный почвообрабатывающий агрегат блочно-модульной структуры УКПА-2,4 в агрегате с трактором класса тяги 1,4 для поверхностной обработки почвы. Предметом исследований являлись закономерности изменения тягового сопротивления, тяговой мощности, механического и энергетического КПД почвообрабатывающего агрегата от его скорости движения. При проведении исследований применялись методы математического моделирования, анализа и обобщения экспериментальных данных. Научную новизну работы представляют выявленные закономерности изменения механического и энергетического КПД почвообрабатывающего агрегата. В статье приведены графические и эмпирические зависимости исследуемых показателей почвообрабатывающего агрегата. Установлено, что при работе почвообрабатывающего агрегата МТЗ-920+УКПА-2,4 для поверхностной обработки почвы на различных скоростных режимах работы (от 1,47 до 2,20 м/с), в рациональных пределах изменения степени использования мощности 0,80-0,95, энергетический КПД изменяется от 0,11 до 0,18, то есть на 64 %. При этом, механический КПД агрегата увеличивается от 0,288 до 0,559, то есть на 94 %. Энергетический КПД почвообрабатывающего агрегата в пределах изменения скоростей от 1,47 до 2,20 м/с на 62-68 % меньше, чем механический КПД.

Ключевые слова: обработка почвы, почвообрабатывающий агрегат, закономерность, механический коэффициент полезного действия, энергетический коэффициент полезного действия.

Для цитирования: Джабборов Н.И. Влияние скорости движения почвообрабатывающего агрегата на его механический и энергетический коэффициенты полезного действия // АгроЭкоИнженерия. 2021. №1(106). С.82-91

EFFECT OF TRAVELLING SPEED OF A TILLAGE UNIT ON ITS MECHANICAL AND

ENERGY EFFICIENCY

N.I. Dzhabborov, DSc (Engineering)

Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production (IEEP) — branch of FSAC VIM, Saint Petersburg, Russia

Increasing the efficiency of tractor/implement systems that provide the energy efficiency of farm crop cultivation technologies is an important issue of today. The study aimed to estimate how the operational speeds of tillage units affect their mechanical and energy efficiency. The study object was a universal combined tillage unit of block-modular structure UKPA-2.4 teamed with a tractor of 1.4 drawbar category for surface tillage. The study subject was the variation regularities of

traction resistance, traction power, mechanical and energy efficiency of the tillage unit depending on its travelling speed. The research applied the methods of mathematical modelling, analysis and generalisation of theoretical and calculated data. The scientific novelty of research was manifested by the variation regularities of mechanical and energy efficiency of the tillage unit. The article presents graphical and empirical dependences of the studied parameters of the tillage unit. The study revealed that during the operation of MTZ-920 + UKPA-2.4 tillage unit at the operational speeds from 1.47 to 2.20 m/s, within the rational variation limits of the degree of power utilization 0.80-0.95, the energy efficiency varied from 0.11 to 0.18 or by 64%. At the same time, the mechanical efficiency of the unit increased from 0.288 to 0.559 or by 94%. The energy efficiency of the soil-cultivating unit within the speed variation range from 1.47 to 2.20 m/s was 62% to 68% smaller than the mechanical efficiency.

Key words: soil tillage, tillage unit, dependence, mechanical efficiency, energy efficiency.

For citation: Dzhabborov N.I. Effect of travelling speed of a tillage unit on its mechanical and energy efficiency. AgroEkoInzheneriya. 2021. No. 1(106): 82-91. (In Russian)

Введение

Технологический процесс обработки почвы является одним из самых энергоемких. На почвообработку

затрачивается около 35-40 % от всей совокупной энергии в технологиях возделывания сельскохозяйственных

культур. В этой связи, повышение энергоэффективности технологий в растениеводстве путём энергосбережения и повышения коэффициента полезного действия технических средств является актуальной задачей.

Затраты энергии на почвообработку прямо пропорциональны значениям механического и энергетического

коэффициента полезного действия (КПД) почвообрабатывающих агрегатов.

Отечественными и зарубежными учеными продолжаются исследования по решению проблемы повышения КПД тяговых и тягово-приводных машинно-тракторных агрегатов.

Исследованиями автора работы [1] обоснован основной критерий

эффективности работы машинно-

тракторного агрегата (МТА) в форме тягового КПД трактора. Выявлена связь тягового КПД трактора между его массой и силой инерции.

Авторы работы [2] в результате исследований пришли к выводу, что необходимо разработать математическую модель для расчёта мощности двигателя через коэффициент полезного действия трактора. В данной статье авторы изложили теоретические предпосылки разработки математической модели тягового КПД трактора.

В условиях Ленинградской области авторами статьи [3-4] были проведены экспериментальные исследования по оценке работы почвообрабатывающего агрегата блочно-модульной структуры УКПА-2,4 по тяговому КПД тракторов классов 1,4 и 2. Ими предложены способы повышения тягового КПД тракторов для соответствующих классов тяги. Выявлены закономерности изменения тягового КПД тракторов от скоростных и нагрузочных режимов их функционирования.

На основе исследований

потенциальной тяговой характеристики трактора авторами работы [5] получена аналитическая математическая модель удельного тягового усилия, оптимального по тяговому КПД.

В работе [6] изложены методика, математические модели и алгоритм получения механического КПД трансмиссии тракторов ДТ-75М и МТЗ-80/82 при его

испытании в эксплуатационных условиях во время трогания с места под определенной нагрузкой. По результатам исследований авторы работы пришли к заключению, что исследованные тракторы отвечают требованиям нормативно-технической и эксплуатационной документации.

В статье [7] изложена методика расчета оптимальной тяговой

характеристики тракторов с минимальной эксплуатационной массой, рассчитанной с учетом номинальных тяговых усилий и коэффициентов использования силы тяжести тракторов. Авторы пришли к выводу, что оптимальная тяговая характеристика соответствует минимальной

эксплуатационной массе трактора и его максимальной энергонасыщенности.

Взаимосвязь производительности агрегата с коэффициентом использования тяговой мощности, номинальной мощности двигателя и условным тяговым КПД трактора рассмотрена в работе [8]. Авторами упомянутой статьи выявлены

закономерности изменения тягово-мощностных показателей трактора.

Проведены исследования по оценке возможности повышения эффективности почвообрабатывающих агрегатов путём использования рациональных параметров и характеристик тракторов классов тяги 3-5 с применением балласта [9]. Автором установлено, что применение на тракторе сдвоенных колес улучшает параметры его тяговой характеристики, при этом тяговая мощность трактора увеличивается в среднем на 6 %. Предложены пути улучшения эксплуатационных показателей колёсных тракторов с колесной схемой 4х4.

С применением методологии системного подхода к ступенчатому дифференцированию и рациональному распределения по осям эксплуатационной массы авторами работы [10] разработаны модели и алгоритм оптимизации массы и энергетических параметров трактора в составе тягового почвообрабатывающего

агрегата. Предложенная система

оптимизации позволяет существенно улучшить реализацию потенциальной тяговой характеристики энергонасыщенных тракторов.

В статье [11] изложены результаты исследований по обоснованию

рациональных эксплуатационных

показателей тягово-динамической

характеристики колесного трактора тягового класса 5 т с колесной схемой 4х4 на основе вариации балластирования и применения сдвоенных и одинарных колёс. Предложены пути адаптации колесных тракторов к конкретным условиям их функционирования и зональным технологиям обработки почвы.

В работе [12] показано, что процесс преобразования подводимой энергии рабочим органом служит показателем оценки расхода энергии, идущий на деформацию обрабатываемого почвенного пласта. Рассмотрены составляющие понятия КПД агрегата для пассивных, активных и комбинированных рабочих органов. Авторами установлено, что доля удельных затрат энергии, расходуемой на рыхление почвы может достигать 35-40 % от всех энергозатрат на обработку почвы.

Важность обоснования скоростных и нагрузочных режимов работы МТА с целью повышения эффективности их

функционирования отмечена в работе [13]. Для повышения эффективности

технологических процессов и технологий в растениеводстве авторы предлагают визуализировать их в виде карт потока производства процесса, которые

представляют собой информационно-контрольные карты, обеспечивающие легкий контроль и корректировку хода и качества выполнения механизированных работ [13]. В информационно-контрольной карте

приводятся степень загрузки трактора (или двигателя), рациональные пределы скорости движения и нагрузки трактора, показатели качества и другая важная информация о процессе.

С учетом рассмотренных публикаций, исследование механического и

энергетического КПД

почвообрабатывающих агрегатов

представляется актуальной задачей, так как их повышение позволяет повысить энергоэффективность обработки почвы.

Материалы и методы

Цель исследований —

совершенствование математических моделей для определения механического и энергетического КПД и влияние на них

установившихся скоростных режимов функционирования тяговых

почвообрабатывающих агрегатов.

При проведении исследований применялись методы математического моделирования, анализ и обобщение экспериментальных данных.

В качестве примера, в разделе результаты и обсуждение, приведены данные по почвообрабатывающему агрегату МТЗ-920+УКПА-2,4 для поверхностной обработки почвы (рисунок 1).

Рис. 1. Общий вид почвообрабатывающего агрегатаМТЗ-920+ УКПА-2,4 для поверхностной

обработки почвы

Агрофон — поле из-под картофеля.

Условия, при которых проводились исследования:

Тип почвы: дерново-подзолистый, средний суглинистый.

Рельеф, град.: 1,0-1,5, волнистый. Состояние поверхности почвы: гребнистое.

Влажность почвы, %:

— в слое 0 — 10 см: 19 — 22 %;

— в слое 10 — 20 см: 22 — 25 %. Относительная влажность воздуха —

75-80%.

Предшествующая культура -картофель.

Экспериментальные данные обрабатывались по методике, изложенной в работе [14].

Результаты и обсуждение

При выполнении технологического процесса без отдачи энергии, на привод

МТА

механизмов и машин, механический и

коэффициенты МТА можно

цМТА

энергетический полезного действия определить следующими зависимостями:

КдУу

„МТА _ х1м —

цМТА _ 3,604-Ка-7р

(2)

где Иа — полезное сопротивление агрегата (тяговое усилие трактора), необходимое для выполнения технологического процесса, кН;

Ур — скорость движения агрегата, м/с;

^ен — номинальная мощность двигателя,

кВт;

— степень использования мощности двигателя;

ат — энергосодержание дизельного топлива, МДж/кг;

Ст — часовой расход топлива на установившемся режиме работы, кг/ч.

Исследуем влияние скорости движения на механический и энергетический КПД МТА на примере почвообрабатывающего агрегата УКПА-2,4 в агрегате с трактором класса тяги 1,4 для поверхностной обработки почвы.

На рисунке 1 показаны зависимости тягового сопротивления и тяговой мощности от скорости движения почвообрабатывающего агрегата МТЗ-920+УКПА-2,4.

кН

кВт

35

30

25

20

15

10

Нкр

К

1,47

1. = 0′ 9 0 и глубины обработки почвы /1см = 1 4 см)

Экспериментальные данные

свидетельствуют о том, что с повышением скорости движения от 1,47 до 2,20 м/с механический КПД

почвообрабатывающего агрегата

увеличивается от 0,288 до 0,559. При этом энергетический КПД агрегата

изменяется от 0,110 до 0,180.

Функциональные зависимости

МТА МТА

механического и энергетического

КПД от скорости движения почвообрабатывающего агрегата МТЗ-920+УКПА-2,4 для поверхностной обработки почвы можно представить в следующем виде:

1$ТА = _ о, 1 7 7 9 7 + г, 0 2 44 1 — о, 83 3 29,

Пэ

МТА _

0, 01027+ 0,1 3 3 60_ 0, 06418.

(5)

(6)

Эмпирические зависимости (5) и (6) справедливы в диапазоне скоростей движения почвообрабатывающего агрегата = 1,47 — 2,20 м/с.

Как видно из рис. 3, при работе почвообрабатывающего агрегата МТЗ-920+УКПА-2,4 для поверхностной обработки почвы на различных скоростных режимах работы, при рациональных пределах изменения степени использования мощности энергетический

КПД изменяется на 64 %. При этом,

механический КПД ЦмТА возрастает на 94 %.

Энергетический КПД

почвообрабатывающего агрегата в

пределах изменения скоростей от 1,47 до

2,20 м/ч на 62-68 % меньше, чем механический КПД .

С учетом сказанного можно заключить, что скоростной режим работы МТА оказывает большое влияние на значения их коэффициента полезного действия. Для увеличения КПД следует научно обосновать рациональные

скоростные режимы работы МТА с учетом выполнения агротехнических требований к технологическим процессам.

Математические выражения (1) и (2) могут быть применены для исследования и оценки КПД тяговых МТА в различных условиях их функционирования.

Выводы

Предложены усовершенствованные математические модели (1) и (2) для определения и анализа механического и энергетического КПД тяговых машинно-тракторных агрегатов.

Пользуясь выражениями (1) и (2), можно дать оценку влияния скорости и нагрузки на значения КПД тяговых МТА и обосновать пути повышения их эффективности функционирования.

Выявлены закономерности изменения тягового сопротивления, тяговой мощности,

механического и энергетического КПД почвообрабатывающего значительное

влияние на КПД почвообрабатывающего агрегата.

Представляется актуальным

дальнейшее исследование влияния нагрузки на КПД МТА на основе математических моделей (1) и (2), а также разработка методики комплексной оценки нагрузки и скорости на КПД тяговых и тягово-приводных МТА.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИИ СПИСОК

1. Андреева Е.В. Теоретическое исследование влияния массы колесного трактора на его тяговый КПД //Инженерно-техническое обеспечение АПК. 2010. № 4. С 1039.

2. Хафизов К.А., Хафизов Р.Н., Нурмиев А.А., Галиев И.Г. Теоретические предпосылки создания математической модели тягового КПД трактора // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2019. Т. 14. № 3 (54). С. 116121.

3. Джабборов Н.И., Добринов А.В., Лобанов А.В., Федькин Д.С. Оценка работы почвообрабатывающего агрегата по тяговому КПД трактора // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2012. № 3. С. 29-30.

4. Джабборов Н.И., Добринов А.В., Лобанов А.В., Федькин Д.С. Оценка КПД трактора в агрегате с универсальным комбинированным почвообрабатывающим агрегатом блочно-модульной структуры // Труды ГОСНИТИ. 2013. Т. 111. № 1. С. 110-116.

5. Костюченко В.И. Удельное тяговое усилие колесного трактора, оптимальное по тяговому КПД // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение. 2011. № 31 (258). С. 49-53.

6. Хабардин С.В., Шишкин А.В. Результаты определения механического КПД трансмиссии при тяговых испытаниях тракторов в процессе трогания с места под

нагрузкой // Вестник ИрГСХА. 2013. № 56. С. 128-134.

7. Самсонов В.А., Лачуга Ю.Ф. Оптимизация тяговой характеристики сельскохозяйственного трактора // Тракторы и сельхозмашины. 2017. № 11. С. 49-56.

8. Лахович А.Е., Кецко В.Н. Эффективность комплектования мобильных машинно-тракторных агрегатов на базе тракторов «Беларус» // Конструирование, использование и надежность машин сельскохозяйственного назначения. 2018. № 1 (17). С. 213-218.

9. Журавлёв С.Ю. Улучшение эксплуатационных свойств колёсных 4х4 сельскохозяйственных тракторов // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2020. № 4 (84). С. 127-132.

10. Селиванов Н.И., Васильев И.А. Реализация потенциальных возможностей колесных тракторов высокой мощности // Вестник КрасГАУ. 2018. № 6 (141). С. 119125.

11. Селиванов Н.И., Журавлев С.Ю. Адаптация параметров колесного трактора к зональным технологиям почвообработки // Вестник КрасГАУ. 2018. № 4 (139). С. 116120.

12. Капов С.Н., Орлянский А.В., Кожухов А.А., Бобрышов А.В., Лиханос В.А., Мирошникова В.В. Энергетическая оценка обработки почвы // Вестник аграрной науки Дона. 2018. № 3 (43). С. 8-16.

13. Джабборов Н.И., Ахмадов Б.Р., Федькин Д.С. Методика разработки карт потока производства технологических процессов // Доклады Таджикской академии сельскохозяйственных наук. 2013. № 2 (36). С. 59-63.

14. Валге А.М., Джабборов Н.И., Эвиев В.А. Основы статистической обработки

экспериментальных данных при проведении исследований по механизации

сельскохозяйственного производства с примерами на STATGRAPHICS и EXCEL (под ред. А.М. Валге). Санкт-Петербург: изд-во ИАЭП; Элиста: изд-во КалмГУ, 2015.140 с.

REFERENCES

1. Andreeva E.V. Teoreticheskoe issledovanie vliyaniya massy kolesnogo traktora na ego tyagovyi KPD [Theoretical study of the influence of the mass of a wheel tractor on its tractive efficiency]. Inzhenerno-tekhnicheskoe obespechenie APK. 2010. No. 4: 1039. (In Russian)

2. Khafizov K.A., Khafizov R.N., Nurmiev A.A., Galiev I.G. Teoreticheskie predposylki sozdaniya matematicheskoi modeli tyagovogo KPD traktora [Theoretical background of creating a mathematical model of tractor traction efficiency]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2019. vol. 14. No. 3 (54): 116-121. (In Russian)

3. Dzhabborov N.I., Dobrinov A.V., Lobanov A.V., Fed’kin D.S. Otsenka raboty pochvoobrabatyvayushchego agregata po tyagovomu KPD traktora [Estimation of tillage unit operation by tractor traction efficiency]. Mekhanizatsiya i elektrifikatsiya sel’skogo khozyaistva. 2012. No. 3: 29-30. (In Russian)

4. Dzhabborov N.I., Dobrinov A.V., Lobanov A.V., Fed’kin D.S. Otsenka KPD traktora v agregate s universal’nym kombinirovannym pochvoobrabatyvayushchim agregatom blochno-modul’noi struktury [Estimation of tractor efficiency teamed with a universal combined tillage unit of block-modular structure]. Trudy GOSNITI. 2013.vol. 111. No. 1: 110-116. (In Russian)

5. Kostyuchenko V.I. Udel’noe tyagovoe usilie kolesnogo traktora, optimal’noe po tyagovomu

KPD [Wheel tractors drawbar pull optimum for drawbar efficiency]. Vestnik Yuzhno-Ural’skogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Mashinostroenie. 2011. No. 31 (258): 49-53. (In Russian)

6. Khabardin S.V., Shishkin A.V., Rezul’taty opredeleniya mekhanicheskogo KPD transmissii pri tyagovykh ispytaniyakh traktorov v protsesse troganiya s mesta pod nagruzkoi [Results of determining the mechanical efficiency of the transmission during traction tests of tractors in the process of making a move under the load]. VestnikIrGSKhA. 2013. No. 56: 128-134. (In Russian)

7. Samsonov V.A., Lachuga Yu.F. Optimizatsiya tyagovoi kharakteristiki sel’skokhozyaistvennogo traktora [Optimization of traction characteristics of agricultural tractor]. Traktory i sel’khozmashiny. 2017. No. 11: 4956. (In Russian)

8. Lakhovich A.E., Ketsko V.N. Effektivnost’ komplektovaniya mobil’nykh mashinno-traktornykh agregatov na baze traktorov «Belarus» [Efficient completing of a mobile machine and tractor unit based on «Belarus» tractors]. Konstruirovanie, ispol’zovanie i nadezhnost’ mashin sel’skokhozyaistvennogo naznacheniya. 2018. No. 1 (17): 213-218. (In Russian)

9. Zhuravlev S.Yu. Uluchshenie ekspluatatsionnykh svoistv kolesnykh 4×4 sel’ skokhozyaistvennykh traktorov [Improvement of operational properties of

wheeled 4×4 agricultural tractors]. Izvestiya Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2020. No. 4 (84): 127-132. (In Russian)

10. Selivanov N.I., Vasiliev I.A. Realizatsiya potentsial’nykh vozmozhnostei kolesnykh traktorov vysokoi moshchnosti [Implementation of potential opportunities of high power wheeled tractors]. Vestnik KrasGAU. 2018. No. 6 (141): 119-125. (In Russian)

11. Selivanov N.I., Zhuravlev S.Yu. Adaptatsiya parametrov kolesnogo traktora k zonal’nym tekhnologiyam pochvoobrabotki [The adaptation of the parameters of a wheeled tractor to zonal technology]. Vestnik KrasGAU. 2018. No. 4 (139): 116-120. (In Russian)

12. Kapov S.N., Orlyanskii A.V., Kozhukhov A.A., Bobryshov A.V., Likhanos V.A., Miroshnikova V.V. Energeticheskaya otsenka obrabotki pochvy [Energy assessment of

tillage]. Vestnik agrarnoi nauki Dona. 2018. No. 3 (43): 8-16. (In Russian)

13. Dzhabborov N.I., Akhmadov B.R., Fed’kin D.S. Metodika razrabotki kart potoka proizvodstva tekhnologicheskikh protsessov [Method of developing the production flow charts in technological processes]. Doklady Tadzhikskoi akademii sel’skokhozyaistvennykh nauk. 2013. No. 2 (36): 59-63. (In Russian)

14. Valge A.M., Dzhabborov N.I., Eviev V.A. Osnovy statisticheskoj obrabotki ehksperimental’nyh dannyh pri provedenii issledovanij po mekhanizacii sel’skohozyajstvennogo proizvodstva s primerami na STATGRAPHICS i EXCEL [Fundamentals of statistical processing of experimental data for research in mechanisation of agricultural production with examples in STATGRAPHICS and EXCEL]. Saint Petersburg; Elista: Kalmyk Univ. Publ., 2015: 140. (In Russian)

УДК 631.117

ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ГОРИЗОНТАЛЬНУЮ ПЛОСКОСТЬ

И.Н. Шаблыкин Э.А Папушин канд. техн. наук

В.А. Юнин канд. техн. наук Я.С. Соловьёв

Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства (ИАЭП) — филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, Санкт-Петербург, Россия

В отличие от других методов консервации, инфракрасная (ИК) сушка позволяет получить «живой продукт», т.е. продукт, сохраняющий все биологически ценные свойства растительных продуктов. В статье приведены исследования по влиянию интенсивности инфракрасного излучения на горизонтальную плоскость. Для этого рассчитывалась величина излучения зеркальной ИК-лампы, приходящая на горизонтальную плоскость в зависимости от высоты расположения излучателя. Получена модель изменения в виде полинома изменения температуры поверхности от удалённости от центра проекции излучения на горизонтальную плоскость после воздействия в течение 5 и 10 минут. На основании полученных результатов можно сделать вывод, что для ИК-лампы мощностью 250 Вт

14169 (Пути повышения производительности сельскохозяйственных машин) — документ

В реализации стратегической задачи подъема экономики важнейшая роль отводится сельскому хозяйству. Главная задача состоит в развития сельского хозяйства на базе интенсификации производства и его перевооружение, совершенствование систем управления и хозяйственного механизма. Для этого необходимо обеспечить надежный выпуск новых и совершенствование структуры сельскохозяйственных машин и орудий в соответствии с предусмотренной комплексной системой. В настоящее время необходимо снизить расход топлива и смазочных масел тракторами и комбайнами. Организовать надежные поставки запчастей для всех моделей тракторов и сельскохозяйственных машин используемых в сельском хозяйстве. Улучшить инженерную службу в сельскохозяйственных предприятиях.

Одним из путей повышения эффективности использования сельскохозяйственных машин является поддержание рабочей техники в постоянной готовности, что обеспечивает своевременное проведение технических обслуживаний и ремонта техники.

Энергоемкость технологических сельскохозяйственных операций в значительной степени определяется эксплуатационными свойствами машин и режимами работы машинно-тракторных агрегатов (МТА). Как показывает опыт эксплуатации машинно-тракторных агрегатов (МТА) в различных регионах Российской Федерации рост энергонасыщенности тракторов не дал пропорционального прироста производительности МТА и привел к увеличению расхода топлива на единицу выполненной работы. Повышение производительности МТА, при увеличении мощности тракторного двигателя, производилось через увеличение тягового усилия трактора и агрегатирование широкозахватных сельскохозяйственных машин, или через увеличение рабочей скорости МТА, что сопровождалось ростом удельного расхода топлива. Авторами сделан вывод о нецелесообразности повышения производительности МТА путем увеличения тягового усилия трактора и его рабочей скорости, которые сопровождаются увеличением массы трактора и недоиспользованием мощности двигателя, установленной заводом изготовителем.

Увеличение массы сельскохозяйственных тракторов привело к повышению расхода энергии как на их самоперемещение, так и на дополнительное рыхление почвы в связи с ее уплотнением. В тоже время, рост рабочих скоростей МТА привел к резкому увеличению удельного сопротивления сельскохозяйственных машин, уменьшению величины максимального значения тягового КПД и к увеличению степени неравномерности момента сопротивления на входе в двигатель, что в свою очередь вызвало падение мощности двигателя в эксплуатации до 20% от установленной заводом изготовителем.

На основе разработанных теоретических положений профессора Г.М. Кутькова и его активной поддержки, авторами работы рассмотрено альтернативное направление развития тракторо- и сельскохозяйственного машиностроения, обосновывающее необходимость замены трактора- тягача, при повышении его энергоначыщенности, на трактор тягово-энергетической концепции и создание на его основе тягово-приводных машинно-тракторных агрегатов. В таких агрегатах противоречие между необходимостью снижения веса трактора и сохранением тягово-сцепных свойств устраняются за счет использования в качестве сцепного не только веса трактора, но и веса всего агрегата, включая его технологическую часть. «Избыточная» мощность двигателя, которая не может быть реализована через ходовую систему энергонасыщенного трактора-тягача, в тягово-приводном МТА передается опорным колесам сцепки, сельскохозяйственной машины, или ее рабочим органам.

На основе проведенного авторами анализа возможных вариантов формирования МТА на базе тракторов тягово-энергетической концепции выделены два направления использования «избыточной» мощности тракторного двигателя.

Первое — уменьшение тягового сопротивления сельхозмашин с пассивными рабочими органами применением активных рабочих органов, а также заменой привода рабочих органов от ходовых колес сельхозмашины на общий привод от тракторного двигателя. Это позволяет при той же тяговой мощности и рабочей скорости трактора увеличить ширину захвата одно-операционной сельскохозяйственной машины, или сформировать комбинированный агрегат, способный выполнять одновременно не одну, а несколько технологических операций одновременно, что обеспечивает снижение удельной энергоемкости работ.

Второе — использовать «избыточную» мощность для привода движителей сельхозмашин, промежуточных тягово-прицепных модулей или опорных ведущих колес сельскохозяйственной машины. В этом случае используется вся масса агрегата для создания тягового усилия и за счет этого происходит увеличение производительности с одновременным рассредоточением сцепной массы по движителям, что позволяет снизить удельную энергоемкость работ с одновременным снижением уплотнения почвы, особенно в подпахотном горизонте.

В настоящей работе приведены результаты исследований по изысканию путей и методов формирования энергосберегающих тягово-приводных агрегатов на базе тракторов класса 1,4…2 с номинальной силой тяги 14…20 кН и обоснованию оптимальных конструктивных параметров и нагрузочных режимов МТА при выполнении основных технологических операций. Класс тракторов 1,4 с номинальным тяговым усилие 14 кН преобладает в настоящее время по количеству используемых в сельскохозяйственных коллективных и особенно фермерских предприятиях Российской Федерации и стран СНГ. Актуальность исследования связана также с наращиванием в России парка тракторов класса 2 и предпосылками использования с ними частично невостребованным парка сельскохозяйственных машин, предназначенных для тракторов класса 3. Формирование и применение тягово-приводных агрегатов на базе энергонасыщенных тракторов классов 1,4…2, позволит использовать перспективные комбинированные и универсальные широкозахватные сельскохозяйственные машины и агрегаты, в том числе предназначенных для тракторов класса 3.

1. Обоснование тягово–энергетической концепции трактора

1.1 Исследование путей повышения производительности сельскохозяйственных машинно-тракторных агрегатов

Проведенные авторами исследования путей повышения производительности сельскохозяйственных машинно-тракторных агрегатов позволило изучить причины отставания роста производительности агрегатов от роста мощности тракторных двигателей. Основное внимание уделено теоретическим изысканиям для подхода к разработке фундаментальных основ совершенствования МТА. На основе анализа потенциальной тяговой характеристики трактора (зависимость тяговой мощности трактора от его тягового усилия) сделан вывод о том, что режиму работы трактора при максимальной тяговой мощности соответствуют определенные значения тягового усилия и действительной скорости движения , которые взаимосвязаны. Поэтому, по известной практике, возрастающую тяговую мощность трактора тягача, при повышении его энергонасыщенности, можно реализовать увеличением тягового усилия трактора для агрегатирования широкозахватных сельскохозяйственных машин или для ускорения движения МТА.

В первом случае удается повысить производительность МТА, но с условием сохранения оптимального коэффициента сцепления , что сопровождается увеличением сцепного веса . Однако увеличение массы сельскохозяйственного трактора повышает расход энергии на его перемещение, который уже сегодня составляет, по отдельным источникам, до 40% номинальной мощности двигателя. При этом темп прироста производительности МТА за счет увеличения ширины захвата агрегата отстает от темпа увеличения мощности

Например, при увеличении мощности двигателя трактора Т-150М в сравнении с трактором Т-150 на 26,5%, производительность МТА (при постоянной рабочей скорости) возросла только на 15…18 % (в зависимости от технологической операции). При этом масса трактора увеличилась на 12%.

Следствием увеличения массы трактора является уплотнение почвы, в том числе и в подпахотном слое, на величину которого оказывает влияние не только удельное давление движителей, но и общая масса трактора. Это не только существенно нарушает физико-механические качества почвы и приводит к снижению урожайности сельскохозяйственных культур от 5 до 50%, но и увеличивает энергозатраты на дополнительное рыхление почвы.

Поэтому авторы пришли к мнению, что увеличение тягового усилия трактора, с точки зрения формирования энергосберегающего МТА, является неперспективным, так как требует увеличения веса трактора и уплотняет почву.

Другим вариантом повышения тяговой мощности трактора при неизменной оптимальной силе тяги является увеличение рабочей скорости МТА. Для тракторов тягачей отношение мощности двигателя, преобразуемой в тяговую мощность трактора, к произведению массы трактора на оптимальную действительную скорость движения есть величина постоянная. Поэтому повышение мощности двигателя пропорционально увеличению рабочей скорости трактора тягача, а следовательно, и производительности МТА. Однако по мере роста скорости сельскохозяйственных тракторов происходит уменьшение величины оптимального значения коэффициента использования сцепной массы трактора и максимального значения тягового КПД, т.е. нарушается прямая пропорциональность между оптимальной скоростью трактора и максимальной тяговой мощностью.

С увеличением скорости движения МТА снижается КПД ходовой системы и в связи с этим увеличиваются энергозатраты на самопередвижение трактора и преодоление буксования, т.е. мощность двигателя, преобразуемая в тяговую мощность трактора, увеличивается быстрее, чем растет его рабочая скорость.

Это значит, что по мере увеличения энергонасыщенности трактора разность между приростом мощности, подведенной к движителям, и приростом скорости будет постоянно возрастать.

Авторами был сделан вывод о том, что увеличение рабочей скорости МТА (при увеличении энергонасыщенности трактора) приводит к снижению максимального значения КПД ходовой системы трактора с одновременным снижением оптимального значения тягового усилия. Так увеличение мощности двигателя с 27 кВт до 80 кВт для тракторов типа МТЗ в случае использования ее только через тяговую мощность максимальное значение КПД ходовой системы уменьшается до 20%, а оптимальное тяговое усилие — до 40% при работе на почвенном фоне-стерне. Для того чтобы это не происходило, необходимо уменьшить массу трактора, либо обеспечить независимость коэффициента самоперекатывания трактора от скорости движения. Все это является одной из причин снижения темпа увеличения его рабочей скорости с одновременным увеличением энергозатрат на единицу обработанной площади.

Кроме того, рост рабочих скоростей МТА приводит к увеличению степени неравномерности момента сопротивления на входе в двигатель на тракторе с механической ступенчатой трансмиссией. Источником колебаний момента сопротивления на входе в двигатель является изменение сопротивления рабочих органов МТА, периодическое изменение нагрузок в зубчатых зацеплениях трансмиссии трактора. При этом существенное влияние в формировании колебаний момента сопротивления играет изменение газовых и инерционных сил, возникающих в цилиндрах двигателя.

Колебания момента сопротивления на входе в двигатель, из-за нелинейности регуляторной характеристики, приводят в эксплуатации к недоиспользованию мощности дизеля до 20 %, а рассогласование систем топливо- и воздухоподачи, особенно у двигателей с ГТН и приводят к увеличению расхода топлива.

Существующая тенденция к увеличению тягового усилия и составлению широкозахватных и скоростных МТА в сочетании с увеличением веса трактора в условиях средних размеров полей Центральной части Российской Федерации приводит к непропорциональному росту производительности и дополнительному росту энергозатрат на единицу выполненной работы, из-за увеличения разворотных зон и работы МТА в режиме разгон-торможение на коротких расстояниях.

На основании проведенного анализа, авторами был сделан вывод, что формирование энергосберегающего МТА на базе энергонасыщенного трактора тягача при увеличении силы тяги или рабочей скорости приводит с одной стороны к увеличению массы сельскохозяйственного трактора, с другой стороны снижает его тяговый КПД. Все это является одной из причин снижения темпа увеличения ширины захвата МТА и его рабочей скорости относительно увеличения мощности тракторного двигателя с одновременным увеличением энергозатрат на единицу обработанной площади, поэтому эти способы являются неперспективными.

Повышение энергонасыщенности тракторов и развитие машинных технологий возделывания сельскохозяйственных культур привело к опережению роста массы технологической части МТА относительно роста массы трактора. С применением комбинированных агрегатов масса технологической части агрегата сравнялась с массой энергетической части, и можно прогнозировать, что в будущем масса технологической части агрегата будет превосходить массу энергетической.

Анализ технологических, агротехнических и других факторов, определяющих концепцию трактора, показал, что их требования противоречивы, поэтому стремление повысить одни свойства приводит к снижению других. Так основные требования — повышение производительности МТА, энерговооруженности механизаторов и сокращение их численности — могут быть реализованы только в результате повышения мощности двигателя и увеличения тягового усилия, т. е. веса трактора. Химизация и применение перспективных широкозахватных и комбинированных агрегатов также ведут к увеличению веса агрегата и нагрузки на колеса трактора. Проявляющаяся тенденция к увеличению веса технологической части агрегата повышает давление движителей тракторов тяговой концепции на почву, что ухудшает агротехнические свойства МТА с навесными и полунавесными орудиями, требует применения широких и спаренных колес, не вписывающихся в междурядье пропашных культур.

Противоречие требований агротехники и развития функциональных свойств трактора тяговой концепции достигло критического состояния и создает объективные трудности в дальнейшем совершенствовании их параметров, так как нельзя поступиться одними требованиями в пользу других.

Дальнейшее повышение мощности трактора класса 5 колесной формулы 4К4 в рамках тяговой концепции невозможно, так как требует увеличения его эксплуатационного веса, в то время как уже сейчас нагрузка на почву достигла предельного значения. Его осевая нагрузка превышает регламентируемую стандартами даже на дорогу с твердым покрытием.

Пути повышения производительности сельскохозяйственных машин — реферат

Введение
Вреализации стратегической задачи подъема экономики важнейшая роль отводитсясельскому хозяйству. Главная задача состоит в развития сельского хозяйства набазе интенсификации производства и его перевооружение, совершенствование системуправления и хозяйственного механизма. Для этого необходимо обеспечить надежныйвыпуск новых и совершенствование структуры сельскохозяйственных машин и орудийв соответствии с предусмотренной комплексной системой. В настоящее времянеобходимо снизить расход топлива и смазочных масел тракторами и комбайнами.Организовать надежные поставки запчастей для всех моделей тракторов исельскохозяйственных машин используемых в сельском хозяйстве. Улучшить инженернуюслужбу в сельскохозяйственных предприятиях.
Однимиз путей повышения эффективности использования сельскохозяйственных машинявляется поддержание рабочей техники в постоянной готовности, что обеспечиваетсвоевременное проведение технических обслуживаний и ремонта техники.
Энергоемкостьтехнологических сельскохозяйственных операций в значительной степениопределяется эксплуатационными свойствами машин и режимами работымашинно-тракторных агрегатов (МТА). Как показывает опыт эксплуатациимашинно-тракторных агрегатов (МТА) в различных регионах Российской Федерациирост энергонасыщенности тракторов не дал пропорционального приростапроизводительности МТА и привел к увеличению расхода топлива на единицувыполненной работы. Повышение производительности МТА, при увеличении мощноститракторного двигателя, производилось через увеличение тягового усилия трактораи агрегатирование широкозахватных сельскохозяйственных машин, или черезувеличение рабочей скорости МТА, что сопровождалось ростом удельного расходатоплива. Авторами сделан вывод о нецелесообразности повышенияпроизводительности МТА путем увеличения тягового усилия трактора и его рабочейскорости, которые сопровождаются увеличением массы трактора инедоиспользованием мощности двигателя, установленной заводом изготовителем.
Увеличение массысельскохозяйственных тракторов привело к повышению расхода энергии как на ихсамоперемещение, так и на дополнительное рыхление почвы в связи с ееуплотнением. В тоже время, рост рабочих скоростей МТА привел к резкому увеличениюудельного сопротивления сельскохозяйственных машин, уменьшению величинымаксимального значения тягового КПД и к увеличению степени неравномерностимомента сопротивления на входе в двигатель, что в свою очередь вызвало падениемощности двигателя в эксплуатации до 20% от установленной заводомизготовителем.
На основеразработанных теоретических положений профессора Г.М. Кутькова и его активнойподдержки, авторами работы рассмотрено альтернативное направление развитиятракторо- и сельскохозяйственного машиностроения, обосновывающее необходимостьзамены трактора- тягача, при повышении его энергоначыщенности, на трактортягово-энергетической концепции и создание на его основе тягово-приводныхмашинно-тракторных агрегатов. В таких агрегатах противоречие между необходимостьюснижения веса трактора и сохранением тягово-сцепных свойств устраняются за счетиспользования в качестве сцепного не только веса трактора, но и веса всегоагрегата, включая его технологическую часть. «Избыточная» мощностьдвигателя, которая не может быть реализована через ходовую системуэнергонасыщенного трактора-тягача, в тягово-приводном МТА передается опорнымколесам сцепки, сельскохозяйственной машины, или ее рабочим органам.
На основе проведенногоавторами анализа возможных вариантов формирования МТА на базе тракторовтягово-энергетической концепции выделены два направления использования«избыточной» мощности тракторного двигателя.
Первое — уменьшениетягового сопротивления сельхозмашин с пассивными рабочими органами применениемактивных рабочих органов, а также заменой привода рабочих органов от ходовыхколес сельхозмашины на общий привод от тракторного двигателя. Это позволяет притой же тяговой мощности и рабочей скорости трактора увеличить ширину захватаодно-операционной сельскохозяйственной машины, или сформировать комбинированныйагрегат, способный выполнять одновременно не одну, а несколько технологическихопераций одновременно, что обеспечивает снижение удельной энергоемкости работ.
Второе — использовать«избыточную» мощность для привода движителей сельхозмашин,промежуточных тягово-прицепных модулей или опорных ведущих колессельскохозяйственной машины. В этом случае используется вся масса агрегата длясоздания тягового усилия и за счет этого происходит увеличение производительностис одновременным рассредоточением сцепной массы по движителям, что позволяетснизить удельную энергоемкость работ с одновременным снижением уплотненияпочвы, особенно в подпахотном горизонте.
В настоящей работеприведены результаты исследований по изысканию путей и методов формированияэнергосберегающих тягово-приводных агрегатов на базе тракторов класса 1,4…2 сноминальной силой тяги 14…20 кН и обоснованию оптимальных конструктивныхпараметров и нагрузочных режимов МТА при выполнении основных технологическихопераций. Класс тракторов 1,4 с номинальным тяговым усилие 14 кН преобладает внастоящее время по количеству используемых в сельскохозяйственных коллективныхи особенно фермерских предприятиях Российской Федерации и стран СНГ.Актуальность исследования связана также с наращиванием в России парка тракторовкласса 2 и предпосылками использования с ними частично невостребованным паркасельскохозяйственных машин, предназначенных для тракторов класса 3.Формирование и применение тягово-приводных агрегатов на базе энергонасыщенныхтракторов классов 1,4…2, позволит использовать перспективные комбинированные иуниверсальные широкозахватные сельскохозяйственные машины и агрегаты, в томчисле предназначенных для тракторов класса 3.

1. Обоснование тягово–энергетическойконцепции трактора
1.1 Исследование путейповышения производительности сельскохозяйственных машинно-тракторных агрегатов
Проведенныеавторами исследования путей повышения производительности сельскохозяйственныхмашинно-тракторных агрегатов позволило изучить причины отставания ростапроизводительности агрегатов от роста мощности тракторных двигателей. Основноевнимание уделено теоретическим изысканиям для подхода к разработкефундаментальных основ совершенствования МТА. На основе анализа потенциальнойтяговой характеристики трактора (зависимость тяговой мощности трактора от еготягового усилия) сделан вывод о том, что режиму работы трактора примаксимальной тяговой мощности /> соответствуют определенные значения тягового усилия/> и действительной скорости движения />, которые взаимосвязаны. Поэтому,по известной практике, возрастающую тяговую мощность трактора тягача, приповышении его энергонасыщенности, можно реализовать увеличением тягового усилиятрактора для агрегатирования широкозахватных сельскохозяйственных машин или дляускорения движения МТА.
В первом случае удаетсяповысить производительность МТА, но с условием сохранения оптимальногокоэффициента сцепления />, чтосопровождается увеличением сцепного веса />.Однако увеличение массы сельскохозяйственного трактора повышает расход энергиина его перемещение, который уже сегодня составляет, по отдельным источникам, до40% номинальной мощности двигателя. При этом темп прироста производительностиМТА за счет увеличения ширины захвата агрегата отстает от темпа увеличениямощности
Например,при увеличении мощности двигателя трактора Т-150М в сравнении с трактором Т-150на 26,5%, производительность МТА (при постоянной рабочей скорости) возрослатолько на 15…18 % (в зависимости от технологической операции). При этом массатрактора увеличилась на 12%.
Следствиемувеличения массы трактора является уплотнение почвы, в том числе и вподпахотном слое, на величину которого оказывает влияние не только удельноедавление движителей, но и общая масса трактора. Это не только существеннонарушает физико-механические качества почвы и приводит к снижению урожайностисельскохозяйственных культур от 5 до 50%, но и увеличивает энергозатраты надополнительное рыхление почвы.
Поэтомуавторы пришли к мнению, что увеличение тягового усилия трактора, с точки зренияформирования энергосберегающего МТА, является неперспективным, так как требуетувеличения веса трактора и уплотняет почву.
Другимвариантом повышения тяговой мощности трактора при неизменной оптимальной силетяги является увеличение рабочей скорости МТА. Для тракторов тягачей отношениемощности двигателя, преобразуемой в тяговую мощность трактора, к произведениюмассы трактора на оптимальную действительную скорость движения есть величинапостоянная. Поэтому повышение мощности двигателя пропорционально увеличениюрабочей скорости трактора тягача, а следовательно, и производительности МТА.Однако по мере роста скорости сельскохозяйственных тракторов происходитуменьшение величины оптимального значения коэффициента использования сцепноймассы трактора и максимального значения тягового КПД, т.е. нарушается прямаяпропорциональность между оптимальной скоростью трактора и максимальной тяговоймощностью.
Сувеличением скорости движения МТА снижается КПД ходовой системы и в связи сэтим увеличиваются энергозатраты на самопередвижение трактора и преодолениебуксования, т.е. мощность двигателя, преобразуемая в тяговую мощность трактора,увеличивается быстрее, чем растет его рабочая скорость.
Этозначит, что по мере увеличения энергонасыщенности трактора разность междуприростом мощности, подведенной к движителям, и приростом скорости будетпостоянно возрастать.
Авторамибыл сделан вывод о том, что увеличение рабочей скорости МТА (при увеличенииэнергонасыщенности трактора) приводит к снижению максимального значения КПДходовой системы трактора с одновременным снижением оптимального значениятягового усилия. Так увеличение мощности двигателя с 27 кВт до 80 кВт длятракторов типа МТЗ в случае использования ее только через тяговую мощностьмаксимальное значение КПД ходовой системы уменьшается до 20%, а оптимальноетяговое усилие — до 40% при работе на почвенном фоне-стерне. Для того чтобы этоне происходило, необходимо уменьшить массу трактора, либо обеспечитьнезависимость коэффициента самоперекатывания трактора от скорости движения. Всеэто является одной из причин снижения темпа увеличения его рабочей скорости содновременным увеличением энергозатрат на единицу обработанной площади.
Крометого, рост рабочих скоростей МТА приводит к увеличению степени неравномерностимомента сопротивления на входе в двигатель на тракторе с механическойступенчатой трансмиссией. Источником колебаний момента сопротивления на входе вдвигатель является изменение сопротивления рабочих органов МТА, периодическоеизменение нагрузок в зубчатых зацеплениях трансмиссии трактора. При этомсущественное влияние в формировании колебаний момента сопротивления играетизменение газовых и инерционных сил, возникающих в цилиндрах двигателя.
Колебаниямомента сопротивления на входе в двигатель, из-за нелинейности регуляторнойхарактеристики, приводят в эксплуатации к недоиспользованию мощности дизеля до20 %, а рассогласование систем топливо- и воздухоподачи, особенно у двигателейс ГТН и приводят к увеличению расхода топлива.
Существующаятенденция к увеличению тягового усилия и составлению широкозахватных искоростных МТА в сочетании с увеличением веса трактора в условиях среднихразмеров полей Центральной части Российской Федерации приводит кнепропорциональному росту производительности и дополнительному ростуэнергозатрат на единицу выполненной работы, из-за увеличения разворотных зон иработы МТА в режиме разгон-торможение на коротких расстояниях.
Наосновании проведенного анализа, авторами был сделан вывод, что формированиеэнергосберегающего МТА на базе энергонасыщенного трактора тягача при увеличениисилы тяги или рабочей скорости приводит с одной стороны к увеличению массысельскохозяйственного трактора, с другой стороны снижает его тяговый КПД. Всеэто является одной из причин снижения темпа увеличения ширины захвата МТА и егорабочей скорости относительно увеличения мощности тракторного двигателя содновременным увеличением энергозатрат на единицу обработанной площади, поэтомуэти способы являются неперспективными.
Повышениеэнергонасыщенности тракторов и развитие машинных технологий возделываниясельскохозяйственных культур привело к опережению роста массы технологическойчасти МТА относительно роста массы трактора. С применением комбинированныхагрегатов масса технологической части агрегата сравнялась с массойэнергетической части, и можно прогнозировать, что в будущем массатехнологической части агрегата будет превосходить массу энергетической.
Анализ технологических,агротехнических и других факторов, определяющих концепцию трактора, показал, чтоих требования противоречивы, поэтому стремление повысить одни свойства приводитк снижению других. Так основные требования — повышение производительности МТА,энерговооруженности механизаторов и сокращение их численности — могут бытьреализованы только в результате повышения мощности двигателя и увеличениятягового усилия, т. е. веса трактора. Химизация и применение перспективныхширокозахватных и комбинированных агрегатов также ведут к увеличению весаагрегата и нагрузки на колеса трактора. Проявляющаяся тенденция к увеличениювеса технологической части агрегата повышает давление движителей тракторовтяговой концепции на почву, что ухудшает агротехнические свойства МТА снавесными и полунавесными орудиями, требует применения широких и спаренныхколес, не вписывающихся в междурядье пропашных культур.
Противоречиетребований агротехники и развития функциональных свойств трактора тяговойконцепции достигло критического состояния и создает объективные трудности вдальнейшем совершенствовании их параметров, так как нельзя поступиться однимитребованиями в пользу других.
Дальнейшееповышение мощности трактора класса 5 колесной формулы 4К4 в рамках тяговойконцепции невозможно, так как требует увеличения его эксплуатационного веса, вто время как уже сейчас нагрузка на почву достигла предельного значения. Егоосевая нагрузка превышает регламентируемую стандартами даже на дорогу с твердымпокрытием.
Противоречиемежду необходимостью снижения веса трактора и сохранением тягово-сцепныхсвойств можно устранить, если в качестве сцепного использовать вес всегоагрегата, включая технологическую часть, а не только вес трактора.
Радикальныйспособ увеличения относительной доли сцепного веса в агрегате, или активизациивеса МТА, — оснащение его технологической части ведущими колесами, приводимымиот системы отбора мощности или гидравлической системы трактора. В этом случаетолько часть мощности двигателя будет реализоваться через ходовую системутрактора и его удельная материалоемкость может быть снижена. При использованиитаких тракторов с сельскохозяйственными машинами небольшой удельнойматериалоемкости, целесообразно дополнять их промежуточными тележками сведущими колесами, которую при необходимости можно балластировать. Взависимости от соотношения сцепных весов трактора и тележки активно приводныеколеса последней могут обеспечить прирост тягового усилия от 50 до 100 %.Энергонасыщенность тракторов в таком агрегате можно повысить в 1,5…2 раза всравнении с современными тракторами тяговой концепции. Столь существенное изменениеэнергонасыщенности приводит к перерастанию трактора-тягача втягово-энергетическое средство и к созданию на его основе тягово-приводныхмашинно-тракторных агрегатов.
Колесныйтрактор тягово-энергетической концепции — это трактор такой энергонасыщенности,при которой мощность двигателя не может быть полностью реализована через егоходовую систему в тяговое усилие при работе в диапазоне достигнутого интерваларабочих (технологических) скоростей МТА даже при полном балластированиитрактора.
Анализ тягово-приводных МТАпоказывает, что «избыточная» часть мощности двигателя тракторатягово-энергетической концепции может быть использована по следующим вариантам.
Первому — для уменьшенияудельного тягового сопротивления сельхозмашин путем привода рабочих органов неот ходовых колес сельхозмашины, а от ВОМ или гидравлической системы трактора.Тогда при той же тяговой мощности и рабочей скорости трактора возможноувеличение ширины захвата одно-операционной сельхозмашины, или формированиекомбинированного агрегата, способного выполнять одновременно не одну, анесколько технологических операций одновременно при снижении удельнойэнергоемкости работ. Применение и дальнейшая разработка комбинированныхагрегатов является общемировой тенденцией в сельскохозяйственноммашиностроении.
Второму — для привода движителейсельхозмашин (технологических модулей) и рабочих органов-движителей. В этомслучае используется вся масса агрегата для создания тягового усилия и за счетэтого происходит увеличение производительности с одновременным рассредоточениемсцепной массы по площади поля (по движителям), что снизит удельнуюэнергоемкость работ с одновременным снижением уплотнения почвы, особенно вподпахотном горизонте.
Для тягово-приводного МТАна базе энергонасыщенного трактора, тяговую мощность передаваемую ксельхозмашине можно представить как сумму тяговых мощностей трактора />, движителей сельхозмашин(технологических модулей) /> ирабочих органов – движителей />. Степеньповышения тяговой мощности, передаваемой к сельхозмашине, будет изменяться взависимости от компоновки МТА и конструкции движителей и режима эксплуатации.
Снижение удельного тяговогосопротивление, за счет применения ведущих колес на сельскохозяйственной машине,рабочих органов-движетелей и активных рабочих органов позволяет формироватьперспективные комбинированные МТА на базе энергонасыщенных тракторов меньшеготягового класса, которые в максимальном количестве используются всельскохозяйственном производстве Российской Федерации. Использование массывсего МТА для создания тягового усилия, позволит снизить затраты насамопередвижение трактора и уплотнение почвы с одновременным увеличением производительностиМТА и снижением удельной энергоемкости работ. Данное направление позволитзначительно улучшить эксплуатационные характеристики основных классов тракторов1,4 и 2 в условиях сельскохозяйственного производства Российской Федерации.
С точки зрения удельныхэнергозатрат, увеличения ширины захвата тягово-приводного МТА за счетуменьшения удельного сопротивления путем привода рабочих органов не от ходовыхколес сельхозмашины, а от ВОМ трактора, целесообразно, если />, где /> и /> — максимальный тяговый КПДтрактора и КПД привода рабочих органов сельхозмашины, включая и трансмиссиюВОМ. Если же />, то темп увеличения ширинызахвата агрегата будет меньше темпа увеличения мощности двигателя, что приведетк увеличению энергозатрат.
Повышениепроизводительности МТА путем увеличения ширины захвата за счет использованиятехнологических модулей с приводом движителей сельхозмашин или движителейтехнологических модулей имеет ограничения. Как и в случае увеличения рабочейскорости МТА, это направление может быть принято только в определенномдиапазоне увеличения для тракторов класса 1,4…2 в связи с рельефом и нарезкойполевых севооборотов. Для увеличения диапазона производительности необходимостремится к повышению тягового КПД движителей технологических модулей, особеннокомбинированных сельскохозяйственных машин, в том числе и привода рабочихорганов.
В процессе реализацииидеи использования технологической части агрегата в качестве активного сцепноговеса с приводом на ее колеса возникают вопросы по выбору параметров, основнымииз которых являютсяэнергонасыщенность трактора и соотношение между массамитрактора и технологической части. Суть модульной системы агрегатирования в том,что трактор высокой энергонасыщенности комплектуют с технологическим модулем,легко соединяемым и отсоединяемым от него.
Технологический модуль — это приспособление в виде тележки-сцепки с приводом колес от двигателя иликомбинированная сельскохозяйственная машина с ведущими опорными колесами илиактивными рабочими органами, позволяющая дополнительно использовать втехнологическом процессе мощность двигателя трактора тягово-энергетическойконцепции.
При модульном построенииагрегата устраняется требование соответствия между весом тракторатягово-энергетической концепции и мощностью двигателя, свойственное тяговойконцепции трактора. Технологическую и энергетическую части МТА можносовершенствовать в соответствии с требованиями, предъявляемыми к каждой из них,избегая противоречия между ними и улучшая общие показатели трактора и МТА.
По мере развития исовершенствования технологических процессов в сельском хозяйстве массатехнологической части растет, потому что с ней в определенной взаимосвязинаходится производительность. Чем больше масса, тем выше производительность иколичество одновременно выполняемых операций, т.е. комбинированностьсельскохозяйственной машины.
При модульном построенииагрегата можно «перемещать» металл из непроизводительной частиагрегата, которой является трактор, в производительную технологическую частьпри сохранении баланса массы, обеспечивающей необходимые тяговые свойства МТА.В то время как при тяговой концепции трактора рост массы технологической частинеизменно вызывает увеличение массы трактора, а следовательно, и массы всего МТА
При модульной системепостроения агрегата теоретически можно пропорционально повышать массутехнологической части агрегата и снижать массу энергетической части приодновременном повышении мощности двигателя. Практически вес иэнергонасыщенность трактора тягово-энергетической концепции, с одной стороны, ивес технологических модулей, с другой стороны, следует выбирать такими, чтобыотдельно взятый трактор и трактор в сочетании с технологическим модулемсоответствовали по весу тракторам смежных тяговых классов по действующему внашей стране типажу.
Такой подход к созданиюмодульных энерготехнологических средств позволяет использовать трактортягово-энергетической концепции или в сочетании с тягово-прицепным модулем вагрегате с имеющимся шлейфом сельскохозяйственных машин, предназначенных дляработы с серийно выпускаемыми тракторами двух смежных тяговых классов. Такойтрактор становится более универсальным, а скомплектованный на его базе МТА –высокопроизводительным.
Активный привод колестехнологической части МТА существенно влияет на формирование энергетическогобаланса и тягового КПД агрегата. Характер этого влияния зависит от типаактивного привода колес технологического модуля и типа ходовой системытрактора. Потери на качение тягово-приводного МТА снижаются вследствие двухфакторов: уменьшения эксплуатационного веса трактора и передачи привода наопорные колеса технологической части агрегата от двигателя. Последнееобъясняется тем, что шины ведущих колес имеют больший диаметр и меньшеедавление воздуха в сравнении с шинами опорных колес. Дополнительное снижениебуксования движителей МТА возможно при совпадении колеи колесного трактора иколеи технологического модуля.
Потери в трансмиссии МТАнесколько возрастут в случае применения механического активного привода колестехнологической части агрегата. При большой рассредоточенности ведущих колес наширокозахватном агрегате, а также для автоматического бесступенчатогорегулирования кинематического согласования с движителями тракторатягово-энергетической концепции в качестве активного привода колесцелесообразен бесступенчатый привод гидрообъемного или электрического типа.Использование таких приводов с более низким, чем у механических трансмиссий,КПД приводит к снижению КПД трансмиссии МТА в целом и к увеличению потерьэнергии. Однако удобство гидрообъемных трансмиссий расширяет их применение всельскохозяйственном машиностроении. Значительное количествосельскохозяйственных машин и их рабочие органы приводятся гидроприводом.
Одним извозможных элементов тягово-приводного агрегата может быть предложенпромежуточный тягово-прицепной модуль, который состоит из ведущего моста иуниверсального гидрофицированного навесного оборудования для агрегатированияполунавесных сельскохозяйственных машин, комбайнов и прицепов.
Перспективным элементомтягово-приводного МТА является комбинированный агрегат на базе технологическогомодуля с активным приводом опорных колес от двигателя. Комбинированные агрегатыстали выпускать в конце шестидесятых годов прошлого века. За прошедшие годы ониполучили широкое применение в сельскохозяйственном производстве как у нас встране, так и за рубежом.
Комбинированные агрегаты представляютсобой комплекс технологически согласованных рабочих органов установленных набазовый модуль или на одну машину. Поэтому комбинированные агрегаты могутодновременно выполнять сразу несколько технологических операций, чем они в своюочередь отличаются от других простых сельскохозяйственных машин.Комбинированные агрегаты пользуются преимуществом еще и потому, что ониуменьшают количество проходов тракторов и сельскохозяйственных машин по полюдля выполнения технологических операций, что, в конечном счете, уменьшаетуплотнение почвы и ее удельное сопротивление, при этом уменьшаютсяэнергетические затраты.
Недостатком имеющихся комбинированныхпочвообрабатывающих агрегатов являются значительные вес и тяговоесопротивление, отсутствие технологической универсальности. Комбинированныйпочвообрабатывающий агрегат может применяться преимущественно для основной илидля предпосевной обработки почвы и в основном предназначен для тракторов класс3 с номинальным тяговым усилием 30 кН. Для тракторов класса 1,4…2 с номинальнымтяговым усилием 14…20 кН практически не предусмотрены комбинированные агрегатыв связи с большим тяговым сопротивлением и малой шириной захвата. Частоотсутствуют рабочие органы активного типа, подрезающие корневую систему сорныхрастений. Для создания мелкокомковой структуры отдельными агрегатами необходимопроходить несколько раз.
Комплектование комбинированногоагрегата на базе технологического модуля с активным приводом опорных колес отдвигателя путем установки сменных блоков рабочих органов на базовом тяговоммодуле позволит сделать такой агрегат универсальным, более производительным прииспользовании его увеличенной массы, как сцепной. Такой агрегат может бытьиспользован как для основной, так и предпосевной обработки почвы, а такжеосенью после уборки зерновых культур для подрезания корневой системы и заделкив почву пожнивных остатков.
Комплектование машинно-тракторныхагрегатов на базе энергонасыщенного трактора как отдельно, так и в сочетании стягово-прицепным модулем, или комбинированным агрегатом на базетехнологического модуля с активным приводом опорных колес от двигателя, делаеттрактор тягово-энергетической концепции универсальным. При этом используетсяшлейф сельскохозяйственных машин, предназначенных для работы с серийновыпускаемыми тракторами двух смежных тяговых классов, а возможность изменениямассы трактора в соответствии с требуемым тяговым усилием, за счет применениятягово-прицепного модуля, исключает необходимость вынужденного перемещения пополю излишней массы трактора, дополнительных затрат энергии и топлива.
Характерной особенностьютрактора тягово-энергетической концепции в сравнении с тракторами тяговойконцепции является его универсальность, т. е. его можно использовать в разныхтяговых классах с различным шлейфом машин. Технологические модули могут быть нетолько тягово-прицепными, но и другого назначения, например пропашные. Их разработкав перспективе еще больше расширит диапазон технологической универсальноститрактора новой технической концепции, позволит расширить технологическиевозможности и повысить производительность МТА на базе тракторов класса 1,4…2.
Преимущества тракторовтягово-энергетической концепции и МТА на их основе следующие:
-производительностьвозрастает практически пропорционально повышению единичной мощности;
-универсальность МТА набазе тракторов тягово-энергетической концепции выше благодаря технологическомуманеврированию использованием технологического модуля в составемногофункционального МТА;
-снижение вредноговоздействия движителей на почву объясняется увеличением числа ведущих осей иколес МТА на базе тракторов тягово-энергетической концепции, что позволяетработать с более низким давлением воздуха в шинах и меньшей осевой нагрузкой;
-материалоемкость МТА набазе тракторов тягово-энергетической концепции ниже, поскольку в образованиитягового усилия участвует вес всего агрегата, а не только трактора;
-снижение расхода топливаобусловлено изменяемостью сцепного веса, повышением степени загрузки в течениегода и улучшением тягово-сцепных свойств по сравнению с тракторами тяговойконцепции;
-более высокаяприспособленность тракторов, особенно широкоиспользуемых класса 1,4…2, креализации прогрессивных технологий и составлению комбинированных агрегатовблагодаря увеличению нагрузочной способности ходовой системы.
1.2 Выбор оптимальныхрежимов МТА на базе тракторов тягово-энергетической концепции
В качествеобъекта моделирования принят тягово-приводной агрегат, частным случаем которогоявляется тяговый МТА, у которого нагрузка на валу отбора мощности трактораравна нулю, а мощность двигателя расходуется только лишь на тяговый процесс.
Основой для разработки тяговогои энергетического баланса машинно-тракторного агрегата является тяговаяхарактеристика трактора. Поэтому вопрос достоверности показателей теоретическойтяговой характеристики и соответствия их тем показателям, которые трактортягово-энергетической концепции будет развивать в поле при работе ссельскохозяйственной машиной, является важным. Еще В.Н. Болтинский показал, чтов реальных условиях эксплуатации тракторный двигатель развивает более низкиепоказатели вследствие переменной нагрузки, действующей на него, по сравнению споказателями, получаемыми при действии постоянной нагрузкой. Авторами, примоделировании, было получено снижение мощности, из-за нелинейности регуляторнойхарактеристики. Снижение мощности объясняется уменьшением количества рабочихциклов, за счет снижения частоты вращения двигателя. Происходит«расслоение» характеристики, которое заключается в том, что одному итому же значению крутящего момента двигателя соответствуют разные значенияугловой скорости коленчатого вала. Это снижение мощности не зависит от того,будут или нет физические потери энергии, вызванные изменением условийосуществления процессов в системе вследствие ее колебаний (ухудшение тепловогопроцесса двигателя, рассогласование в САР и т. д.). Наличие таких потерь необходимоучитывать дополнительно.
Для формированнаятягово-динамической характеристикой трактора, при обосновании оптимальныхрежимов тягово-приводных МТА, авторами использовалась динамическая регуляторнаяхарактеристика (расслоенная регуляторная характеристика двигателя).
Расчет тягового КПДтрактора при переменной нагрузке отличался от расчета тягового КПД пристатической нагрузке в соответствии с ГОСТом определяемым выражением />, где /> — максимальная эффективнаямощность двигателя; /> — максимальнаятяговая мощность на крюке по тяговой характеристике.
Значения /> и />, используемые дляопределения КПД трактора, при расслоении тяговой характеристики тракторасоответствуют различным режимам работы двигателя. Такая методика определенияКПД трактора некорректна, поэтому полученный КПД называют условным тяговым.Чтобы избежать отмеченных недостатков при определении КПД тракторов припеременной нагрузке, использовались значения эффективной мощности двигателя />, взятой не порегуляторной, а по динамической регуляторной характеристике длясоответствующего режима работы двигателя.
Основной сложностью прирасчете тягово-динамической характеристикой двигателя является определениесредних значений основных показателей двигателя при переменной нагрузке.
При нахождениивероятно-статистических оценок основных показателей двигателя переменнуюнагрузку на входе в двигатель авторы представили в виде случайной величины,подчиняющийся закону арксинуса или нормальному закону. В первом случае характерраспределения крутящего момента на валу двигателя соответствует моделированиюгармонической нагрузки в стендовых условиях или полевых с использованиемзагрузочных имитационных устройств НАТИ или КубНИИТИМа, а во втором – работетрактора при выполнении технологической операции.
В общем случае плотностьраспределения вероятностей крутящего момента /> описываетсяизвестными выражениями.
При законе арксинуса:
/>,
где />;
/> – частота колебаний крутящегомомента;
/>– амплитуда колебаний крутящегомомента;
/>– начальная фаза гармоническихколебаний нагрузки;
/> — среднее значение крутящего моментана валу двигателя />.
При законе Гаусса:

/>,
где />,/> — соответственноматематическое ожидание крутящего момента и его среднеквадратическоеотклонение.
При рассмотрении тракторатягово-энергетической концепции вероятностная нагрузка на коленчатом валудвигателя />, формируется за счетмоментов сопротивления: на ведущих полуосях /> трактораи на привод ведущих колес технологического модуля />.Моменты />, /> и /> рассматривались авторамикак случайные величины. Для описания плотности распределения вероятностейслучайных величин /> и /> было взято выражение:
/>
где
/>–соответственносредние значения моментов сопротивления
/>и/>;
/>и/>– стандарты моментов /> и />;
/>– коэффициенткорреляции.
При анализе и оценкеэксплуатационных свойств машинно-тракторных агрегатов в процессе выполнениятехнологических операций и процессов в модели использовались фактические ибазовые (или номинальные) значения энергетических (частота вращения, часовойрасход топлива, эффективная мощность, удельный расход топлива) итехнико-экономических (производительность, удельный расход рабочего времени,расход топлива на 1 га, прямы эксплуатационные затраты на единицу выработки)показателей, которые являются «выходом» модели.
Под воздействиемслучайных внешних факторов энергетические и технико-экономические показателиМТА также являются случайными величинами и определяются своимивероятностно-статистическими оценками: законами распределения, математическимиожиданиями, дисперсиями, среднеквадратическими отклонениями и др.
Авторами было сделанодопущение, что выходные показатели /> связаныс входными воздействиями /> и /> функциями связи />, устанавливаемыми впроцессе кусочно-линейной аппроксимации регуляторной характеристики двигателяД-240.
Функции />, плотности /> выходных показателей /> на различных нагрузочныхрежимах машинно-тракторного агрегата определяются по вероятностнымвычислительным моделям c непрерывным случайным аргументом; математическиеожидания />, дисперсии />, стандарты /> и коэффициенты вариации /> определяются по модели cдискретным аргументом. По модели c дискретным аргументом определяются такжематематические ожидания выходных показателей.
Эффективностьфункционирования МТА на различных режимах работы оценивается частными /> и обобщенными /> вероятностнымикоэффициентами, предложенными профессором Л.Е. Агеевым. Частный коэффициентопределяется как отношение математического ожидания /> показателя/> к его номинальномузначению />: />.
При установленииоптимальных нагрузочных режимов МТА в качестве критериев оптимальности былиприняты экстремумы математических ожиданий: удельного расхода топлива />; прямых эксплуатационныхзатрат на 1 га /> и обобщенныхкоэффициентов />.
Непрерывныеизменения нагрузки трактора при выполнении машинно-тракторным агрегатомтехнологических операций приводит к такому же изменению максимальных значенийэффективной мощности двигателя и минимальных значений удельных эффективного ипогектарного расходов топлива.
Наибольшее отклонение наблюдаетсядля эффективной мощности двигателя, что обусловлено более крутым изломом еехарактеристики по сравнению с другими показателями. Таким образом, при болеепологой характеристике и менее крутом изломе ее в зоне распределения случайнойнагрузки, колебательный характер нагрузки оказывает меньшее влияние на выходнойпоказатель двигателя.
Оптимальный нагрузочныйрежим /> выбираем по минимумуобобщенного критерия />, который можнорассматривать как компромиссный.
/>

/>
Рисунок — Зависимостьэффективной мощности и удельного эффективного расхода топлива от степенизагрузки и неравномерности момента сопротивления на входе в двигатель.
При коэффициенте вариациимомента сопротивления на входе в двигатель /> экстремальныйуровень нагрузки двигателей изменяется в пределах />,а минимальный уровень удельного эффективного расхода топлива /> при максимальном уровнеэффективной мощности />. Обеспечениеоптимального загрузочного режима позволит повысить эффективную мощность на 3,1%и снизить удельный расход топлива на3,4%.
Таким образом,предложенная вероятностная математическая модель двигателя тягово-приводногоагрегата позволила теоретически на основе априорной информации оценитьэффективность функционирования МТА скомплектованного на базе трактора стягово-прицепным модулем.
Непрерывные изменениянагрузки трактора при выполнении машинно-тракторным агрегатом технологическихопераций требует непрерывного автоматического контроля за обеспечениемоптимальности режимов работы тракторного двигателя, что в настоящее время сразвитием микропроцессорной техники стало возможным.
При обосновании оптимальныхконструктивных параметров комбинированногопочвообрабатывающего агрегата на базе технологического модуля авторами былиучтены характеристики тракторов, режимов работы созданных на их базе мобильныхэнергетических систем и почвенные условия эксплуатации.
В основу оптимизации авторами быловзято положение, что сменная производительность /> зависитот рабочих ширины захвата /> искорости /> агрегата, и коэффициентаиспользования времени смены. Учитывалось неоднозначное влияние на ростпроизводительности увеличение рабочих скорости и ширины агрегата.
Повышение рабочей скорости агрегатаприводит к увеличению производительности МТА, но одновременно, увеличиваетудельное тяговое сопротивление агрегата, которое зависит от почвенных условий,и приводит к повышению энергоёмкости операции. Повышение производительности МТАза счет увеличения рабочей ширины захвата агрегата приводит к увеличениютягового сопротивления и снижению скорости движения, а соответственно ипроизводительности.
Таким образом, оптимизация параметрови режимов работы (рабочей ширина захвата /> ирабочей скорости /> различных МТА помаксимуму /> возможна с учетомпочвенных условий и влияния скорости на изменение удельного сопротивления агрегата.
Авторами была проведена оптимизацияпараметров и режимов работы приводных машинно-тракторных агрегатов скомбинированными почвообрабатывающими агрегатами по максимуму теоретическойпроизводительности для МТА с тракторами класса 1,4; 2 и 3 для различных помеханическому составу почв: песчаных, супесчаных; суглинистых: лёгких, средних,тяжёлых.
Анализ полученных результатовпозволил сделать вывод, что достигаемая максимальная теоретическаяпроизводительность на различных почвах меняется в широком диапазоне (в 2,6…2,7раза). Наибольшую теоретическую производительность на каждом типе почв имеютМТА с более мощными тракторами. Оптимальная рабочая ширина захвата каждого израссматриваемых МТА изменяется более чем в три раза в зависимости отмеханического состава почв. Для эффективного использования МТА с тракторомМТЗ-82 необходимо комплектовать комбинированный почвообрабатывающий агрегатшириной захвата от 2,06 до 5,50 м. Диапазон оптимальных рабочих скоростей МТАявляется узким (от 6,0 до 7,6 км/ч) и зависит более от класса трактора, чем оттипа почв.
По результатам расчетов авторами былсделан выбор оптимальных рабочих скорости и ширины комбинированногопочвообрабатывающего агрегата для различных почвенных условий. Учитывая то, чтодля различных условий работы МТА необходимо иметь комбинированныйпочвообрабатывающий агрегат с изменяющейся в широких пределах рабочей ширинойзахвата, за основу была принята конструкция в виде технологического модуля — рамы с ведущими колесами и набором различного количества рабочих модулей.Рабочие модули должны легко соединяться друг с другом в любом сочетании вединый агрегат.

2. Конструкторская часть
2.1 Описание конструкторской разработки
Разработанныйобразец модульной системы агрегатирования комплектуется из трактора тягово-энергетическойконцепции и тягово-прицепного модуля с навешенной на него сельскохозяйственноймашины, или комплектуется из трактора тягово-энергетической концепции итехнологического модуля.
Тягово-приценной модульмакетного образеца тягово-приводного МТА выполнен с использованием корпусазаднего моста трактора МТЗ-80 и заднего ведущего моста автомобиля ГАЗ-52.Тягово-прицепной модуль навешивается на треугольник заднего навесного механизматрактора МТЗ-80/82 или МТЗ-1221 и имеет привод от его вала отбора мощности(ВОМ). Все элементы соединения (навесное устройство, ВОМ, гидро-, пневмо- иэлектрокоммуникации) обычные. Для стыковки трактора и тягово-прицепного модуля,последний оснащен передней выдвижной опорой. Тягово-прицепной модульпредставляет собой тележку с активными колесами оснащенную универсальнымгидравлическим навесным оборудованием, необходимым для выполнения полевыхтехнологических операций. Привод ведущих колес тягово-технологического модуляосуществляется через вал отбора мощности трактора. Таким образом, МТАсформированный на базе колесного трактора имеет дополнительный ведущий мост,что позволяет использовать сцепной вес не только трактора, но итягово-прицепного модуля с навешанным на него сельскохозяйственным орудием.
Существующий энергетическиймодуль оснащен приводным редуктором, гидронавеской трактора МТЗ-80 и ведущимиколесами. Вращение от вала отбора мощности трактора к энергетическому модулюпередается через карданный вал и приводной редуктор. Для того чтобыприсоединить энергетический модуль к трактору изготавливаются тяга и раскос. Ктяге присоединяется прицепное ушко, для того чтобы присоединить к навескетрактора. Тяга крепиться на мост модуля при помощи хомутов, которыепривариваются к тяге. Раскос приваривается наверх тяги. Между раскосом итягойустанавливаются втулки для прочности. На раскос сверху устанавливается плита,которая служит для закрепления гидроцилиндра и поворотного вала гидросистемы.Тяги гидросистемы модуля крепятся на ведущий мост при помощи креплений.В плите,раскосе и тяге сверлиться отверстия, для скрепления этих деталей шпильками.
Тягово-прицепноймодуль оснащен тем же рабочим оборудованием, что и трактор МТЗ-82. Применениевыносной гидравлической системы трактора позволяет применить при выполнениетехнологической операции позиционно силовой регулятор, что обеспечиваетиспользование части веса орудия для увеличения сцепного веса предлагаемогомодуля. Получение дополнительных тяговых усилий позволяет использоватьперспективные в том числе полунавесные широкозахватные или комбинированныеорудия с тракторами меньшего тягового класса. Разработанный тягово-прицепноймодуль оснащен согласующим редуктором, от которого осуществляется привод еговедущих колес и ВОМ.
Дляпробного выезда в поле на агрегате необходимо провести ряд следующихрегулировок рабочих органов и узлов:
—    подготовкаприцепного устройства модуля для агрегатирования с трактором.
—    проверкагидросистемы трактора и энергетического модуля, чтобы нигде не подтекалишланги.
—    установкахода глубины хода рабочих органов: подстановкой подкладок хода рабочих подколеса культиватора и поочерёдным вращением винтовых механизмов, подъёма колес.
Автоматическаяблокировка вертикального шарнира транспортно-технологического модуля
Предназначенадля автоматической блокировки вертикального шарнира ТТМ при пахоте, натранспорте и др. работах с целью обеспечения прямолинейности хода МЭС,предусмотрена возможность обеспечения принудительного блокированиявертикального шарнира при необходимости маневрирования задним ходом (при сцепкес с.-х. машинами и др.).
Автоматическаяблокировка состоит из клапана блокировки, 2-х гидроцилиндров, панели управленияс установленными на ней контрольной лампой, выключателями и реле,соединительных шлангов и электроприводов.
Электрическийсигнал на разблокирование при автоматической блокировке вертикального шарнирапоступает от датчика АБД заднего моста энергомодуля, причем независимо от того,включена АБД энергомодуля или нет.
Клапанблокировки крепится на пластине кронштейна и состоит из корпуса,электромагнита, золотника, толкателя, пружины, пробки.
Черезканалы А и Б клапана соединены полости гидроцилиндров (левого и правого),подпитка система осуществляется из гидросистемы трактора. Полость В клапанасоединена шлангом с корпусом трансмиссии трактора и предназначена для сливаутечек масла.
Управляемыйэлектромагнитом, золотник либо перекрывает полости А и Б (вертикальный шарнирблокирован) либо сообщает их (вертикальный шарнир разблокирован). Выключательустановлен на оси вертикального шарнира и взаимодействует с профильной частьюкронштейна, установленного на трубе балансира.
Припрямолинейном движении профильная часть кронштейна воздействует на шариквыключателя и контакты его замыкаются; при повороте ТТМ относительно трактора иконтакты размыкаются.
Контрольнаялампа, сигнализирует о включении блокировки вертикального шарнира.
Выключательимеет три положения:
-переднее:автоматическое блокирование вертикального шарнира, при этом при прямолинейномдвижении вертикальный шарнир будет блокирован, так как клапан блокировкиперекроет каналы, сообщающие полости левого и правого цилиндров вертикальногошарнира; при повороте рулевого колеса трактора на 8°-10° датчик АБД заднегомоста трактора, смонтированный на ГУРе разомкнет цепь электромагнита клапанаблокировки и блокировка выключается.
-среднееположение: блокировка вертикального шарнира выключена и обеспечивается поворотТТМ в горизонтальной плоскости относительно трактора 30°.
-заднееположение: принудительное блокирование вертикального шарнира при движениизадним ходом (включается одновременно с выключателем).
Положениевыключателя, используемое при маневрировании задним ходом:- -переднее:вертикальный блокируется при любом угле поворота относительно вертикальногошарнира;
-заднее:выключено; при этом управление блокировкой вертикального шарнира осуществляетсявыключателем.
Автоматическая блокировкавертикального шарнира действует следующим образом:
-блокировка выключена,масло из полостей цилиндров перетекает через каналы клапана блокировки, обеспечиваясвободный поворот ТТМ относительно трактора; с целью гашения возникающих принаезде на препятствия и поворотах угловых колебаний ТТМ относительновертикального шарнира в магистралях, соединяющих разноименные полости левого иправого цилиндров установлены замедлительные клапаны.
— включена автоматическаяблокировка; обмотка магнита управления золотником клапана блокировкисоединяются через выключатели, реле, электрическую цепь с датчиком АБДтрактора; если датчик АБД включен, магнит передвигает золотник клапанаблокировки, перекрывает его каналы; шарнир блокируется. Блокирование при этомвозможно только при прямолинейном движении МЭС (трактора и TIM), т.е. когда контакты выключателя(датчика) замкнуты.
Приповороте колес трактора более чем на 10°…12° датчик АБД размыкает цепь, такжеобесточивается обмотка клапана блокировки вертикального шарнира, и пружинойзолотник переводится в выключенное положение: вертикальный шарнир при этомразблокируется.
Блокированиепринудительное. B этом случаеобмотка магнита замыкается на «+» источника питания, золотникперекрывает каналы клапана блокировки и вертикальный шарнир блокируется.Позиция используется только одновременно с выключателем — для маневрированиязадним ходом.
Автоматическоеблокирование используется на пахоте, транспортных работах для повышенияустойчивости прямолинейности хода, предотвращения «складывания»агрегата трактор — ТТМ и др. Принудительное блокирование при маневрированиизадним ходом используется при движении задним ходом по прямой, кривойтраектории, сцепке с СХМ.
Вертикальный шарнир ТТМпри этом может быть заблокирован под любым углом — от 0° до 30°. При этомвыключатель автоматической блокировки вертикального шарнира должен бытьустановлен в положение «принудительное» (заднее). При окончанииманеврирования задним ходом выключатель должен быть выключен. Заполнениесистемы автоматической блокировки вертикального шарнира ТТМ масломосуществляется от дополнительных выводов гидросистемы трактора T-I42: для этого выводы системы блокировки ТТМ соединяются спомощью быстросоединяемых муфт шлангами с дополнительными выводами гидросистемытрактора, после соединения рукоятка гидрораспределителя используемой секциипоочередно устанавливается в положение «подъем» и«опускание».

Таблица 1. Техническаяхарактеристика МЭС-200Показатель ЭМ ТТМ МЭС Эксплутационная масса без балласта, кг 5200 2380 7580 Распределение сцепного веса, Н, по осям: -передняя 18100 2300  -задняя 33900 21500 Дорожный просвет, мм 460 470 460 Колея, м 1,4-2,1 1,4-2,1 1,4-2,1 Размер шин 16-20 16,9/14-30 16,9Р38 Минимальный радиус поворота, м 4,5 — 5,5-5,9 Габаритные размеры, мм
4548x2050x
x2975
3140x2259x
x1421
7320x2295x
x2975
2.2 Расчет и построение тяговых характеристик трактора МТЗ-82 сиспользованием энергетического модуля и без него
Длярасчета передаточного отношения трансмиссии энергетического модулявоспользуемся коэффициентом кинематического несоответствия:
/>(3.6)
где /> и /> — соответственнотеоретические скорости задних ведущих колес трактора и колес энергетическогомодуля.
Теоретические скоростизадних ведущих колес трактора и колес энергетического модуля определим соответственно:
/> /> (3.7)
где /> – угловаяскорость коленчатого вала двигателя;
/>-передаточное отношениетрансмиссии трактора;
/> — передаточное отношение трансмиссииэнергетического модуля.
Сучетом последнего коэффициент кинематического несоответствия будет равняться:
/>(3.8)
Наилучшиетяговые показатели трактора с энергетическим модулем возможны при условии, чтокоэффициент кинематического несоответствия будет равняться нулю. Тогда
/>(3.9)
Динамические радиусы /> ведущих колес трактора и />/> колес энергетическогомодуля определяем по следующей формуле:
/>(3.10)
где /> и /> — соответственно диаметрпосадочного обода и ширина профиля колеса в мм.
/>,
/>/>.
Подставляя, для примера,значения передаточного отношения трансмиссии для шестой передачи и значения динамическихрадиусов получим:

/>
Учитывая,что передаточное отношение трансмиссии ВОМ равно />,тогда требуемое передаточное отношение моста энергетического модуля будетравно:
/>
Такоепередаточное отношение имеет ведущий мост автомобиля ГАЗ-52.
Сучетом того, что масса энергетического модуля составляет /> определим максимальнуюкасательную силу тяги энергетического модуля по сцеплению.
/>,
где/> – коэффициентсцепления;
/> — ускорение свободного падения.
Используясправочные данные трактора МТЗ-82 готовим исходные данные для расчета на ПЭВМтяговых характеристик трактора и сводим их в таблицу 3.1. При расчете тяговойхарактеристики трактора определяем для заданных значений /> и />, величины теоретической идействительной скорости (/>,/>), касательной силы тяги икрюкового усилия (/> и />), крюковой или тяговоймощности />, удельного крюковогорасхода топлива /> в функцииоборотов дизеля на каждой передаче и значения тягового КПД при номинальнойнагрузке дизеля. Расчетные формулы имеют вид:

/>(3.11)
/>(3.12)
где/> — буксование.
Прирасчете буксования использовались формулы, полученные путем аппроксимацииусредненных опытных кривых буксования для различных агрофонов. Для колесныхтракторов:
/>; при />>0,5(3.13)
/>; при y≤0,5(3.14)
где/>
Касательнаясила тяги;
/>,(3.15)
Силасопротивления качению трактора:
/>(3.16)
Крюковоеусилие:
/>(3.17)

Крюковаямощность:
/>, кВт(3.18)
Удельныйкрюковой расход топлива:
/>; г/кВт ч(3.19)
ТяговыйКПД:
/>;(3.20)
Таблица3.1. Исходные данные для расчета на ПЭВМНаименование Обозначение Величина Номинальная мощность двигателя, кВт
Nен 58,84 Номинальная частота вращения, об/мин
nен 2200 Номинальный удельный расход, г/кВт ч
gен 238 Мощность снимаемая с ВОМ, кВт
NВОМ
39,62
30,93
17,96
9,84
9,41
9,08
7,83
7,41 КПД трансмиссии
hтр/>/>
0,867
0,866 КПД привода ВОМ
hвом
0,881
0,908 Радиус ведущего колеса, м
rк 0,725 Количество передач z 8 Передаточные числа трансмиссии
iтр
241,95
142,1
83,53
68,0
57,43
49,06
39,94
33,73 Масса трактора, т
mэ 3,2 Коэффициент сцепления
jсц 0,7 Коэффициент качения f 0,09 Коэффициент сцепной массы
lк 1
3.3 Расчёт операционных карт
3.3.1 Расчёт операционной карты для агрегата МТЗ-82+ПЛН-3-35
Исходнымиданными для расчёта операционной карты служат следующие характеристикипроизводственных условий:
Площадьполя – 133га.
Длинагона – 350м.
Аэрофон– стерня.
Культура– озимая рожь.
Длявспашки стерни применяем трактор МТЗ-82 в агрегате с плугом ПЛН-3-35 с ширинойзахвата 1,05 м.
Таблица3.3.1 — Техника–экономическая характеристика трактора МТЗ-82 Показатели Передачи трактора 3 4 5 6
Тяговая мощность Nmax, кВт 13,5 22,6 26 29,4
Тяговое усилие Р н, кН 14,7 14,55 11,87 13,8 Рабочая скорость; км/ч 3,3 5,6 7,35 8,9

Определяемвес плуга, приходящегося на один корпус:
/>(2.1)
где/>-вес плуга, Н;
/>-количество корпусов, шт.
Тяговоесопротивление одного корпуса.
/>(2.2)
где/> — глубина, м;
/> — ширина захвата, м;
/>-удельное тяговое сопротивлению;
gкор. — вес на один корпус плуга, Н;
/> – коэффициент />.
/>/>
/>(2.3)
/>
Коэффициентиспользования силы тяги.
/>(2.4)
где/> — тяговое усилие.

/>
/>
/>
/>
/> — коэффициент использования силы тяги трактора />.
Такимобразом обработка должна производиться на четвёртой передаче со скоростью 5,6км/ч. Возможно работать на пятой передаче со скоростью 7,35 км/ч.
Снижениепроизводительности из – за холостых ходов на поворотах зависит не только откинематической характеристики или формы поворота, но и от способа движения.Радиус поворота R=6м.
Номинальнаяширина поворотной полосы.
/>(2.5)
/>
Длинарабочего хода.
/>/>(2.6)
где/> – длина гона, м., />
Средняядлина холостого хода, />/>(2.7)
где/> – длина выезда агрегата, />, />

Определяемкоэффициент рабочих ходов.
/>(2.8)
/>
Времярабочего хода.
/> (2.9)
/>
Времяхолостого хода
/>(2.10)
/>
Производительностьза один рабочий ход
/> (2.11)
гдеВр. – ширина захвата, м., />
Часоваяпроизводительность /> (2.12)
где/>. – коэффициентзахвата />.
/>
/>

Сменнаяпроизводительность агрегата.
/> (2.13)
гдеТр – чистое рабочее время в течении смены, ч.
/> (2.14)
Времяподготовительно – заключительно работы.
/> (2.15)
где/>–затрат времени натехническое обслуживание трактора;
/>–затраты времени на техническое обслуживаниекультиватора;.
/> – время получения наряда;
/> – время сдачи работы.
/>
Времяорганизационно – технического обслуживания агрегата на загоне.
/> (2.16)
где/> – время очистки рабочихорганов.
/>– время технического регулирования органов
/> – время технического обслуживания
/> — время отдыха на механизированныхработах
/>
Коэффициентвспомогательных работ определяется по формуле:
/> (2.17)
Коэффициент поворотов.
/> 2.18)
где /> – средняя рабочая скорость/>
/>
Коэффициент внутреннихпереездов с поля на поле.
/>
где/>-время подготовки агрегата к переезду;
/>– расстояние одного переезда;
/>– средняя площадь поля;
/>– транспортная скорость агрегата;
/>
/>
/>
/>

Определяемрасход топлива:
/> (2.21)
где/>
/>
/>
Определяемрасход топлива на весь объём работ.
/> (2.22)
/>
3.3.2 Расчёт операционной карты для агрегата МТЗ-82+ТТМ+ПЛН–4–35
Исходнымиданными для расчёта операционной карты служат следующие характеристикипроизводственных условий
Площадьполя – 133га.
Длинагона – 350м.
Аэрофон– стерня.
Культура– озимая рожь.
Длявспашки стерни применяем трактор МТЗ-82 в агрегате с плугом ПЛН-4-35 с ширинойзахвата 1,40 м.

ᐉ Способы повышения тягово-сцепных свойств тракторов

Тягово-сцепные свойства тракторов (автомобилей) зависят от физических характеристик почвы, конструктивных параметров, сцепного веса и колесной формулы трактора, размеров движителей, давления воздуха в шинах, рабочей скорости и др.

Взаимодействие движителей с грунтом не только определяет динамику трактора и его производительность, но и влияет на агротехнику возделывания данной культуры. Уплотнение почвы и образование на ней углубления (следа) сказываются на развитии растения и последующих технологических операциях — уборке, междурядной обработке, а в конечном счете на урожайности выращиваемой культуры.

У колесных тракторов с целью снижения давления на почву и буксования применяют шины широкого профиля и низкого давления. На некоторых моделях тракторов применяют сдвоенные колеса. В тракторах с колесной формулой 4К2 эти колеса устанавливают на задние полуоси, а в тракторах с колесной формулой 4К4 — на полуоси обоих ведущих мостов.

Для увеличения сцепного веса трактора применяют балласт и догружатели ведущих колес. В качестве балласта используют чугунные грузы, навешиваемые на ведущие колеса, и балластную жидкость, которую заливают в камеры ведущих колес. Однако следует отметить отрицательные стороны балластировки трактора. Так, при снижении тяговых усилий и повышении скорости движения трактора балласт способствует увеличению потерь на качение и уменьшению коэффициента полезного действия (КПД).

Эффективным способом увеличения сцепного веса трактора считают применение догружателей ведущих колес механического и гидравлического типов. Принцип действия их основан на переносе части веса машины на ведущие колеса трактора.

Наиболее совершенные способы повышения КПД и тягово-сцепных свойств колесного трактора — установка привода к передним ведущим колесам (например, в тракторах Т-150К, К-701, МТЗ-82, ЛТЗ-55А) и применение автоматической блокировки дифференциала ведущих колес.

Для снижения давления на опорную поверхность (почву) наиболее эффективно применять гусеничные тракторы. Среднее давление гусеничного движителя на почву меньше, чем колесного. Оно находится в пределах 0,04…0,05 МПа.


Пути повышения производительности сельскохозяйственных машин (Курсовая работа)

Введение

В реализации стратегической задачи подъема экономики важнейшая роль отводится сельскому хозяйству. Главная задача состоит в развития сельского хозяйства на базе интенсификации производства и его перевооружение, совершенствование систем управления и хозяйственного механизма. Для этого необходимо обеспечить надежный выпуск новых и совершенствование структуры сельскохозяйственных машин и орудий в соответствии с предусмотренной комплексной системой. В настоящее время необходимо снизить расход топлива и смазочных масел тракторами и комбайнами. Организовать надежные поставки запчастей для всех моделей тракторов и сельскохозяйственных машин используемых в сельском хозяйстве. Улучшить инженерную службу в сельскохозяйственных предприятиях.

Одним из путей повышения эффективности использования сельскохозяйственных машин является поддержание рабочей техники в постоянной готовности, что обеспечивает своевременное проведение технических обслуживаний и ремонта техники.

Энергоемкость технологических сельскохозяйственных операций в значительной степени определяется эксплуатационными свойствами машин и режимами работы машинно-тракторных агрегатов (МТА). Как показывает опыт эксплуатации машинно-тракторных агрегатов (МТА) в различных регионах Российской Федерации рост энергонасыщенности тракторов не дал пропорционального прироста производительности МТА и привел к увеличению расхода топлива на единицу выполненной работы. Повышение производительности МТА, при увеличении мощности тракторного двигателя, производилось через увеличение тягового усилия трактора и агрегатирование широкозахватных сельскохозяйственных машин, или через увеличение рабочей скорости МТА, что сопровождалось ростом удельного расхода топлива. Авторами сделан вывод о нецелесообразности повышения производительности МТА путем увеличения тягового усилия трактора и его рабочей скорости, которые сопровождаются увеличением массы трактора и недоиспользованием мощности двигателя, установленной заводом изготовителем.

Увеличение массы сельскохозяйственных тракторов привело к повышению расхода энергии как на их самоперемещение, так и на дополнительное рыхление почвы в связи с ее уплотнением. В тоже время, рост рабочих скоростей МТА привел к резкому увеличению удельного сопротивления сельскохозяйственных машин, уменьшению величины максимального значения тягового КПД и к увеличению степени неравномерности момента сопротивления на входе в двигатель, что в свою очередь вызвало падение мощности двигателя в эксплуатации до 20% от установленной заводом изготовителем.

На основе разработанных теоретических положений профессора Г.М. Кутькова и его активной поддержки, авторами работы рассмотрено альтернативное направление развития тракторо- и сельскохозяйственного машиностроения, обосновывающее необходимость замены трактора- тягача, при повышении его энергоначыщенности, на трактор тягово-энергетической концепции и создание на его основе тягово-приводных машинно-тракторных агрегатов. В таких агрегатах противоречие между необходимостью снижения веса трактора и сохранением тягово-сцепных свойств устраняются за счет использования в качестве сцепного не только веса трактора, но и веса всего агрегата, включая его технологическую часть. «Избыточная» мощность двигателя, которая не может быть реализована через ходовую систему энергонасыщенного трактора-тягача, в тягово-приводном МТА передается опорным колесам сцепки, сельскохозяйственной машины, или ее рабочим органам.

На основе проведенного авторами анализа возможных вариантов формирования МТА на базе тракторов тягово-энергетической концепции выделены два направления использования «избыточной» мощности тракторного двигателя.

Первое — уменьшение тягового сопротивления сельхозмашин с пассивными рабочими органами применением активных рабочих органов, а также заменой привода рабочих органов от ходовых колес сельхозмашины на общий привод от тракторного двигателя. Это позволяет при той же тяговой мощности и рабочей скорости трактора увеличить ширину захвата одно-операционной сельскохозяйственной машины, или сформировать комбинированный агрегат, способный выполнять одновременно не одну, а несколько технологических операций одновременно, что обеспечивает снижение удельной энергоемкости работ.

Второе — использовать «избыточную» мощность для привода движителей сельхозмашин, промежуточных тягово-прицепных модулей или опорных ведущих колес сельскохозяйственной машины. В этом случае используется вся масса агрегата для создания тягового усилия и за счет этого происходит увеличение производительности с одновременным рассредоточением сцепной массы по движителям, что позволяет снизить удельную энергоемкость работ с одновременным снижением уплотнения почвы, особенно в подпахотном горизонте.

В настоящей работе приведены результаты исследований по изысканию путей и методов формирования энергосберегающих тягово-приводных агрегатов на базе тракторов класса 1,4…2 с номинальной силой тяги 14…20 кН и обоснованию оптимальных конструктивных параметров и нагрузочных режимов МТА при выполнении основных технологических операций. Класс тракторов 1,4 с номинальным тяговым усилие 14 кН преобладает в настоящее время по количеству используемых в сельскохозяйственных коллективных и особенно фермерских предприятиях Российской Федерации и стран СНГ. Актуальность исследования связана также с наращиванием в России парка тракторов класса 2 и предпосылками использования с ними частично невостребованным парка сельскохозяйственных машин, предназначенных для тракторов класса 3. Формирование и применение тягово-приводных агрегатов на базе энергонасыщенных тракторов классов 1,4…2, позволит использовать перспективные комбинированные и универсальные широкозахватные сельскохозяйственные машины и агрегаты, в том числе предназначенных для тракторов класса 3.

1. Обоснование тягово–энергетической концепции трактора

1.1 Исследование путей повышения производительности сельскохозяйственных машинно-тракторных агрегатов

Проведенные авторами исследования путей повышения производительности сельскохозяйственных машинно-тракторных агрегатов позволило изучить причины отставания роста производительности агрегатов от роста мощности тракторных двигателей. Основное внимание уделено теоретическим изысканиям для подхода к разработке фундаментальных основ совершенствования МТА. На основе анализа потенциальной тяговой характеристики трактора (зависимость тяговой мощности трактора от его тягового усилия) сделан вывод о том, что режиму работы трактора при максимальной тяговой мощности соответствуют определенные значения тягового усилия и действительной скорости движения , которые взаимосвязаны. Поэтому, по известной практике, возрастающую тяговую мощность трактора тягача, при повышении его энергонасыщенности, можно реализовать увеличением тягового усилия трактора для агрегатирования широкозахватных сельскохозяйственных машин или для ускорения движения МТА.

В первом случае удается повысить производительность МТА, но с условием сохранения оптимального коэффициента сцепления , что сопровождается увеличением сцепного веса . Однако увеличение массы сельскохозяйственного трактора повышает расход энергии на его перемещение, который уже сегодня составляет, по отдельным источникам, до 40% номинальной мощности двигателя. При этом темп прироста производительности МТА за счет увеличения ширины захвата агрегата отстает от темпа увеличения мощности

Например, при увеличении мощности двигателя трактора Т-150М в сравнении с трактором Т-150 на 26,5%, производительность МТА (при постоянной рабочей скорости) возросла только на 15…18 % (в зависимости от технологической операции). При этом масса трактора увеличилась на 12%.

Следствием увеличения массы трактора является уплотнение почвы, в том числе и в подпахотном слое, на величину которого оказывает влияние не только удельное давление движителей, но и общая масса трактора. Это не только существенно нарушает физико-механические качества почвы и приводит к снижению урожайности сельскохозяйственных культур от 5 до 50%, но и увеличивает энергозатраты на дополнительное рыхление почвы.

Поэтому авторы пришли к мнению, что увеличение тягового усилия трактора, с точки зрения формирования энергосберегающего МТА, является неперспективным, так как требует увеличения веса трактора и уплотняет почву.

Другим вариантом повышения тяговой мощности трактора при неизменной оптимальной силе тяги является увеличение рабочей скорости МТА. Для тракторов тягачей отношение мощности двигателя, преобразуемой в тяговую мощность трактора, к произведению массы трактора на оптимальную действительную скорость движения есть величина постоянная. Поэтому повышение мощности двигателя пропорционально увеличению рабочей скорости трактора тягача, а следовательно, и производительности МТА. Однако по мере роста скорости сельскохозяйственных тракторов происходит уменьшение величины оптимального значения коэффициента использования сцепной массы трактора и максимального значения тягового КПД, т.е. нарушается прямая пропорциональность между оптимальной скоростью трактора и максимальной тяговой мощностью.

Контрольные вопросы Экзамен

для оценки результатов освоения профессионального модуля

ПМ 02 Эксплуатация сельскохозяйственной техники

35.02.16 Эксплуатация и ремонт сельскохозяйственной техники и оборудования

с. Ташла 2017 год

Самонин В.А. Преподаватель профессионального цикла первой квалификационной категории.

Комплект контрольно-оценочных средств предназначен для оценки результатов освоения профессионального модуля Эксплуатация сельскохозяйственной техники
В результате оценки осуществляется проверка следующих объектов:

2.Формы контроля и оценивания элементов профессионального модуля

Предметом оценки освоения МДК являются умения и знания. К экзамену по МДК допускаются студенты, полностью выполнившие все практические работы/задания, и, имеющие положительные оценки по результатам текущего контроля.

К экзамену (квалификационному) по профессиональному модулю допускаются студенты, успешно прошедшие промежуточную аттестацию по МДК.02.01, МДК.02.02 МДК.02.03, учебной и производственной практике в рамках данного профессионального модуля.


Объекты оценивания1

Показатели

оценки результата по каждому объекту оценивания


Критерии

признак, на основе которого производится оценка по показателю


Тип задания

Форма аттестации

ПК-2-1 ОК2-ОК-8

А/ 03.5 Подготовка с/х техники к работе

Осуществлять выбор, обоснование, расчет состава машинно-тракторного агрегата и определение его эксплуатационных показателей в соответствии с технологической картой на выполнение сельскохозяйственных работ.


Порядок выбора обоснования, расчета состава машинно-тракторного агрегата и определение их эксплуатационных показателей.

Выполнение правильного определения основных характеристик и показателей МТА

Теоретическое задание

Контрольные вопросы


Экзамен

ПК2-2, ОК2 -ОК-9

А/ 03.5 Подготовка с/х техники к работе.

Осуществлять подбор режимов работы, выбор и обоснование способа движения машинно-тракторного агрегата в соответствии с условиями работы.


Подбирать режимы работы, выборать и обосновыватьспособы движения машинно-тракторного агрегата в соответствии с условиями работы.

Демонстрация навыков подбора режимов работы, способов движения транспортных агрегатов и агрегатов для выполнения работ по возделыванию сельскохозяйственных культур

Теоретическое задание

Контрольные вопросы


Экзамен

ПК2-3, ОК2-ОК9

А/ 03.5 Подготовка с/х техники к работе.

Выполнять работы на машинно-тракторном агрегате в соответствии с требованиями правил техники безопасности и охраны труда.


Проведение и порядок выполнения работы на машинно-тракторном агрегате сельскохозяйственных работ по возделыванию сельскохозяйственных культур

Выполнение агротехнических требований при проведении механизированных сельскохозяйственных работ по возделыванию сельскохозяйственных культур и технологических процессов механизированных работ в животноводстве

Теоретическое задание

Контрольные вопросы


Экзамен

ПК2-4,

ОК 4, ОК

А/ 03.5 Подготовка с/х техники к работе.

Управлять тракторами и самоходными машинами категории «В», «С», «D», «Е», «F» в соответствии с правилами дорожного движения.


Выполнять

управление тракторами и самоходными машинами категории «В», «С», «D», «Е», «F» в соответствии с правилами дорожного движения.


Выполнение основ законодательства в сфере дорожного движения;Психофизиологическиих основх деятельности; первой помощи при дорожнотранспортном происшествии; устройство тракторов и самоходных сельскохозяйственных машин;

основы управления и безопасность движения.


Теоретическое задание

Контрольные вопросы


Экзамен

ПК2.5 Управлять автомобилями категории «В» и «С» в соответствии с правилами дорожного движения

Выполнять

управление Управлять автомобилями категории «В» и «С» в соответствии с правилами дорожного движения.


Выполнение основ законодательства в сфере дорожного движения;Психофизиологическиих основх деятельности; первой помощи при дорожнотранспортном происшествии; устройство автомобилей категории «В» и «С»основы управления и безопасность движения. Организовывать и и выполять пассажирские

перевозоки автомобильным транспортом


Теоретическое задание

Контрольные вопросы


Экзамен

ПК2.6

А/ 03.5 Подготовка с/х техники к работе. Осуществлять контроль и оценку качества выполняемой сельскохозяйственной техникой работы в соответствии с технологической картой.


Проведение контроля и оценки качества выполняемой сельскохозяйственной техникой работы в соответствии с технологической картой.

Выполнение основных регулировок, при проведении механизированных сельскохозяйственных работ по возделыванию сельскохозяйственных культур и работы животноводческого оборудования

Теоретическое задание

Контрольные вопросы


Экзамен

Элемент модуля, профессиональный модуль

Форма контроля и оценивания

Промежуточная аттестация

Текущий контроль

МДК .02.01

Дифференцированный зачет

Защита практических работ, выполнение контрольных работ/ситуационных заданий по темам МДК, тестирование, устный опрос

МДК.02.02.

Экзамен

Устный ответ обучающихся по экзаменационным билетам, тестирование, защита практических работ

Курсовое проектирование

Дифференцированный зачет

Защита

курсового проекта


МДК.02.03

Дифференцированный зачет

Защита практических работ, выполнение контрольных работ/ситуационных заданий по темам МДК, тестирование, устный опрос

УП

Дифференцированный зачет

Оценка выполнения

практических работ при выполнении программы учебнойпрактики


ПП

зачет

Оценка выполнения

практических работ при выполнении программы производственной практики


ПМ (в целом)

Экзамен (квалификационный)

Оценка выполнения теоретических

практических работ при сдаче квалификационного экзамена

5 способов повысить производительность трактора – Resident Press

Тракторы

— это значительные инвестиции, которые, как ожидает каждый фермер, помогут им добиться максимальной эффективности на своей ферме. Если ваш трактор не работает с максимальной производительностью, вся ваша сельскохозяйственная деятельность может замедлиться, в результате чего вы потеряете оптимальную эффективность. Воспользуйтесь этими пятью способами повышения производительности трактора, чтобы получить максимальную отдачу от своих инвестиций.

Приобретите новые шины  

Новый комплект шин может значительно улучшить производительность вашего трактора.Замена старых или поврежденных шин новым комплектом может улучшить сцепление с дорогой и сделать ваш трактор более экономичным. Однако покупка неправильного комплекта шин может снизить производительность вашего трактора, поэтому убедитесь, что вы знаете, как измерить шины и диски.

Не пропускайте профилактическое обслуживание  

Ключом к поддержанию высокой производительности трактора является профилактическое обслуживание. Если вы не будете следовать этим профилактическим мерам, вы рискуете снизить эффективность своего трактора и столкнуться с гораздо большими проблемами с техническим обслуживанием в будущем.

Одним из важнейших профилактических мероприятий является очистка от пыли экранов радиатора. Пыль может уменьшить поток воздуха, необходимый для охлаждения радиатора, что приводит к чрезмерному нагреву, который может повредить двигатель и снизить его производительность.

Ограничение времени простоя  

Старайтесь не оставлять трактор на холостом ходу в течение длительного времени во время работы. В то время как некоторым тракторам для прогрева необходимо работать на холостом ходу, слишком длительная работа на холостом ходу снижает топливную экономичность вашего трактора, и вы можете потратить больше времени на заправку, чем на работу.

Повышение передачи и понижение дроссельной заслонки

Повышение передачи, понижение дроссельной заслонки или GUTD — еще один распространенный метод экономии топлива. GUTD чаще всего используется, когда нагрузка требует менее 70 процентов мощности трактора. Переключитесь на более высокую передачу и уменьшите частоту вращения двигателя (об/мин), чтобы поддерживать желаемую скорость поля.

Используйте высококачественные жидкости  

Ни для кого не секрет, что то, что вы добавляете в свой трактор, влияет на его работу. Высококачественные жидкости содержат пакеты химических присадок, которые эффективно защищают шестерни, сцепления, насосы, трансмиссии, гидравлические системы и многие другие движущиеся части.Бюджетные жидкости могут показаться привлекательными как более низкие инвестиции, но в долгосрочной перспективе они могут стоить вам дороже. Ищите эти этикетки на упаковках жидкостей, чтобы идентифицировать высококачественные жидкости:  

  • Многоцелевой, позволяющий смазывать трансмиссию трактора, бортовые редукторы, сцепления, мокрые тормоза и гидравлические системы  
  • Превосходная жидкость для защиты от износа, которая обеспечивает противоизносные свойства для сцеплений, шестерен и гидравлических насосов  
  • Предотвращает вибрацию тормозов  
  • Продукт, устойчивый к воздействию воды, который защищает детали от коррозии и эрозии при попадании воды  
  • Подходит для круглогодичного использования при экстремально высоких и низких температурах  

Производительность вашего трактора играет важную роль в эффективности вашей фермы.Попробуйте эти пять способов повысить производительность трактора, чтобы получить максимальную отдачу от вашей машины.

Просмотры сообщений: 441

Повышение эффективности трактора — Firestone Agriculture

На современном рынке сельскохозяйственной техники производители пытаются добиться максимальной эффективности своих тракторов, чтобы контролировать расходы. Операторы стремятся повысить эффективность, чтобы увеличить тягу, покрыть больше акров за меньшее время и улучшить здоровье урожая за счет ограничения уплотнения почвы. Шины, используемые на тракторах, и требуемое давление в шинах могут внести наибольший вклад в улучшение сцепления с грунтом и контроль уплотнения почвы.Когда операторы начинают рассматривать варианты шин, продавец шин задает множество вопросов:

  • Конструкция шины: радиальная или диагональная.
  • Глубина протектора: R-1, R-1W, R-2
  • Стандартные радиалы, радиалы IF или радиалы VF.

Столкнувшись со всеми этими вопросами одновременно, операторы могут почувствовать себя оленем в свете фар. Чтобы избежать этого чувства и не дать вам сказать: «Просто дайте мне что-нибудь, что работает», вот несколько пояснений к вопросам, чтобы вы могли быть уверены в покупке шин.

Радиальные или диагональные шины

При покупке шин для трактора MFWD, используемого для основной обработки почвы или посева, радиальные шины более эффективны, чем диагональные шины того же размера. При правильном накачивании радиальные шины имеют более длинный след по сравнению с диагональными шинами и несут ту же нагрузку на ось при меньшем давлении накачки. Более длинная пятно контакта позволяет большему количеству протекторов соприкасаться с почвой и развивает большее сцепление. Большее тяговое усилие приводит к меньшему проскальзыванию, что позволяет выполнять больше работы в короткое окно посева и уборки урожая.Исследования, проведенные шинными компаниями, производителями оборудования и университетами, предоставляющими земельные участки, показали, что радиальные шины развивают на 6-14% больше сцепления с дорогой по сравнению с диагональными шинами того же размера. Это увеличение тяги привело к тому, что в час выполнялось больше работы, в день использовалось меньше топлива, а каждый год на тракторе тратилось меньше часов.

Более длинная опорная поверхность радиальной шины также обеспечивает более длительный срок службы по сравнению с диагональной шиной. Этот более длительный срок службы напрямую связан с тем, что больше протекторов соприкасается с землей, что снижает контактное давление.Пониженное контактное давление означает, что протектор не будет изнашиваться так быстро. Увеличенный срок службы до износа является одной из основных причин, по которой радиальные шины используются на легковых автомобилях, легких грузовиках и больших грузовиках.

Радиальные шины

также рассчитаны на такую ​​же нагрузку, как и диагональные шины, но с меньшим внутренним давлением. Возможность использовать меньшее внутреннее давление приводит к меньшему уплотнению почвы, улучшая здоровье сельскохозяйственных культур. При правильном накачивании радиальные шины имеют характерную выпуклость боковин или выглядят плоскими по сравнению с диагональными шинами.Эта выпуклость, или прогиб боковины, позволяет протектору иметь более длинный след. Отклонение также обеспечивает более мягкую езду, что может помочь снизить утомляемость оператора после долгого дня вождения по пересеченной местности.

Да, радиальные шины стоят дороже из-за используемых материалов и конструкции. Эта разница в стоимости компенсируется увеличением тягового усилия, снижением затрат на топливо, более длительным сроком службы шин, меньшим уплотнением почвы и более комфортной ездой.

Глубина протектора: R-1, R-1W, R-2

В сельскохозяйственной шинной промышленности глубина протектора тяговых шин классифицируется по номенклатуре R-1, R-1W и R-2.Эта маркировка помогает производителям шин стандартизировать глубину протектора шины, чтобы операторы могли правильно сравнивать шины. Глубина протектора R-1 является базовой глубиной протектора для этого размера. Шины с маркировкой R-1W имеют глубину протектора на 20–30 % больше, чем шины того же размера R-1. Глубина протектора шин R-2 в два раза больше, чем у шин R-1.

На большинстве почв Северной Америки шины R-1 и R-1W являются стандартной глубиной протектора. В нормальных почвенных условиях разница в сцеплении между шинами R-1 и R-1W с одинаковым рисунком протектора практически отсутствует.Шина R-1 обеспечивает отличное сцепление с дорогой и износ при меньшей стоимости по сравнению с шиной R-1W. Шины R-1W действительно имеют более длительный срок службы из-за большей глубины протектора, а во влажных условиях могут обеспечить немного большее сцепление с дорогой по сравнению с шиной R-1. Шины с глубиной протектора R-1 и R-1W являются наиболее распространенными шинами на рынке.

При работе на влажных почвах в дельте Миссисипи, в любом районе залива или на глинистых почвах рекомендуется использовать шины с глубиной протектора R-2. Сверхглубокий протектор предназначен для проникновения в грязь и обеспечения сцепления.Хотя эти шины обеспечивают отличное сцепление с грязью, очень большая глубина протектора и очень открытый рисунок протектора обычно вызывают сильную вибрацию в кабине трактора при транспортировке трактора по дороге. Шины R-2 рекомендуются только в регионах, где операторы всегда находятся в грязных почвах.

Стандартные радиальные, радиальные IF или радиальные VF

В последнее десятилетие шинная промышленность разрабатывает и выпускает новейшие радиальные шины с маркировкой IF и VF.Радиальные шины с маркировкой IF выдерживают на 20 % большую нагрузку по сравнению со стандартными радиальными шинами, а шины VF выдерживают на 40 % большую нагрузку. Шины IF и VF при правильном накачивании для восприятия нагрузки на ось обеспечивают большую площадь контакта по сравнению со стандартной радиальной шиной, что улучшает сцепление с дорогой. Улучшение не такое значительное, как при переходе от диагональных шин к радиальным, но при использовании шин IF сцепление увеличивается до 5%.

На тракторах MFWD операторы, которые видят наибольшую выгоду, — это те, кто несет большие нагрузки на ось и использует внутреннее давление выше 25 фунтов на квадратный дюйм.Типичные условия, при которых целесообразно использовать шины IF или VF, — это тракторы, оснащенные тяжелыми 3-точечными почвообрабатывающими орудиями, такими как 12- или 16-рядная грядильная сеялка или 24-рядная или более крупная фронтальная сеялка с 2-точечным складыванием. При таком тяжелом весе задней оси сдвоенным шинам 480/80R50 потребуется 35 фунтов на квадратный дюйм, чтобы выдержать нагрузку, а в некоторых случаях вес превышает грузоподъемность стандартной радиальной шины. В этих случаях можно использовать сдвоенные шины IF или VF 480/80R50 для перевозки этих грузов, и для них может потребоваться только 23 фунта на кв. дюйм. Шины IF или VF рекомендуются для передней оси трактора MFWD, который оснащен подвеской передней оси, использует полную стойку чемоданных грузов и не может использовать двойные.Вес переднего моста тракторов MFWD, установленных в этой конфигурации, превышает стандартные радиальные шины на 2000–3000 фунтов. Шины того же размера IF или VF имеют дополнительную грузоподъемность, чтобы выдерживать более тяжелые нагрузки.

Существуют операции, для которых не используются технологии IF или VF. Когда трактор MFWD правильно балластирован и правильное давление накачки стандартных радиальных шин составляет 15 фунтов на квадратный дюйм или ниже, затраты на модернизацию до IF или VF трудно оправдать. На тракторе MFWD мощностью 200 л.с. с задними сдвоенными колесами, который используется для буксировки дискового или полевого культиватора, лучше всего подходят стандартные радиальные шины.

Сводка

Несмотря на то, что шины являются основным фактором эффективности, операторы должны сначала убедиться, что трактор MFWD правильно балластирован с правильным распределением веса. Если трактор настроен неправильно, описанные преимущества не будут реализованы оператором. Обратитесь к руководству оператора, чтобы ознакомиться с рекомендациями производителя по правильной настройке трактора.

О компании Bridgestone Americas, Inc.

Нэшвилл, штат Теннесси, компания Bridgestone Americas, Inc.(BSAM) — дочерняя компания Bridgestone Corporation в США, крупнейшего в мире производителя шин и каучука. BSAM и ее дочерние компании разрабатывают, производят и продают широкий ассортимент шин Bridgestone, Firestone и ассоциированных брендов для удовлетворения потребностей широкого круга клиентов, включая потребителей, производителей оригинального оборудования для автомобилей и коммерческих транспортных средств, а также тех, кто работает в сельском хозяйстве, лесном хозяйстве и горнодобывающие отрасли. Компании также занимаются восстановлением протектора по всему Западному полушарию и производят пневматические пружины, кровельные материалы, промышленные волокна и текстиль.Группа компаний BSAM также управляет крупнейшей в мире сетью автомобильных шин и сервисных центров. Руководствуясь своим посланием «Одна команда, одна планета», компания стремится добиться положительного воздействия на окружающую среду во всех сообществах, которые она называет своим домом.

КПД трактора

– Farm Energy

В этом учебном модуле по предмету Энергоэффективность в растениеводстве рассматриваются четыре основные области, в которых анализ и управление энергозатратами в растениеводстве могут привести к экономии энергии.К ним относятся снижение расхода топлива на трактор и использование оборудования в полевых условиях, учет энергии, вложенной в оптимизацию использования питательных веществ и борьбу с вредителями, экономия энергии при орошении и управлении сушкой зерна в целях энергосбережения.

Ссылка на всю учебную программу Northeast Farm Energy IQ Curriculum , разработанную специалистами по расширению из …

Введение

Лаборатория испытаний тракторов штата Небраска (NTTL) Университета штата Небраска является официальной станцией испытаний тракторов Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) в США.Эта независимая лаборатория отвечает за тестирование типичного трактора каждой модели, продаваемой в штате Небраска. Он также тестирует тракторы, произведенные в США и продаваемые на международных рынках. Лаборатория публикует результаты всех проведенных анализов.

Отчеты об испытаниях …

Введение

Скорость, с которой работают двигатели трактора, скорость движения в поле и тяговое усилие трактора, — все это оказывает большое влияние на эффективность использования топлива оборудованием.Эксплуатация оборудования с оптимальными скоростями и нагрузками может значительно сократить расходы на топливо.

Оптимизация скорости перемещения

Скорость движения по полю является основным фактором при подборе трактора к навесному оборудованию. Для многих операций наиболее желательна скорость движения от 5 до 7 миль в час (6,4…

 

Подбор тракторов и навесного оборудования соответствующего размера является важным управленческим решением, стоящим перед многими фермерами и владельцами ранчо. Правильный размер минимизирует затраты времени и труда, сохраняя при этом эффективность полевых операций.

Если трактор слишком велик для навесного оборудования, расход топлива и затраты будут выше, чем необходимо для выполняемой работы. Согласно данным Lazarus, трактор MFWD мощностью 200 л.с. стоит на 24,27 доллара США за час использования дороже, чем трактор MFWD мощностью 130 л.с.; стоит …

Рабочее состояние тракторов и другой сельскохозяйственной техники может повлиять на топливную экономичность этих машин; поэтому техническое обслуживание имеет решающее значение для экономии энергии и финансовых средств.

Тракторы и самоходная техника

Двигатели тракторов и двигатели самоходной техники следует поддерживать в исправном состоянии.Трактор может работать ниже пиковой производительности, не оказывая заметного влияния на полевые характеристики. Для обеспечения эффективной работы двигателя рекомендуется профилактическое обслуживание и плановые настройки. Следуйте рекомендациям оператора …

 

Введение

Трактор и полевые операции является частью серии контрольных списков и тем по эффективности, которые могут помочь вам оценить все области вашей сельскохозяйственной деятельности с точки зрения энергоэффективности и найти идеи для экономии энергии и снижения затрат.Ссылки на другие статьи из серии контрольных списков и тем по эффективности см. в разделе «Дополнительные ресурсы» в конце …

.

Фото: Верн Грубингер.

 

Введение

Тракторы и сопутствующее полевое оборудование могут потреблять много энергии на ферме, поэтому имеет смысл предпринять практические шаги для оптимизации их эффективности. К ним относятся:

Балластировка трактора влияет на эффективность и энергопотребление трактора.Балластировка определяет величину проскальзывания в любых заданных полевых условиях, влияя на расход топлива, время работы в поле и износ шин. Общий вес трактора также оказывает серьезное влияние на уплотнение, срок службы трансмиссии, срок службы шин, а также на безопасность и устойчивость трактора.

В дополнение к общему весу трактора на его производительность большое влияние оказывает способ распределения веса между осями. Перебалластировать трактор расходует топливо …

Тракторы и шины следует обслуживать для оптимизации проскальзывания колес трактора на уровне от 10% до 15%.Фото: Роберт Гриссо.

 

Введение

Проскальзывание шин происходит, когда скорость вращения шин превышает скорость трактора относительно земли. В результате менее 60–70 % мощности, развиваемой двигателем трактора, используется для протаскивания орудия через почву. На мягких и песчаных почвах он может даже упасть до 50%.

Часть мощности, развиваемой двигателем трактора…

Введение

Обработка почвы обычно проводится для подготовки семенного ложа, внесения удобрений и обработки почвы для борьбы с сорняками.Количество рейсов, необходимых для выполнения этих операций, зависит от типа и состояния почвы, урожая, погодных условий и типа используемой системы обработки почвы. Чрезмерные операции по обработке почвы увеличивают расход топлива, эксплуатационные расходы, износ техники, а также затраты времени и труда. Слишком интенсивная обработка почвы также увеличивает уплотнение почвы и выброс углерода в атмосферу.

Уменьшение количества полевых операций

Фермеры могут сократить …

Контрольный список и советы по энергоэффективности тракторов и полевых операций — Farm Energy

 

Введение

Трактор и полевые операции является частью серии контрольных списков и тем по эффективности, которые могут помочь вам оценить все области вашей сельскохозяйственной деятельности с точки зрения энергоэффективности и найти идеи для экономии энергии и снижения затрат.Ссылки на другие статьи из серии «Контрольные списки и темы эффективности» см. в разделе «Дополнительные ресурсы» в конце этой статьи.

 

 

Трактор и полевые операции

Полевые операции являются одним из основных видов использования энергии на большинстве ферм, поэтому полезно изучить сокращение или исключение операций для снижения энергопотребления. Системы консервирующей обработки почвы экономят топливо, сокращая количество проходов по полю. Системы нулевой или минимальной обработки почвы позволяют фермерам подготовить посевное ложе, внести удобрения и посеять культуру за одну операцию.

Сеялки No-till или пневматические сеялки расходуют примерно 0,7 галлона на акр. Обычная традиционная система обработки почвы для растениеводства включает чизельный плуг с расходом 0,6 галлона на акр, полевой культиватор с расходом 0,3 галлона на акр и сеялку с расходом 0,5 галлона на акр, всего 1,4 галлона на акр. В этом примере для консервирующей обработки почвы требуется вдвое меньше топлива, чем для традиционной системы обработки почвы.

Вопросы, которые нужно задать:

  • Используете ли вы радиальные шины и правильно ли они накачаны?
  • Подходит ли ваш трактор к используемому орудию?
  • Уменьшаете ли вы число оборотов двигателя, когда большой трактор используется с меньшим орудием?
  • Проскальзывание колес вашего трактора чрезмерное?
  • Возможно ли изменение или сокращение методов обработки почвы?
  • Топливные фильтры и воздухоочиститель вашего двигателя заменялись или обслуживались в соответствии с рекомендациями производителя?
  • Топливные форсунки вашего двигателя очищались и обслуживались должным образом?
  • Используете ли вы таймер на обогревателе двигателя трактора?

Факты и действия: работа трактора

  • Надлежащее техническое обслуживание, рекомендованное производителем, должно регулярно выполняться для всего полевого оборудования.Это включает в себя замену топливных фильтров, замену масла и фильтра, смазку подшипников и регулярную настройку двигателя. Программы технического обслуживания тракторов, предоставляемые дилерами навесного оборудования, — это отличный способ проверить оборудование (особенно тракторы и комбайны) и выполнить техническое обслуживание профессионалами.
  • Правильно накачивайте радиальные шины, чтобы значительно уменьшить проскальзывание по сравнению с диагональными шинами.
  • Обратитесь в Лабораторию испытаний тракторов штата Небраска, чтобы определить эффективность тракторов в лошадиных силах в часах на галлон, что аналогично рейтингу в милях на галлон для автомобилей и пикапов.Это позволяет покупателям проверить и сравнить эффективность трактора перед покупкой. Обычный рейтинг эффективности полевых тракторов составляет от 17 до 19 лошадиных сил на галлон. Чем выше число, тем больше мощности вырабатывается из галлона топлива.
  • Используйте калькулятор стоимости техники, чтобы выбрать наиболее экономичное сочетание размера трактора и ширины оборудования. Например, 23-футовый чизельный плуг и 200-сильный трактор потребляют 0,68 галлона топлива на акр. Более крупный 37-футовый чизельный плуг и 310-сильный трактор потребляют 0.57 галлонов/акр топлива.
  • Избегайте использования небольших орудий с большими тракторами. Для наиболее эффективной работы орудие должно работать с наиболее подходящим трактором. Если большой трактор используется с небольшими орудиями, используйте принцип увеличения и уменьшения дроссельной заслонки для поддержания надлежащей скорости движения, что снизит расход топлива. Будьте осторожны, чтобы не перегрузить двигатель при использовании этого метода.
  • Старайтесь поддерживать проскальзывание колес, как правило, в пределах от 10% до 15% для двухколесных тракторов и от 8% до 10% для полноприводных тракторов.Проскальзывание колес за пределами этого диапазона означает, что трактор неправильно взвешен. Если при буксировке тяжелого груза проскальзывание колес превышает рекомендуемую величину, следует добавить дополнительный вес в виде чугунных колесных грузов или жидкости в шинах. Любая форма веса так же эффективна, как и другая. Если проскальзывание колес меньше рекомендуемого значения, вес трактора слишком велик. Это приведет к тому, что шины будут погружаться глубже, чем необходимо, и возрастет потребность в мощности для перемещения трактора по полю, что приведет к снижению эффективности.
  • Чтобы значительно сократить использование трактора и, следовательно, сэкономить энергию, деньги, уменьшить износ и техническое обслуживание техники, используйте методы минимальной или нулевой обработки почвы. Другие стратегии сокращения расхода топлива включают объединение операций в один проход по полю или уменьшение глубины обработки почвы.
  • Бесступенчатая трансмиссия (CVT) или бесступенчатая трансмиссия (IVT) — это новые технологии, которые помогают повысить эффективность использования топлива за счет использования электронного управления трансмиссией и частотой вращения двигателя для наиболее эффективной работы.Оператор устанавливает рабочую скорость, а контроллер определяет скорость двигателя и настройку трансмиссии в зависимости от нагрузки. Эти системы автоматически выполняют переключение передач вверх/дроссель вниз.
  • Используйте системы наведения и автоматического вождения, чтобы уменьшить дублирование операций в полевых условиях, повысить возможность работы в течение более продолжительного времени (в темное время суток), снизить утомляемость оператора и повысить эффективность операций.
  • По возможности не оставляйте обогреватели двигателя включенными на ночь. Двигатели дизельных тракторов обычно требуют от 1 до 2 часов работы обогревателя до начала холодов.Нагреватель двигателя мощностью 1000 Вт будет стоить 150 долларов в сезон (из расчета 10 часов в сутки и 0,10 доллара за кВтч, отопительный сезон длится 150 дней). Эксплуатация того же обогревателя мощностью 1000 Вт всего 2 часа каждое утро сэкономит 120 долларов, что более чем достаточно для оплаты стоимости таймера.

Дополнительные ресурсы

Контрольный список эффективности и темы:

Авторы этой статьи

Эта публикация была адаптирована из отчета Farmstead Energy Audit, Расширение государственного университета Северной Дакоты.

Авторы

Рецензенты

10 советов, которые помогут фермерам повысить эффективность использования топлива и сэкономить деньги

От простых действий, таких как проверка давления в шинах, до использования новейших сельскохозяйственных технологий. Фермеры могут повысить эффективность использования топлива и сэкономить деньги несколькими способами.

Когда приближается сезон сбора урожая, мы знаем, что последнее, о чем фермеры хотят беспокоиться, — это счет за топливо. Вот почему мы собрали несколько советов и советов, которыми вы можете поделиться с клиентами фермы, чтобы повысить эффективность использования топлива и сэкономить ваши деньги.


1. Здоровый двигатель = лучшая экономия топлива

Техническое обслуживание двигателя имеет ключевое значение — обслуживайте и заменяйте фильтры воздухозаборника в соответствии со спецификациями производителя, чтобы обеспечить поступление достаточного количества воздуха в двигатель. Снимать воздухозаборные фильтры и стучать ими по шине для очистки — плохая идея.

2. Минимизация времени простоя 

Если вы оставляете двигатель включенным, когда делаете перерыв или общаетесь с соседями, вы расходуете топливо, но не получаете от него никакой пользы.Это простое изменение может сэкономить деньги. Длительное время работы на холостом ходу также может отрицательно сказаться на сроке службы двигателя.

3. Полегче, Тигр!

Агрессивное вождение может привести к увеличению расхода топлива, поэтому избегайте чрезмерного использования дроссельной заслонки. Можно ли выполнять культивацию на более высокой передаче или прессование в режиме Eco PTO, чтобы снизить частоту вращения двигателя? Попробуй. Большинство современных тракторов отображают информацию о расходе топлива, чтобы помочь вам принять решение.

4. Подберите правильное давление в шинах

Низкое давление в шинах увеличивает расход топлива, но помните, что при движении по грязи низкое давление в шинах способствует увеличению сцепления с дорогой и уменьшению проскальзывания колес, что фактически снижает расход топлива.Многие тракторы в настоящее время оснащены инструментами, помогающими создать тягу и свести к минимуму проскальзывание колес.

5. Содержите радиаторы и сетки радиаторов в чистоте

Это позволит избежать избыточного времени работы вентилятора и снизит потребление энергии при работе вентилятора.

6. Помните о избыточном весе

Используйте балласт в поле для лучшего распределения веса и сцепления, что снизит общий расход топлива, но избегайте избыточного веса при транспортировке грузов на более высоких скоростях.Снимите вес колес при транспортировке соломы и заправляйте топливный бак только тем топливом, которое вам необходимо. Помните, что если вам нужно 50 галлонов для выполнения работы, полный бак будет означать, что вы переносите более 500 фунтов дополнительного веса в течение дня.

7. Проверка этих масел

Масла для мостов, масла для заднего моста и гидравлические масла следует проверять на соответствие требованиям производителя к техническому обслуживанию и при необходимости доливать. Если трактор работает на низком уровне, он должен работать больше, чтобы охладить систему, а это означает, что расходуется больше топлива.

8. Использование правильного оборудования имеет значение

Используйте правильное оборудование для работы — использование оборудования соответствующего размера поможет сократить расходы на топливо. Не используйте сверхмощный трактор для перевозки зерна, если, вероятно, подойдет трактор мощностью 140 лошадиных сил.

9. Правильно ли вы используете эти функции?

Правильно используйте блокировку дифференциала и полный привод. Если эти функции используются неправильно, это может привести к торможению или проскальзыванию колес. У вас могут быть автоматические настройки, помогающие правильно использовать эти функции.

10. Технологии могут быть вашими друзьями

Используйте возможности своего автомобиля! Такие инструменты, как управление разворотной полосой, GPS-координация и картографирование поля, были разработаны производителями комплексного оборудования, чтобы помочь вам максимально эффективно использовать их оборудование. Как дилер, посоветуйте своим клиентам лучшие инструменты для их конкретных операций.


Серия производительности Cummins

Уровень 4 Финал

Компания Cummins, мировой лидер в области энергетики, разрабатывает, производит, распространяет и обслуживает дизельные и газовые двигатели и связанные с ними технологии.Уже более 60 лет Cummins поставляет самые долговечные и надежные дизельные двигатели в мире для сельскохозяйственной техники с широким диапазоном мощностей от 60 л.с. (45 кВт) до более 800 л.с. (597 кВт), включая двигатели, сертифицированные по стандарту Tier 4 Final. . Для получения дополнительной информации посетите cummins.com/industries/agriculture

. Домашняя страница серии

Повышение эффективности работы тракторов путем обеспечения их работоспособности

BIO Web of Conferences 17 , 00111 (2020)

Повышение эффективности работы тракторов за счет обеспечения их работоспособности

Сергей Яхин 1 , Фанил Габдрафиков 2 , Фарит Халиуллин 1 , Раиль Хусаинов 1 и Инсаф Нафиков 1

1 Казанский государственный аграрный университет, 420015 Казань, Россия
2 Башкирский государственный аграрный университет, 450001 Уфа, Россия

* Автор, ответственный за переписку: [email protected]

Аннотация

Развитие сельского хозяйства в условиях рыночных отношений сопровождается обострением проблемы эффективности использования техники. В связи с этим перед учеными стоит задача увеличить фактический объем работ, выполняемых тракторными единицами, снизив себестоимость единицы продукции. Дороговизна тракторов, нехватка кадров, снижение технической оснащенности ферм и увеличение объемов выпускаемой продукции в агропромышленном комплексе, природно-климатические условия предъявляют особые требования к технической службе по поддержанию тракторов в рабочем состоянии. .Рабочее состояние тракторов — это состояние, при котором значения параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют нормативно-справочным и конструкторским документам. При эксплуатации тракторов в сельском хозяйстве под воздействием различных факторов происходит износ их деталей и узлов. Показателем, определяющим величину износа, является остаточный ресурс агрегатов и узлов техники. В статье рассмотрены вопросы влияния остаточного ресурса основных агрегатов и систем трактора на частоту отказов различных групп сложности.Проведены экспериментальные исследования по определению зависимостей остаточного ресурса тракторных агрегатов от частоты отказов различных групп сложности, на основании которых проводится замена агрегата, ресурс которого исчерпан, т.е. на ресурсе (новый) или на агрегате после капитального ремонта.

© The Authors, опубликовано EDP Sciences, 2020

Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License 4.0, который разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии надлежащего цитирования оригинальной работы.

1 Введение

Эксплуатационная надежность трактора, износ и старение агрегатов, узлов определяют его основные эксплуатационно-экономические показатели при выполнении операций аграрного производства и зависят от условий работы [1].

Действующая система ремонтно-сервисных работ не может обеспечить надежность операций в растениеводстве из-за отсутствия методов оптимизации сроков и объемов ремонтно-сервисного воздействия машинно-тракторного парка с учетом остаточного ресурса агрегатов, узлов техники и условий функционирования тракторов в целом.Из-за низкой эксплуатационной надежности тракторов происходит значительный перерасход трудовых и материальных ресурсов.

Из-за низкой эксплуатационной надежности тракторов происходит значительный перерасход трудовых и материальных ресурсов. Ситуация сдерживает решение важнейших государственных задач по эффективной эксплуатации техники в сельском хозяйстве.

В настоящее время система технического обслуживания и ремонта разрабатывается на основе планово-предупредительных принципов проведения ремонтно-сервисных воздействий.Основой системной оптимизации являются сведения о долговечности конструктивных элементов машин и результаты диагностики агрегатов и систем техники. В результате использования полученной информации появляется возможность изучить закономерности формирования затрат на поддержание работоспособности тракторов, а также реализовать эффективные процессы их технического обслуживания и ремонта [1, 2].

Обоснование сроков проведения ремонтных работ тракторов выполняется исходя из объема выполненных работ, с использованием закономерностей изменения стоимости ремонта, что не позволяет прогнозировать периодичность ремонта и затраты на его проведение в различных условиях сельскохозяйственного производства с учетом с учетом остаточного ресурса агрегатов и систем техники.Поэтому в настоящее время отсутствуют методы совершенствования системы технического обслуживания и ремонта тракторов путем применения управленческих решений.

Таблица 1.

Зависимости влияния остаточного ресурса систем трактора на частоту отказов различных групп сложности

Таблица 2.

Пределы изменения частоты отказов систем трактора по группам сложности

2 Условия, материалы и методы исследования

В целях оптимизации, выбора трактора для выполнения плановых технологических операций и работ по техническому обслуживанию и ремонту с учетом их технического состояния, организации по управлению показателями надежности техники целесообразно представить в виде календарный план.Это даст возможность прогнозировать динамику производственных процессов, а также оценивать планируемые объемы работ с точки зрения их целесообразности. При оптимизации управленческих действий специфика применения техники в сельском хозяйстве, т. е. необходимость большого количества техники, имеющей разную величину остаточных ресурсов, влияние факторов, не зависящих от человека и т. д., создают определенные препятствия.

Поскольку в настоящее время основным источником совершенствования управления производственным процессом являются внутренние резервы, т.е.е. без привлечения трудовых и материальных ресурсов значение графика особенно возрастает.

Анализируя календарные планы, можно получить данные о наличии ресурсов по денежным средствам, горюче-смазочным материалам, запчастям и т. д., которые необходимы для выполнения запланированных работ.

Однако рассматриваемые в разработке системы не имеют одношагового решения. В связи с этим для решения задачи в динамике, т.е. преобразования в задачу с многошаговой оптимизацией, решение необходимо принимать на определенное количество шагов вперед.В отличие от решения одноэтапных задач, где важна была оптимизация, при многоэтапном решении не только определялась программа развития оптимизационного процесса, но и учитывалась возможность ее практической реализации, то есть организация управления процессом.

Решение многошаговой задачи можно считать статическим при привлечении методов математического программирования. Следует учитывать, что параметры, полученные при решении задач линейного и нелинейного программирования, могут оказаться слишком большими, что возможность их решения даже с помощью современной вычислительной техники может быть поставлена ​​под сомнение.В связи с этим более эффективным решением такого рода задач является вариационный подход, получивший название «Дискретный принцип максимума» [3].

Состояние трактора, его работоспособность определяется остаточным ресурсом его агрегатов и систем. В зависимости от изменения остаточного ресурса агрегатов и систем тягача будут меняться показатели надежности. Поэтому необходимо провести пилотные исследования для выявления этих зависимостей.

Частота отказов тягачей определялась по следующей формуле [4]:

– математическое ожидание количества отказов трактора в интервале ΔH, ч.

Сбор информации в условиях эксплуатации для оценки надежности тракторов осуществлялся в соответствии с [4]. Периодичность наблюдений не менее 2 раз в месяц. На каждый наблюдаемый трактор вели Журнал наблюдений рекомендуемой формы.

В листах наблюдения была представлена ​​информация об отказах: дата отказа, наработка трактора с начала наблюдений до момента отказа, наименование отказавшего узла, краткая характеристика отказа.При характеристике отказов использовались рекомендации [4].

Закономерности изменения числа отказов агрегатов тракторной системы в зависимости от их остаточного ресурса определяли с помощью методики определения оптимального вида зависимости по критерию минимальной остаточной дисперсии, разработанной в [5, 6].

3 Результаты исследования

Замена узла производится до возникновения поломок по величине износа агрегатов и систем, которая определяется его остаточным ресурсом.Возможна замена нескольких агрегатов одновременно.

Замена других узлов трактора одновременно при ремонте одного узла, предполагает однократное выполнение некоторых операций, например транспортировку, мойку, разборку и сборку, покраску, воронение и т. д. Это сокращает время простоя машины, вероятный выход из строя агрегатов, имеющих низкий остаточный ресурс.

Однако замена других тягачей одновременно при ремонте одного узла может привести к недоиспользованию заложенного технического ресурса агрегатов.В связи с этим вариант одновременной замены целесообразно обосновать экономическим критерием, проведя сравнительный анализ затрат на поддержание работоспособности оборудования по другим вариантам.

По первому варианту предусмотрена замена других узлов трактора одновременно в ремонте одного узла, выработавшего свой ресурс. При этом стоимость S 1 , на замену определяется как сумма затрат на приобретение агрегата и затрат, связанных с устранением возможных неисправностей при дальнейшей эксплуатации трактора, которые являются определяется остаточным ресурсом их агрегатов и систем.

По второму варианту, когда другие узлы трактора не заменяются одновременно при ремонте одного узла, стоимость S 2 рассчитывается в результате суммирования затрат на устранение последствий отказов . Это зависит от величины остаточного ресурса и затрат, связанных с заменой агрегатов по истечении срока ресурса.

При выполнении условия S 1 S 2 рабочий узел должен быть заменен одновременно с отказавшим.Если условие не выполняется, то замена агрегата одновременно с вышедшим из строя агрегатом экономически нецелесообразна.

В случае экономической нецелесообразности проведения текущего ремонта и при невозможности трактора выполнять работы, он направляется в капитальный ремонт.

Время нахождения машины в технической службе (ТС) определяется нормативными документами. При использовании тракторов на сельскохозяйственных работах следует учитывать только время нахождения трактора на ТО-3, т.к. ТО-1, ТО-2 проводятся вне временной смены.

Время, затрачиваемое на проведение текущего ремонта тракторов, определяется как сумма времени, связанного с устранением последствий отказов, и времени на профилактическую замену агрегатов. Продолжительность ликвидации последствий аварии определяется в зависимости от групп сложности [7, 8]. Время замены блока определяется технологическими картами [9].

Внезапный отказ любого агрегата, как правило, связан с выходом из строя одного из его элементов, приводит к нарушению его работоспособности.Необходимость назначения капитального ремонта узла или системы обосновывается состоянием отказа элемента, определяющего их технический ресурс. Блок следует демонтировать и заменить на исправный.

Однако возможны два варианта замены агрегата, т.е. агрегат, ресурс которого исчерпан, заменяется на агрегат с полным запасом ресурса (новый) или на агрегат после капитального ремонта. При этом следует учитывать частоту отказов других агрегатов тягача.

Двигатель трактора следует рассматривать отдельно, т. к. трудоемкость и стоимость устранения последствий отказов по сравнению с другими агрегатами трактора имеет наибольшее значение.

Замена узла двигателя основана на ресурсе узла обмена с учетом частоты отказов двигателя:(1)

— остаточный ресурс обменного узла, ч.; частота отказа двигателя трактора, ч.

Условием замены агрегатов других систем трактора является величина остаточного ресурса сменного агрегата, определяемая его работой в периоды до или между капитальными ремонтами, т.е.е.:(2)

Если техника новая или после капитального ремонта, необходимо учитывать нормативный объем работ для трактора. При проведении очередного ТО-3 уточняем рекомендуемый объем работ для трактора до первого капитального ремонта и в периоды после первого и второго капитального ремонта.

Для оценки ресурса узла трактора после капитального ремонта на практике учитывают среднее значение остаточного ресурса, так как изменение ресурса основных агрегатов трактора имеет нормальный закон распределения и среднее значение его остаточного ресурса равно наиболее вероятно.При проведении очередного ТС-3 уточняются остаточные ресурсы остаточных агрегатов и систем техники.

Средний ресурс новых узлов больше среднего ресурса узлов после капитального ремонта [10]. Исходя из условия (1) можно сделать вывод, что остаточный ресурс вспомогательного узла двигателя, подлежащего замене, не должен ограничивать ресурс всего двигателя. А условие (2) указывает на то, что заменяемый агрегат должен иметь остаточный ресурс больше, чем ресурс трактора после его первого и второго капитальных ремонтов.При этом следует исходить из того, что выбор замены не ограничивал ресурсы основных агрегатов трактора, а также стоимость замены была минимальной, т.к. новый агрегат имеет не только максимальный остаточный ресурс, но и также большая стоимость, чем у сборки после капитального ремонта.

На основании вышеприведенных суждений необходимо ввести правило выбора узла для замены вышедшего из строя узла или узла с меньшим ресурсом. Правила установили, что:

  • если частота отказа двигателя меньше среднего остаточного ресурса агрегата после капитального ремонта, следует выбирать узел после капитального ремонта;

  • если частота отказа двигателя больше среднего остаточного ресурса агрегата после капитального ремонта, следует выбрать новый агрегат.

Правила выбора сменного узла для других частей трактора можно сформулировать аналогичным образом, но в качестве основной его части следует выбрать ресурсоемкую систему, в состав которой входит сменный узел. Другими словами, восстановление j-го агрегата можно определить в условиях (1), (2) следующим образом:

(3)

(4)

, , – остаточный ресурс нового и капитально отремонтированного j-го агрегатов.

В результате экспериментальных исследований были получены численные значения по внезапным отказам различных групп сложности систем тракторов, находившихся под наблюдением.Остаточный ресурс агрегатов тракторной системы регистрировали в начале наблюдений, кроме того, в ходе экспериментальных исследований фиксировали появление отказов, соответствующих каждому наблюдению. Полученные результаты обрабатываются на компьютере по разработанной программе.

Закономерности в виде формул, а также коэффициенты корреляции и их погрешности, по которым можно судить о тесной связи между переменными параметрами и функциями отклика, представлены в таблице 1.

Адекватность полученных зависимостей проверяли путем сравнения выхода из строя тракторов в хозяйствах, не участвовавших в экспериментальных исследованиях, с данными, полученными по формулам таблицы 1. С вероятностью 0,95 значение доверительного интервала для отказ не превышает 6% от значения, полученного из этих зависимостей.

Полученные результаты показали, что с изменением остаточного ресурса составных узлов наработки на отказ систем трактора по группам сложности изменяются следующим образом (таблица 2).

Из таблицы 2 видно, что в исследуемой зоне пределы изменения частоты отказов для разных систем трактора различны. Очевидно, что чем больше разница между максимальным и минимальным значениями частоты отказов систем трактора, тем больше его эксплуатационная надежность зависит от внешних факторов, таких как качество обслуживания, качество ГСМ, качество обслуживания, естественно- климатические и др. В связи с этим следует рассмотреть разработку мероприятий по обеспечению работоспособности трактора на этих системах.

В соответствии с условиями (1, 2), определяющими правила замены агрегатов тракторов при ремонте их систем, значения частоты отказов, приведенные в таблице 2, обеспечивают возможность принятия следующих решений :

  • если ресурс капитально отремонтированного сменного узла выше минимальной частоты отказа III группы двигателя или трансмиссии трактора, целесообразно заменить его на отремонтированный узел;

  • если частота отказа III группы двигателя или трансмиссии трактора имеет максимальное значение и выше, сменный блок должен быть новым.Правила для электрооборудования и гидравлической системы трактора одинаковы; следует учитывать только отказы II группы сложности.

4 Заключение

  • приведены аргументы о необходимости разработки мероприятий по обеспечению эффективности использования тракторов в сельскохозяйственном производстве;

  • представлены результаты экспериментальных исследований в виде зависимостей изменения частоты отказов трактора различных групп сложности при выполнении основных видов сельскохозяйственных работ в зависимости от остаточного ресурса систем.Проверка адекватности этих зависимостей позволяет сделать вывод, что с вероятностью 0,95 значение доверительного интервала частоты отказов системы, для тракторов, не учитывавших эксперимент, не превышает 6 % от значения, полученного этими зависимости;

  • на основе зависимостей изменения частоты отказов трактора по его основным системам в зависимости от их остаточного ресурса выявлены максимальные и минимальные значения частоты отказов;

  • по представленным формулам максимальное и минимальное значения частоты отказов нами сформулированы правила замены агрегата при ремонте основных систем трактора.Применение этих правил для обеспечения наиболее полного использования ресурса агрегатов и систем трактора позволяет предотвратить отказы различной группы сложности. Это, в конечном счете, обеспечивает эффективность тракторов в сельскохозяйственном производстве.

Ссылки

  • И.Г. Галиев, К.А. Хафизов, Н.Р. Адигамов, Р.К. Хусаинов, инженер 17 МКК. для развития села. 2018. Т. 17. С. 373. [Google Scholar]
  • Я.Г. Галиев, А.А. Мухаметшин, И.Р. Исхаков, А.Р. Шамсутдинов, Вестник Казанского госсельхоза. ун-т, 5(3(17)) (2010) [Google Scholar]
  • К.А. Новиков, Автореферат диссертации (2017) [Google Scholar]
  • ОСТ 70.2,8-82. Испытания сельскохозяйственной техники (1982 г.) [Google Scholar]
  • Ф.Х.Халиуллин, И.Г. Галиев, Вестник Казанского госсельхоза. ун-т, 6(2(20)) (2011) [Google Scholar]
  • Р.Н. Хусаинов, К.А. Хафизов, А.А. Нурмиев, И.Г. Галиев, инженер 17 МКК. для развития сельской местности. сб., 168–175 (2018) [Google Scholar]
  • И.Г. Галиев, Вестник Казанского госсельхоза. ун-т, 9(2(32)) (2014) [Google Scholar]
  • А.М. Павлов, В.И. Цыробов, Упаковка, транспортировка, хранение машин и оборудования (1984) [Google Scholar]
  • В.П. Бойков, Диагностика технического состояния машин (2012) [Google Scholar]
  • ГОСТ 27.307-86. Надежность в технике (1986) [Google Scholar]
  • О. П. Крастин, Методы регрессионного и корреляционного анализа (1970) [Google Scholar]

Все столы

Таблица 1.

Зависимости влияния остаточного ресурса систем трактора на частоту отказов различных групп сложности

Таблица 2.

Пределы изменения частоты отказов систем трактора по группам сложности

Выдающиеся достижения в своей области: повышение эффективности трактора благодаря исследованиям Purdue в области гидравлики

WEST LAFAYETTE, Ind. — Современные сельскохозяйственные тракторы содержат столько передовых технологий, что могут соперничать даже с новейшими космическими кораблями.Но задняя часть все еще остается старой школы, в основном полагаясь на ископаемое топливо. Таким образом, любая оптимизация эффективности трактора — это огромная победа для окружающей среды.

Имея это в виду, исследователи Университета Пердью приступили к реализации проекта Министерства энергетики стоимостью 3,2 миллиона долларов США по оптимизации гидравлических систем, соединяющих тракторы и навесное оборудование.

«Энергия жидкости повсюду», — сказала Андреа Вакка, заведующая кафедрой гидродинамических исследований Маха в Purdue, профессор машиностроения, сельскохозяйственной и биологической инженерии и директор исследовательского центра Maha Fluid Power, крупнейшей академической лаборатории гидравлики в стране.«Он используется в самолетах, автомобилях и во всех видах тяжелой техники. Трактор — это пример транспортного средства, которое использует энергию жидкости для приведения в действие всего, от рулевого управления и движения до приведения в действие навесного оборудования, которое оно тянет за собой».

Сельскохозяйственные тракторы и орудия потребляют много гидравлической энергии. Создавая новые решения для оптимизации своих гидравлических систем управления, исследователи Purdue (слева направо) Андреа Вакка, Сяофань Гуо, Патрик Стамп и Джейк Ленгачер работают над тем, чтобы сделать тракторы более мощными и экономичными.(Фото Университета Пердью/Джаред Пайк) Скачать изображение

Но питание орудий оказалось проблемой. Гидравлическая система управления трактора показала КПД всего 20% при подключении к гидравлическим системам некоторых навесных орудий, таких как сеялки, сеялки и пресс-подборщики.

«Происходит конфликт в элементах управления, когда две системы почти дерутся друг с другом», — сказал Патрик Стамп, доктор философии. студент машиностроительного факультета.«В результате, когда он подключен к сеялке, трактор всегда должен работать на очень высокой мощности, что приводит к трате топлива и увеличению выбросов».

В этом исследовании, финансируемом Управлением по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии Министерства энергетики США, команда Вакки сосредоточила свое внимание на конкретной комбинации трактора и сеялки, предоставленных Case New Holland Industrial, с гидравлическими системами, предоставленными Bosch Rexroth. Смотрите видео.

Сеялка шириной 40 футов с 16 рядами посева.

«В каждом ряду есть несколько машин, работающих вместе для посадки семян», — сказал Сяофань Гуо, доктор философии. студент машиностроительного факультета. «Впереди есть чистящее колесо для удаления существующей растительности. Режущий диск прорезает крошечную канавку в земле, двигатель фактически забивает семена в землю, распылитель подает воду и удобрения в отверстие, а затем последний диск закрывает отверстие. Есть 16 таких посадочных рядов, которые нуждаются в определенном давлении для успешной посадки семян.И все они приводятся в действие единой гидравлической системой».

Чтобы решить проблему оптимизации комбинации трактора и сеялки, команда Вакки выбрала трехэтапный подход. Во-первых, исследователям нужно было охарактеризовать гидравлическую систему и построить имитационную модель на компьютере.

«Эти тракторы — дорогие и сложные машины, — сказал Синь Тянь, доктор философии. студент, разрабатывавший модели в течение четырех лет. «Поэтому мы начали с моделирования отдельных компонентов и тестирования их в стационарных условиях здесь, в лаборатории.Когда они точны, мы объединяем модели компонентов в систему и тестируем систему, чтобы убедиться, что вся модель действительна. Модель такая большая и сложная, что моя команда называет ее «Монстр!»

После подтверждения своей модели исследователи перешли ко второму этапу: разработке решений, которые можно было бы протестировать.

«Разные условия посева требуют разного давления и расхода», — сказал Тиан. «Если модель продемонстрирует многообещающие улучшения в мощности и эффективности, мы сможем приступить к реализации этих изменений в реальных условиях.

Для третьего этапа — испытаний в реальных условиях — команда оснастила трактор и сеялку множеством датчиков.

«Нам нужно знать, сколько энергии потребляет трактор, что делают гидравлические насосы, а также каковы давление и скорость потока в сеялке», — сказал Джейк Ленгачер, первокурсник доктора философии. ученик. «Вся эта проводка ведет к новому блоку сбора данных, который мы установили в кабине, поэтому у нас есть полная картина того, что происходит во время цикла посева.

К счастью для команды, в Purdue есть много мест, где могут бродить гигантские тракторы. Сельскохозяйственный колледж выделил команде Вакки полосу земли в четверть мили в Исследовательском и образовательном центре зоотехники в Западном Лафайете.

«Нам очень повезло в Purdue, — сказал Вакка. «У нас есть много лабораторного пространства в Маха, где мы можем тестировать эти большие машины в контролируемых условиях; и Сельское хозяйство также имеет много фермерских участков, где мы можем проводить полевые исследования».

А поскольку никто из членов команды никогда не управлял таким большим трактором в поле, компания Case New Holland провела обучение, чтобы научить их водить машину.

«Явная мощь трактора весом 35 000 фунтов с мощностью 435 лошадиных сил, буксирующего сеялку весом 10 000 фунтов — это потрясающе», — сказал Стамп. «Но в кабине тоже много чего происходит, особенно для управления сеялкой. Это определенно работа для двоих, поэтому обычно Джейк тоже сидит в кабине и следит за данными на ноутбуке».

Весной 2021 года команда провела несколько заездов, в ходе которых они высаживали семена кукурузы с разной заранее заданной частотой вращения двигателя и скоростью высева. Проанализировав данные, они обнаружили, что их новые гидравлические системы управления привели к общему повышению эффективности на 25%.

«Учитывая количество топлива, которое потребляет типичный трактор, это значительное улучшение», — сказал Вакка. «И это только начало. Цель нашего проекта — удвоить эффективность всей гидравлической системы управления. В будущем мы планируем внедрить подход к управлению давлением для логики управления, который никогда не применялся в сельскохозяйственных транспортных средствах».

«Когда я увидел данные, доказывающие, что наше решение работает, я был так счастлив, — сказал Го. «Я вырос в городе, поэтому пребывание на такой ферме для меня довольно увлекательное занятие.Моя специальность — системы управления, поэтому было очень интересно наблюдать, как наши теории в лаборатории проверяются в реальном мире. Гидравлическая энергетика — хорошо зарекомендовавшая себя область, но все еще есть большой потенциал для предложения новых систем и новых архитектур, чтобы сделать вещи еще лучше».

Стамп сказал: «Я никогда не думал, что буду вести трактор через поле фермы, чтобы получить докторскую степень. У меня были планы заняться космонавтикой. Но гидравлика этих тракторов ничуть не уступает по сложности самолету или ракете.Глубокое погружение в гидроэнергетику было чрезвычайно применимо к моему будущему в инженерии».

Тиан сказал: «Это определенно лучшее время, проведенное в Purdue. Я потратил так много времени на эти модели, и увидеть улучшение результатов было для меня действительно счастливым моментом».

Вакка сказал: «Видеть, как усердно работают наши студенты, и видеть, как идея переносится из лаборатории в поле — это действительно лучшая часть нашей работы».

Сценарист: Джаред Пайк

Контакт для СМИ: Кайла Уайлс, 765-494-2432, [email protected]образование

Источник: Андреа Вакка, [email protected]

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *