Определение тягово-энергетических показателей почво-обрабатывающих машин

Обоснованию конструктивных параметров и режимов работы тягово-приводных агрегатов с активными и пассивными рабочими органами посвящены исследования Г.Н.Синеокова, И.М.Панова, В.Е.Рогозы, В.А.Заворы, и т.д., Они посвящены установлению зависимостей качества обработки от конструктивных параметров и режимов работы на различных по типу почвах. Часть энергии, идущей на привод ротора, в первом случае идёт на преодоление сил сопротивления протаскивания почвообрабатывающего орудия, которые для орудий фрезерного типа изучены не достаточно. При теоретических расчетах сил сопротивления протаскивания орудия исходят из ограничения, что его значение принимается условно в интервале = 0,25…0,40 между µ - коэффициентом трения опорной поверхности рабочих органов и коэффициентом качения колес , .[13]

Даже при определении значений общего сопротивления орудия определить долю на протаскивание затруднено из-за отсутствия уточненных значений коэффициентов. Сложность опытного определения коэффициентов составляющих развернутой формулы В.П. Горячкина и изменчивость даже их средних значений привели к тому, что для практических расчетов применяют более простые методики и методы определения тяговых сопротивлений сельскохозяйственных машин [3,8,10].

Изучая тяговое сопротивление машин, основоположник земледельческой механики академик В.П.Горячкин установил, что при равномерном рабочем движении машины сопротивление можно представить в виде трех слагаемых:

. (1.2)

где R₁ -сопротивления на перекатывание и протаскивание машин; R₂ - сопротивления, возникающие при деформации обрабатываемого материала; R₃ – сопротивления, появляющиеся при перемещении и отбрасывании обрабатываемого материала

Из многочисленных причин, обуславливающих величину тягового сопротивления орудия, акад. В.П.Горячкин. выделил главные и вывел рациональную формулу для определения силы сопротивления тяге орудия при работе агрегатов:

, (1.3)

где G_пл - вес орудия, кН; f_прот -коэффициент протаскивания орудия; К_П - коэффициент сопротивления почвы, кН/м²; a, b - глубина и ширина обработки, м; ε - коэффициент пропорциональности, ; V_р - рабочая скорость, м/с.

Предлагая рациональную формулу, В.П.Горячкин предвидел, что «в будущем, при более подробном изучении, каждый из членов формулы, может быть, придется развить и заменить более сложными функциями». Современное состояние науки позволяет более подробно изучить составляющие общего сопротивления машин (рис.1.14), что важно для их конструирования и эксплуатации.

Взаимосвязь тягового сопротивления плуга с показателями условий, режимов и конструкции, описанная рациональной формулой В.П. Горячкина, носит всеобщий характер.

В усредненных условиях работы пахотного агрегата сила сопротивления орудия протаскиванию в борозде определяется величиной коэффициента протаскивания

. (1.4)

Средняя величина коэффициента f_прот≈0,35 при интервале f_прот≈0,25…0,40; зависит она от типа орудия и состояния почвы. [7,11]

Вопросы изучения значений коэффициента сопротивления протаскиванию орудий отличных от плуга изучены не достаточно, особенно это касается тягово-приводных агрегатов. Поэтому уточнение коэффициента сопротивления протаскиванию орудия позволит изыскивать пути повышения эффективности использования полевых машинно-тракторных агрегатов.

Сила сопротивления орудия протаскиванию полностью зависит от веса орудия, приходящегося на опорные поверхности колес и величины коэффициента сопротивления перекатыванию.

Отношение агротехнической полезной механической работы к общим затратам механической энергии при выполнении машиной данного производственного процесса определяет коэффициент полезного действия сельскохозяйственных машин:

, (1.5)

где R_п, R_т – полезные затраты механической энергии на деформацию обрабатываемого материала (почвы, растений) и затраты механической энергии на различные виды трения (качения, скольжения и др.), а также на подъем, кН.

ФАКТОРЫ ВЛИЯЮЩИЕ НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ И СОПРОТИВЛЕНИЕ МТА

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕЕСС

КОНСТРУКЦИЯ МАШИНЫ

ПРИРОДНО-КЛИМАТИ- ЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЙ РЕЖИМ

Основной

Вспомогательный

Трансмиссионный механизм

Ходовой аппарат

Рабочий орган

Вес

Обрабатываемая среда

Поверхность поля

Регулировка

Техническое состояние

Ширина захвата

Скорость поступательная

Глубина обработки

Окружная

 

Рисунок 1.14 – Факторы, влияющие на производительность и сопротивление машин и качество работы МТА

Очевидно, исходя из определения КПД рабочих машин, его величину в общем виде можно определить из соотношения

. (1.6)

По многим машинам и технологическим процессам пока невозможно точно определить величину полезной энергии на деформацию материала, из-за отсутствия корректной методики для определения полезных энергозатрат.

КПД рабочих машин различных видов и конструкций определяется соотношением различных показателей:

для тяговых одномашинных агрегатов

; (1.7)

для приводных машин

; (1.8)

для тягово-приводных агрегатов

. (1.9)

Весь диапазон КПД рабочих машин [15,16], в том числе приводных и тягово-приводных, находится в пределах 0,08…0,75. Следовательно, исходя из физического смысла КПД сельхозмашин, можно считать, что только 8…75% усилия (мощности), передаваемого от крюка, привода (ВОМ, вариатора и др.) к рабочим машинам, идет на совершение полезной работы. В условиях эксплуатации сельскохозяйственных машин в составе полевых машинно-тракторных агрегатов КПД машин имеет меньшую величину.

Если учесть, что средняя величина тягового КПД трактора находится в пределах 0,55…0,75, а КПД машин в пределах 0,35…0,65, то нетрудно определить диапазон механических КПД рассмотренных агрегатов: η_м.а=0,19…0,49. Только 19…49% энергии двигателя () идет на совершение полезной работы при воздействии рабочих органов машин на обрабатываемый материал. Остальная мощность теряется при передаче от двигателя к рабочим органам. Очевидно, что имеются значительные резервы повышения КПД как рабочих машин, так и в целом машинно-тракторных агрегатов.

Таблица 1.14 – КПД гусеничных тракторов и машинно-тракторных агрегатов (на примере трактора Т-150)

Показатель	Агрегат	Приращение КПД, %, в среднем
тяговый	тягово-приводной
Полный КПД трактора	0,60…0,75	0,65…0,80	7…10
КПД механический агрегата	0,30…0,45	0,38…0,50	15…20

 

Результаты исследований, показывают, что КПД трактора и агрегатов с приводом механизмов от двигателя (тягово-приводные, приводные агрегаты), при прочих равных условиях, повышаются с возрастанием мощности двигателя, передаваемой на активные рабочие органы машин. (таблица 1.14). Полный КПД колесных тракторов при работе в составе тягово-приводных агрегатов по сравнению с тяговыми будет иметь приращение КПД еще больше. Это обусловлено большим сокращением по величине потерь мощности двигателя на буксование движителей тракторов, следовательно, более значимым будет и приращение механического КПД таких агрегатов [3,6,8 ].

При определении значений общего сопротивления орудия определить долю на протаскивание затруднительно из-за отсутствия уточненных значений коэффициентов. Поэтому требуется дальнейшие теоретическое и практическое развитие исследований по энергетике тягово-приводных агрегатов МТА применительно к условиям сельскохозяйственного производства [6,8].