Расчет мощности потребной для работы фрезерной почвообрабатывающей машины

 

Фрезерные почвообрабатывающие машины значительно превосходят лемешные и дисковые плуги по качеству обработки почвы. Особенно сильно это проявляется на пересушенных и переувлажненных почвах. Привод фрезерного барабана осуществляется от вала отбора мощности трактора.

 

3.1 Цель работы

 

Установление зависимости величины мощности потребной для работы фрезерной почвообрабатывающей машины от глубины обработки почвы и выбор марки агрегатируемого трактора.

 

3.2 Исходные данные и методические указания по выполнению работы

 

Исходные данные для выполнения работы приведены в таблице 3.1.

 

 

Таблица 3.1 – Исходные данные

Номер варианта	Ширина захвата, м	Скорость движения агрегата, км/ч	Глубина обработки почвы, см
минимальная	максимальная
	0,6
	0,8	3,5
	1,2
	1,4	4,5
	1,6	2.5
	1,8
		3,5
	2,2	2,5
	0,6	4,5
	0,8	2.5
	1,2	3,5
	1,4	2,5
	1,6	4,5
	1,8	2.5
	2,2	3,5
	0,8	2,5
		4,5
	1,2	2.5

 

 

На рисунке 3.1 приведена схема сил, действующих на фрезерную почвообрабатывающую машину.

Действие силы трения опорной лыжи о землю F, компенсируется горизонтальной составляющей суммарной силы резания почвы P_x,, поэтому потребляемая мощность в основном затрачивается на резание и отбрасывание почвы.

 

,

 

где N_р - мощность на резание почвы, Вт;

N_отб - на отбрасывание почвы, Вт;

η – к.п.д. передачи от трактора к фрезе (η =0,8 ).

 

,

 

где В - ширина захвата фрезы,м;

a - глубина обработки,м;

k_р - коэффициент удельного сопротивления резанию, Па;

k_р = 0,15…0,3 МПа;

V - скорость движения агрегата, м/с.

 

 

 

Рисунок 3.1 – Схема сил, действующих на фрезерную почвообрабатывающую

машину

 

 

,

 

где k_от - коэффициент отбрасывание почвы ножами фрезы;

для Г -образных ножей k_от = 1. V₀ - окружная скорость, м/с;

m - масса почвы, профрезерованной за 1 сек, кг.

 

 

,

 

где g - плотность почвы, кг/м ³ (g= 1800 кг/м ³ ).

Величина окружной скорости рассчитывается по формуле

 

V₀ = V∙λ,

где λ - соотношение между окружной скоростью вращения фрезерного барабана и поступательной скоростью движения агрегата (λ=8…15).

Расчет мощности следует выполнить для всех значений диапазона изменения глубины обработки почвы. По результатам расчетов построить график зависимость N=f(a). Расчеты и построение графика выполнить в Excel.

Руководствуясь мощностью затрачиваемой на фрезерование при максимальной глубине обработки почвы, по таблице 1.3 выбрать марку агрегатируемого трактора и по методике изложенной в указаниях к практической работе №1произвести расчет баланса его мощности при заданной скорости движения агрегата и величене угла подъема α=4⁰.

Определить величину коэффициента использования мощности двигателя трактора по формуле

 

.

 

 

Комлектование МТА

Комплектование машинно-тракторных агрегатов включает расчет его состава, выбор режима работы и соединение машин в агрегат. Приводится обоснование выбора конкретной машины и трактора, рабочей передачи трактора, количество машин в агрегате, фронта сцепки и дается оценка правильности расчета состава МТА по коэффициенту загрузки или использования эффективной мощности трактора.

 

4.1 исходные данные и методические указания к выполнению работы

 

Исходные данные для выполнения работы приведены в таблице 4.1.

 

Выбор скорости движения трактора и рабочей передачи

 

При выполнении производственных операций целесообразна такая скорость движения агрегата, при которой обеспечивается высокое качество работы и оптимальная загрузка трактора.

Рациональный диапазон рабочих передач и скоростей движения определяют по тяговой характеристике трактора. Так, для трактора МТЗ-82 в агрегате с сеялкой СЛУ-5-20 при посеве семян сосны обыкновенной на постоянном питомнике рекомендуется использовать 3 передачу, скорость движения 7,2 км/ч, при этом фактическая скорость не должна выходить за пределы технологически допустимой, т.к. ухудшается качество работ или работа невозможна вообще.

Значения технологически допустимых скоростей приведены в таблице 4.2

 

Таблица 4.1- Исходные данные

Номер варианта	Марка трактора	Марка орудия	Тяговое сопротивление орудия, кН	Уклон местности, град.
	ЛХТ-100А	МЛУ-1	9,1
	ЛХТ-100А	СЛГ-1	5,7
	МТЗ-82	СЛУ-5-20	7,6
	МТЗ-82	1ПТУ-4	11,6
	МТЗ-82	НРУ-0,5	1,7
	ДТ-75М	ПЛН-4-35
	ЛХТ-100А	ПЛ-1
	МТЗ-82	ПЛН-3-35
	ЛХТ-100А	ПКЛ-70	11,5
	МТЗ-82	КЛБ-1,7	3,2
	ЛХТ-100А	МЛУ-1
	ЛХТ-100А	СЛГ-1	6,2
	МТЗ-82	СЛУ-5-20	7,0
	МТЗ-82	1ПТУ-4
	МТЗ-82	НРУ-0,5	1,5
	ДТ-75М	ПЛН-4-35
	ЛХТ-100А	ПЛ-1
	МТЗ-82	ПЛН-3-35
	ЛХТ-100А	ПКЛ-70	9,5
	МТЗ-82	КЛБ-1,7	2,8
	МТЗ-82	КПС-4	5.9

 

 

Расчет тяговых показателей трактора

 

Тяговые показатели сельскохозяйственных тракторов, как правило, снимаются на стерне, а промышленных – на твердом грунте. Поэтому для каждого трактора и конкретных почвенных условий должны проводиться расчеты крюкового усилия.

Уравнение тягового баланса трактора при неравномерном движении имеет вид

 

 

где - угол подъема, град;

- коэффициент сопротивления перекатыванию трактора, который зависит от почвенных условий, типа движителя и его состояния. Ориентировочно значения коэффициента берутся из таблицы 4.3.

При практических расчетах сопротивлением воздуха пренебрегают, ввиду его малого значения.

 

Таблица 4.2 - Рекомендуемые скорости движения машинно-тракторных

агрегатов на основных операциях

 

Наименование производственных процессов	Значения допустимых скоростей, км/час
Вспашка обычными плугами	4, 0 - 7,5
Вспашка скоростными плугами	6, 0 – 9,0
Лущение дисковыми лущильниками	6,0 – 10,0
Боронование зубовыми боронами	4,0 – 8,0
Культивация сплошная плоскорежущими лапами	6,0 – 12,0
Культивация сплошная пружинными лапами	6,0 – 7,0
Прикатывание	7,0 – 11,0
Обработка штанговыми культиваторами	5,0 – 7,0
Внесение удобрений	6,0 – 12,0
Посев сидератов	7,0 – 11,0
Внесение удобрений туковыми сеялками	6,0 – 9,0
Посев на открытых площадях	4, - 6,0
Посадка лесопосадочными машинами	1,8 – 3,5
Обработка почвы комбинированными агрегатами	4,0 – 8,0
Опрыскивание, опыливание	5,0 – 7,0
Срезание кустарника кусторезами	1 – 2 передача
Расчистка вырубок от порубочных остатков	1 – 2 передача
Корчевка пней	1 передача
Вычесывание корней	3,5 – 5,0
Перевозка тракторными прицепами	До 15
Лесоводственный уход кусторезами осветлителями	2,5 – 4,5

 

 

Таблица 4.3 - Коэффициенты сопротивления перекатыванию

и сцепления тракторов с почвой

 

Характеристика несущей поверхности трактор	Колесные тракторы	Гусеничные тракторы
Коэффици- ент сопро- тивления перекатыва- нию, f	Коэффици- ент сцеп- ления с почвой (сухая по- верхность), μ	Коэффици-ент сопро- тивления перекатыва- нию, f	Коэффици- ент сцеп- ления с почвой (сухая по- верхность), μ
Сухая грунтовая дорога на плотном грунте	0,04	0,7-0,8	0,06-0,07	0,9-1,0
Сухая грунтовая дорога на песчаном грунте	0,06-0,08	0,6-0,7	0,08-1,0	1,0-1,1
Луг скошенный	0,08-1,0	0,5-0,6	0,08	1,2
Плотная (старая) залежь	0,05-0,07	0,6-0,7	0,06-0,07	0,9-1,0
Свежая (2-3 летняя) залежь	0,06-0,08	0,6-0,7	0,07	1,1
Стерня сухая	0,10-0,12	0,07	0,07-0,08	1,0
Стерня влажная	0,12-0,14	0,5	0,08	0,9
Лущеное поле	0,12-0,16	0,5-0,6	0,09-0,10	0,6
Слежавшаяся пахота	0,12-0,16	0,5	0,08-0,09	0,7
Свежевспаханное поле	0,18-0,20	0,4	0,1-0,12	0,6
Поле, подготовленное к посеву, посадке	0,16-0,18	0,4-0,6	0,10-0,12	0,5-0,6
Болото	0,25	0,1	0,12-0,18	0,3-0,4
Задернелая, нераскорчеванная, неочищенная лесосека	0,18-0,25	0,5	0,12-0,15	0,8-0,9
Свежая, нераскорчеванная, очищенная лесосека	0,16-0.18	0,6-0,7	0,10-0,12	0,9-1,0
Закустаренная заболоченная площадь	0,18-0,20	0,4	0,12-0,14	0,6-0,7

 

При равномерном движении уравнение тягового усилия трактора имеет вид:

 

При малых значениях , cos = 1, sin = , где - уклон местности, ‰, установленный в задании.

Уравнение тягового усилия трактора при равномерном движении на подъеме имеет вид:

 

 

где – вес трактора, (массы тракторов приведены в таблице 4.6) Н;

- коэффициент, определяющий долю веса трактора, воспринимаемого ведущими колесами трактора; для колесных тракторов со всеми ведущими колесами и гусеничных = 1; для колесных тракторов с задними ведущими колесами = 2/3.

- коэффициент сцепления, берется из таблицы 4.3.

- касательная сила тяги трактора, Н;

- тяговое усилие трактора на крюке, Н, которое преодолевает сопротивление машин, агрегатируемых с трактором.

- сила инерции, Н;

- сила сопротивления воздуха, Н;

– вес трактора, Н.

Касательная сила тяги трактора возникает в результате взаимодействия его движителя с несущей поверхностью и максимальное ее значение не может быть больше силы сцепления , в противном случае произойдет остановка трактора из-за буксования, определяется по формуле:

 

 

где - эффективная мощность двигателя, (таблица 1.3),кВт;

- к.п.д. трансмиссии; для колесных тракторов при работе на основных передачах = 0,91-0,92; для гусеничных = 0,86-0,83;

- мощность на валу отбора мощности, затрачиваемая на привод машин с активными рабочими органами, кВт;

- теоретическая скорость движения трактора, км/ч, подбираемая в зависимости от рекомендуемой скорости движения для данной производственной операции (таблица 4.2).

Сила сцепления определяется по формуле:

 

Комплектование МТА

 

После расчета крюкового усилия трактора и рабочего сопротивления машины (орудия) производится комплектование машинно-тракторного агрегата.

Не всегда одна машина достаточно загружает трактор. Для более полного использования тягового усилия трактор агрегатируется с несколькими рабочими машинами (орудиями) с применением сцепки.

Число машин в агрегате определяется по формуле

 

 

где - тяговое усилие трактора на данной передаче, Н;

- тяговое сопротивление рабочей машины, Н.

Тяговое сопротивление широкозахватного агрегата , состоящего из набора одинаковых технологических машин или комбинированного агрегата, состоящего из набора различных технологических машин, рассчитывается по формуле, Н:

 

 

где и - тяговое сопротивление технологических машин, входящих в агрегат, Н;

и - число машин, входящих в агрегат, шт.;

- тяговое сопротивление сцепки, Н.

Сопротивление сцепки рассчитывается по формуле, Н:

 

 

где - масса сцепки, кг, (таблица 4.4);

– ускорение свободного падения, м/с ;

- коэффициент сопротивления перекатыванию сцепки

(таблица 4.4).

Для культиваторов и борон = 0,18…0,22; для лесопосадочных машин

= 0,20…0,25

Эффективность агрегата оценивается по величине коэффициента использования тягового усилия трактора на выбранной передаче

 

 

где - общее сопротивление агрегата, Н;

- тяговое усилие трактора на данной передаче, Н.

В лесном хозяйстве оптимальным коэффициентом использования тягового усилия трактора считается такой, который при подготовке почвы составляет 0,85…0,90; на предпосевной обработке почвы и посеве – 0,90…0,95.

Таблица 4.4 - Техническая характеристика универсальных сцепок

 

Показатель	Марка сцепки
СП-16	СП-11	СГ-21	С-11У	С-18А	СН-75
Максимальная ширина захвата, м	16,0	10,9		14,4	21,6
Общая масса, кг
Габаритные размеры в транспортном положении, м:
длина	4,5	3,4	12,3	6,9	8,1	9,1
ширина	5,0	7,3	5,6	4,5	5,8	3,3
высота	1,2	1,3	2,9	1,3	1,4	1,2
Тип опорных колес	Пневматические	Металлические	Пневматические

 

 

Таблица 4.5 - Значения коэффициента сопротивления передвижению

машин и сцепок на колесах

 

Характеристика несущей поверхности	Колеса с пневматическими шинами	Колеса с металлическим ободом
Культивированное и боронованное поле	1,15 – 0,18	0,20 – 0,25
Жнивье после дождя, осевшая пахота	0,11 – 0,14	0,15 – 0,20
Стерня сухая	0,08 – 0,10	0,10 – 0,15
Сухой луг, целина, крепкая дернина, грунтовая сухая дорога	0,05 – 0,07	0,06 – 0,08