Зміна експлуатаційних властивостей у процесі роботи машин

Нормальна роботоздатність, надійність та довговічність машини забезпечуються раціональним режимом роботи, правильно розроб­леною системою технічного обслуговування і ремонтів.

Режим роботи машини визначається коливаннями навантаження за величиною в часі, величиною і коливаннями в часі швидкостей руху робочого органу, реверсивністю руху робочого органу і трива­лістю роботи машини за одиницю часу. Тому, щоб встановити ра­ціональний режим роботи машини, необхідно розглядати взаємодію робочого органу машини і матеріалу, що ним обробляється, та робо­чий процес машини у цілому.

Показниками раціонального режиму роботи машини, незалежно від її типу і характеру виконуваної роботи, є технічна продуктив­ність машини і собівартість одиниці продукції.

Режим роботи, при якому продуктивність машини найближча до технічної, а собівартість одиниці продукції не перевищує планової, вважається оптимальним.

В процесі експлуатації машини внаслідок спрацювання і дефор­мації між спряженими деталями збільшуються зазори, порушується регулювання і співвісність деталей, послаблюються кріплення, за­туплюється різальна частина робочого органу. Через це експлуата­ційні властивості машини безперервно змінюються. Одночасно із збільшенням кількості годин наробітку погіршуються експлуатацій­ні можливості машини і знижується її роботоздатність за рахунок відмов і несправностей, збільшення динамічності навантажень і погіршення умов безпеки праці.

Через зміни експлуатаційних властивостей машини зменшується продуктивність, підвищується собівартість робіт і створюються умови, що загрожують безпеці робіт.

З метою забезпечення оптимальної роботоздатності машини протягом амортизаційного терміну її служби необхідно працювати на оптимальному режимі навантаження на її робочий орган, систе­матично підтримувати і відновлювати її експлуатаційні властивості комплексом заходів системи технічного обслуговування і ремонту, а також підвищенням кваліфікації обслуговуючого персоналу.

Опір робочих машин

Основними показниками енергетичних властивостей робочих машин є їхній робочий опір (опір на робочого ходу) і споживана потужність (енергоємність процесу). Крім того, розглядають опір на холостому ходу , у транспортному положенні й ін.

Для зручності розрахунків, маючи на увазі велику кількість одно­типних машин, що різняться частіше усього тільки шириною захвату , і глибиною обробки , введено поняття питомого тяго­вого опору машин на рівній поверхні .

Питомий опір — це опір, який чинить одиниця параметру вимі­рюваної величини (одиниця ширини захвату, одиниця площі попе­речного перерізу, одиниця глибини і т. п.).

При цьому розглядають питомий опір:

- для однотипних машин, що різняться головним чином шириною захвату,

 

 

де, k — виражається в Н/м;

- для машин, що відрізняються як шириною захвату, так і глибиною обробки (наприклад, для грунтооброблюючих машин, і, зокрема, плугів),

де, — виражається в Н/м²;

- для машин, у яких опір пропорційний головним чином їхній вазі G_м (опір перекочуванню ), наприклад, для транспортних машин або для робочих машин при холостому пересуванні,

де — коефіцієнт перекочування (безрозмірна величина).

Для машин, у яких привод робочих органів здійснюється від ва­лу відбору потужності (ВВП), розрахунок ведуть за потужності N_м, що затрачується на такий привод. При цьому для тягово-приводно­го агрегату іноді розраховують умовний (приведений до 1 м шири­ни захвату при даній швидкості руху питомий опір на привод робочих органів (складаючи його з питомим тяговим опором):

де: N_м — потужність приводу машини;

q — дійсна швидкість руху;

B — ширина захвату.

Більш правильно витрати енергії на привод робочих органів не через опорно-ходові колеса враховувати як витрати енергії двигуна, не приводячи їх до питомого опору машин, тому, що при цьому спотворюється фактичне значення тягового зусилля трактора, що впливають, зокрема, на ступінь буксування й інші показники.

Для комплексного агрегату питомий тяговий опір визначають як суму опорів вхідних у нього машин, приведених до 1 м ширини зах­вату.

Середні значення питомого опору для більшості машин і різно­манітних умов роботи, які отримані експериментальним шляхом, наводяться в довідковій літературі.

Знаючи середнє значення питомого опору, визначають загаль­ний розрахунковий опір агрегату:

або

де і — виражаються в Н

У випадку, якщо в питомий опір машини при експериментально­му його визначенні не були включені витрати на пересування маши­ни, загальний опір визначають як суму цих опорів, наприклад:

,

або при холостому ході машини;

.

Стохастичний характер опору машин. Як уже вказувалося, у довідковій літературі звичайно наводяться тільки середні значення питомого опору машин для різних умов роботи. Насправді в процесі роботи, головним чином, у зв'язку зі змінністю фізико-механічних властивостей оброблюваного матеріалу, мікрорельєфу поля, режи­му роботи й інших чинників, має місце стохастичний (випадковий у ймовірнісно-статистичному змісті) характер опору машин (рис.2.1).

 

Рис. 2.1 Стохастичний характер опору машини.

 

При цьому, як відомо з курсу теорії ймовірностей, найважливі­шими характеристиками, крім середнього значення (або ), є також середньоквадратичне відхилення опору (або ), дис­персія (або ), коефіцієнт варіації (або ) і густина розподілу ймовірності (або )

Середньоквадратичне відхилення:

Дисперсією випадкової величини називається математичне очі­кування квадрата відхилення випадкової величини від її математич­ного очікування, тобто

Часто випадковий характер опору машин характеризують також ступенем нерівномірності опору (або ) і частотою типових коливань (або ) [періодом типових коливань повного або питомого опору в м (шляху) або с (або )].

; ;

;

Дослідження показують, що частіше всього густина розподілу ймовірностей опорів робочих машин відповідає нормальному зако­ну розподілу, хоч в окремих випадках може бути ближче до закону напівеліптичного, або зрізаного рівнобедреного трикутника і ін.

Для закону нормального розподілу і достатньо великої кількості типових коливань і, отже,

Значення ступеня нерівномірності опорів (або ) за даними літературних джерел такі:

а) при оранці по стерні сухих легких ґрунтів або середніх ґрунтів нормальної вологості 0,5-0,6;

б) при оранці по стерні сухих важких ґрунтів 0,7-1,2;

в) при культивації лапчастим культиватором 0,3-0,8;

г) при посіві дисковою сівалкою 0,2-0,6.

Значення коефіцієнтів варіацій опору для плужних робочих органів — 0,08¸0,3; дискових робочих органів — 0,05¸0,15; для бульдозерних робочих органів — 0,2¸0,4.

Значна степінь нерівномірності опору суттєво впливає на роботу всього агрегату, при цьому високочастотні коливання долаються інерцією мас агрегату і на показники роботи його мало впливають.

З цих даних (за ними можна визначити і коефіцієнт варіації ) випливає, що в меліоративному та будівельному виробництвах має місце значна степінь нерівномірності опорів машин, що робить істотний вплив на роботу всього агрегату.

Високочастотні коливання опорів ( c), як правило, до­лаються інерцією мас машини і на показники роботи трактора мало впливають, а низькочастотні коливання ( с) істотно впли­вають на ці показники, що буде докладно розглянуто нижче.

Внутрішню структуру (динаміку) процесу характеризують коре­ляційно-спектральні оцінки. Дослідження статистичної динаміки процесу (наприклад, подані на рис. 2.2) показують, що з підвищен­ням робочих швидкостей, як правило, зменшується час кореляції,

 

Рис. 2.2. Нормовані кореляційні функції і спектральні густини моменту опору двигуна при роботі агрегату (трак­тор МТЗ - 82+ ПЛУГ ПН 3-35) на швидкостях: м/с; м/с

кореляційні функції спадають швидше, характер коливань випадко­вих процесів стає більш різким (динамічним) і безладним, відбува­ється розтягування спектра частот і збільшення динамічності показ­ників роботи агрегату.

При підвищеному швидкісному режимі роботи агрегату в спект­рі випадкової функції переваження малих частот стає менш вираже­ним — більшу питому вагу мають високі частоти. Такий зсув енер­гетичного спектра у бік високих частот при підвищенні швидкос­тей руху є сприятливим, тому що більш високі частоти зміни наван­таження в меншій степені сприймаються трактором, його робота стає більш стійка.

Енергетична характеристика питомого опору. Енергетичну характеристику питомого опору (енергоємність виробничих опера­цій) з врахуванням швидкості руху можна уявити наступною залеж­ністю:

У цьому випадку k виражається в або

Таким чином, питомий опір машини можна уявити не тільки як зусилля, але за своїм фізичним змістом і як витрату механічної енергії на одиницю площі, або витрату. потужності на одиницю продуктивності.

Аналогічно для плужних робочих органів

У цьому випадку виражається в або в

Питомий опір плужних робочих органів являє собою витрату ме­ханічної енергії на обробку об’єму ґрунту, що проходить по відвалу, в одиницю часу або витрати потужності на обробку об’єму ґрунту, що проходить по відвалу (продуктивність).

Таке тлумачення питомого опору важливо для оцінки енергетич­ної сутності технологічних операцій і енерговитрат при виконанні робіт, про що більш детально буде сказано нижче.

В усіх випадках, коли розглядаються чинники, що впливають на питомий опір або енерговитрати, варто враховувати імовірнісний (стохастичний) характер питомого опору і визначати не тільки се­редні значення опору, але і степінь нерівномірності (дисперсію, коефіцієнт варіації), а також закон розподілу.

Тяговий опір агрегату

Зчіпки і їхній опір. При комплектуванні агрегатів, особливо з потужними тракторами, часто необхідно з'єднувати для спільної роботи декілька машин, застосовувати багатомашинні, або комплек­сні, агрегати. У цьому випадку користуються зчіпками. Довідкові дані про конструкції зчіпок приведені в довідковій літературі.

Оскільки причіпні зчіпки мають свою опорно-ходову систему, а навісні зчіпки збільшують вагу, що припадає на трактор, вони вик­ликають додатковий опір перекочуванню, що підраховується за формулою:

де: ƒ_зч – опір перекочуванню машини;

G_{з ч} – зчіпна вага машини.

Так само визначається і тяговий опір додаткового устатку­вання , наприклад причіпного маркера.

При роботі агрегату на місцевості, що має підйом (кут нахилу в градусах або і - у відсотках), виникає додатковий тяговий опір від складової ваги машини (рис.2.3):

Відповідно для зчіпки опір підйому:

У цьому випадку опір перекочуванню:

Загальний (середній) опір причіпної (робочої) частини агрегату при русі на підйом і спуск визначається за залежністю:

де – опір агрегату на горизонтальному шляху.

Рис. 2.3. Схема дії сил при русі машини на підйом:

1 - трактор; 2 - зчіпка; 3 - причіпні машини.

 

Для багатомашинного агрегату без додаткових пристроїв при русі на підйом:

,

або приблизно

У багатомашинного агрегату в результаті деякої розбіжності напрямків дії сил опору машин, що входять до складу агрегату, за­гальний опір буде дещо відрізнятися від арифметичної суми опорів усіх машин. Однак, при сучасних швидкостях руху ця відмінність не настільки велика і в практичних розрахунках його не врахо­вують.

Питомий тяговий опір робочої частини агрегату (скорочено – питомий опір агрегату) визначається як середнє значення опору, що припадає на одиницю ширини захвату агрегату:

де виражається в Н/м

Якщо питомий опір машин, прийнятий для розрахунків, визна­чався за фактичною робочою шириною захвату (для плужних робочих органів і інших грунтооброблюючих машин подібного типу), , або за конструктивною шириною захвату (в більшості випадків для сівалок, борін і інших аналогічних машин),

Всі наведені формули дійсні для сталого руху, коли прискорення дорівнює нулю. При рушаннях з місця опір агрегату збільшується за рахунок сил інерції, які необхідно подолати при початку руху.Якщо позначити через прискорення рушання (залежить від швидкості вмикання муфти зчеплення трактора), тоді додатковий опір робочої частини агрегату при рушанні з місця буде:

де: - приведена маса робочих машин;

G_ро – вага робочого обладнання.