Баланс мощности машинно-тракторного агрегата.

Балансом мощности МТА называется распределение эффективной мощности двигателя по отдельным видам сопротивлений. Для установившегося движения и с учётом работы движителя трактора в условиях достаточного сцепления он выражается уравнением

N_ен – N_нсц – N_нз = N_е = N_кр + N_{е вом}+ N_f ± N_α +N_δ +N_т

где: N_нсц–доля мощности двигателя, не реализуемая по условию сцепления, кВт;

N_нз –доля мощности двигателя, не реализуемая по условию загрузки, кВт;

N_е – эффективная мощность двигателя при данной нагрузке, кВт;

N_кр – мощность, затрачиваемая на преодоление тяговых сопротивлений агрегатируемых с трактором с.х. машин, или тяговая мощность, кВт;

N_{е вом} – мощность, затрачиваемая двигателем на привод механизмов , присоединённых к ВОМ с учётом потерь в приводе (тягово-приводные агрегаты).

N_f – потери мощности на самопередвижение трактора, кВт;

N_α– потери мощности на преодоление подъёма, кВт;

N_δ– потери мощности на буксование движителей, кВт;

N_т - потери мощности в трансмиссии, кВт.

Конечной целью применения баланса мощности в эксплуатационных расчётах является определение величины запаса мощности двигателя трактора, который расходуется на преодоление тягового сопротивления рабочих машин и привод их активных рабочих органов.

Баланс мощности не остается постоянным, он изменяется вследствие износа некоторых деталей и узлов, нарушения регулировок, перемены условий использования трактора. Для эффективной эксплуатации МТП необходимо знать закономерности изменения составляющих баланса мощности тракторов.

Мощность N_т , расходуется в трансмиссии на преодоление трения между зубьями шестерен и в подшипниках КПП, в главной и конечной передачах, между звездочкой и гусеничной лентой и в шарнирах ее ведущего участка. Она тем выше, чем ниже качество обработки шестерён, сильнее их износ и хуже смазка или регулировка зацепления. Количественное значение этой мощности можно определить по зависимости

N_т = N_е (1-η_мг), кВт

где η_мг- КПД механической трансмиссии, с достаточной точностью для эксплуатационных расчётов можно определить по зависимости

η_мг= η^а_цил η^б_кон η_дв,

где η_цил и η_кон– соответственно КПД цилиндрической и конической пары шестерён;

а и б– соответственно число пар цилиндрических и конических шестерён, находящихся в зацеплении на данной передаче;

η_дв - КПД движителя.

Буксование происходит в тех случаях, когда ходовая часть трактора при перемещении по почве проскальзывает по ней из-за недостаточного сцепления или же частицы и слои почвы сдвигаются вместе с движителями в сторону, противоположную направлению движения.

Мощность N_δ , затрачиваемая на буксование, зависит от физико – механических свойств почвы, конструкции и состояния ведущего механизма ходовой части трактора, скорости движения, сцепного веса и нагрузки на его крюке. Она может быть определена

N_δ = N_ен η_мг δ = N_ен η_мг(1 - ή_δ), кВт,

где δ– буксование, %.

Мощность N_α, расходуемая на преодоление подъема, зависит от величины угла склона α, массы трактора G_тр и скорости движения V_р, т.е.

N_α = G_тр sinα V_р = Р_α V_р , кВт

Мощность N_f, расходуемая на перекатывание трактора, зависит от его массы, конструкции ходовой части, типа и состояния почвы, величины уклона местности и скорости движения. Она включает потери на деформацию почвы с образованием колеи, учитываемые коэффициентом сопротивления передвижению (f_тр) и определяется по зависимости:

N_f = G_тр f_тр cosα V_р = Р_f V_р , кВт

Мощность N_{е вом} , затрачиваемая двигателем на привод механизмов рабочих машин, определяется

N_{е вом} = N_вом + N_{вом тр} = N_вом /η_вом ,

где N_{вом тр} – потери мощности в приводе ВОМ, учитываемые к.п.д. ВОМ η_вом, равным 0,95.

Как уже отмечалось ранее, конечной целью применения баланса мощности в эксплуатационных расчётах является определение величины запаса мощности двигателя трактора, который расходуется на преодоление тягового сопротивления рабочих машин и привод их активных рабочих органов.

Величина запаса тяговой мощности N_кр и мощности на привод через ВОМ N_вом, может быть определена из уравнения баланса мощности

N_кр + N_{е вом} =N_е - ( N_f± N_α +N_δ +N_т ), кВт

Или по тяговому усилию и скорости движения (м/с);

Nен

N_кр = Р_кр V_р , кВт

N, кВт

График баланса мощности трактора

При построении графика по оси абсцисс строится в масштабе шкала V_р действительных рабочих скоростей движения трактора на заданных передачах одного фона поля. По оси ординат откладываются составляющие баланса мощности в одном масштабе. Шкала ординат разбивается от 0 до величины, равной N_ен·. Сверху от N_ен откладывается пораздельно сумма N_f ,+N_δ + N_т соответственно каждой передаче.

В низшей части откладывается N_α +(N_нсц ) соответственно каждой передаче.

 

3. Расчёт сопротивления навесных тяговых агрегатов при работе на горизонтальном участке и на продольном уклоне.

Сопротивление навесных многомашинных тяговых агрегатов при работе на горизонтальном участке определяется по формуле:

R_а^н = k_нВn_м+G_мn_мλf_тр+G_сцf_сц, кН

где - k_н = k_{о н}[1+(V_р-V_о)ΔС/100] – удельное тяговое сопротивление навесной машины при рабочей скорости V_р;

k_он – удельное тяговое сопротивление прицепной машины при скорости V_о, равной 5 км/ч, для навесных машин k_{о н}=(0,8…0,85) k_о;

В – конструктивная ширина захвата агрегата, м;

n_м – количество машин в агрегате;

G_м – вес машины, кН;

λ – коэффициент, учитывающий величину догрузки ведущих колёс трактора при работе с навесными машинами;

f_тр, f_сц – соответственно коэффициенты сопротивления качению трактора и сцепки;

G_сц – вес сцепки, кН

Тяговое сопротивление навесных многомашинных тяговых агрегатов при работе на продольном уклоне определяется по формуле:

R_а^н = k_нВn_м+G_мn_м(λf_тр±Sinά)+G_сц(f_сц±Sinά), кН

где ά – угол уклона, град.

4. Расчёт сопротивления прицепных тяговых агрегатов при работе на горизонтальном участке и на продольном уклоне.

Сопротивление прицепных многомашинных тяговых агрегатов при работе на горизонтальном участке определяется по формуле:

R_а = kВn_м+G_сцf_сц

где - k = k_о[1+(V_р-V_о)ΔС/100] – удельное тяговое сопротивление прицепной машины при рабочей скорости V_р;

k_о – удельное тяговое сопротивление прицепной машины при скорости V_о, равной 5 км/ч;

В – конструктивная ширина захвата агрегата, м;

n_м – количество машин в агрегате;

f_сц –коэффициент сопротивления качению сцепки;

G_сц – вес сцепки, кН

Тяговое сопротивление прицепных многомашинных тяговых агрегатов при работе на продольном уклоне определяется по формуле:

R_а = kВn_м+G_мn_мSinά+G_сц(f_сц±Sinά)

где G_м – вес машины, кН;

ά – угол уклона, град.

5. Расчёт режима работы самоходного зерноуборочного агрегата.

Скоростной режим работы уборочных агрегатов ограничивается тремя факторами: агротехническими требованиями (качество работы), пропускной способностью основного рабочего органа и мощностью двигателя. В связи с этим:

1. Сначала по справочным данным определяют агротехнически допустимую скорость движения зерноуборочног агрегата V_р^агр_max.

2. Затем определяют максимально допустимую скорость движения агрегата (м/с) исходя из пропускной способности рабочего органа (молотилки):

где q_д – допустимая пропускная способность машины, кг/с;

Н – биологическая урожайность культуры, т/га.

Биологическую урожайность культур определяют по формуле

Н = h (1+δ_с),

где h – урожайность зерна, т/га;

δ_с – доля побочной продукции (соломы).

При этом рабочая скорость

, если и , если .

2. Проверяют возможность работы агрегата со скоростью при допустимой по мощности загрузке двигателя зерноуборочного комбайна. Необходимая эффективная мощность двигателя комбайна определяется:

,

где R_м = G_м (f_мCosά + Sinά) – тяговое сопротивление самоходной машины, кН;

G_м = G_к + G_гр – эксплуатационный вес самоходной машины, кН;

f_м – коэффициент сопротивления качению машины;

N_вом – мощность, передаваемая через ВОМ, кВт;

ή_мг ,ή_δ ,ή_рп , ή_гп и ή_вом – к.п.д. соответственно механической трансмиссии, буксования, клиноременной передачи от ведущего шкива на валу двигателя, гидропривода и ВОМа.

При , агрегат должен работать на скорости не более . Если же , то необходимо определить максимально допустимую скорость движения по мощности двигателя:

 

6. Расчёт режима работы прицепного картофелеуборочного агрегата.

Скоростной режим работы картофелеуборочных агрегатов ограничивается тремя факторами: агротехническими требованиями (качество работы), пропускной способностью основного рабочего органа и мощностью двигателя. В связи с этим:

1. Сначала по справочным данным определяют агротехнически допустимую скорость движения данного агрегата V_р^агр_max.

2. Затем определяют максимально допустимую скорость движения агрегата (м/с) исходя из пропускной способности сепарирующих рабочих органов комбайна:

,

где q_д = (220…250) кг/с – допустимая подача вороха на рабочие органы комбайна;

k_гр = 0,5 – коэффициент гребнистости поверхности поля;

а = (0,18…0,22) м – глубина хода лемехов комбайна;

β = 0,9 – коэф. использования конструктивной ширины захвата;

γ_в = (1400…1800) кг/м³ – плотность вороха.

При этом рабочая скорость

, если и , если .

3. Проверяют возможность работы агрегата со скоростью при допустимой по мощности загрузке двигателя трактора.

,

где R_м^пр = (k + g_мSinά)B – тяговое сопротивление прицепного агрегата, кН;

При , агрегат должен работать на скорости не более . Если же , то необходимо определить максимально допустимую скорость движения по мощности двигателя:

.

4. По выбранному значению скорости V_р выбирается соответствующая передача.

7. Кинематические характеристики рабочего участка (рабочий участок, загон, делянка, поворотная полоса, контрольная линия, длина выезда агрегата).

 

Рабочий участок – это часть или всё поле севооборота, находящееся на массиве и отведённое для выполнения определённой с.х. работы одному или нескольким (при групповой работе) агрегатам. Рабочий участок характеризуется длиной L_учи ширин. С_уч.Эти показатели являются исходными параметрами рабочего участка. Кроме этого, к его кинематическим параметрам относятся:

1)- загон; 2) - делянка;

3)- поворотная полоса; 4) - контрольная линия.

Загон – часть рабочего участка, выделяемая для выполнения технологической операции в соответствии с принятым способом движения. Ширину его обозначают буквой С.

Делянка – отдельные части загона (полосы), которые агрегат проходит по однотипной схеме.

Поворотная полоса – часть загона, временно выделяемая для поворотов агрегата (как правили на холостом ходу). Ширину её обозначают буквой Е, причём она должна быть кратна В_р, т.е. Е=kВ_р.

Контрольная линия – линия (граница) между поворотной полосой и остальной частью загона, ориентируясь на которую включают и выключают рабочие органы с.х. машин.

Длина выезда агрегата (е) – это расстояние, на которое нужно передвинуть агрегат от контрольной линии на поворотной полосе до начала поворота, чтобы избежать огрехов или порчи растений.

8. Кинематические характеристики МТА (кинематические центр, длина и ширина агрегата, колея и продольная база трактора, центр и радиус поворота агрегата).

Для характеристики кинематики агрегата в эксплуатационных условиях введены некоторые условные понятия и обозначения.

Кинематический центр агрегата или просто центр агрегата (ц.а.) – это точка агрегата, относительно траектории которой рассматривают кинематику всех других его точек.

В качестве центра агрегата условно приняты:

- для агрегатов, составляемых на базе колёсных тракторов и самоходных машин с жёсткой рамой – проекция на плоскость движения середины задней ведущей оси;

- для агрегатов, составляемых на базе гусеничных тракторов и самоходных машин с гусеничным ходом – проекция на плоскость движения точки пересечения продольной оси трактора (самоходной машины) с вертикальной плоскостью, проведённую через середины опорных частей гусеницы;

- для агрегатов, составляемых на базе колёсных тракторов, оборудованных шарнирным остовом – проекция на плоскость движения центра шарнира.

Другими важными характеристиками агрегата, определяющими его кинематику, являются следующие.

Кинематическая длина агрегата (l_а) – проекция на плоскость движения расстояния между ц.а. и линией расположения наиболее удалённого рабочего органа при прямо-линейном движении.

Кинематическая ширина агрегата (d_к) – проекция на плоскость движения расстояния между продольной осью агрегата, проходящей через его центр, и наиболее удалённой от этой оси точкой агрегата, движущейся по полю. Поскольку кроме симметричных агрегатов есть и ассиметричные, то различают кинематическую ширину агрегата вправо d_к^пр и влево d_к^л.

Колея трактора (К) – это расстояние между серединами передних и задних колёс.

Продольная база (L) – это расстояние для колёсных агрегатов между осями передних и задних колёс трактора (самоходной машины), а для гусеничных – между осями катков, ограничивающих опорную поверхность гусеницы.

Центр поворота агрегата (ц.п.) – это точка, относительно которой в данный момент совершается поворот центра агрегата.

Радиус поворота агрегата (R₀) – это расстояние между ц.а. и ц.п.