Методичка: Определение эксплуатационных показателей работы машинно-тракторных агрегатов

Кафедра технических систем в агробизнесе

Методические указания

для практических занятий по производственной эксплуатации машинно-тракторного парка

Определение эксплуатационных показателей работы машинно-тракторных агрегатов

Санкт-Петербург

2015

Методические указания, подготовленные на кафедре технических систем в агробизнесе, содержат общие требования к выполнению практических занятий на тему: «Определение эксплуатационных показателей работы машинно-тракторных агрегатов», предназначенные для студентов института технических систем, сервиса и энергетики по направлению подготовки бакалавра 110800.62 (35.03.06) «Агроинженерия», профилям «Технические системы в агробизнесе» и «Эксплуатация транспортно-технологических машин и оборудования» по дисциплине Б3.В.ДВ.8 - «Производственная эксплуатация»

Рецензент: д.т.н., профессор кафедры автомобилей, тракторов и технического сервиса Керимов М.А.

Рассмотрены и рекомендованы к изданию методической комиссией института технических систем, сервиса и энергетики

Методические указания подготовили доценты:

Перцев С.Н, Бабенко Э.П., Муравьев К.Е.

Методические указания выполнены под общей редакцией профессора Смелика В.А.

Общие указания

сельскохозяйственный машина трактор технологический

Целью выполнения практических занятий является получение необходимых знаний и практических навыков для составления машинно-тракторного агрегата при выполнении конкретной сельскохозяйственной работы в определенных условиях с соблюдением агротехнических требований и обеспечением наибольшей производительности, а также наименьших затрат труда и денежных средств.

В расчетном задании рассматриваются вопросы подготовки трактора и сельскохозяйственной машины к работе, организации движения их на рабочем участке. Определяются производительность МТА, расход топлива, затраты денежных средств на выполнение работ. Оценка правильности выбора МТА, наиболее оптимального его состава оценивается затратами труда выполненной работы и себестоимостью выполненных работ. Выполняется операционно-технологическая карта на производство сельскохозяйственной работы.

В качестве исходной информации студенту преподавателем выдается задание, согласно варианту (см. приложение табл. 28). На её основе студент составляет таблицу исходных данных для своего варианта в произвольной форме.

Исходя из заданных марок трактора и сельскохозяйственной операции необходимо самостоятельно выбрать конкретную сельскохозяйственную машину, обеспечивающую качественное выполнение работ с учетом представленных характеристик поля.

Данные, необходимые для расчетов, представлены в приложении и в приведенной справочной литературе.

Определение эксплуатационных показателей трактора

Перед расчетом определяются рациональные скорости движения агрегата. Основные рабочие передачи трактора подбираются из расчета обеспечения агротехнических требований на выполнение сельскохозяйственной работы, заданной студенту. Согласно агротехническим требованиям для каждого вида работ существует ограничения по скорости движения МТА (см. прил. табл.3). Руководствуясь диапазоном рекомендуемых скоростей необходимо выбрать конкретные значения по скорости для данного Вам трактора и определить передачи, которые соответствовали бы этим скоростям (см. прил. табл. 1;2;4). Зная рекомендуемые конкретные скорости движения для Вашего трактора, определить передаточные числа трансмиссии, необходимые для дальнейших расчетов. При этом необходимо помнить, что большую роль играет рельеф. Чем больше угол склона, тем меньшую передачу нужно выбирать. Расчеты выполняются для двух (трех) выбранных таким образом рабочих передач и для двух агрофонов одновременно (например: II - стерня и IV -вспаханное поле, пар).

Далее проводиться расчет.

1. Касательная сила тяги трактора P_кн представляет собой силу, касательную к окружности ведущих колес и равную отношению крутящего момента на оси ведущих колес к радиусу качения (значения величин для расчета (см. прил. табл.1;2;4) при номинальной мощности:

, кН , (1)

где P_кн- касательная сила тяги на номинальном режиме, кН;

N_ен - номинальная мощность двигателя, кВт (см. прил. табл. 1;2;4);

n_н- номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя, с^-1 (см. прил. табл. 1;2;4);

I- передаточное число трансмиссии на данной передаче (см. прил. табл. 1;2;4);

r_к- радиус качения ведущего колеса, м;

_мг - механический КПД трансмиссии трактора.

Механический КПД трансмиссии _мг - определяется с учетом КПД цилиндрических и конических передач. Для учебных целей можно принять в пределах:

- для гусеничных тракторов _мг = 0,78 ... 0,80;

- для колесных тракторов _мг = 0,80 ... 0,85.

Для колесных тракторов на пневматических шинах радиус качения определяется:

r_к=r_о +h_ш, м , (2)

где r_о - радиус стального обода колеса, м (см. прил. табл. 1;2);

h_ш - высота пневматической шины, м (см. прил. табл. 1;2);

- коэффициент усадки для пневматических шин:

= 0,75 - на стерне (II агрофон);

= 0,80 - на вспаханном поле (IV агрофон).

Для гусеничных тракторов радиус качения равен радиусу начальной окружности r₀ ведущих зубчатых колес (принимаем r_к=r₀) (см. прил. табл. 4).

2. Усилие, затрачиваемое на перекатывание трактора с учетом угла склона участка определяется

P_f = f_т G_тр cos , кН, (3)

где f_т - коэффициент сопротивления перекатыванию трактора (см. прил., табл.6);

- угол уклона участка (см. вариант), град, значение для cos см. прил. табл. 5;

G_тр - вес трактора, кН (см. прил. табл. 1;2;4).

3. Усилие, затрачиваемое на преодоление подъема определится

P = G_тр sin, кН, (4)

4. Сила сцепления ходового аппарата трактора с почвой определяется

F_c=G_c , кН, (5)

где - коэффициент сцепления ведущего аппарата трактора с почвой (см. прил., табл.6);

G_c - сцепной вес трактора (вес, приходящийся на ведущий аппарат трактора на наклонной поверхности), кН.

При этом сцепной вес гусеничных тракторов и колесных тракторов с двумя ведущими осями принимают равным весу трактора (G_c = G_тр соs), а для колесных тракторов с одной ведущей осью G_c 2/3 G_тр соs.

5. Номинальное тяговое усилие трактора, определяется

P_кр.н = F_д - P_f - P, кН. (6)

Движущая агрегат сила F_д возникает при взаимодействии ходового аппарата трактора с почвой и направлена в сторону движения. Величина движущей силы ограничена касательной силой тяги трактора или силой сцепления ходового аппарата с почвой. Для расчетов берут меньшую из них.

При достаточном сцеплении (F_с Р_кн) движущая агрегат сила F_д ограничивается энергетическими возможностями двигателя трактора и тогда её принимают равной касательной силе:

F_д = Р_кн (7)

Если при движении трактор буксует из-за недостаточного сцепления (F_с Р_кн), движущая агрегат сила приравнивается силе сцепления ходового аппарата трактора с почвой:

F_д = F_с (8)

и только в этом случае (F_с Р_кн) определяется неиспользуемое по условиям сцепления тяговое усилие трактора P_нс определяется:

P_нс = P_кн - F_с , кН. (9)

Выполнить согласно (1) ... (9) расчеты для двух состояний поля (пар, стерня) и для двух - трех основных рабочих передач трактора и результаты занести в табл.1.

Таблица 1 - Показатели тягового баланса трактора.

6. По результатам вычислений построить график тягового баланса трактора (рис.1) для двух агрофонов (II - стерня и IV - поле подготовленное под посев, пар). Расстояние между точками по оси абсцисс выбрать произвольно, а составляющие тягового баланса в соответствии с масштабом усилий.

По графику тягового баланса трактора проанализировать зависимость крюкового тягового усилия трактора от движущей агрегат силы, сравнить энергетические возможности двигателя (P_кн) со сцепными свойствами ходового аппарата трактора (F_c), состояния поля и выбранной передачи.

Определить передачу трактора, обеспечивающую наилучшие его тяговые и скоростные возможности при выполнении заданной с.-х. работы.

Рис.1. Диаграмма тягового баланса гусеничного трактора:

P_кн1 - касательная сила при пониженной передаче; P_кн2 - касательная сила при повышенной передаче ( I - зона недостаточного сцепления, II - зона достаточного сцепления).

2. Расчет по комплектованию машинно-тракторного агрегата

1. Комплектование МТА представляет собой выбор типа машин и определение их рационального состава для выполнения заданной технологической операции. Машины выбираются с учетом агротехнических требований и энергетических возможностей тракторов.

Сначала определяется удельное сопротивление агрегата с учетом того, как оно меняется в зависимости от скорости движения, кроме транспортно-технологических машин, у которых нет соприкосновения рабочих органов и почвы. Для этих машин удельное сопротивление не задано.

Удельное сопротивление агрегата с учетом скорости движения отличной от V_o определяется:

, (10)

где k_o - удельное сопротивление машин при скорости движения

V_o = 1,39 м/с (5 км/ч), кН/м (кН/м² для вспашки), (см. прил. табл.28);

- коэффициент, характеризующий темп прироста удельного сопротивления на 1 км/ч превышения скорости движения от V_o (см. прил. табл. 17);

V_p-скорость движения на заданной передаче с учетом буксования, определяется по формуле

, м/с (11)

где - буксование трактора (в сотых долях).

При этом теоретическая скорость определяется

, м/с (12)

2. Число машин в агрегате определяется по максимально возможной ширине захвата В_max, которую вычисляют следующим образом:

а) для прицепных машин:

В_мах = Р_.крн / (К_м + g _м sin ) , м, (13)

где Р_крн - номинальное тяговое усилие трактора на данной передаче и заданном агрофоне, кН, (6);

k_м - удельное сопротивление машины с учетом скорости движения, кН/м (10);

g_м - вес с.-х. машины, приходящийся на 1 м ширины захвата агрегата, кН/м,

g- ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с²;

М_м - масса с.-х. машины, т (см. прил. табл. 7-16);

В_к- конструктивная ширина захвата с.-х. машины, м (см. прил. табл. 7-16);

Фактическое число прицепных машин в агрегате рассчитывается по отношению:

n_ф = В_м В_к , (14)

где n_ф - фактическое число машин (округляется до целого меньшего числа );

б) для навесных машин:

В_мах = Р_тн ( К_н + g_м (f _м + sinЬ)), м, (15)

где Р_тн - номинальное тяговое усилие трактора на данной передаче и заданном агрофоне, (6) кН;

k_н = (0,80...0,85) k_м - удельное сопротивление навесных машин, кН/ м,

k_м - удельное сопротивление машин с учетом скорости движения, кН/м (10);

- коэффициент, учитывающий догрузку трактора при работе с навесными машинами (при лущении, при дисковании - =1,6...2,0; при посеве, посадке и культивации - л= 1,1...1,5);

f_м - коэффициент сопротивления перекатывания машины (см. прил. табл. 6);

g_м - вес с.-х. машины, приходящийся на 1 м ширины захвата агрегата, кН/м,

g- ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с²;

М_м - масса с.-х. машины, т (см. прил. табл. 7-16);

В_к- конструктивная ширина захвата с.-х. машины, м (см. прил. табл. 7-16);

в) для пахотных навесных агрегатов

В_мах = Р_крн ( К_пл h + g_м (f _м + sinЬ)), м, (16)

где Р_крн - номинальное тяговое усилие трактора на данной передаче и заданном агрофоне, кН (6);

k_пл = (0,80...0,85) k_м - удельное сопротивление навесных плугов, кН/м²,

k_м - удельное сопротивление плугов с учетом скорости движения, кН/м² (10);

h - глубина почвообработки, м; принять h = 0,20 - 0,25 м;

- коэффициент, учитывающий догрузку трактора при работе с навесными машинами, при вспашки - = 0,5....1,0;

f_м - коэффициент сопротивления перекатыванию опорного колеса плуга (см. прил. табл.6);