Эксплуатационные свойства машин и агрегатов

Они характеризуют те полезные их признаки, от которых зависят качество выполнения работы, производительность, затраты ресурсов и др.

Качественно-эксплуатационные свойства отдельных машин и агрегатов оценивают соответствующими показателями, которые подразделяют на следующие основные группы: технологические, экологические, энергетические, экономические, эргономические, надежности.

Технологические показатели характеризуют качество выполнения машиной технологической операции в соответствии с предъявляемыми агротехническими требованиями.

Экологические показатели характеризуют воздействие машин и агрегатов на окружающую среду (почву, воздух, воду, флору, фауну). Отрицательный эффект такого воздействия должен быть как можно меньше.

Энергетические показатели характеризуются силами сопротивления, действующими на машины и агрегаты, и развиваемой мощностью двигателя для их преодоления. При этом расход энергии на единицу объема выполненной работы должен быть как можно меньше.

Экономические показатели в основном выражаются производительностью агрегатов и эксплуатационными затратами (трудовыми, финансовыми) на единицу объема выполненной работы. Желательно при этом получить высокую производительность агрегатов при наименьших эксплуатационных затратах.

Эргономические показатели характеризуют приспособленность машин и агрегатов к биологическим, физиологическим и другим особенностям человека. При этом параметры и режимы работы машин и агрегатов выбирают такими, чтобы можно было создать наиболее благоприятные условия для длительной высокопроиз-водительной работы механизаторов.

Показатели надежности характеризуют способность машин и агрегатов работать с требуемой надежностью в заданных условиях. Показатели надежности зависят не только от конструктивных факторов, но и от режима эксплуатации. Соответственно условия эксплуатации должны обеспечивать высокий уровень надежности машин и агрегатов.

Одной из основных задач данной дисциплины является приобретение студентами глубоких теоретических знаний и практических навыков по использованию машин и агрегатов с высокими эксплуатационными показателями в зависимости от конкретных условий работы.

5. БАЛАНС МОЩНОСТИТРАКТОРА

Баланс мощности трактора представляет собой равенство меж­ду эффективной мощностью на валу двигателя и суммой мощнос­тей, требуемых для преодоления действующих на трактор сил со­противления при установившейся рабочей скорости.

Задача при этом заключается в том, чтобы как можно больше мощности двигателя потреблялось на полезную работу через крюк или другой тяговый орган типа навесного механизма и через вал отбора мощности (ВОМ).

При движении агрегата с постоянной рабочей скоростью ис­ходное выражение баланса мощности трактора имеет вид:

Сопротивление воздуха при движении МТА со скоростью до 40 км/ч сравнительно мало, поэтому им пренебрегают.

Соотношение между отдельными слагаемыми в формуле (2.11) зависит от конкретных условий работы и может изменяться в ши­роких пределах.

Например, для тяговых агрегатов (N_B =0) доля полезной (тяго­вой) мощности составляет примерно 68...78 % — для гусе­ничных тракторов, 52...62 —для колесных 4К2 и 62...70 —для колесных тракторов 4К4 (со всеми ведущими колесами). Первые цифры относятся к работам, выполняемым на стерне (вспашке, лущении стерни и др.), а вторые — к работам, выполняемым на поле, подготовленном под посев (сплошная культивация, боро­нование).

Из этих данных следует, что в самом тракторе теряется от 32 до 48 % мощности двигателя. Соответственно необходимо дальней­шее совершенствование конструкций тракторов и уровня их экс­плуатации с целью уменьшения непроизводительных потерь мощ­ности в самом тракторе.

Одна из задач данной дисциплины — обучение студентов мето­дам решения подобных задач ресурсосбережения. Для этого необ­ходимо установить закономерности влияния различных факторов на составляющие баланса мощности трактора.

Для уменьшения расхода топлива и повышения производи­тельности агрегата желательно, чтобы слагаемые в формуле (2.11) были как можно меньше.

Потери мощности в трансмиссии связаны с преодолени­ем сил трения в подшипниках и между зубьями шестерен, а так­же с взбалтыванием масла в картерах передач. У гусеничных трак­торов добавляются также силы трения между деталями гусенич­ного хода.

Значение зависит от конструктивных особенностей транс­миссии и ходовой части трактора, а также от нагрузки (постоян­ная, переменная и т.д.). При установившейся работе агрегата мож­но принять усредненное значение = 0, 86...0, 88.

Уменьшение и соответствующее увеличение в опреде­ленных пределах возможно за счет конструктивного совершен­ствования механизмов трансмиссии трактора, улучшения качества смазки, а также системы технического обслуживания.

Значение буксования в формуле (2.13) определяетсяпо ре­зультатам тяговых испытаний трактора из равенства

Предельные допустимые значения буксования на стерне определяются агротехническими требованиями: до 0, 05 (5 %) — для гусеничных тракторов; до 0, 15 (15 %) — для колесных 4К4 и до 0, 18 (18 %) —для колесных тракторов 4К.2. Указанные ограничения на буксование обусловлены не только потерей мощности в соответствии с формулой (2.13), но в большей степени разрушением структурных частиц почвы с последующим усилением процессов, связанных с ветровой и водной эрозией.

Например, для трактора Т-150К при = 125, 5 кВт, = 0, 90, =0, 15, =0, 15 потеря мощности на буксование в соответствии сформулой (2.13) округленно составит

что соответствует 13, 2 % реализуемой мощности двигателя

Снижение потерь мощности на буксование, как следует из формулы (2.13), возможно в основном за счет уменьшения буксования , повышения сцепления движителей с почвой, увеличения массы трактора, включая балластирование. Для этого же предназначены различные догружающие устройства типа гидроувеличите-ля сцепного веса (ГСВ).

Особенности применения указанных методов более подробно будут рассмотрены в разделе 2.5.

Следует, однако, иметь в виду, что уменьшение указанными методами часто сопряжено с увеличением потерь мощности на самопередвижение и на подъем . Поэтому желаемого положительного эффекта можно добиться лишь в том случае, когда общая сумма слагаемых в формуле (2.11) будет минимальной, рассматривая их взаимосвязано, как это будет сделано далее.

Потеря мощности на самопередвижение согласно рисунку 2.3

Усредненные значения на стерне составляют 0, 08...0, 10 и 0, 08...0, 11 соответственно для колесных и гусеничных тракторов.

На поле, подготовленном под посев, для тех же тракторов значения рекомендуют соответственно 0, 16...0, 20 и 0, 10...0, 12.

В формулах и в соответствующих расчетах целесообразно пользоваться массой, поскольку вес является производной от массы величиной в соответствии с СИ.

Численное значение зависит от многих факторов: почвенный фон, конструктивные особенности ходовой части трактора, давление в шинах и др.

Опытами установлено, что для пневматических шин в зависимости от почвенного фона оптимальным считают давление, при котором принимает минимальное значение. Поэтому в шинах следует устанавливать указанное оптимальное давление в соответствии с имеющимися рекомендациями. Уменьшить можно за счет выравнивания полей и удаления препятствий, включая растительные остатки, а также качественное техническое обслуживание.

Слагаемое потерь мощности на преодоление подъема в формуле (2.11) в соответствии с формулой (2.30) и рисунком 2.3 определяют из равенства

При небольших значениях а приближенно принимают по ри­сунку 2.3

и формула (2.16) имеет вид

В условиях Центрального района РФ наиболее часто встречается угол склона полей а = 3° при i = 5, 24 %.

При этом для условий предыдущего примера с трактором Т-150К потери мощности на подъем составят

или 10, 56 % реализуемой мощности двигателя.

Тяговая мощность трактора в формуле (2.11) зависит от тягового (крюкового) усилия < см. рис. 2.3) и рабочей скорости в соответствии с равенством:

Мощность на ВОМ для конкретного агрегата определяют в виде суммы

Значение N_Bx приближенно принимают постоянным, a N_Bт пропорционально секундной подаче обрабатываемого технологического материала (силосной массы, хлебной массы и т. д.).

Часто в справочниках приводят усредненное значение общей мощности на ВОМ . Поскольку в процессе работы слагаемые в формуле (2.11) изменяются в зависимости от условий работы, то полезные составляющие баланса мощности также не остаются постоянными, Наглядно это можно показать на упрощенном примере при

С увеличением рабочей скорости v мощность на самопередвижение трактора в соответствии с формулой (2.15) будет возрастать, а мощность на буксование согласно формуле (2.13) будет убывать, как показано на рисунке 2.2.

Уменьшение с увеличением вызвано тем, что коэффициент буксования возрастает с повышением тягового усилия , которое, в свою очередь, с увеличением скорости уменьшается.

Таким образом, с увеличением рабочей скорости v одно слагаемое мощностного баланса трактора увеличивается, а другое слагаемое уменьшается и соответственно имеет место оптимальная скорость , при которой сумма будет минимальной, а полезная тяговая мощность — максимальной max, как показано на рисунке 2.2.

Исходя из этого, при прочих равных условиях с учетом агротехнических требований желательно работать на рабочей скорости, равной или близкой к оптимальной . Более точно оптимальную скорость в последующем определяют для случая работы трактора в составе агрегата. Наиболее полно степень полезного (производительного) использования мощности двигателя выражается общим коэффициентом полезного действия трактора.

который N_B = О примет вид

При практических расчетах используют и тяговый КПД трактора

Из полученных ранее результатов следует, что для повышения общего и тягового КПД трактора необходимо уменьшать не-производительные слагаемые баланса мощности описанными ранее способами.

Максимальные значения общего и тягового КПД имеют место при оптимальной рабочей скорости в соответствии с рисунком 2.2.

Оптимальная скорость на тяговой характеристике трактора (см. рис. 2.5) примерно соответствует той передаче, на которой тяговая мощность имеет наибольшее значение, что существенно облегчает выбор эффективного скоростного режима трактора.

Тяговый КПД трактора можно определить также и в виде произведения