Показатели для сравнительной оценки агрегатов.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Для самостоятельной работы и практических занятий

По курсу «Эксплуатация машинно-тракторного парка»

Для студентов инженерного факультета

Специальность 110301

Тверь 2013

Составитель доцент Виноградов А.В.

Рецензент к.т.н., доцент Смирнов А.Ю.

Методические указания рассмотрены и утверждены:

на заседании кафедры, протокол № от

на методической комиссии инженерного факультета ТГСХА

протокол № от

ЗАДАНИЕ № 1

АНАЛИЗ ДИНАМИЧЕСКИХ И ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

ТРАКТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

1.1. Содержание задания. По тракторному двигателю (согласно варианта в приложении А)

- Построить регуляторную характеристику двигателя на нормальном а двух пониженных скоростных режимах.

- Дать анализ регуляторных характеристик (определить разбег регулятора, запас крутящего момента, коэффициент приспособляемости, удельный расход топлива для всех трех режимов).

- По данным регуляторной характеристики составить таблицу основных показателей и построить графики зависимости g_e = f (Nе)

1.2. В начале составляют таблицу 1.1. и графики регуляторной характеристики тракторного двигателя в функции частоты вращения коленчатого вала с выделением областей (зон) регуляторных и безрегуляторных ветвей. Отметить точки основных показателей работы двигателей. Данные для построения регуляторной характеристики взять /1/ стр. 34-36

Таблица 1.1. Значение эксплуатационных показателей двигателя на нормальном скоростном режиме

Частота вращения коленвала, об/мин..
Эффективная мощность, кВт.
Крутящий момент двигателя, кН∙м.
Часовой расход топлива, кг.
Удельный расход топлива, г/кВт∙ч

Для определения частоты вращения коленчатого вала двигателя при максимальной мощности на пониженных скоростных режимах можно применить формулу:

n_Н_i = n_н – 1,08 (n_x - n_xi) об/мин (1.1.)

где:

n_H, n_Н_i – частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности на нормальном и пониженном скоростных режимах;

n_x, n_xi – частота вращения коленчатого вала на холостом ходу соответственно на нормальном и пониженном скоростном режимах.

Часовой расход топлива при максимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя на пониженных режимах определяется по выражению:

(1.2.)

где G_TX - расход топлива при максимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу.

По данным таблицы 1.1. и результатам расчета стоятся графики регуляторной характеристики двигателя на нормальном и двух пониженных скоростных режимах (рис. 1.1). Регуляторную характеристику вычертить на миллиметровой бумаге формата А3.

1.3. По регуляторной характеристике определить:

- разбег регулятора для всех режимов:

n_рег = n_x - n_н (1.3.)

- запас крутящего момента:

(1.4.)

- коэффициент приспособляемости:

Рис. 1. 1. Регуляторные характеристики двигателя Д-240 на нормальном и пониженных скоростных режимах

(1.5.)

- коэффициент допустимой загрузки двигателя по крутящему

моменту:

(1.6.)

где δ_м – степень неравномерности сопротивления агрегата.

- коэффициент снижения частоты вращения:

(1.7.)

По данным регуляторной характеристики составить таблицу 1.2., где отразить изменения удельного расхода топлива в зависимости от загрузки двигателя на нормальных и пониженных скоростных режимах.

Таблица 1.2. Изменение удельного расхода топлива в зависимости

от загрузки двигателя

Загрузка двигателя	Часовой расход топлива, кг/г	Удельный расход топлива, г/кВт∙ч
Nен в % кВт	Gтн	G_Т1	G_Т2	q_ен	q_ен1	q_ен2

По расчетным данным на миллиметровой бумаге стоится график

g_e = f (Nе) (рис. 1.2) для нормальных и пониженных скоростных режимов.

В заключение дать анализ, выводы и объяснить характер изменения показателей работы двигателя на различных скоростных режимах.

Рис. 1 Графики g_e = f (Nе)

ЗАДАНИЕ №2

РАСЧЕТ И ОЦЕНКА ТЯГОВЫХ СВОЙСТВ ТРАКТОРОВ

1.1. Содержание задания.

- Подобрать и начертить тяговую характеристику трактора, снятую на агрофоне (согласно варианта в приложении А) для 4^х передач.

- Определить для всех передач трактора номинальные тяговые усилия и скорости движения , пользуясь вычерченной тяговой характеристикой.

- Рассчитать движущую силу агрегата

- Рассчитать величину номинального тягового усилия на всех передачах и провести сравнение их с определяемыми по тяговой характеристике.

2.2. Методические указания.

1. Для выполнения задания необходимо из рекомендуемой литературы (1) стр. 13-19 подобрать тяговую характеристику трактора и начертить на чертежной бумаге формата А3.

2. По выбранной характеристике определить номинальное тяговое усилие и скорость V_рдля каждой передачи трактора и представить в таблице 2.1.

Таблица 2.1. Показатели тяговой характеристики

Наименование данных	Передачи
I	II	III	IV
, Н
, км/ч

3. Величину движущей силы определяют в три этапа:

а) рассчитывают величину касательных усилий Р_к на всех передачах трактора;

б) определяют силу сцепления трактора F_сц

в) путем сравнения Р_ки F_сцопределяют

Касательное усилие равно:

(2.1)

где:

А – коэффициент, равный

(2.2)

где:

- номинальная мощность двигателя, кВт;

n_н – номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя,

об/мин;

r_к – радиус начальной окружности звездочки или ведущего колеса;

i_тр – передаточное число трансмиссии;

η_тр – коэффициент полезного действия трансмиссии тракторов.

(2.3)

где:

- соответственно, механические КПД цилиндрических, конических зубчатых передач и гусеничной цепи;

α и β – соответственно, число пар передач данного вида, находящихся в зацеплении.

Сила сцепления трактора F_сц определяется по формуле:

(2.4)

где:

μ – коэффициент сцепления, зависящий от свойств почвы и конструкции движителя;

G_сц – сцепной вес трактора, равный величине нормальной реакции почвы на ведущий аппарат.

Сцепной вес гусеничного трактора или трактора с четырьмя ведущими колесами равны его эксплуатационному весу; для колесных тракторов с одной ведущей осью он вычисляется по формуле:

(2.5)

где:

G_тр – вес колесного трактора, Н;

L – продольная база трактора, м;

a – расстояние от центра тяжести трактора до вертикальной плоскости, проходящей через геометрическую ось ведущих колес, м;

М_к – крутящий момент, приложенный к оси ведущих колес, Нм;

α – угол подъема (спуска), град. (радиан).

Крутящий момент равен:

(2.6)

или же

(2.7)

Движущая сила Р_дв определяется из соотношения:

если Рк < F_сц то Р_дв = Р_к (2.8)

если Р_к >F_сц то Р_дв = F_сц(2.9)

Движущую силу обычно определяют по каждой передаче трактора.

Рис 2.1. График изменения движущей силы в зависимости от передаточного числа трансмиссии трактора.

График касательной силы Р_к стоится по уравнению (2.1), а силы сцепления F_сц– по зависимости (2.4).

Сопоставляя графики изменения Р_к; F_сц с учетом условий, выраженных уравнениями (2.8) и (2.9) определяют движущие силы агрегата на каждой передаче.

Результаты расчетов необходимо представить в виде таблицы 2.2.

Таблица 2.2. Величина сил Р_к, Р_дв, F_сц.

№ пп	Наименование сил	Передачи
I	II	III	IV и т.д.
	Р_к, Н
	Р_дв, Н
	F_сц, Н

4. Расчетное тяговое усилие трактора.

(2.10)

где:

- сила сопротивления перекатыванию трактора, Н;

- вес трактора, Н;

- коэффициент сопротивления перекатыванию трактора;

- сила сопротивления подъему трактора, Н.

При выполнении данного пункта задания рассчитывается по уравнению:

(2.11)

то есть без учета силы сопротивления подъема трактора .

Обычно тяговая характеристика снимается на ровной местности, поэтому рассчитанное по формуле (2.10) не было бы сопоставимо с , взятым из тяговой характеристики.

Выписать из тяговой характеристики значения для всех передач. Полученные данные представить в виде таблицы 2.3.

Таблица 2.3. Сравнительные данные Р_кр.

№ пп	Наименование сил	Передачи
I	II	III	IV и т.д.


	Δ= -

На основе полученных данных сделать анализ, указывая причины расхождения между значениями , полученными расчетным путем и , найденным из тяговой характеристики.

5. Максимальное тяговое КПД трактора определяется по формуле:

(2.12)

ЗАДАНИЕ № 3

АНАЛИЗ ТЯГОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТРАКТОРОВ

3.1. Содержание задания.

- Рассчитать баланс мощности трактора и построить его график с использованием тяговой характеристики, указанной в пункте 2.1, задания 2.

- Объяснить характер протекания огибающих кривых, пользуясь графиком баланса мощности.

- Сопоставьте и проанализируйте закономерности изменения огибающих кривых тяговых характеристик трактора, снятых на агрофонах ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….(агрофоны)

3.2. Методические указания.

1. График баланса мощности трактора строится с использованием тяговой характеристики, приведенной в задании № 2.

Баланс мощности:

(3.1)

где:

- номинальная мощность двигателя, установленного на трактор, кВт;

- мощность, затрачиваемая на преодоление механических сопротивлений в трансмиссии, кВт;

- мощность, расходуемая на перекатывание трактора, кВт;

- мощность, теряемая на буксование трактора, кВт;

- тяговая мощность трактора, расходуемая на полезную работу, кВт;

Порядок построения графика баланса мощности трактора.

1. По оси абсцисс откладываются значения тяговых усилий Р _кр, по оси ординат – мощность N _е. В принятом масштабе по шкале оси ординат откладывают отрезок, равный и через вершину отрезка проводят горизонталь, а по шкале оси абсцисс откладывают отрезок, равный . Максимальное значение берется из тяговой характеристики трактора.

Р результате построения получают прямоугольник, который показывает энергетические возможности трактора (рис. 3.1.а)

Мощность, затрачиваемая в трансмиссии , равна:

(3.2)

где:

- к.п.д. трансмиссии трактора.

Значение откладывают вниз от горизонтальной линии, проводят вторую горизонталь.

Оставшаяся часть мощности есть мощность, подведенная к ведущим колесам трактора (рис. 3.1 б);

(3.3)

Мощность на перекатывание трактора рассчитывается по формуле:

(3.4)

где:

- сила сопротивления перекатыванию, кН;

- рабочая скорость движения трактора, км/ч;

- угол подъема (спуска) трактора, град (радиан).

Учитывая, что баланс мощности будет использован для анализа тяговой характеристики, следует принять = 0.

тогда где (3.5)

Следовательно, график баланса мощности копирует закон изменения рабочей скорости. Иначе, график изменения есть график изменения , но представленная в другом масштабе. Масштабным фактором является коэффициент .

Определяют рабочую скорость движения при различных , пользуясь тяговой характеристикой трактора. Для этого задаются рядом значения , восстанавливают перпендикуляры до пересечения с огибающей кривой рабочей скорости и по шкале определяют . После этого вычисляют по формуле (3.4). Полученные значения откладываем вниз от линии (рис. 3.1 в).

Вычисляют значения расхода мощности на буксование по формуле:

(3.6)

где:

- мощность, расходуемая на буксование, кВт;

- коэффициент буксования.

Значения коэффициентов буксования определяется по тяговой характеристике трактора при принятых значениях. Результаты расчета сводят в таблицу 3.1.

Таблица 3.1.

[Н]
[%]
[кВт]

По полученным расчетным данным строят график изменения мощности (рис. 3.1. г).

Рис. 3.1. Построение графика баланса мощности трактора

Оставшийся участок графика баланса мощности между линией и осью абсцисс есть величина .

2. При выполнении второго пункта задания необходимо ответить на следующие вопросы:

а) на высших передачах огибающая кривая (тяговая мощность) заметно падает. Чем вызвано такое изменение огибающей кривой?

б) как следует из тяговых характеристик, с увеличением тяговая мощность трактора уменьшается. Почему?

в) как видно из тяговых характеристик, огибающая кривая рабочей скорости с увеличением уменьшается и наоборот. Чем вызвано такое изменение ?

г) огибающие кривые часового расхода топлива на разных передачах имеют примерно одинаковый максимум. Чем объясняется это?

3. Для анализа огибающих кривых необходимо построить совмещенный график огибающих кривых тяговых характеристик, снятых на различных агрофонах.

Пример построения подробного графика приведен на рис. 3.2.

Как видно из рисунка 3.2, огибающие кривые, снятые на различных агрофонах, имеют некоторое расхождение между собой при одном и том же значении . Чем вызвано такое расхождение огибающих кривых?

При ответе на этот вопрос необходимо тщательно проанализировать характер изменения огибающих кривых скоростей движения , кривых мощностей и часовых расходов топлива в зависимости от вида агрофона и крюкового усилия.

Рис. 3.2. Совмещенный график огибающих кривых тяговых характеристик трактора, снятых: на стерне (1) и поле, подготовленном под посев (2)

ЗАДАНИЕ №4

КОМПЛЕКТОВАНИЕ МАШИННО-ТРАКТОРНЫХ АГРЕГАТОВ

4.1. Исходные данные взять из приложения А.

- Вид работы………………………………………………………

- Марка трактора……………………………………………………

- Размер участка, м²………………………………………………

- Угол склона, градус (радиан)……………………………………

- Удельное сопротивление рабочей машины Н/м, Н/м²;

- Количество собираемого или распределяемого материала, ц/га.

4.2. Содержание задания.

- Сформулировать требования, предъявляемые к комплектованию агрегатов.

- Изложить агротехнические требования на заданную операцию и дать указания по контролю качества ее выполнения.

- Выбрать рабочую машину, уточнить схему ее сцепления с трактором.

- Установить диапазон оптимальных по качеству работы значений скоростей движения агрегата на заданной операции.

- Определить рабочие передачи и номинальные тяговые усилия на каждой из них.

- Выбрать предельную величину коэффициентов загрузки двигателя и трактора.

- Рассчитать максимальную ширину захвата агрегата.

- Определить число машин в агрегате.

- Рассчитать тяговое сопротивление рабочей машины.

- Вычислить фактические значения коэффициента загрузки трактора.

4.3. Методические указания.

Агротехнические требования, предъявляемые к заданной операции, излагаются согласно правилам по операционной технологии производства механизированных работ. Там же указываются приборы и способы контроля качества выполняемой операции.

Исходя из агротехнических требований, выбирают рабочие органы, машину и сцепку и дают обоснование возможности использования заданного трактора на указанной операции.

При выборе рабочей скорости движения агрегата исходят из требований агротехники и технологического процесса, совершаемого данной сельскохозяйственной машиной и рассчитанного на определенную скорость движения агрегата. Исходя из этих требований и пользуясь справочными данными выбирают диапазон оптимальных скоростей движения машинно-тракторного агрегата.

По тяговой характеристике трактора определяют передачи, которые обеспечивают заданный диапазон оптимальных скоростей движения агрегата.

Количество передач должно быть не менее двух. Выбрав передачи, на которых будет выполняться операция, по тяговой характеристике определяют нормальные тяговые усилия по каждой из них.

Предельное значение коэффициента загрузки двигателя рассчитывается следующим образом:

а) коэффициент приспособляемости двигателя равен:

(4.1)

где:

- коэффициент приспособляемости двигателя;

- максимальный крутящий момент двигателя, Нм;

- номинальный крутящий момент двигателя, Нм;

б) предельное значение коэффициента загрузки двигателя:

(4.2)

где:

- предельный коэффициент загрузки двигателя;

- степень неравномерности сопротивления агрегата.

Степень неравномерности сопротивления определяется:

(4.3)

где:

- среднее для данных условий сопротивление машины, Н;

, - наибольшее и наименьшее сопротивление машины, Н.

Чем больше степень неравномерности. тем более неблагоприятные условия создаются для работы двигателя трактора.

Таблица 4.1. Степень неравномерности тягового сопротивления агрегата

№ пп	Наименование с-х машин
	Плуги	0,2-0,6
	Культиваторы	0,2-0,5
	Дисковые лущильники	0,15-0,30
	Бороны	0,06-0,20
	Сеялки дисковые	0,2-0,3
	Зерновые комбайны	0,2-0,60
	Молотилки	0,08-0,22

В зависимости от условий работы для современных тракторов при скоростях движения 6-9 км/ч значение предельного коэффициента загрузки трактора можно принять равным:

на вспашке – 0,78-0,94;

на посеве и посадке – 0,85-0,96;

на уборке хлебов – 0,80-0,95;

Состав агрегата рассчитывают в следующем порядке:

1. Определяют максимальную ширину захвата агрегата на выбранных рабочих пределах. Для тяговых агрегатов без сцепки:

(4.4)

где:

- удельное сопротивление машин, Н/м;

- вес рабочей машины на 1 м ширины захвата;

- угол подъема поверхности поля, град.

Вес рабочих машин, приходящихся на 1 м ширины захвата:

(4.5)

где:

- конструктивная ширина захвата машины (плуга или бороны), м;

- вес рабочей машины, Н.

(4.6)

где:

- удельное сопротивление рабочей машины при скорости 5 км/ч;

- темп прироста удельного сопротивления при увеличении скорости на 1 км;

- фактическая скорость движения на выбранной передаче, км/ч;

- скорость движения при

= 5 км/ч

Ширина захвата агрегата со сцепкой:

(4.7)

где:

- вес 1 м сцепки, Н/м;

- масса сцепки, кг;

- ширина захвата сцепки, м;

- коэффициент сопротивления перекатывания сцепки;

Максимальная ширина захвата для навесного агрегата:

(4.8)

где:

- удельное сопротивление навесной машины, Н/м.

Удельное сопротивление навесной машины меньше удельного сопротивления прицепной машины и составляет .

- коэффициент, учитывающий величину догрузки трактора при работе с навесными машинами:

при пахоте = 0,5-1,0;

при культивации = 1,6-2,0;

- коэффициент сопротивления качению трактора.

Для расчета агрегата с приводом механизмов машин через ВОМ нужно в формулу для определения наибольшей ширины захвата вместо подставить разность

(4.9)

где:

- приведенное тяговое усилие, т.е. усилие, которое могло бы быть образовано на данной передаче за счет мощности;

- мощность для приводов механизмов сельскохозяйственных машин, кВт;

- кпд передачи от вала двигателя к ВОМ.

= 0,9-0,95

Число машин в агрегате:

(4.10)

Полученное значение округляют в меньшую сторону до целого числа.

3. Сопротивление агрегата.

а) для тягового агрегата со сцепкой:

(4.11)

б) пахотного агрегата:

(4.12)

где:

- конструктивная ширина одного корпуса плуга, м;

- число корпусов плуга;

- вес плуга, Н.

в) для навесного агрегата:

(4.13)

где:

- вес навесной машины: для агрегата с приводом машин от ВОМ к тяговому сопротивлению рабочей машины необходимо добавить

Проверку правильности комплектования агрегата на всех выбранных передачах производят:

- коэффициентом загрузки трактора

(4.14)

- коэффициентом загрузки двигателя

(4.15)

где:

- мощность, потребная для выполнения данной операции на данной передаче, кВт;.

(4.16)

где:

- коэффициент, учитывающий затраты мощности на буксование:

(4.17)

где:

- буксование ходового аппарата трактора, %.

Значение определяют по тяговой характеристике трактора для данной передачи на соответствующем агротехническом фоне. Значение рабочей скорости определяют также по тяговой характеристике трактора при вычисленном значении или же по формуле:

(4.18)

После вычислений фактических значений коэффициентов загрузки трактора и двигателя необходимо сопоставить их с предельными величинами.

ЗАДАНИЕ № 5

РАСЧЕТ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ АГРЕГАТА

5.1. Содержание задания.

- Выбрать способ движения агрегата и начертить его схему.

- Рассчитать баланс времени смены.

- Определить теоретическую, техническую производительность агрегата.

- Рассчитать погектарный расход топлива, затраты труда, расход энергии, эксплуатационные затраты на единицу работу.

5.2. Методические указания.

1. Исходя из технологии выполнения заданной операции намечается несколько способов движения агрегата на участке: выбор способа движения производится по коэффициенту использования рабочих ходов.

2. Баланс времени смены выражается уравнением:

(5.1)