Кинематика агрегата

Содержание

 

	Введение ………………………………………………………………..	2
1.	Уравнение движения агрегата………………………………….........	3
2.	Тяговый баланс агрегата……………………………………………..	5
2.1	Сила, движущая агрегат, и ее зависимость от почвенных условий…………………………………………………………………..	9
3	Кинематика агрегата…………………………………………………..	13
3.1	Кинематические характеристики  рабочего  участка……………...	13
3.2	Основные элементы кинематики агрегатов, виды поворотов…………………………………………………………………	14
3.3	Кинематические характеристики агрегата………………………..	17
3.4	Маневровые свойства агрегатов  ……………………………………	20
3.5	Классификация способов движения агрегатов, их оценка………..	21
	Заключение………………………………………………………………	24
	Литература………………………………………………………………	25

 

Введение

Основным видом средств выполнения механизированных процессов

(операций) в растениеводстве  являются мобильные сельскохозяйственные агрегаты, реализация потребительских свойств которых происходит в процессе их движения по полю. Энергетическое средство (двигатель и передаточные механизмы энергии от него к рабочим машинам) является ведущим звеном агрегата рабочая машина – ведомым. Энергетическую основу растениеводства в настоящее время составляют тракторы – энергетические средства с приводом от двигателя на ведущие колеса (звездочки). К ним присоединяются (прицепляются или навешиваются) рабочие машины.

Если на ведущее звено агрегата постоянно или переменно устанавливаются различные по технологическому назначению рабочие машины (рабочие

органы), то такой агрегат называется самоходным шасси. Сюда относятся зерно и кормоуборочные комбайны. Смешанный агрегат имеет часть навесных, часть полунавесных или прицепных рабочих машин, например, зерноуборочный комбайн с измельчителем соломы и прицепом для ее сбора.

В зависимости от способов передачи энергии от двигателя к рабочим машинам МТА подразделяются на тяговые, тягово-приводные и приводные.

У тяговых агрегатов эффективная мощность двигателя реализуется через крюк или другой тяговый орган типа навесного устройства. Частный случай тягового агрегата – тракторный транспортный агрегат.

У тягово-приводного агрегата полезная мощность (эффективная мощность, мощность гидро- и электропривода и др.) одновременно реализуется через тяговый орган и валы отбора мощности (ВОМ), гидромоторы или электродвигатели; пневмоприводы. Тягово-приводные агрегаты с одновременной передачей части эффективной мощности ДВС непосредственно к рабочим органом все шире используются при выполнении технологических процессов в растениеводстве: уборки кормовых культур и корнеплодов прицепными комбайнами; основной обработки почвы орудиями с активными рабочими органами (плуги, культиваторы, фрезы); разбрасывании минеральных и органических удобрений и др.

 

1.  Уравнение  движения агрегата

 

Движение и работа агрегата происходят в результате взаимодействия сил,

действующих на агрегат. Движущую силу создает энергетическое средство.

Силы сопротивления слагаются из усилий, возникающих при полезной работе машин-орудий (обработка почвы, срез растений, их подбор и т.д.), трении в механизмах ходовой системы агрегата, деформации почвы при передвижении агрегата по полю и др.

Действующие на МТА силы могут быть представлены следующими

составляющими:

- движущей (толкающей) силой  Рдв, приложенной к мобильному энергетическому средств (МЭС – трактор, самоходная машина, автомобиль и пр.) и вызывающей движение агрегата;

- силой сопротивления  Рс:

а) движению технологической части агрегата (рабочих машин-орудий -прицепных, полунавесных), то есть их тяговое сопротивление Rм;

б) движению трактора Pf (сила сопротивления возникает в связи с

 деформацией почвы  ходовым аппаратом, механическими  потерями в нем и т.д.);

- силой веса трактора  Gтр и рабочих машин Gм, приложенной в центре их

тяжести;

- реакцией почвы, возникающей  под воздействием сил тяжести  и действующей на ходовой аппарат  трактора и ходовые колеса  машин;

- реакцией между отдельными  машинами агрегата, действующей  в сцепных устройствах и соединительных  шарнирах.

Соотношение (аналитически выраженная зависимость) между силами,

действующими на агрегат, и скоростью его движения может быть выражено

уравнением движения агрегата. Основой его является второй закон механики

– закон Ньютона.

Уравнение движения агрегата может быть составлено на основе закона

кинетической энергии, по которому приращение кинетической энергии равно

работе всех действующих сил, приложенных в точках системы.

Работа сил, действующих на агрегат на элементарном пути dS:

                                                      1.1  

Реакции, действующие на ходовую систему, гусеницы, колеса, приложены в мгновенных центрах их перемещения, следовательно, их работа равна нулю. Реакции, возникающие между машинами, также не дадут работы, так как они взаимно обратны по знаку.

Кинетическая энергия агрегата как сумма кинетической энергии поступательно движущихся и вращающихся масс определяется по выражению    

                                                      

                                         1.2

где М1 – приведенная масса трактора, включая двигатель, кг; М2 – приведенная

масса машин в агрегате, кг.

Приращение кинетической энергии агрегата найдем, продифференцировав выражение по скорости:

                                                  

                                               1.3

Учитывая, что приращение работы ΔА равно приращению кинетической

энергии агрегата, получим:

                                                          1.4

 

 

Но следовательно:

                                             1.5

Полученное выражение представляет собой в общем виде уравнение

движения агрегата. Все величины, входящие в уравнение, в процессе движения агрегата непрерывно изменяются. Движущая сила, создаваемая двигателем и взаимодействием ходовой части с почвой, колеблется. Это обусловлено колебаниями крутящего момента двигателя из-за неравномерности подачи топлива и других факторов, но главным образом изменениями свойств почвы во времени и пространстве (пути). Это переменные сцепные свойства почвы, ее плотность, влажность, различный макро- и микрорельеф, растительный покров и т.д. Еще больше изменяются силы сопротивления передвижению агрегата вследствие переменных свойств обрабатываемого материала и неоднородности свойств рабочих органов машин и их регулировок. Одновременно происходит, хотя и более плавное, изменение приведенной массы агрегата из-за колебания угловой скорости вращающихся масс в функции переменной подачи или свойств обрабатываемого материала, а также изменение наполненности бункеров, банок, семенных ящиков машин.

 

2. Тяговый баланс агрегата

 

Если уравнение (3.5) представить в виде

 

		(3.6)

то левая часть его будет приведенной силой инерции Pj, параллельной поверх-ности поля и направленной в сторону, обратную направлению движения. Тогда уравнение, показывающие, на что затрачивается движущая агрегат сила при его движении, будет называться уравнением силового баланса, или уравнением тягового баланса агрегата в общем виде. В этом уравнении движущая сила агрегата равна алгебраической сумме внешних сил, действующих на агрегат при движении:

 

(3.7)

 

Рассмотрим прямолинейное движение агрегата на подъеме и силы дейст-вующие на него (рисунок 1).

При неустановившемся движении агрегата на него действуют движущая сила, силы сопротивления передвижению агрегата, вес трактора и прицепных машин, силы инерции и реакции почвы.

 

Движущая сила Рдв есть горизонтальная реакция почвы на почвозацепы звеньев гусеницы или ведущих колес трактора. Движущая сила равна окруж-ному усилию на ободе ведущих колес (звездочек). Эту силу называют также ка-сательной силой тяги (Рк). Она направлена по движению агрегата и параллельна поверхности поля, создается энергетическим средством. Ее величина зависит не только от его технических параметров (параметров ДВС, трансмиссии, ходовой системы), но и от характеристик поверхности поля (физико-механические свой-ства почвы, агрофон и др.), а также от нагрузочно–скоростных показателей ре-жима и использования МТА.

 

Силы сопротивления передвижению агрегата слагаются:

а) из силы сопротивления движению трактора (самоходной машины), равной сумме сил трения его ходовой части, и сил, затрачиваемых на деформа-цию грунта для образования колеи. Суммарная сила сопротивления движению трактора Рf всегда направлена против движения, ее можно считать действую-щей параллельно пути;

б) из силы сопротивления подъему трактора Рα;

в) силы сопротивления машин (орудий) Rа, равной силе тяги на при-цепном устройстве (крюке) Ркр. Общую силу сопротивления машин составляют сопротивление рабочих органов, сопротивление перекатыванию, а также гори-зонтальная составляющая силы веса машин (прицепных, полунавесных) Gм·sinα;

г) силы сопротивления воздуха Рw. При движении МТА со скоростью 10…12 км/ч величины их незначительны, и ими, как правило, пренебрегают (Рw=0).

Силы веса трактора G тр и машин Gм приложены в их центре тяжести. Равнодействующая силы веса трактора может быть разложена на две состав-ляющие силы: параллельную пути Gтр·sinα(Рα) и перпендикулярную к указан-ной поверхности Gтр·cosα. Аналогичную структуру имеют силы веса рабочих машин.

Силы инерции отдельных частей агрегата возникают при неравномер-ном движении j≠0. Результирующая сила инерции направлена параллельно по-верхности пути в сторону, обратную направлению ускорения. При замедлении движения агрегата она направлена по ходу движения, при разгоне - против движения.

Силы реакции почвы, нормальные к поверхности пути, воздействуют на ходовую часть трактора, машин – орудий и частично на их рабочие органы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1 – Схема сил, действующих на тяговый агрегат при движении на подъеме (гусеничный трактор – сцепка – сеялки)

 

На основе рассмотренного уравнение тягового баланса агрегата в раз-вернутом виде запишем следующим образом:

 

 

(3.8)

Так как скорости движения МТА при выполнении технологических опе-раций в растениеводстве, как правило, не превышают 10…12 км/ч, а площадь лобового сопротивления у большинства агрегатов мала (S<10 м2 ), то в практи-ческих расчетах сопротивление воздушной среды принимают равной нулю (РW=0).

Величина ускорения dVdt зависит от большого количества случайных фак-торов и, как показывают экспериментальные данные, распределена по нор-мальному закону. Поэтому наиболее вероятной величиной dVdt является нуль.

Физически это объясняется тем, что процессы разгона и замедления чередуют-ся, причем запас кинетической энергии агрегата достаточен для преодоления временных изменений сил сопротивления.

Если абсолютная величина dVdt не выходит за допустимые пределы, то расчеты по составлению агрегатов (при обеспечении непрерывного движения) упрощают и принимают движение агрегатов установившимся (то есть dVdt =0;Рj=0).

Изложенное выше позволяет записать уравнение тягового баланса аг-регата при равномерном движении на подъеме (спуске) в виде

(3.9)

В случае движения агрегата на горизонтальном участке (α=0; Рα=0)

уравнение тягового баланса агрегата при равномерном движении на горизон-тальном участке примет простой вид:

(3.10)

Сила на крюке трактора равна по величине силе сопротивления рабочих машин и сцепки, при ее наличии в агрегате (Ркр=Rа), но направлена в противо-положную сторону.

Тяговое усилие трактора Ркр – основной классификационный параметр отечественных тракторов, определяющий возможность их агрегатирования с той или иной сельскохозяйственной машиной. Тяговый класс трактора соответ-ствует нормальному тяговому усилию Рнкр (тонно–силах, в кН), реализуемомуна стерне нормальной плотности и влажности при допустимом буксовании. Предельно допустимые значения буксования δд на стерне определяются агро-техническими требованиями: до 0,05 (5%) – для гусеничных тракторов; до 0,15 (15%) – для колесных 4К4 и до 0,18 (18%) – для колесных тракторов 4К2. Указанные ограничения на величину буксования обусловлены в большей степени разрушением структурных частиц почвы с последующим усилением процессов, связанных с ветровой и водной эрозией, а также с потерями мощности на буксование.