Методика определения энергетических показателей МТА

ВВЕДЕНИЕ

Энергетическую  основу механизированных процессов  в растениеводстве составляют машинно-тракторные агрегаты (МТА). Изучение их энергетических свойств, изменение показателей  этих свойств при использовании МТА позволяет комплектовать и в дальнейшем эксплуатировать их более эффективно с точки зрения энергосбережения.

Целью данной работы является практическое освоение методики определения энергетических показателей МТА (составляющих тягового баланса и баланса мощности) при  их использовании на различных технологических  операциях (агрофонах), скоростях движения.

1.  РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ  ТЯГОВОГО БАЛАНСА И БАЛАНСАМОЩНОСТИ  МТА 1.1.   Порядок выполнения  работы

Каждый  студент выполняет задание согласно варианту, выданному преподавателем.

Работа  оформляется в виде пояснительной  записки на бумаге формата А4. Графики выполняются на миллиметровой бумаге.

На основе данных своего варианта (Приложение 1,2) студент должен решить следующие  задачи:

1.1.1. Рассчитать  на заданных передачах (скоростях  работы) следующие эксплуатационные  показатели агрегата:

• номинальную касательную силу на движителе трактора P^н_к;
• максимальную силу сцепления трактора с почвой Р_сц;
• сцепной вес трактора G_сц.;
• движущую агрегат силу при достаточном и недостаточном сцеплении ходового аппарата трактора с почвой Р_дв;
• потери касательной силы тяги при достаточном и недостаточном сцеплении ходового аппарата трактора с почвой ΔР_дв;
• усилия затрачиваемые на: перекатывание трактора, Р_f; преодоление трактором подъема, Р_α; номинальное тяговое усилие P^н_кр;
• действительную рабочую скорость V_р;
• потери мощности: в трансмиссии трактора N_тр; на перекатывание трактора N_f; на преодоление трактором подъема N_α; на буксование трактора N_δ; от недоиспользования касательной силы тяги   трактора ΔN;

- номинальную тяговую мощность трактора N_кр^н. 
Результаты расчетов записать в таблицу (Приложение 3).

1.1.2. Построить график тягового баланса трактора для заданных 
условий работы МТА (рис. 1) и график баланса мощности (рис. 2).

1.1.3. Проанализировать изменение: тяговых свойств трактора при 
использовании МТА на передаче и при переходе с одной передачи на другую (для одного состояния почвы – агрофона).

Вариант 13

Данные :трактор- МТЗ -102

Nе^н-75,3кВт

n-2200 мин^-1

G-41,1 кН

r_к- 0.72 м

передаточное отношение N₀/i₀- 2/78,2 3/64,3   4/53,3

Буксование (стерня) б, %, номер передачи – 2/13,0 ; 3/11,6 ; 4/10,4

1.2.   Методика расчета эксплуатационных  показателей МТА

Расчет  эксплуатационных показателей МТА, которые указанны в задачах данной работы, проводят для каждого состояния почвы на заданных рабочих скоростях движения МТА используя данные технических характеристик тракторов.

Касательную силу на ведущих колесах (звездочках) трактора рассчитывают по формуле:

= (30*73,5*0,9*78,2)/(3,14*0,72*2200)=31,2 кН

= (30*73,5*0,9*64,3)/(3,14*0,72*2200)=25,7 кН

= (30*73,5*0,9*53,3)/(3,14*0,72*2200)=21,3 кН

Максимальная  касательная сила тяги P^н_к=31.2кН

где P_к^н– номинальная касательная сила тяги трактора, кН; М_g - номинальный крутящийся момент двигателя, кН.м; N^н_е - номинальная эффективная мощность двигателя, кВт; i_м - общее передаточное число трансмиссии; η_м.г. - КПД трансмиссии   и движителя; r_к - радиус колеса ведущего, м; n^н - номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя, 1/мин^-1

Принять из Приложения 1   η= 0,6

Сила сцепления ходового аппарата трактора с почвой рассчитывается по формуле:

,кН

Р_сц= 41,1*0,6=24,6 кН

где G_сц – сцепной вес трактора, кН μ - коэффициент сцепления ходового аппарата с почвой.

Сцепной вес тракторов гусеничных и колесных с двумя ведущими мостами при  работе в составе МТА на горизонтальной местности равен весу трактора, а  при наличии подъемов (склонов) вычислить  по формуле:

= 4,2*9,8*0,998=41,1 кН

где = 4,2  - масса трактора, т

α – 3 угол подъема (спуска), град.

Движущую агрегат силу Р_дв для всех вариантов определяют с учетом работы МТА:

При достаточном сцеплении движителей трактора с почвой,когда сила сцепления Р_сцбольше номинальной касательной силы  (Р_сц ),движущая агрегат сила будет равна номинальной касательной.

При недостаточном сцеплении движителей трактора с почвой, когда сила сцепления Р_сц больше номинальной касательной силы (Р_сц< ),движущая агрегат сила будет равна силе сцепления трактора.

Потери касательной силы тяги при  недостаточном сцеплении  :

2-я передача 

3-я передача 

Усилие, затрачиваемое  на  перекатывание  трактора  рассчитывается  по формуле:

=4,2*9,8*0,1*0,998=4,1 ,кН

где f_тр - коэффициент сопротивления качению трактора.

Принимаем f_тр=0,1

Усилие затрачиваемое на подъем (спуск) трактора Рα определяется по формуле:

Р_α= 4,2*9,8*0,052= 2,1 ,кН

Тяговое усилие трактора определяется из уравнения тягового баланса трактора в составе МТА по формуле:

1.Сцепление ходового аппарата  трактора с почвой недостаточно, в этом случае:

   и   ,

Тогда

при Р_сц=24.6 кН

На 2-й  передаче P^н_к=31.2кН

На горизонтальной поверхности Р_кр=24.6-4.1= 20,5 кН

На подъем Р_кр=24.6-4.1-2,1=18.4 кН

На спуск  Р_кр=24.6-4.1+2,1=22.6 кН

На 3-й  передаче P^н_к=25.7кН

На горизонтальной поверхности Р_кр=24.6-4.1= 20,5 кН

На подъем Р_кр=24.6-4.1-2,1=18.4 кН

На спуск  Р_кр=24.6-4.1+2,1=22.6 кН

2. Сцепление ходового аппарата  трактора с почвой достаточно, в этом случае:

   и ,

Тогда

На 4-й  передаче при P^н_к=21.3кН

На горизонтальной поверхности Р_кр=21.3-4,1=17,2 кН

На подъем Р_кр=21.3-4.1-2.1=15.1 кН

На спуск  Р_кр=21.3-4.1+2.1=19.3 кН

Эффективная мощность двигателя, исходя из условий сцепления ходового аппарата трактора с почвой, может быть определена также по двум вариантам:

достаточное сцепление

недостаточное сцепление

Рабочая скорость движения МТА рассчитывается по формуле:

На 2-й передаче

На 3-й передаче

На 4-й передаче

где V_Р- рабочая скорость агрегата, м/с

δ - величина буксования ведущего агрегата трактора, %

Значение  δ, соответствующее P_кр^н на каждой передаче, берут из тяговой

характеристики   трактора   близкой   к   заданным   почвенным   условиям   в

соответствии с приложением 1.

На 2-й передаче 

На 3-й передаче 

На 4-й передаче 

_{Недоиспользуемую  номинальную мощность двигателя определить:}

2-я передача 

3-я передача 

4-я передача 

Расчет потерь мощности в трансмиссии  трактора

                                2-я передача N_тр=57,81*(1-0,9)= 5,78 кВт

3-я передача N_тр=70,49*(1-0,9)= 7,05 кВт

4-я передача N_тр=69,21*(1-0,9)= 6,92 кВт

Потери мощности на передвижении трактора:

2-я передача N_f=4,1*1,84= 7,54 кВт

3-я передача N_f=4,1*2,28= 9,35 кВт

4-я передача N_f=4,1*2,62= 10,74 кВт

Потери  мощности на подъем трактора:

2-я передача N_α=+/-2,1*1,84=+/-3,86 кВт

3-я передача N_α=+/-2,1*2,28=+/-4,79 кВт

4-я передача N_α=+/-2,1*2,62=+/-5,50  кВ

Потери мощности на буксовании трактора.

В этом случае также необходимо рассмотреть два  случая:

1. (достаточное сцепление)

2.   (недостаточное сцепление)

2-я передача

3-я передача

4-я передача

Мощность на крюке трактора находят  по формулам

(достаточное сцепление)

(недостаточное сцепление)

Спуск:

2-я передача

3-я передача 

4-я передача 

_{Подъем:}

2-я передача

3-я передача 

4-я передача 

Баланс  мощности можно записать в двух вариантах:

2-я передача

подъем  N_е^н=5,78+7,54-3,86+6,76+41,59=57,81 кВт

спуск N_е^н=5,78+7,54+3,86+6,76+33,87=57,81 кВт

3-я передача

подъем  N_е^н=7,05+9,35-4,79+7,36+51,52=70,49 кВт

спуск N_е^н=7,05+9,35+4,79+7,36+41,94=70,49 кВт

4-я передача

подъем  N_е^н=6,92+10,74-5,50+6,48+50,57=69,21 кВт

спуск N_е^н=6,92+10,74+5,50+6,48+39,57=69,21 кВт

 

 

1.3 Построение графиков тягового  и мощностного баланса МТА

График  тягового баланса МТА (рис.1) строят для нескольких состояний поля (заданных типом агрофона и значением коэффициента сцепления μ) при работе на трех передачах. При построении графика тягового баланса следует по оси ординат  отложить в данном масштабе все величины сил, составляющих тяговый баланс и  указать их в конкретных числах. По оси абсцисс строят шкалу значений μ и в соответствующем масштабе и на шкале отмечают значения коэффициента сцепления μ для каждого состояния поля (агрофона).

На рисунке 1 показан график тягового баланса  МТА для условий достаточного сцепления на стерне (μ > 0.8) и недостаточного сцепления на поле подготовленным для посев (μ < 0.8). При достаточном сцеплении на обоих почвенных фонах линии Р_сц.max будет проходить выше линии P_к^н, а при недостаточном сцеплении на обоих почвенных фонах линия Р_сц.maxбудет расположена ниже линии P_к^н.

Для любого варианта должна быть установлена величина μ, при которой P_к^н = Р_сц.max. Для этой цели линии Р_сц.max и P_к^н должны быть продлены до их пресечения и найдено искомое значение μ.

При построении графика баланса мощности в функции  скорости движения МТА следует по оси ординат указать все величины, составляющие баланс мощности, отложить в одном масштабе и указать  их конкретные значения. По оси абсцисс строятся шкалы действительных рабочих скоростей V_р движения МТА на заданных передачах.

На рисунке 2 показан график баланса мощности агрегата с гусеничным трактором  на вспаханном поле. Потери мощности в  трансмиссии N_тр не зависят почти от скорости движения МТА и ориентировочно считаются величиной постоянной. Мощность на самопередвижение МТА – N_f составляет значительную величину, особенно при движении его на высоких скоростях.

Мощность, расходуемая на буксование – N_б трактора, находится в обратной зависимости от скорости движения МТА. Буксование гусеничного трактора изменяется прямо пропорционально, только на низших передачах, кривая буксования из прямолинейной переходит в криволинейную. Мощность, затрачиваемая на преодоление трактором подъема – N_α, прямо пропорциональна скорости движения МТА. 

Баланс мощности МТА на 1, 2, 3 передачах на стерне (по оси абсцисс скорость м/с, по оси ординат - Nкр на подъем, Nкр на спуске, Nδ, Nf, Nен, Nе, Nα, в кВт).

 

 

Тяговый баланс МТА на 1-й

 

 

Тяговый баланс МТА на 2-й передаче передаче

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тяговый баланс МТА на 3-й передаче

 

1.4     Анализ эксплуатационных  показателей МТА

По результатам  расчетов и построенным графикам тягового и мощностного баланса  МТА проводят анализ изменения их составляющих при работе на различных  режимах и агрофонах. По построенному графикам тягового баланса МТА необходимо проанализировать изменение сил  P_к^н, P_кр^н, Р_f, Р_α, ΔР_сц при переходе с одного состояния поля (агрофона) на другой на одной передаче. Объяснить причины, влияющие на сцепные свойства трактора при изменении агрофона.

По построенному графику баланса мощностей трактора найти номинальное значение мощностей  на крюке N_кр^н и определить соответствующие ему значение V_ропт Дать анализ влияния скорости движения МТА на изменения составляющих баланса мощностей  N_тр, N_f, N_a, N₈, N_кр^н, AN_сц.

 

2. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА МАШИННО-ТРАКТОРНОГО АГРЕГАТА

 Цель работы - освоить методику расчета энергозатрат при использовании МТА.

Задачи: рассчитать удельные, полные, эффективные, тяговые, и полезные энергозатраты пахотных и непахотных МТА; определить величину энергетического КПД агрегатов; выбрать режим работы и состав агрегата по энергетическому критерию.

2.1. Последовательность выполнения  расчетов.

1. На основе задания по теме «Комплектование МТА» составить таблицу исходных данных с показателями эксплутационных свойств МТА (Приложение 4).
2. Рассчитать полные удельные энергозатраты агрегатов:

 

Для пахотного агрегата (плуг ПЛН 3-35)

Выбираем 4-ю передачу для данной операции.

W_ч=0.1*1.05*2.62*0,75=0.206 ( га/ч)

q_га. =Q_ч/W_ч=14.2/0.206=68.9 (кг/ч)

А_оi=68.9*4.2*10⁴=2893800   (кДж/га)

Для    непахотных    агрегатов (СЗ-3,6)

Выбираем 6-ю передачу для данной операции.

W_ч=0.1*3.6*1.18=0.943 ( га/ч)

q_га. =Q_ч/W_ч=14.7/1.18=12.46 (кг/ч)

А_оi=12.46*4.2*10⁴=523320  (кДж/га)

где  q_га.i  – погектарный расход  топлива МТА на  i  передаче,  кг/га (Приложение 4); H – теплотворная способность топлива кДж/кг. ПринимаемH=4.2*10⁴ кДж/кг.

 

3. Рассчитать величину эффективного КПД (η_e) дизеля:

η_е=3.6*10⁶/4.2*10⁴*242=0.35

где q_e – удельный эффективный расход топлива дизеля, г/кВт-ч.