Оценка эффективности функционирования мобильных сельскохозяйственных агрегатов с использованием тяговой характеристики трактора

6. Корпачев В.П., Малинин Л.И., Чебых М.М. Методика прогнозирования поступления древесной массы при затоплении и эксплуатации водохранилищ Ангаро-Енисейского региона. // Использование и восстановление ресурсов Ангаро-Енисейского региона. Т. 2: сб. науч. тр. Всесоюз. науч.-практ. конф. - Красноярск, Лесосибирск, 1991. - 107-113.

--------♦-----------

УДК 631.3.004.67 СЮ. Журавлев

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ МОБИЛЬНЫХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ АГРЕГАТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЯГОВОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАКТОРА

В статье представлена усовершенствованная методика оценки влияния переменных внешних факторов на энергетические показатели машинно-тракторных агрегатов с использованием тяговой характеристики трактора, оснащенного двигателем постоянной мощности. Получены зависимости для расчета средних значений основных энергетических показателей мобильных агрегатов в зависимости от коэффициента вариации силы тяги на крюке трактора.

Ключевые слова: оценка, эффективность функционирования, математическое ожидание, энергетические показатели, машинно-тракторный агрегат.

S.Yu. Zhuravlyov ESTIMATION OF THE MOBILE AGRICULTURAL UNIT FUNCTIONING EFFEICENCY WITH USE OF THE TRACTOR TRACTION CHARACTERISTICS

The advanced technique for estimation of the variable external factor influence on power indicators of the machine-tractor units with use of the traction characteristics of the tractor equipped with the constant capacity engine is given in the article. Dependences for calculation of average values of the mobile unit basic power indicators depending on the factor of draft force variation on a tractor hook are received.

Key words: estimation, functioning efficiency, mathematical expectation value, power indicators, machine-tractor unit.

Введение

Непрерывный и вероятностный характер внешних воздействий, порождаемый неоднородностью физико-механических свойств почвы, а также и другими факторами, обусловливает колебания нагрузочного и скоростного режимов работы машинно-тракторных агрегатов (МТА) при выполнении технологических операций. Колебания эксплуатационных режимов работы агрегатов приводят к ухудшению их энергетических, технико-экономических и агротехнических показателей. Разработка новых и совершенствование существующих методов повышения эффективности работы МТА является актуальной на современном этапе развития сельскохозяйственного машиностроения, которое производит энергетические средства и сельскохозяйственные машины, входящие в состав агрегатов, выполняющих технологические операции по возделыванию различных культур на достаточно высоких скоростях.

Целью исследований является совершенствование методики оценки использования МТА с учетом особенностей тяговой характеристики трактора, оснащенного двигателем постоянной мощности (ДПМ).

Для этого необходимо решить следующие задачи:

1. Обосновать возможность использования основных положений существующих методов оценки влияния переменных внешних воздействий на выходные параметры МТА с учетом особенностей двигателя с режимом постоянной мощности.

2. Разработать рекомендации по усовершенствованию методики оценки влияния переменных внешних воздействий на выходные параметры МТА с трактором, оснащенным дПм.

Методы и результаты исследований

Для оценки влияния переменных внешних воздействий на выходные параметры МТА предпочтительно использовать вероятностно-статистический метод (метод функций случайных аргументов), разработанный [1,2].

Сущность метода состоит в том, что МТА рассматривается как модель типа «вход-выход» (рис. 1, а). Входные Хі и выходные У£ переменные взаимосвязаны, данная взаимосвязь определяется с помощью детерминированной функциональной зависимости У = /(х*) при известном законе распределения <р(х{). Функции У = f(xi) устанавливаются при аппроксимации стендовой характеристики двигателя и тяговой характеристики трактора, входящего в состав МТА (см. рис.).

Зависимости (Кр.ДО^.Ст) = f{Pkp) могут быть получены исходя из следующей аппроксимации тяговой характеристики трактора с двигателем постоянной мощности, представленной на рисунке 1,б.

Vг, =

у р

/\{Ркр) = -^1 + ВгРкр При 0 < Р/ф < Ркр.н',

/2 (^ср) = ^2 "I" ^2Ркр ПРУ Ркр.н <' Ркр — Ркр.п> к/з (^кр) = "I" В^Ркр При Ркрл < Р]ср < Ркр.тах’

где У-р - среднее значение рабочей скорости трактора, км/ч;

Ркр - сила тяги на крюке, кН;

Ркр п - предельная сила тяги, соответствующая максимальной тяговой мощности, кН; Ркрн - номинальная сила тяги, кН;

кр.тах '

максимальная сила тяги, кН;

Л1( А2, А3, В1: В2, В3 - постоянные величины и угловые коэффициенты, определяемые по тяговой характеристике трактора (табл. 1).

Рис. 1. Схемы для определения вероятностно-статистических оценок энергетических показателей МТА при вероятностном характере тяговой нагрузки: а - одномерная модель функционирования МТА; б - показатели МТА при случайном характере колебаний силы тяги на крюке трактора с двигателем постоянной мощности; в - показатели МТА при случайном характере колебаний силы тяги на крюке

для типовой тяговой характеристики

На рисунке: Ур - рабочая скорость движения МТА, км/ч; ЫкР - тяговая мощность, кВт; вт - часовой расход топлива, кг/ч; дкр - удельный тяговый расход топлива, г/(кВгч); Ркр - сила тяги на крюке трактора,

кН; Ркр.тах - максимальная сила тяги на крюке, соответствующая максимальному крутящему моменту на валу двигателя, кН; Ркр.н - номинальная сила тяги на крюке, кН; Ркр.п - предельная сила тяги на крюке, соответствующая предельному крутящему моменту на валу двигателя, кН; М(ур) - математическое ожидание рабочей скорости движения МТА, км/ч; М(Ыкр) - математическое ожидание тяговой мощности, кВт; М(С1Т) -математическое ожидание часового расхода топлива, кг/ч; М(дкр) - математическое ожидание удельного тягового расхода топлива, г/(кВгч); <р(Ркр) - плотность распределения силы тяги на крюке.

Таблица 1

Коэффициенты для расчета математических ожиданий тяговой мощности трактора с двигателем постоянной мощности

Коэффициент Расчетная формула

Аі Ур.х

^2 УР.И + {[V - Ур п]/(К2 - 1)}

Аз Ур.п "І" {(Ц>.л — Ур.тіп)/($1 ~ 1)}

Ві ~{Ур.х ~ Ур.н)/Ркр.н

В2 ~

В3 ~

а А\ + А3

Яі А\ — А2

0-2 А2 ~ А3

Ъ В\ + в3

ь± Ві — в2

^2 В2 ~ В3

Ур.х, Ур.н, Vp.ni Ур.тт - скорость движения трактора соответственно: холостого хода, номинальная, при Ркр.п и при Ркр.тах, км/ч; = Ркр.тах/Ркр.п; К2 = Ркр.п/Ркрл

Nкр ~

Характеристика тяговой мощности трактора (рис. 1,б) аппроксимируется с помощью следующего выражения:

к{Ркр) = ^1 Ркр "I" В,Ркр При 0 < Ркр < Ркр.н>

/гС^ср) = А2Ркр "I" В2Ркр ПРУ Ркр.н ^ Ркр — Ркр.гй

к/з {Ркр} ~ А3Ркр "I" В3Ркр При Ркр п < РкР'П — Ркр.тах> где А!, А2, А3, Вь В2, В3 - постоянные величины и угловые коэффициенты, определяемые по тяговой характеристике трактора (см. табл. 1).

Аппроксимация характеристики часового расхода топлива (см. рис. 1,б) производится с помощью выражения

к{Ркр) = А1 + В,Ркр при 0 < Ркр < РкршН",

Ґ2

/з (Ркр) =А*3+ В3Ркр при Ркр.п < Ркр.п ^ Ркр.тах. где А1,В1А*2,В*2,А*3,В*3 - расчетные коэффициенты, определяемые по тяговой характеристике трактора (табл. 2).

\

Таблица 2

Коэффициенты для расчета математических ожиданий часового расхода топлива трактора с двигателем постоянной мощности

Коэффициент Расчетная формула

GTX

А*2 (*ТН + ЇЇРтН — (*тп\/(к2 ~ 1)}

А*3 1*ТП + {(^777 — Gto)/(K1 — 1)}

В1 ~((*ТХ ~ &тн)/Ркр.Н

в*2 ~

в; — С

а* л;+л*з

аї Аї А*2

а2 А*2-А*3

ь* Ві + Вз

К В1-В*2

Ь*2 В*2 - в*3

&тх> (*тн, (*тп, Сто - часовой расход топлива соответственно: холостого хода, номинальный, для предельного крутящего момента, при максимальном крутящем моменте, кг/ч; ^1 = Ркр.тах/Ркр-П; ^2 = Ркр.п/Ркр.н

Для трактора с двигателем постоянной мощности значение тяговой мощности, исходя из зависимостей (1) и (2), находим по следующему выражению:

Nkp =

f

і aP

t я ) +

+ 1а2 Pkp + b2 Pkp + b2aP Ф^п ) -aP {bi (p{tH )Pkp + b2^(tn )Pkp }

0,5(а Ркр + Ь Ркр + Ь С72р |+ (а Ркр + \ Ркр + Ь О (а 2 Ркр + Ь2 Ркр + Ь2ор ф где Ыкр - математическое ожидание тяговой мощности, кВт;

а , Ь , а , Ь , а2 Ь2 - расчетные коэффициенты, определяемые при аппроксимации характеристики двигателя в зависимости от крутящего момента на валу дизеля (см. табл. 1);

1/ ^ *2 /

Ф(^п) = (кжУ121е 72 & - функция Лапласа для аргумента П

Ф^н) = (2 л) 12 je 72 dt - функция Лапласа для аргумента Ь ;

0

<p(tn) = (2л)-12 exp(- 0,5t2) - плотность распределения аргумента fn; cp(tH) = (2л)-12 exp(- 0,5t2) - плотность распределения аргумента t„;

Pkp - текущее среднее значение силы тяги, кН;

_ Pkp.n - Pkp . _ Pkp.H - Pkp .

t n = ; ' t я = ;

а

а

О - стандарт силы тяги трактора.

Аналогично рассчитываются математические ожидания часового расхода топлива От

Gt = 0,5

где GT - математическое ожидание часового расхода топлива, кг/ч;

******

a 1з bl, a2, b2, a , b - расчетные коэффициенты, определяемые при аппроксимации тяговой характеристики трактора (см. рис. 1 , б) по расходу топлива (табл. 2).

Математическое ожидание удельного тягового расхода топлива g находим по формуле

- Gr

ge = =^,

_ Nkp

где G - математическое ожидание часового расхода топлива, кг/ч.

N - математическое ожидание тяговой мощности, кВт.

Влияние колебаний силы тяги на тяговую мощность трактора с характеристикой, представленной на рисунке 1,в, оценивается с помощью формул (1), (2):

N kp = P kpV Р + К v,

где Nkp - математическое ожидание тяговой мощности;

Vр = 0,5(a** + b** P.,) - (a* + b* P., )Ф(th ) + b**p(tH )aP - математическое ожидание рабочей скорости движения трактора на данной передаче (рис, в), м/с;

Крv =[o,5i* - ЬФшМ - корреляционный момент; A** =V ;

A* = V,,, + [(Vp., - Vmn V(K. -1)]; B* = -V’, -Vp,)/Ркрн ; B* = -(v,- Vm, V[P,p.,(K. -1)]

P

-коэффициенты, определяемые по типовой характеристике трактора; К = max -коэффициент макси-

Ркр.н

мальной нагрузки трактора на данной передаче; a** = A** + A**, a** = A** - A**, b = Bx + B2 , b = B2 - Bx ;

Ф(^) и P(tн) - функции аргумента t„ = (ркр н - pк)/ a;

Рк.р, a - среднее значение и среднеквадратическое отклонение тяговой силы трактора на данной передаче, кН;

Р - номинальное значение силы тяги, кН;

кр.н ’ ’

Pfflax - максимальное значение силы тяги, кН.

Для расчета математического ожидания удельного тягового расхода топлива g используется соотношение [1,2]:

g Кр = G Т / N kp ,

где Gt = 0,5(a' + bі Pкр) - (a1 + b Pкp)Ф(^) + b[p(tH)ор - математическое ожидание секундного расхода топлива на данной передаче, кг/ч;

N КР - математическое ожидание тяговой мощности трактора на данной передаче, кВт; а і = А; + А1, а[ = А; - А; , b і = в; + в; , b; = в; - в; - коэффициенты, определяемые по типовой тяговой характеристике;

A; =Gtx ;A = Gth + [(Gth -Gto)/(Ki -1)]; в; = (Gth - Gx )/РкРн ;

в; =-(Gth - Go )j\Pr„.H (K;-1)]; К = ^; Gtx , Gto , Gth . P„.x, - Яанные тяговой характе-

Ркр.н

ристики трактора.

Выводы

На основании представленных в статье материалов можно сделать следующие выводы:

1. На основе известного вероятностно-статистического метода (метод функций случайных аргументов) оценки воздействия переменной внешней нагрузки на тягово-скоростные режимы работы трактора предложена методика расчета средних значений показателей МТА с использованием тяговой характеристики трактора, оснащенного двигателем постоянной мощности.

2. Предложенные математические модели позволят наиболее полно оценивать влияние переменных входных величин на работу агрегатов и позволяют устанавливать рациональные эксплуатационные режимы и параметры функционирования МТА на основе тракторов, оснащенных двигателем постоянной мощности.

Литература

1. АгеевЛ.Е., Шкрабак В.С., Моргулис-Якушев В.Ю. Сверхмощные тракторы сельскохозяйственного назначения. - Л.: Агропромиздат, 1986. - 415с.

2. АгеевЛ.Е., Бахриев С.Х. Эксплуатация энергонасыщенных тракторов. - М.: Агропромиздат, 1991. - 271с.

УДК 631.3.331 А.С. Вишняков, В.А. Козлов, А.А. Вишняков, Ар.А. Вишняков

АГРОТЕХНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СЕЯЛКИ С КОМБИНИРОВАННЫМИ ВИБРАЦИОННЫМИ ВЫСЕВАЮЩИМИ АППАРАТАМИ

В статье приведены результаты агротехнической оценки сеялки, оборудованной комбинированными вибрационными высевающими аппаратами и производственной сеялки СЗ-3,6А. Вибрационные комбинированные аппараты обеспечивают более равномерное распределение семян в рядках по сравнению с катушечными аппаратами сеялки СЗ-3,6А. Коэффициент вариации интервалов между отдельными растениями (по всходам) в 1,37 раза меньше, чем у катушечного аппарата, что обеспечивает повышение урожайности зерна пшеницы до 12,1%.

Ключевые слова: вибрационный высевающий аппарат, агротехническая оценка, равномерное распределение, коэффициент вариации, повышение урожайности.

A.S. Vishnyakov, V.A. Kozlov, A.A. Vishnyakov, Ar.A. Vishnyakov AGROTECHNICAL ESTIMATION OF THE SEEDER WITH COMBINED VIBRATING SOWING DEVICES

The results of an agrotechnical estimation of the seeder equipped with combined vibrating sowing devices and industrial seeder СЗ - 3,6А are given in the article. Vibrating combined devices provide more uniform seed distribution in the rigs in comparison with bobbin devices of seeder СЗ - 3,6А. The variation factor of intervals between separate plants (on shoots) is 1,37 time less, than at the bobbin device that provides wheat grain productivity increase up to 12,1 %.

Key words: vibrating sowing device, agrotechnical estimation, uniform distribution, variation factor, productivity increase.

Введение

Перспективным направлением совершенствования машин нового поколения является разработка и внедрение в производство многофункциональной техники. Актуальной задачей является разработка и производственная проверка комбинированного аппарата как элемента многофункциональной машины, обеспечивающего одновременный высев семян и стартовой дозы туков, что способствует повышению урожайности сельскохозяйственных культур.

В связи с этим Красноярским НИИ сельского хозяйства совместно с кафедрой «Сельскохозяйст-