Рациональные режимы использования трактора тягово-энергетической концепции в составе почвообрабатывающих агрегатов

Повышение пн при увеличении п сопровождается соответствующим возрастанием Рн, что приводит к более существенному (13) росту индикаторной мощности.

Изменение индикаторных показателей форсированием двигателя показано на рис. 3. Форсированию по индикаторному давлению от Рп2 до Рм при п2 = const (линия 2-1') соответствует уменьшение коэффициента избытка воздуха от ан до a'i и показанное стрелкой 2-2' на кривой п = f (а) снижение индикаторного КПД от пп2 до Пп2. Форсирование по частоте вращения до пі, что показано горизонтальной стрелкой (1'-1) при Рн1, дает возможность сохранить полученное среднее эффективное давление при ан и получить вследствие этого индикаторный КПД пп1 (стрелка 2'-1), т.е. больший чем до форсирования. В случае форсирования только по частоте вращения от П2 до пі при постоянном Pn2 (стрелка 2-1'), индикаторный КПД повышается до Піп1, однако прирост эффективной мощности невелик, так как вследствие возрастания механических потерь уменьшается среднее эффективное давление.

Таким образом, при использовании альтернативных топлив наиболее эффективно комбинированное форсирование дизеля по среднему индикаторному давлению и частоте вращения, которые дают большее повышение мощности и одновременное увеличение индикаторного КПД.

Выводы

1. По результатам теоретического анализа получены математические модели для прогнозирования и оптимизации индикаторных показателей при использовании в тракторных дизелях альтернативных топлив с разной теплотворной способностью.

2. Обосновано комбинированное форсирование дизелей по среднему индикаторному давлению и частоте вращения, как наиболее эффективный способ их адаптации к использованию альтернативного топлива.

Литература

1. Николаенко, А.В. Теория, конструкция и расчет автомобильных двигателей / А.В. Николаенко. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Колос, 1992. - 414 с.

2. Двигатели внутреннего сгорания: в 3 кн. - Кн.1. Теория рабочих процессов / В.Н. Луканин, К.А. Морозов, А.С. Хачиян [и др.]; под ред. В.Н. Луканина. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 2005. - 479 с.

---------♦-----------

УДК 631.3 (075.8) Н.И. Селиванов, Н.В. Кузьмин, А.В. Кузнецов

РАЦИОНАЛЬНЫЕ РЕЖИМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТРАКТОРА ТЯГОВО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ КОНЦЕПЦИИ В СОСТАВЕ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ АГРЕГАТОВ

В статье обоснованы рациональные параметры и режимы работы трактора тягово-энергетической концепции в различных условиях эксплуатации. На основе потенциальных тяговых характеристик подтверждена эффективная целесообразность предлагаемых вариантов функционирования мобильного средства тягово-энергетической концепции в составе почвообрабатывающих агрегатов разного технологического назначения.

Современные почвообрабатывающие агрегаты относятся к разряду наиболее сложных технических систем, выполняющих технологические процессы путем перемещения по полю. При их комплектовании должны учитываться высокое качество технологического процесса, максимальная производительность при минимальных удельных топливно-энергетических и финансовых затратах, наименьшее отрицательное воздействие на окружающую среду и здоровье работающего человека.

Удовлетворение указанных требований возможно только при комплексном решении задачи комплектования агрегатов на соответствующих этапах многоуровневой системы ресурсосбережения.

Задача комплектования почвообрабатывающих агрегатов на базе трактора тягово-энергетической концепции сводится к обоснованию массоэнергетических параметров, состава и скоростного режима работы, поэтому решается на двух этапах.

На первом этапе определяют наиболее рациональные тягово-скоростные диапазоны трактора с разными массоэнергетическими параметрами в зависимости от природно-производственных условий (почвенный фон, изменение удельного тягового сопротивления рабочих машин данного типа от скорости).

На втором этапе для энергомашины с рациональным сочетанием массы и мощности в определенных условиях функционирования по соответствующим критериям ресурсосбережения рассчитывают оптимальные значения рабочей скорости и ширины захвата агрегата с последующим выбором числа машин и сцепки.

Для выбора рациональных режимов агрегатирования гусеничного трактора с переменными массоэнергетическими параметрами следует учитывать характеристику тягового КПД пТ V), эквивалент производительности Кп (V) и энергозатрат КЕП (V) [1], которые позволяют оценить эффективность его работы независимо от удельного сопротивления машины К0 и тяговой нагрузки Ркр.

Анализ зависимостей цТ, Кп, КЕП = f (V) агрегатов с разными массоэнергетическими параметрами трактора показал (рис. 1), что эквивалента производительности Кп = V//ик определяется только характеристикой технологической части ¡ик (V). С увеличением коэффициента ЛК потенциальная производительность снижается и достигает экстремального (наивысшего) значения при меньшей скорости

V ( Кп max ) .

V________

Рис. 1. Зависимость основных показателей работы почвообрабатывающих агрегатов

от скорости движения

При использовании гусеничного трактора ВТ-150 с минимальной энергонасыщенностью ЭшЬ1 = 12,8 кВт/т на основной и глубокой обработке почвы скорость V(кп тах )> Уор1 соответствует тяговому усилию ниже оптимального значения, что является нежелательным. Повышение энергонасыщенности до Эор( = 14,1 Вт / кг и Этах = 15,5 Вт / кг из-за возрастания оптимальных по тяговому КПД

Уор1 и допустимых по буксованию Уд скоростей трактора обеспечивает Уорс > V (КП тах) > Уд, что наибо-

лее благоприятно для реализации потенциальных возможностей энергетического модуля и технологического комплекса в составе агрегата. Сочетание вариантов Этах и ЛКтах сопровождается смещением скорости

V(Кп max) в зону V < Vд, однако практически не снижает показатель Кпmax в диапазоне tyopt - Vd).

На паровом и подготовленном под посев фонах из-за малых значений в режиме Этах ЛК < 0,10 с2/м2 превышение Кп max над Кп tyopt) достигает 15 и 6%, снижение при 3min до 5 и 2% соответственно.

Эквивалента энергозатрат КЕп = ЕК/Кп принимает минимальные значения для рассматриваемых вариантов массоэнергетических параметров трактора на представленных почвенных фонах при V(КЕп mn )< Vd, что недопустимо по буксованию.

Наиболее эффективным с практической точки зрения представляется выбор оптимальных рабочих скоростей по компромиссному решению для определения соответствующих передаточных чисел на основных передачах и условий комплектования агрегатов разного технологического назначения. На рис. 1 показаны значения оптимальной скорости Vopti при повышении КЕп на величину ЛКЕп, обеспечивающую

функционирование МТА в диапазоне Vd < Vopt < Vopt и рост производительности на ЛКп.

Результатами моделирования установлено, что величина ЛКЕп определяется соотношением энергонасыщенности трактора и коэффициента ЛК технологической части агрегата. При Э > 3min и ЛК = 0,15 - 0,18 с2/м2 на стерне повышение КЕп ^ на 5,0 % обеспечивает функционирование МТА в

рациональном тягово-скоростном диапазоне. С увеличением ЛК это условие нарушается из-за Vopt < Vd. Для трактора с Э^ значение Vopt выходит за пределы Vopt только при ЛК < 0,15 с21м2. Для обеспечения рационального диапазона скоростей на паровом поле при Vopt ^ Vd и на поле под посев при Vopt = Vd ЛКЕп составляет 2 - 6 %.

Приведенные результаты позволили обосновать основные принципы компромиссного решения по выбору рациональных параметров и режимов работы гусеничного трактора тягово-энергетической концепции при изменении условий агрегатирования:

на основной обработке почвы прицепными машинами без ограничений по ширине захвата при ЛК > 0,10 с2/м2 для обеспечения Ркрmax применять трактор с тэmax и Э^, рациональный скоростной диапазон которого (Vopt - Vd) служит основой для расчета передаточного числа первой передачи рабочего диапазона;

• на основной обработке при ЛК > 0,15 с21м2 и ограничении ширины захвата навесного орудия по колее и навесоспособности энергомашины использовать соотношение тэ mn / Э;

• при выполнении малоэнергоемких операций (ЛК < 0,10 с21м2) широкозахватными машинами на паровом и подготовленном под посев фонах наиболее рационально соотношение тэ mn / Э^;

• на мелиоративных работах тягово-приводных агрегатов и глубокой ярусной обработке почвы с ограничением технологической скорости и ширины захвата (ЛК > 0,20 с2/м2) наиболее рационально применять трактор с ДПМ при соотношении тэ mn / Э^.

Предложенные варианты использования трех уровней мощности и балластирования (тб max = 0,1  тэ min) позволили реализовать тягово-энергетическую концепцию гусеничного трактора общего назначения, обеспечивающую эффективное функционирование почвообрабатывающих агрегатов в установленных для мобильных энергетических средств 3-5 классов тяговых диапазонов.

При заданной заводом-изготовителем теоретической скорости в номинальном режиме на I передаче VTH1 = 1,714 м/с оптимальная (Vopt 1 = 1.662 м/с) и при допустимом буксовании (Vd 1 = 1,628 м / с ) дей-

ствительные скорости движения отличаются от расчетных Уор(=1,673м/ с (тэ = 8600сг Зшіп=12,8 ВТ кг) и Уд = 1,643 м / с (тэ = 7820 кг, Эорс = 14,1 Вт / кг менее чем на 1,0 %.

Совпадение расчетных оптимальных значений передаточных чисел трансмиссии на первой передаче основного диапазона с действительным (іТР 1) свидетельствует о правильности предлагаемых к использованию в разных условиях массоэнергетических параметров трактора.

Потенциальные тяговые характеристики (рис. 2) трактора с разными параметрами на основных почвенных фонах подтвердили эффективную целесообразность предлагаемых вариантов функционирования мобильного средства тягово-энергетической концепции. По результатам анализа тяговых характеристик установлена устойчивая закономерность изменения потенциальных энергетических и топливных показателей в зависимости от энергонасыщенности, определяющая рациональные режимы агрегатирования трактора с переменными массоэнергетическими параметрами на соответствующих почвенных фонах.

У трактора базовой комплектации (тэ = 7820 кг, Э = 14,1 Вт / кг) наиболее высокие показатели на разных фонах достигаются на II передаче при тяговых усилиях 35,6-38,7 кН , которые не превышают допустимых по агрегатируемости значений Ркртах = 35,5-40,5кН [2]. Поэтому II передачу следует

использовать на вспашке почвы полунавесными и навесными оборотными плугами.

Более высокие потенциальные значения показателей использования на этой передаче у трактора с эт. = 15,5 Вт/ кг не могут быть реализованы, поскольку тяговые усилия в номинальном режиме РКРнн = 40,1-43,15 кН превышают допустимые по условию агрегатируемости.

Для реализации максимальных тяговых нагрузок на основной обработке стерни широкозахватными прицепными агрегатами наиболее эффективен балластированный трактор (тэ =8600.? Э^п=128Вт/кг) на первой передаче, у которого при РКРн 1 = 49,71 кН достигаются наивысшие, по сравнению с другими вариантами, значения оценочных показателей (Nкр = 82,54 кВт, g кр = 303,84 г /(кВт  ч), 8 = 3,11 %).

При ограничении рабочих скоростей тяговоприводных агрегатов до 1,6 м/с с тяговыми усилиями не более 40 кН наиболее экономичен трактор с ДПМ (тэ = 7820 кг, Этп = 12,8 Вт / кг) на первой передаче.

На безотвальной обработке стерни, лущении паров и предпосевной культивации широкозахватными агрегатами, при ограничении тяговой нагрузки до 35-38 кН по условиям маневренности и агрегатируемо-сти, наиболее эффективен трактор штатной комплектации на II передаче. При тяговых нагрузках от 30,5 до 33,6 кН выполнение указанных операций трактором максимальной энергонасыщенности (тэ = 7820 кг,

Этах =15,5Вт /кг) на III передаче обеспечивает повышение Nкр и снижение gкр до 13 и 3% соответственно.

Сравнительная оценка показателей технологических свойств основных вариантов трактора тяговоэнергетической концепции подтвердила (рис. 3) эффективность установленных для разных технологических операций рациональных массоэнергетических параметров.

С учетом агрегатируемости на вспашке почвы (К0= 11,5 кН/м, АК =0,18 с2/м2) показатели чистой производительности (4,66 м2/с) и удельных прямых эксплуатационных затрат (308,5руб/га) у трактора базовой комплектации на II передаче на 2,0% выше, чем при его балластировании. Однако при глубоком рыхлении (0,40-0,45м) чизельным плугом (Ко=16 кН/м, АК =0,20 с2/м2) лучшие показатели достигаются у балластированного трактора на I передаче.

Безотвальная обработка стерни на глубину 0,14-0,16 м (Ко=4,74 кН/м, АК =0,12 с2/м2) при Этш =12,8Вт/кг и тэтах трактора на I передаче обеспечивает повышение потенциальной производительности и снижение удельных затрат до 35 и 49 %.

При чизелевании стерни АКП «Лидер-4» (Ко=7,63 кН/м, АК =0,053 с2/м2) на глубину 0,22-0,24 м наиболее высокие показатели у трактора базовой комплектации на II передаче.

25 30 35 40 45 50 кН

Р кр ----------

а) стерня

Р кр

в) пар

Рис. 2. Потенциальные тяговые характеристики трактора ВТ-150 на основных (I, II, III) передачах

Э

40

Ж м2/с

30

20

10

А - предпосевная культивация + - лущение пара N Ж

/ 2 уэ А

с і / \

б) / \ і

ч

12,8

13,8

14,8

2 уэ,

руб/га

400

200 _

Вт/кг

Э

0

0

Рис. 3. Влияние энергонасыщенности на показатели технологических свойств трактора ВТ-150:

а) основная обработка почвы; б) паровая и предпосевная обработка

На обработке чистых паров дисковым лущильником (Ко=1,512 кН/м, АК =0,068 с2/м2) и предпосевной культивации АКП «Лидер-4» (Ко=5,6 кН/м, АК =0,051 с2/м2) наивысшие показатели технологических свойств трактора обеспечиваются при соотношении Этах /тэтіп на III передаче. Повышение производительности и снижение затрат на дисковании достигает 16 и 5%, а на культивации 20 и 7% соответственно.

Выводы

1. По установленным тяговым показателям и эквивалентам производительности и удельных энергозатрат обоснованы рациональные параметры и режимы работы трактора тягово-энергетической концепции в различных условиях агрегатирования.

2. На основе потенциальных тяговых характеристик и показателей технологических свойств подтверждена эффективная целесообразность предлагаемых вариантов функционирования мобильного средства тягово-энергетической концепции в составе почвообрабатывающих агрегатов разного технологического назначения:

а) вспашка зяби на глубину 0,20-0,24 м: тэтп (тБ =0), Меэ=110 кВт, II п., плуг ПЛП-6-35;

б) зяблевая безотвальная обработка стерни на глубину 0,14-0,16 м: тэтах (тБ =780 кг), Ыеэ=110 кВт,

I п., два АКП «Лидер-4» и сцепка СК-8;

в) зяблевое чизелевание на глубину 0,24-0,26 м: тэтп (тБ =0), Меэ=110 кВт, II п., АКП «Лидер-4»;

г) глубокое рыхление на глубину 0,40-0,45 м: тэтах (тБ =780 кг), Ыеэ=110 кВт, I п., плуг ПЧ-2,5;

д) лущение паров на глубину 0,10-0,12 м: тэтп (тБ =0), Меэ=121 кВт, III п., лущильник ЛДГ-15;

е) предпосевная культивация на глубину 0,14-0,16 м: тэтп (тБ =0), Меэ=121 кВт, III п., АКП «Лидер-4».

Литература

1. Селиванов, Н.И. Показатели технологических свойств тракторов / Н.И. Селиванов, Н.В. Кузьмин // Вестн. КрасГАУ. - 2007. - Вып.1. - С. 142-246.

2. Селиванов, Н.И. Агрегатируемость гусеничного трактора с почвообрабатывающими машинами / Н.И. Селиванов, Н.В. Кузьмин // Вестн. КрасГАУ. - 2007. - Вып. 3. - С. 189-193.

---------♦'----------

УДК 621. 867 И.В. Паневин

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПОТЕРЬ ДАВЛЕНИЯ ПРИ ПНЕВМОТРАНСПОРТИРОВАНИИ ПОРОШКООБРАЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ ВЫСОКОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ

В статье приводятся результаты исследования разработки общей методики расчета потерь давления при пневмотранспортировании порошкообразных материалов с высокой концентрацией.

Широкому практическому применению пневматического транспорта порошкообразных материалов с высокой массовой концентрацией твердой фазы препятствует отсутствие надежной методики расчета основных его параметров, важнейшим из которых является сопротивление пневмотрассы. Поскольку в системах промышленного пневмотранспорта подавляющую часть трасс составляют горизонтальные участки, то и расчет потерь давления на этих участках (АР) является определяющим.

В результате исследований накоплено большое количество расчетных уравнений для определения (АР), которые могут быть разделены на две большие группы. К первой группе относятся чисто эмпирические уравнения, полученные для конкретных порошкообразных материалов. В состав этих уравнений обычно входят несколько коэффициентов, задаваемых часто в виде графиков или номограмм. Ко второй группе относятся зависимости, полученные на основе различных преобразований уравнения Дарси-Вейсбаха. Они состоят в том, что в уравнение вводятся такие параметры, как коэффициент сопротивления при движении смеси (^см ) , плотность смеси (рсм) или воздуха (р), скорость смеси (исм) или воздуха (и).

Для разработки методики расчета параметров транспортирования по этим уравнениям исследуют Лсм и истинную объемную концентрацию р, через которую выражаются рсм и исм, на пилотной установке.

Первым существенным недостатком зависимостей для определения (АР) является то, что они справедливы лишь для конкретной конструкции загрузочного устройства (камерного питателя). Вторым недостатком таких зависимостей является то, что они применимы только для конкретных материалов. Поэтому рассматриваемые зависимости не позволяют получить обобщенного уравнения для определения (АР), на основе которого может быть разработана единая методика расчета пневмотранспортных установок.