Влияние переменных внешних факторов на производительность машинно-тракторных агрегатов

УДК 631.3.004.67 С.Ю. Журавлев

ВЛИЯНИЕ ПЕРЕМЕННЫХ ВНЕШНИХ ФАКТОРОВ НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ МАШИННО-ТРАКТОРНЫХ АГРЕГАТОВ

В статье представлены результаты исследований по совершенствованию математических моделей оценки влияния колебаний внешней нагрузки на производительность машинно-тракторных агрегатов с трактором, оснащенным двигателем постоянной мощности. Получены аналитические зависимости для расчета математических ожиданий производительности мобильных агрегатов, работающих в условиях переменных в вероятностно-статистическом смысле внешних воздействий.

Ключевые слова: производительность, внешние факторы, математическое ожидание, машиннотракторный агрегат, трактор, двигатель постоянной мощности.

S.Yu. Zhuravlyov VARIABLE EXTERNAL FACTOR INFLUENCE ON THE MACHINE-TRACTOR UNIT PRODUCTIVITY

The research results on perfection of the mathematical models for estimation of the external loading fluctuation influence on productivity of the machine-tractor units with a tractor equipped with the engine of constant capacity are given in the article. Analytical dependences for calculation of the expectation value of the mobile unit productivity working in the conditions of variables in random and statistic kind of the external influences are received.

Key words: productivity, external factors, expectation value, machine-tractor unit, tractor, engine of constant capacity.

Введение. Одним из основных технико-экономических показателей машинно-тракторного агрегата (МТА) является производительность. Фактическая производительность Жсм агрегата, работающего под воздействием вероятностного характера внешней нагрузки, отличается от его теоретической производительности . Величина снижения производительности зависит от значений коэффициента вариации внешней нагрузки [1-3].

Для установления степени влияния на технико-экономические показатели МТА различных факторов могут быть использованы как экспериментальные, так и теоретические методы исследований. Теоретические методы являются менее затратными и позволяют с большой эффективностью решать поставленные перед ними задачи. Кроме того, они опираются на применение современной высокоэффективной вычислительной техники и соответствующих программных продуктов, основывающихся на использовании математических моделей сложных систем.

Разработка новых и совершенствование существующих теоретических методов оценки влияния вероятностных внешних факторов на показатели работы МТА являются актуальными задачами в научнопрактическом смысле.

Цель исследований. Совершенствование расчетной методики оценки степени влияния переменных внешних воздействий на производительность МТА.

Задачи исследований:

1. Обосновать возможность использования основных положений существующих методов оценки влияния переменных внешних факторов на выходные параметры МТА с учетом особенностей двигателя, имеющего режим постоянной мощности.

2. Разработать рекомендации по усовершенствованию методики оценки влияния переменных внешних воздействий на производительность МТА с трактором, оснащенным двигателем постоянной мощности (ДПМ).

Результаты исследований и их обсуждение. При определении закономерностей влияния переменных входных случайных величин на выходные показатели МТА предпочтительно использовать вероятностно-статистический метод (метод функций случайных аргументов), разработанный в трудах Л.Е. Агеева [1-2] и в работах, выполненных под его руководством и являющихся усовершенствованием метода функций случайных аргументов. Эти усовершенствования коснулись, в частности, МТА, в состав которых входят тракторы с ДПМ [4].

Двигатели этого типа получили широкое распространение в последние 15-20 лет и устанавливаются как на отечественные сельскохозяйственные тракторы, так и на тракторы, которые предлагают различные иностранные фирмы-производители данной техники.

Наличие режима постоянной мощности у стендовых характеристик ДПМ в значительной степени снижает негативное влияние на показатели МТА вероятностной нагрузки. Однако при выполнении технологических операций по основной обработке почвы степень колебаний внешних воздействий на агрегаты такова, что потери мощности и производительности неизбежны, несмотря на использование современных технических решений при разработке двигателей и их систем.

Схематично зависимость производительности МТА с трактором, оснащенным ДПМ, от воздействия различных переменных факторов представлена на рис. 1-2.

Рис. 1. Зависимость производительности агрегата от величины крутящего момента на коленчатом валу двигателя: Шч - часовая производительность агрегата, га/ч; М(Жч) - математическое ожидание часовой производительности, га/ч; М к - крутящий момент на валу двигателя, Нм;

Мн - номинальный крутящий момент, Нм; МП - предельный крутящий момент, Нм;

М1ШХ - максимальный крутящий момент, Н-м; <р(М к) - плотность распределения вероятностей

крутящего момента

Математическое ожидание часовой производительности МТА, представленной на рис. 1, определяем следующим образом [2]:

М(ШЧ) = СП,1

где М (Жч) - математическое ожидание производительности агрегата, га/ч;

СШ1 = 0,36г/ТтК~1 ]

?)т - тяговый КПД трактора;

г - степень использования времени работы агрегата, кН/м;

М (Ые) - математическое ожидание эффективной мощности двигателя, кВт.

Математическое ожидание эффективной мощности ДПМ в выражении (1) находим с помощью формулы

М(Nе) = fMky 9550'

0,5^ Мк +b Ml +Ъ ah j- 4гМк +ЪХМ1 +6j ah +

4 — — 2 > _ —

_+ \2Мк + Ъ2Мк + b2a2M^(tn)-aM{hx (p(tH)Mk +b2(p(tn)Mk}

где М к - текущее среднее значение крутящего момента, Н^м;

/ (н 2 / ^

0(tH) - Qnj2 Je 72dt - функция Лапласа для Y = fid A-J

О

cp(tH)= ^n'j'2 exp ( 0,5t2H - плотность распределения аргумента f«;

~>i/ tnr -f2/ "

0{tn) = ^nj2 je 72dt - функция Лапласа для Y = f ^4K j

0

cp{tn) = ~У2 exp ( 0,5t2n - плотность распределения аргумента tn;

M„

cr,

tn '

Mn

cr,

М ^ М

ам -стандарт крутящего момента, Н'м;

МН - номинальное значение крутящего момента, Н^м;

Мп - предельное значение крутящего момента, Н^м;

а , Ъ ,а , Ъ ,а2 Ъ2 - расчетные коэффициенты, определяемые при аппроксимации характеристики двигателя в зависимости от крутящего момента на коленчатом валу (табл. 1) [4].

Таблица 1

Коэффициенты для расчета математических ожиданий частоты вращения и эффективной мощности

двигателя постоянной мощности

Коэффициент Расчетная формула

Ai nx

А2 Пн + ([ Пн - Пп] I ( К2 - i)}

Аз Пп + (( Пп - nm,n) I ( К1 - i)}

Bi - (nx - Пн ) I Мн

В2 -

Вз -

a Ai + Аз

ai Ai - А2

a2 А2 - Аз

b Bi + Bз

bi Bi - B2

b2 B2 - Bз

пх , пн , пп , Птіп - соответственно частота вращения вала двигателя: холостого хода, при номинальном моменте, при предельном моменте и при максимальном моменте мин-1; Кі = Мтах / МП; К2 = Мп / Мн .

Рис. 2. Зависимость производительности агрегата от величины силы тяги на крюке трактора:

- часовая производительность агрегата, га/ч; М(Жч) - математическое ожидание часовой производительности, га/ч; Р№ - сила тяги на крюке трактора, кН; Р№Н - номинальная сила тяги, кН; Р^п - сила тяги, соответствующая максимальной тяговой мощности, кН; РЖшах - сила тяги,

соответствующая максимальному крутящему моменту, кН; (р(Мк) - плотность распределения

вероятностей силы тяги на крюке

Для расчета математических ожиданий часовой производительности МТА в зависимости от переменной силы тяги трактора (рис. 2) используется следующее выражение [2]:

М(1¥ч) = СШ2 У(Ы№)~_

где М (Жч) - математическое ожидание производительности агрегата, га/ч;

С1Г2=0,36тК-а1'

М() - математическое ожидание тяговой мощности, кВт.

Математическое ожидание тяговой мощности в выражении (3) находим следующим образом: 0,5 ^ Ркр + Ъ Ркр + Ъ &р ^ ^ Ркр + Ъх Ркр + Ъх Ср %{(3Н) +

\2РкР +Ь2РкР + Ъ2Ор

М (N кр ) = fP^y

_+ \2Ркр +Ь2Ркр +Ь2(7р 3П)-ар{Ьх(р{/Зн)Ркр +Ь2(р{(Зп)Ркр} ^ Ч _рV

где ф(рп)= %л J2 е 2 <Л(5 - функция Лапласа для аргумента /Зп; о

^1 /:; _р1/

Ф((3Н) = ^2 \е 2 (1/3 - функция Лапласа для аргумента /3»;

о

ф(/Зп) = у2 ехр ( 0,5/?^ - плотность распределения аргумента /Зп;

2i0

cp{f5H) = 2 exp (o,5p2H - плотность распределения аргумента /3н,

Ркр - текущее среднее значение силы тяги, кН; сгр - стандарт силы тяги трактора;

а _ Ркр.п ~ Ркр n _ Prp.h ~ Ркр Рп ~ > Рн ~

(У р (Ур

а,Ь[,а ,Ь°,а2,Ь°2- расчетные коэффициенты, определяемые при аппроксимации тяговой характеристики трактора (табл. 2);

Ркр.п - значение силы тяги трактора на данной передаче, соответствующее предельному крутящему моменту, кН;

Ркр н - номинальное значение силы тяги трактора на данной передаче, кН.

Таблица 2

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

Коэффициент Расчетная формула

Vpx

Л2 Vp.h + ([ Vp.h - Vp.n] / (K2 - 1)}

А з Vp.n + ((Vp.h - Vp ™) / (K1 - 1)}

*1 -(Vpx - Vp.h) / Ркр.п

в2 -

к -

a Al+Aj

йі Ai-A2

Й 2 з -з a5-a3

Ъ' El+Sl

ь[ 3 -3 B]~B2

Ь- -3 -3 B2~B3

Vp.x , V™, Ур.п, Ур.тт - скорость движения трактора соответственно холостого хода, номинальная, при Ркр.п и при РкР.тах, км/ч; К = Ркр.тах / Ркр.п; К2 = Ркр.п / Ркр.н; Ркр.тах - сила тяги трактора, соответствующая максимальному крутящему моменту, кН

Выводы

1. В статье рассмотрен подход к совершенствованию теоретической методики оценки влияния переменных внешних факторов на производительность мобильных агрегатов с использованием математических моделей сложных систем.

2. Предложенные аналитические зависимости позволят наиболее полно устанавливать влияние переменных входных величин на производительность агрегатов с целью повышения эффективности функционирования МТА на основе тракторов, оснащенных двигателем постоянной мощности.

Литература

1. Агеев Л.Е., Шкрабак В.С., Моргулис-Якушев В.Ю. Сверхмощные тракторы сельскохозяйственного назначения. - Л.: Агропормиздат. Ленингр. отд-ние, 1986. - 415 с.

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

3. Лурье А.Б. Статистическая динамика сельскохозяйственных агрегатов. - Л.: Колос, 1970. - 376 с.

4. Эвиев В.А. Методология повышения эффективности функционирования тяговых и тягово-приводных агрегатов за счет оптимизации эксплуатационных режимов: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. - СПб.; Пушкин, 2005. - 32 с.

УДК 629.114.2 Н.И. Селиванов

ПОКАЗАТЕЛИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТРАКТОРОВ «КИРОВЕЦ»

В статье дана сравнительная оценка эффективности тракторов «Кировец», позволившая обосновать их рациональные массоэнергетические параметры и режимы использования на операциях основной обработки почвы.

Ключевые слова: обработка почвы, производительность, режимы работы, удельные энергозатраты, эксплуатационные параметры.

N.I. Selivanov INDICATORS OF THE TRACTORS «KIROVETS» USE EFFICIENCY

Comparative estimation of the tractor "Kirovets" efficiency which allowed to prove their rational mass and energy parameters and operating modes on the operations of primary soil cultivation is given in the article.

Key words: soil cultivation, efficiency, operating modes, specific power inputs, operational parameters.

Введение. По условиям работы сельскохозяйственных агрегатов районы Красноярского края относятся к 9-й почвенно-климатической зоне, которая характеризуется удельным сопротивлением почвы (плуга) 59-65 кН/м2, средним классом длины гона 600-1000 м и размером полей от 30 до 150 га. При этом поля с длиной гона более 1000 м и площадью свыше 140 га составляют 53,4 %. Обобщенные поправочные коэффициенты, учитывающие угол склона, сложность конфигурации, изрезанность полей препятствиями и прочее, принимаются для почвообрабатывающих (пахотных) и других (непахотных) работ, равными соответственно 0,92 и 0,95 [1].

Ресурсосберегающие и минимальные технологии возделывания зерновых с применением широкозахватных комбинированных почвообрабатывающих посевных агрегатов внедрены на более чем 60 % посевной площади. Качественный состав тракторного парка предопределен системой технического обеспечения зональных технологий в отрасли растениеводства. Тракторы «Кировец» при этом составляют около 17 % от общего количества и выполняют более 37 % годового объема механизированных работ [2].

Широкое внедрение современных ресурсосберегающих технологий возделывания зерновых невозможно без эффективного использования нового поколения отечественных тракторов «Кировец» 5-8 классов в составе почвообрабатывающих и посевных агрегатов.

Цель исследований. Оценка показателей эффективности тракторов «Кировец» для рационального использования на основной обработке почвы.