Оценка тягово-энергетических показателей посевного почвообрабатывающего машинно-тракторного агрегата методом контрольного динамометрирования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оценка тягово-энергетических показателей посевного почвообрабатывающего машинно-тракторного агрегата методом контрольного динамометрирования

Повышение выходных эксплуатационных показателей работы энергоемких машинно-тракторных агрегатов путем научного обоснования их рационального состава, выбора нагрузочных и скоростных режимов работы возможна только при наличии данных, полученных в ходе проведения экспериментальных исследований.

Наиболее точно тягово-энергетические показатели работы сельскохозяйственных машинно-тракторных агрегатов при выполнении технологических операций определяются при проведении тяговых испытаний и контрольного динамометрирования в полевых условиях.

Измерение и регистрация основных параметров энергетической оценки работы МТА на выполнении технологических операций позволит выработать рекомендации по наиболее рациональному и экономичному выбору режимов движения машинно-тракторных агрегатов применительно к конкретным природно-производственным условиям [1-4].

Цель исследования - получение исходных данных для оценки энергетических показателей опытного образца посевного комплекса производства ООО «Агро» (рис. 1).

Задачи исследования.

1. Провести контрольное динамометрирование посевного почвообрабатывающего комплекса (далее - посевной комплекс).

2. Определить статистические оценки для основных тягово-энергетических показателей МТА и трактора.

3. Выявить влияние скоростных и нагрузочных режимов работы МТА на статистику изменения тягового сопротивления сельскохозяйственной машины и агротехнические показатели трактора.

4. Сделать выводы по основным показателям энергетической оценки посевного почвообрабатывающего комплекса.

Рис. 1. Посевной почвообрабатывающий комплекс ПК-12,2 «Кузбасс-Т», оснащенный бункером П-250, в агрегате с трактором Case IH Stieger STX-435

Полевые испытания МТА были проведены на полях предприятия КФХ «Куприянов А.А.» Тисульского района Кемеровской области.

Для проведения энергетической оценки использовалось контрольно-измерительное и регистрирующее оборудование производства Новокубанский филиал ФГБНУ «Росинформагротех» (КубНИИТиМ), которое включает в себя измерительную информационную систему СИ-302 с устройством согласования МС-5, модулем беспроводной связи МР-1 (рис. 2) и комплектом первичных преобразователей сигнала (датчиков) [5].

Комплект первичных преобразователей сигнала включал в себя (рис. 3):

- датчик тензорезисторный для измерения тягового усилия К-Р-20Г-20-С1 (до 20 т);

- датчики оборотов ведущих колес трактора ИП-268;

- датчик пройденного пути ИП-266.

При проведении опытов регистрировались и измерялись следующие эксплуатационные показатели [6]:

- тяговое сопротивление сельскохозяйственной машины (усилие на крюке трактора) ();

- рабочая скорость движения();

- буксование ведущих колес трактора ().

а

б

Рис. 2. Измерительная информационная система СИ-302: а - общий вид блока СИ-302 с устройством согласования МС-5; б - вид на панель МС-5 с разъемами для подключения первичных преобразователей сигнала

а б

в

Рис. 3. Общий вид датчиков, установленных на агрегат: а - датчик тензорезисторный для измерения тягового усилия К-Р-20Г-20-С1, б - датчик пройденного пути ИП-266, в - датчик оборотов ведущих колес трактора ИП-268

При проведении опытов регистрировались и измерялись следующие эксплуатационные показатели [6]:

- тяговое сопротивление сельскохозяйственной машины (усилие на крюке трактора) ();

- рабочая скорость движения();

- буксование ведущих колес трактора ().

Методика проведения измерений соответствовала требованиям ГОСТ Р 52777-2007 «Техника сельскохозяйственная. Методы энергетической оценки» [6], ГОСТ 7057-2001 «Тракторы сельскохозяйственные. Методы испытаний» [7], ГОСТ 30745-2001 «Тракторы сельскохозяйственные. Определение тяговых показателей» [8].

Для возможности установки контрольно-измерительной аппаратуры и датчиков на машинно-тракторный агрегат были специально разработаны и изготовлены комплекты оснастки и приспособлений, позволяющие надежно фиксировать датчики на время проведения измерения, а также оперативно менять их положение в зависимости от конструктивных особенностей и компоновки конкретного трактора, работающего в составе МТА (рис. 4) [5].

а

б

Рис. 4. Общий вид приспособлений для установки датчиков на агрегат: а - для установки датчиков оборотов ведущих колес трактора, б - для установки тягового тензозвена на полунавесной бункер АВС

Программа экспериментальных исследований включала в себя проведение контрольного динамометрирования посевного комплекса в составе МТА для установления влияния рабочей скорости движения на тяговое сопротивление и динамику его изменения, а также влияния тяговой нагрузки на крюке трактора на буксование его движителей.

Реализация опытов осуществлялась в виде отдельных блочных планов, где в качестве варьируемого фактора рассматривалась рабочая скорость движения агрегата.

Испытания агрегата проводились в следующих условиях: агрофон - стерня зерновых нормальной влажности, осенняя обработка - отсутствует, тип и механический состав почвы - темно-серая лесная среднесуглинистая, средняя длина гона - 793,7 м, глубина высева семян - 4 см, глубина внесения удобрений - 7 см [9]. Динамометрирование посевного комплекса осуществлялось при движении агрегата в пределах диапазона агротехнически допустимых рабочих скоростей (8-13 км/ч) [10].

Данные, полученные по результатам измерений, обрабатывались на ПЭВМ с использованием прикладных программных пакетов математической обработки данных Statistica и MS Excel с целью получения статистических оценочных характеристик измеряемых эксплуатационных показателей [11, 12]: математического ожидания М(х), максимального х_max и минимального х_min значений, среднего квадратического отклонения у(х) и коэффициента вариации н(х) (табл. 1).

Таблица 1. Описательная статистика эксплуатационных показателей, определяемых в ходе динамометрирования

Обработка опытных данных позволила получить высокозначимое уравнение связи среднего тягового усилия на крюке трактора (тягового сопротивления агрегата) (Р, кН) с рабочей скоростью движения (Vp , м/с) (рис. 5).

P=34,15+3,98 Vp ²,R=0,68 (1)

После преобразования уравнения для среднего удельного тягового сопротивления агрегата (k, кН/м) имеем следующую зависимость:

K=2,79+0,33 Vp ² (2)

На основании полученных уравнений регрессии определяем приведенные к эталонной скорости (V₀ = 1,39 м/с = 5 км/ч) значения коэффициента пропорциональности е₀, тягового Р₀ и удельного тягового сопротивления агрегата k₀, а также описательную статистику их изменения (табл. 2).

Рис. 5. Зависимость средней рабочей скорости движения агрегата и буксования движителей трактора от тягового сопротивления агрегата Case IH Stieger STX-435+ПК-12,2 «Кузбасс-Т»

Таблица 2. Описательная статистика приведенных энергетических показателей агрегата Case IH Stieger STX-435+ПК-12,2 «Кузбасс-Т»

Для определения влияния условий эксплуатации посевного агрегата на его энергетические показатели в ходе испытаний отдельно определялись характеристики тягового сопротивления бункера автономной высевающей системы (далее - АВС) посевного комплекса. В составе посевного комплекса работал трехсекционный полунавесной бункер АВС П-250 общим объемом 13,8 м³. Испытания проводились на двух агрофонах - стерне зерновых культур и культивированном поле.

Для исключения влияния динамики веса бункера АВС на тяговое сопротивление посевного комплекса при испытаниях бункер не был загружен технологическим материалом.

Результаты динамометрирования бункера АВС П-250 на различных агрофонах представлены на рис. 6.

Рис. 6. Зависимость средних показателей динамометрирования бункера АВС П-250 в агрегате с трактором Case IH Stieger STX-435 от типа агрофона

По результатам динамометрирования бункера посевного комплекса установлены средние значения его энергетических показателей и характеристика агрофона - через коэффициент сопротивления перекатыванию колес агрегата f (трактора и бункера АВС). Описательная статистика энергетических показателей бункера АВС П-250 приведена в таблице 3.

Таблица 3. Описательная статистика энергетических показателей бункера АВС П-250 и характеристика агрофона

Поскольку по результатам исследований [1-4] не установлено наличия зависимости между тяговым сопротивлением бункера АВС посевного комплекса и скоростью его движения, приведенные значения энергетических показателей в данном случае не определялись.

Определение средних энергетических показателей бункера АВС П-250 (табл. 3) позволило оценить аналогичные показатели посевного почвообрабатывающего орудия ПК-12,2 «Кузбасс-Т» и установить между его тяговым сопротивлением (P_по, кН), удельным тяговым сопротивлением (k_по, кН/м) и рабочей скоростью движения (Vp , м/с) высокозначимые функциональные связи следующего вида:

P_по=30,31+3,98Vp ², R=0,68; (3)

k_по=2,49+0,33Vp ² (4)

На основании анализа уравнений регрессии получены cредние значения приведенных (к V₀=1,39 м/с) энергетических показателей посевного почвообрабатывающего орудия ПК-12,2 «Кузбасс-Т», представленные в таблице 4.

Таблица 4. Описательная статистика приведенных энергетических показателей почвообрабатывающего посевного орудия ПК-12,2 «Кузбасс-Т»

Выводы

1. Среднее значение тягового сопротивления агрегата составило 61,18 кН при средней скорости движения 2,6 м/с (9,34 км/ч), изменяясь в пределах исследуемого скоростного диапазона 2,2-3,1 м/с (7,97-11,3 км/ч) от 48,8 до 76,1 кН. Значения буксования ведущих колес трактора находились в пределах 8,2-15,1 %, в среднем не превышая значения 10,9%. Таким образом, испытываемый агрегат при работе в пределах диапазона агротехнически допустимых рабочих скоростей (8-13 км/ч) обеспечивает выполнение агротехнических требований по буксованию ведущих колес трактора колесной компоновки 4К4б (12% [8]).

2. Среднее тяговое сопротивление бункера АВС П-250 при движении по культивированному полю составило 4,79 кН, что на 21,3% (1,02 кН) выше аналогичного показателя (3,77 кН) при испытаниях на стерне зерновых. Среднее значение буксования ведущих колес трактора при движении по стерне составило 7,7% и по культивированному полю - 10,5%. Расчетные средние значения коэффициентов сопротивления перекатыванию колес бункера составили: 0,082 - для стерни зерновых, 0,105 - для культивированного поля.

3. Приведенные (к V₀=1,39 м/c) значения удельного тягового сопротивления составили: для посевного почвообрабатывающего орудия - 3,12 кН/м и для агрегата в целом - 3,43 кН/м. Значения коэффициентов пропорциональности - 0,095 и 0,105 с²/м², соответственно. Вариация тягового сопротивления агрегата составила 9,01%, посевного орудия - 9,6%. Разница в коэффициентах прироста тягового сопротивления и его вариации объясняется частичной стабилизацией колебаний тягового сопротивления агрегата за счет сопротивления перекатыванию бункера АВС.

4. Поскольку догрузка весом бункера ходовой части трактора не выполнялась и бункер испытывался в прицепном варианте, приведенные выше данные по энергетической оценке бункера П-250 справедливы только для указанных условий испытаний. Очевидно, что использование бункера в составе посевного агрегата в реальных условиях эксплуатации (в полунавесном варианте) обеспечит более полную реализацию тягово-сцепных показателей трактора и повышение эксплуатационных и технико-экономических показателей агрегата.

5. Результаты, полученные методом контрольного динамометрирования в ходе проведения полевых испытаний, могут быть использованы в качестве исходных данных для математического моделирования процессов функционирования агрегата и позволят решать задачи по оптимизации параметров и режимов работы МТА по установленным критериям эффективности, а также прогнозировать его технико-экономические показатели.

Список использованных источников

посевной тракторный агрегат почвообрабатывающий

1. Бережнов Н.Н. Обоснование рациональной компоновки и режимов работы энергонасыщенных почвообрабатывающих посевных комплексов. Автореф. дисс… канд. техн. наук: 05.20.01. - Барнаул. - 2007. - 22 с.

2. Красовских В.С., Бережнов Н.Н. Результаты исследования почвообрабатывающего посевного тягово-транспортного агрегата // Вестник АГАУ. - Барнаул: АГАУ. - 2007, №4 (30). - С. 57-62.

3. Красовских В.С., Бережнов Н.Н., Рыкова Ю.В. Повышение эффективности использования комбинированных посевных агрегатов за счёт оптимизации их компоновочных решений // Вестник АГАУ. - 2013, № 3(101). - С. 99-102.

4. Красовских В.С. Повышение эффективности функционирования тяговых агрегатов за счёт оптимизации параметров и эксплуатационных режимов работы в степных и лесостепных районах Западной Сибири: автореф. дисс... докт. техн. наук. - Санкт-Петербург. - 1991. - 37 с.

5. Видикер А.А., Бережнов Н.Н. Адаптация аппаратных средств измерительно-информационного комплекса для проведения контрольного динамометрирования энергонасыщенных МТА // Материалы VIII региональной научно-практической конференции студентов и аспирантов, посвященной 80-летию НГАУ-НСХИ (10-11 ноября 2016 г.). Новосиб. гос. аграр. ун-т. Инженер. ин-т. - Новосибирск. - 2016. - С. 52-58.

6. ГОСТ Р 52777-2007. Техника сельскохозяйственная. Методы энергетической оценки. - Введен впервые. - Введ. 01.07.08. - М.: Стандартинформ. - 2008. - 11 с.

7. ГОСТ 7057-2001 [ИСО 789-9-89]. Тракторы сельскохозяйственные. Методы испытаний. - Взамен ГОСТ 7057-81. Введ. 01.01.03. - Минск: Издательство стандартов. - 2002. - 12 с.

8. ГОСТ 30745-2001 [ИСО 789-9-90]. Тракторы сельскохозяйственные. Определение тяговых показателей. - Введен впервые. - Введ. 01.01.03. - Минск: Издательство стандартов. - 2002. - 11 с.

9. ГОСТ 20915-75 [СТ СЭВ 5630-86]. Сельскохозяйственная техника. Методы определения условий испытаний. - Введен впервые. - Введ. 01.01.77. - М.: Издательство стандартов. - 1975. - 34 с. (изменение №1 от 01.01.88) (снято ограничение срока действия ИУС №10 1991 г.).

10. Посевной комплекс ПК-6,1; 8,5; ПК-9,7; ПК-12,2 «Кузбасс». Инструкция по сборке и эксплуатации. Каталог деталей и сборочных единиц. - Кемерово: Кузбассвузиздат. - 2009. - 127 с.

11. Лихачев В.С. Испытания тракторов. Пособие для вузов. - М.: Машиностроение. - 1972. - 288 с.

12. Лурье А.Б. Статистическая динамика сельскохозяйственных агрегатов. - М.: Колос. - 1981. - 382 с.

Размещено на Allbest.ru