2.2.4. Комплектование машинно-тракторных агрегатов

Эффективность функционирования системы механизации полевых сельскохозяйственных работ в значительной степени определяется уровнем использования МТА.

Под комплектованием МТА подразумевается научно обосно­ванный процесс выбора (для выполнения данной операции) сос­тава агрегата (энергомашины, числа рабочих машин, сцепки) и рабочей скорости в соответствии с предъявляемыми требовани­ями. В научной литературе такой процесс называют еще агрега­тированием, подразумевая при этом и конструкторское решение задач комплектования машинно-тракторных агрегатов.

Важнейшее принципиальное отличие МТА от машинных аг­регатов других типов заключается в том, что технологический процесс выполняется путем перемещения всего агрегата по полю или непосредственно по обрабатываемому материалу. Поскольку при этом должны соблюдаться технологические и другие требо­вания, то МТА можно отнести к разряду наиболее сложных тех­нических систем.

При комплектовании МТА должны учитываться следующие важнейшие требования: высокое качество технологического про­цесса; максимальная производительность при минимальных удельных затратах ресурсов (трудовых, топливно-энергетичес­ких, финансовых, материальных) в расчете на единицу работы или урожая; наименьшее отрицательное воздействие на окружа­ющую среду; обеспечение условий для длительного высокопро­изводительного труда человека на агрегате без ущерба здоровью; надежность и т. д.

Удовлетворение всех указанных (часто противоречивых) тре­бований возможно только при комплексном решении задач ком­плектования МТА как на стадии конструирования, так и непо­средственно в условиях эксплуатации в хозяйствах. Практически мобильные энергетические средства и рабочие машины должны проектироваться одновременно в составе основных вариантов агрегатов и целых технологических комплексов применительно к наиболее вероятным природно-производственным условиям. Только на основании системного подхода можно добиться максимальной эффективности от использования агрегатов.

Изложенные выше разнообразные требования к МТА могут быть удовлетворены только на основе многоуровневого систем­ного подхода. При этом на каждом уровне или этапе в соот­ветствии с критерием (целью) оптимизации составляется само­стоятельная математическая модель, по которой определяются оптимальные параметры и режимы работы, необходимые для комплектования агрегата.

Основные задачи комплектования агрегатов на базе име­ющейся в хозяйствах техники сводятся к выбору состава и ско­ростного режима и соответственно решаются на двух уровнях.

На первом уровне (этапе) в зависимости от природно-производственных условий выполнения операции (длина гона, размер поля, среднее удельное сопротивление рабочих машин данного типа и др.) выбирают трактор или другую энергомашину, удов­летворяющую требованиям ресурсосбережения, высокой произ­водительности, охраны окружающей среды и т. д.

На втором уровне (этапе) для выбранной энергомашины по соответствующему критерию ресурсосбережения рассчитывают оптимальные значения рабочей скорости и ширины захвата аг­регата с последующим выбором числа машин и сцепки. Для тракторных транспортных агрегатов вместо ширины захвата оп­ределяют массу перевозимого груза и число прицепов.

Для решения задач первого уровня по выбору энергомашины в качестве критериев оптимальности необходимо определять производительность и соответствующие эксплуатационные зат­раты. Проблемы второго уровня практически сводятся к опти­мизации режима рабочего хода агрегата.

Тягово-приводные МТА в основном одномашинные и рабо­тают на сравнительно невысоких скоростях. В связи с этим мож­но пренебречь влиянием скорости на тяговое сопротивление большинства тягово-приводных рабочих машин. Часто можно пренебречь также догрузкой ходовой части энергомашины частью силы тяжести (веса) рабочих машин.

При указанных упрощениях баланс мощности примет вид:

,

где .

Тогда получаем формулу для определения буксования:

,

где (знак «+» при подъеме и наоборот).

В процессе работы МТА совершает сложное движение относительно как неподвижных, так и подвижных осей, связанных самим агрегатом. Общее исследование этого движения — сложная задача, которая не входит в программу курса ЭМТП. В данной случае ставится лишь задача упрощенного учета динамических свойств МТА при обосновании состава и режимов его работы.

При этом анализируется лишь прямолинейный рабочий xoд агрегата, принимаемый в условиях неровного рельефа как плоскопараллельное движение. Для простоты анализа рассматривается частный случай работы МТА в условиях ровного рельефа или постоянного угла склона, когда движение агрегата можно представить как поступательное.

Упрощенная схема движения агрегата в ограниченном nepиоде времени представлена на рисунке 2.

На отрезке времени агрегат разгоняется до рабочей скорости. Затем за периодосуществляется установившийся рабочий ход со средней скоростью. В конце гона в течениисовершается холостой поворот со скоростью(чаще).

Указанные режимы работы могут многократно повторяться, а затем происходит торможение МТА в течение .

Рисунок 2 . Схема движения агрегатов в процессе работы

Возможность разгона МТА определяют на основе уравнения движения, которое в упрощенной форме имеет вид:

,

где - приведенная масса агрегата, кг;- суммарное тяговое сопротивление агрегата, Н.

При эксплуатационных расчетах часто определяют силу инерции агрегата .

Тогда уравнение примет следующий вид:

,

Знак «+» перед силой инерции соответствует разгону и наоборот.

Если и, то при неустановившемся режиме движения:

.

Зависимость позволяет при необходимости уточнить ранее полученные результаты комплектования агрегатов с учетом их динамических свойств. Могут быть обоснованы также оптимальные режимы разгона и торможения агрегата. При этом в зависимости от решаемых задач динамики МТА могут иметь место различные критерии оптимальности, связанные с уменьшением расхода топлива и потерь времени.

Вопросы для самопроверки

1. Какими основными особенностями характеризуются условия работы

МТА?

2. Какие основные требования предъявляются к МТА?

3. Какой режим работы оптимизируется при комплектовании агрегатов?

4. Перечислите основ­ные критерии ресурсосбережения, используемые при

комплектовании агрегатов.

5. Какие условия связи и ограничения следует учитывать при

комплектовании агрегатов?

6. Может ли буксование трактора при минимальных энергозатратах агрегата

превышать допустимые пределы?

7. В каких частных случаях можно аналитически определить оптимальную

скорость и ширину захвата МТА?

8. В каких случаях совпадают результаты оптимизации состава и рабочей

скорос­ти МТА по минимуму удельных энергозатрат и по максимуму

тягового КПД трактора?

9. Каково соотношение между оптимальными скоростями МТА по минимуму

энергозатрат и по максимуму тягового КПД трактора?

10. Как изменя­ются оптимальные скорости МТА и минимальные удельные

энергозатраты при росте энергонасыщенности тракторов?

11. Как можно обеспечить экономию топлива, если при заданной ширине

захвата рабочая скорость МТА не может быть увеличена с целью полной

загрузки двигателя из-за агротехнических огра­ничений?

12. Какие передачи трактора на тяговой характеристике примерно

со­ответствуют минимуму удельных энергозатрат?

13. Изобразите графически схему расчета агрегатов, взаимосвязанных по

общей оптимальной ширине захвата.

14. С помощью каких устройств, устанавливаемых на тракторе, можно

изменять оптимальные значения ширины захвата и рабочей скорости

агрегата?

15. Как повлияет использование балластных грузов на оптимальные значения

скорости и ширины захвата агрегата?

16. Какие дополнительные данные по оп­тимизации состава и скоростного

режима МТА можно получить на основе урав­нения движения агрегата?

17. Как влияет сила инерции МТА на его способность преодолевать кратко

временные перегрузки?

18. Чем отличаются тяговые балансы трактора при установившемся и

неустановившемся движениях?