Навигация
Выбор оптимальных режимов МТА на базе тракторов тягово-энергетической концепции
55269
знаков
3
таблицы
3
изображения
1.2 Выбор оптимальных режимов МТА на базе тракторов тягово-энергетической концепции
В качестве объекта моделирования принят тягово-приводной агрегат, частным случаем которого является тяговый МТА, у которого нагрузка на валу отбора мощности трактора равна нулю, а мощность двигателя расходуется только лишь на тяговый процесс.
Основой для разработки тягового и энергетического баланса машинно-тракторного агрегата является тяговая характеристика трактора. Поэтому вопрос достоверности показателей теоретической тяговой характеристики и соответствия их тем показателям, которые трактор тягово-энергетической концепции будет развивать в поле при работе с сельскохозяйственной машиной, является важным. Еще В.Н. Болтинский показал, что в реальных условиях эксплуатации тракторный двигатель развивает более низкие показатели вследствие переменной нагрузки, действующей на него, по сравнению с показателями, получаемыми при действии постоянной нагрузкой. Авторами, при моделировании, было получено снижение мощности, из-за нелинейности регуляторной характеристики. Снижение мощности объясняется уменьшением количества рабочих циклов, за счет снижения частоты вращения двигателя. Происходит "расслоение" характеристики, которое заключается в том, что одному и тому же значению крутящего момента двигателя соответствуют разные значения угловой скорости коленчатого вала. Это снижение мощности не зависит от того, будут или нет физические потери энергии, вызванные изменением условий осуществления процессов в системе вследствие ее колебаний (ухудшение теплового процесса двигателя, рассогласование в САР и т. д.). Наличие таких потерь необходимо учитывать дополнительно.
Для формированная тягово-динамической характеристикой трактора, при обосновании оптимальных режимов тягово-приводных МТА, авторами использовалась динамическая регуляторная характеристика (расслоенная регуляторная характеристика двигателя).
Расчет тягового КПД трактора при переменной нагрузке отличался от расчета тягового КПД при статической нагрузке в соответствии с ГОСТом определяемым выражением 
, где 
- максимальная эффективная мощность двигателя; 
- максимальная тяговая мощность на крюке по тяговой характеристике.
Значения и , используемые для определения КПД трактора, при расслоении тяговой характеристики трактора соответствуют различным режимам работы двигателя. Такая методика определения КПД трактора некорректна, поэтому полученный КПД называют условным тяговым. Чтобы избежать отмеченных недостатков при определении КПД тракторов при переменной нагрузке, использовались значения эффективной мощности двигателя 
, взятой не по регуляторной, а по динамической регуляторной характеристике для соответствующего режима работы двигателя.
Основной сложностью при расчете тягово-динамической характеристикой двигателя является определение средних значений основных показателей двигателя при переменной нагрузке.
При нахождении вероятно-статистических оценок основных показателей двигателя переменную нагрузку на входе в двигатель авторы представили в виде случайной величины, подчиняющийся закону арксинуса или нормальному закону. В первом случае характер распределения крутящего момента на валу двигателя соответствует моделированию гармонической нагрузки в стендовых условиях или полевых с использованием загрузочных имитационных устройств НАТИ или КубНИИТИМа, а во втором – работе трактора при выполнении технологической операции.
В общем случае плотность распределения вероятностей крутящего момента 
описывается известными выражениями.
При законе арксинуса:
,
где 
;
– частота колебаний крутящего момента;
– амплитуда колебаний крутящего момента;
– начальная фаза гармонических колебаний нагрузки;
- среднее значение крутящего момента на валу двигателя .
При законе Гаусса:
,
где 
,
- соответственно математическое ожидание крутящего момента и его среднеквадратическое отклонение.
При рассмотрении трактора тягово-энергетической концепции вероятностная нагрузка на коленчатом валу двигателя 
, формируется за счет моментов сопротивления: на ведущих полуосях 
трактора и на привод ведущих колес технологического модуля 
. Моменты , и рассматривались авторами как случайные величины. Для описания плотности распределения вероятностей случайных величин и было взято выражение:
где
–соответственно средние значения моментов сопротивления
и
;
и 
– стандарты моментов и ;
– коэффициент корреляции.
При анализе и оценке эксплуатационных свойств машинно-тракторных агрегатов в процессе выполнения технологических операций и процессов в модели использовались фактические и базовые (или номинальные) значения энергетических (частота вращения, часовой расход топлива, эффективная мощность, удельный расход топлива) и технико-экономических (производительность, удельный расход рабочего времени, расход топлива на 1 га, прямы эксплуатационные затраты на единицу выработки) показателей, которые являются "выходом" модели.
Под воздействием случайных внешних факторов энергетические и технико-экономические показатели МТА также являются случайными величинами и определяются своими вероятностно-статистическими оценками: законами распределения, математическими ожиданиями, дисперсиями, среднеквадратическими отклонениями и др.
Авторами было сделано допущение, что выходные показатели 
связаны с входными воздействиями и функциями связи 
, устанавливаемыми в процессе кусочно-линейной аппроксимации регуляторной характеристики двигателя Д-240.
Функции 
, плотности 
выходных показателей на различных нагрузочных режимах машинно-тракторного агрегата определяются по вероятностным вычислительным моделям c непрерывным случайным аргументом; математические ожидания 
, дисперсии 
, стандарты 
и коэффициенты вариации 
определяются по модели c дискретным аргументом. По модели c дискретным аргументом определяются также математические ожидания выходных показателей.
Эффективность функционирования МТА на различных режимах работы оценивается частными 
и обобщенными 
вероятностными коэффициентами, предложенными профессором Л.Е. Агеевым. Частный коэффициент определяется как отношение математического ожидания 
показателя к его номинальному значению 
: 
.
При установлении оптимальных нагрузочных режимов МТА в качестве критериев оптимальности были приняты экстремумы математических ожиданий: удельного расхода топлива 
; прямых эксплуатационных затрат на 1 га 
и обобщенных коэффициентов 
.
Непрерывные изменения нагрузки трактора при выполнении машинно-тракторным агрегатом технологических операций приводит к такому же изменению максимальных значений эффективной мощности двигателя и минимальных значений удельных эффективного и погектарного расходов топлива.
Наибольшее отклонение наблюдается для эффективной мощности двигателя, что обусловлено более крутым изломом ее характеристики по сравнению с другими показателями. Таким образом, при более пологой характеристике и менее крутом изломе ее в зоне распределения случайной нагрузки, колебательный характер нагрузки оказывает меньшее влияние на выходной показатель двигателя.
Оптимальный нагрузочный режим 
выбираем по минимуму обобщенного критерия 
, который можно рассматривать как компромиссный.
Рисунок - Зависимость эффективной мощности и удельного эффективного расхода топлива от степени загрузки и неравномерности момента сопротивления на входе в двигатель.
При коэффициенте вариации момента сопротивления на входе в двигатель 
экстремальный уровень нагрузки двигателей изменяется в пределах 
, а минимальный уровень удельного эффективного расхода топлива 
при максимальном уровне эффективной мощности 
. Обеспечение оптимального загрузочного режима позволит повысить эффективную мощность на 3,1% и снизить удельный расход топлива на3,4%.
Таким образом, предложенная вероятностная математическая модель двигателя тягово-приводного агрегата позволила теоретически на основе априорной информации оценить эффективность функционирования МТА скомплектованного на базе трактора с тягово-прицепным модулем.
Непрерывные изменения нагрузки трактора при выполнении машинно-тракторным агрегатом технологических операций требует непрерывного автоматического контроля за обеспечением оптимальности режимов работы тракторного двигателя, что в настоящее время с развитием микропроцессорной техники стало возможным.
При обосновании оптимальных конструктивных параметров комбинированного почвообрабатывающего агрегата на базе технологического модуля авторами были учтены характеристики тракторов, режимов работы созданных на их базе мобильных энергетических систем и почвенные условия эксплуатации.
В основу оптимизации авторами было взято положение, что сменная производительность 
зависит от рабочих ширины захвата 
и скорости 
агрегата, и коэффициента использования времени смены. Учитывалось неоднозначное влияние на рост производительности увеличение рабочих скорости и ширины агрегата.
Повышение рабочей скорости агрегата приводит к увеличению производительности МТА, но одновременно, увеличивает удельное тяговое сопротивление агрегата, которое зависит от почвенных условий, и приводит к повышению энергоёмкости операции. Повышение производительности МТА за счет увеличения рабочей ширины захвата агрегата приводит к увеличению тягового сопротивления и снижению скорости движения, а соответственно и производительности.
Таким образом, оптимизация параметров и режимов работы (рабочей ширина захвата и рабочей скорости различных МТА по максимуму возможна с учетом почвенных условий и влияния скорости на изменение удельного сопротивления агрегата.
Авторами была проведена оптимизация параметров и режимов работы приводных машинно-тракторных агрегатов с комбинированными почвообрабатывающими агрегатами по максимуму теоретической производительности для МТА с тракторами класса 1,4; 2 и 3 для различных по механическому составу почв: песчаных, супесчаных; суглинистых: лёгких, средних, тяжёлых.
Анализ полученных результатов позволил сделать вывод, что достигаемая максимальная теоретическая производительность на различных почвах меняется в широком диапазоне (в 2,6…2,7 раза). Наибольшую теоретическую производительность на каждом типе почв имеют МТА с более мощными тракторами. Оптимальная рабочая ширина захвата каждого из рассматриваемых МТА изменяется более чем в три раза в зависимости от механического состава почв. Для эффективного использования МТА с трактором МТЗ-82 необходимо комплектовать комбинированный почвообрабатывающий агрегат шириной захвата от 2,06 до 5,50 м. Диапазон оптимальных рабочих скоростей МТА является узким (от 6,0 до 7,6 км/ч) и зависит более от класса трактора, чем от типа почв.
По результатам расчетов авторами был сделан выбор оптимальных рабочих скорости и ширины комбинированного почвообрабатывающего агрегата для различных почвенных условий. Учитывая то, что для различных условий работы МТА необходимо иметь комбинированный почвообрабатывающий агрегат с изменяющейся в широких пределах рабочей шириной захвата, за основу была принята конструкция в виде технологического модуля - рамы с ведущими колесами и набором различного количества рабочих модулей. Рабочие модули должны легко соединяться друг с другом в любом сочетании в единый агрегат.
Похожие работы
... заработной платы; 5. превышение темпов роста производительности труда над темпами роста заработной платы. [1,77-80] 2. Анализ производительности труда и его оплаты на предприятии ОАО «Восход» 2.1 Общая характеристика предприятия Открытое акционерное общество ОАО «Восход» Октябрьского района Пермского края создано по соглашению между бывшими работниками совхоза им. Восход в порядке ...
... 137 дней. По результатам проведенной оценки финансового состояния можно сделать вывод, что перед предприятием стоит проблема выживания. Глава 3. Исследование путей повышения производительности труда 3.1 Резервы и факторы роста производительности труда на предприятии При анализе и планировании производительности труда важнейшей задачей является выявление и использование резервов ее роста ...
... ветви кустарника, нож их разрезает. По мере износа лезвия нож разворачивают на 180°. Для этого нож снабжен двумя лезвиями. 88. Устройство и технологический процесс туковых сеялок Туковая сеялка — сельскохозяйственная машина предназначенная для разбрасывания минеральных удобрений по полям, как при посеве, так и при подкармливании растений в фазе роста. Такие сеялки также используются и для ...
... уровень их использования. Показатели обеспеченности трудовыми ресурсами указывают на сколько данное хозяйство обеспечено рабочей силой, какова трудовая активность работников. Но анализ обеспеченности трудовыми ресурсами еще не говорит о высокой или низкой производительности труда. Для повышения ее уровня необходимо, чтобы эти ресурсы использовались по назначению и их отдача была максимальна. Для ...
0 комментариев