автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Оптимизация режимов работы агрегатов с трактором класса 1,4 в условиях Нечерноземной зоны УССР

1 УКРАИНСКИЙ чйУЧНО-ИССЛВДОВАТЁЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МЕХАНИЗАЦИИ И ЭЛЕКГРИаШЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА (УНИИЙЭСХ)

На правах рукописи.

БОРОДИН СЕРГЕЙ ВАСИЛЬЕВИЧ

УДК 631.372.004.19:662 '

ОПТИМИЗАЦИЯ РЕШЮВ РАБОТЫ АГРЕГАТОВ С ТРАКГ0РО1Л КЛАССА 1,4 В УСЛОВИЯХ НЕЧЕРНОЗЕМНОЙ ЗОНЫ УССР

■ Специальность 05.20.01 -Механизация сельскохозяйственного производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Глеваха - 1983

. Работа выполнена в Украинском научно-исслздовательском институте механизации и электрификации сельского хозяйства

Научный руководитель - кандидат технических наук,

старпий научный сотрудник ПГУБКО В.Р.1

Официальные оппоненты - доктор технических наук, 1 профессор ЮШИН А.А.,

кандидат технических наук, доцент МЕЛЬНИК И.И.

Ведущая организация - Государственное специализированное

конструкторское бюро по пропашным тракторам производственного объединения "Минский тракторный завод км. В.И.Ленина" (ГСКБЛО МТЗ, г.Минск)

Защита состоится Я/^Р&^Ррк 1990 Г. в 14 часов

на заседании специализированного совета К 020.30.01 по присужден; ученой степени кандидата технических наук в Украинском научно-исследовательском институте механизации и электрификации сельски хозяйства по адресу: 255133, Киевская обл., Васильковский р-н, пгт. Глеваха-1, ул. 40-летия Победы, II, УНИИШСХ, комната 613.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Украинского научно-исследовательского института механизации и электрификации сельского хозяйства. ^—

Автореферат разослан '<¿7 19&г.

Ученый секретарь специализированного совета л СОКОЛОВ В.М.

: ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОШ

. Актуальность гемц исследования. Одгаш из дугей повышения оизвсдаельности машинно-тракторных агрегатов (МТА) является основание энергетических режимов их работы. Однако в производ-венных условиях недостаток шлейфа машин снижает возможности

реализации заложенной энергонасыщенности. Использование агре-тов на операциях с различным уровнем энергопотребления затруд-ет выбор рациональных режимов работы двигателя и трансмиссии, личие тракторов одного тягового класса различной энергонасы- • нности требует определения их количественных соотношений в руктуре машинно-тракторного парка хозяйств. Поэтому, изыскание зервов повышения производительности и эффективности использо-ния энергонасыщенных тракторов в составе агрегатов имеет вак-э значение для сельскохозяйственного производства, что и опре-пяет актуальность исследований.

Объект исследования. Режимы работы агрегатов с укиверсаль--пропашным трактором класса 1,4 с колесной формулой 4К4 и мощ-зтью двигателя 73 кВт.

Цель работы - снижение расхода топлива и повышение эффективен использования МТА с энергонасыщенным трактором типа МТЗ-102.

Методы исследований и аппаратура. Обоснование энергетичес-с режимов работы проведено с применением метода тормозных испытай. Расчеты на ЭВЛ проведены на основании методов оптимально- • планирования. При экспериментальных исследованиях использова-зь современные измерительно-регистрирующие стенды и прибора, эаботка полученных данных и их анализ осуществлены с помощью родов математической статистики.

Теоретические результаты и новизна. Получено математическое эажение, характеризующее минимальную топливную экономичность 1гателя. Разработана методика определения количественного подателя для оценки прййэняемости стандартного и дополнительного >рудования тракторов. Определены оптимальные режимы работы пу-I разработки типовых и многопараметровьпс регуляторных характе-:тик двигателя и тяговых характеристик трактора. >драктеристики ¡дставлены в графическом, табличном и аналитическом видах.

Практические результаты и новизна. Разработана ломограыма ! определения рациональных режимов работы агрегатов на выполне-

нии технологических операций при номинальной и частичных нагрузках. Проведена оценка эффективности применения трактора класса 1,4 мощностью 73 кВт в производственных условиях Нечерноземной . зоны УССР, уточнена потребность хозяйств региона в указанном тракторе, установлено количественное соотношение пропашных тракте ров класса 1,4 в структуре мааинно-тракторного парка типового хозяйства. Получена расчетные значения коэффициента использования стандартного и дополнительного оборудования пропапних тракторов.

Основные положения, выносимые на аздиту: уточненная методика оценки топливной экономичности тракторного двигателя в диапазоне значений коэффициента использования мощности двигателя 0,<5... 1,00; аналитические зависимости энергетических показателей трактора от тягового усилия по типовым тяговым и многопараметровым характеристикам; рекомендации по пошпенкю эффективности применения трактора типа ЫТЗ-102.

Апробация работы. Результаты исследований освещега в 7 печатных и 2 депонированных работах. Долокекы и одобрены на научно-технических конференциях в 1982 году (г.Ленинград, ЛСХл), (пгт.Глеваха, УШИыЭСХ), 1985 году (г.^осква, В1Ы), 1986 году (г.Харьков, ХИйЭСХ), 1988 году (г.Зерноград, ВШПТИ..ЙСХ, АЧСХШ, 1989 году (г. Рига, Латвийский КИЙ экономики АЛЮ.

Предмет и степень внедрения. Результаты исследований переданы в Госагропром УССР для организации эффективного использования тракторов типа ЫГЗ-102. ¡методика оценки эффективности использования стандартного и дополнительного оборудования пропашных тракторов применяется при расчетах по поставкам сельскохозяйственной техники в ГлавНИИВЦ Госплана УССР. Рекомендации по оптимальным режимам работы агрегатов с трактором типа МГЗ-102 используются е колхозе им. Герасименко Черниговской области и хозяйствах Черниговского района.

Эффективность внедрения. Применение в сельскохозяйственном производстве агрегатов с трактором МТЗ-102 обеспечивает сокра-. щение приведенных затрат по хозяйству на 7 %, что составляет 34,6 тыс.руб.

Область применения. Материалы исследований по оптимальным режимам работы МТА с трактором типа МТЗ-102 рекомендуются для использования с.-х. производством, предложения по количественному соотношению тракторов класса 1,4 - организациям, планирующим поставки техники в хозяйства УССР.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из вве-,ения, четырех глав, основных выводов, списка использованной итературц и приложений. Содержит 163 е., в том числе 82 с. ос-овного текста, 35 таблиц, 26 рисунков и 4 приложения. Список спользоваиной литературы включает 1"б названий.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОШ •

В.первой глапе освещено состояние вопроса, обоснованы цель задачи исследований. Проанализированы результата теоретических зксперикечталыас: исследований по обоснованию режимов работа ипинно-тракторних агрегатов, представленные в работах В.П.Го-текина, В.Н.Болтннского,"Ю.К.Киртбая, Б.С.Свирщевского, .А.йгина, Л.В.Погорелого, С.А.Иофинова, Л.Е.Агеева, А.Б.Лурье, •В.Веденяпина; И.И.Трепененкова, Д.А.Чудакова, В.В.Гуськова, .Г.Волкова, Н.К.Дидешсо, Б.А.Линтварева, Г.М.Нутькова, А.С.Орли-1, А.Я.Поляка, Н.М.Севернева, Л.Ш.Хабатова, Н.М.Шарова, К.Аивчу, .IKr'tine ^ З.Уо-^С _ 1 .Hull ^ J .Dubois „ других ИССЛе-

>вателей.

Установлено, что на ближайаее будущее сохраняется тенден-[я к увеличению в тракторном парке сельскохозяйственного произ-)детва энергонасыщенных тракторов, в том число и универсально-юпакных, создание которых сопровождается увеличением единич-1й могности, применением трансмиссий с переключением под на/узкой и большим количеством передач, установкой дополнительных регатов, систем управления и контроля, усложнением конструк-и. Важным аспектом целесообразного применения енергонасыщенных акторов является реализация"заложенного потенциала путем уве-чения производительности агрегатов, снижения удельных показа-лей расхода топлива и на этой основе получение экономического фекта." В"связи с этим требуют дополнительного изучения вопросы, язанные с разработкой рациональных режимов работы и изыскание тей эффективного использования агрегатов.

Недостаточно изучены вопросы по обосновании частичных ре-мов работы агрегатов на базе энергонасыщенных тракторов при полнении малоэнергоемких операций, влиянию степени испольэова-я стандартного и дополнительного оборудования тракторов на э^ициент загрузки двигателя, установлению соотношения пропащее тракторов с различной энергонасшценностыо в составе ыашинно-

-у-г/з

тракторного парка.

На основании вышеизложенного и в соответствии с поставленной целью были сформулированы следующие задачи исследования:

- разработать математическую модель для определения оптимальных режимов работы двигателя на номинальных и частичных режимах работы путем оценки топливной экономичности;

- разработать математическую модель для определения оптималь ных энергетических режимов работы трактора по тяговым и многопара метровым характеристикам с учетом работы на частичных режимах;

- обосновать рациональные скоростные и нагрузочные режимы работы двигателя и трактора;

- провести анализ эффективности использования тракторного оборудования СБОМ, дополнительные грузы, гидрокрюк, ГСОИ) с учетом режимов работы трактора;

- обосновать рациональное количество тракторов типа MT3-I02 в структуре машинно-тракторного парка Нечерноземной зоны Украинской ССР. •

Проведение исследований было осул;ествлено по разработанной схеме (рис. I). Решете поставленных задач, в соответствии с общей методикой исследований, проведено на основе применения комплексного подхода, позволившего рассмотреть в единой системе групп следующих элементов: двигатель - трактор - ИТА - МШ. В экспериментальных исследованиях использованы сочетания пассивных и активных экспериментов.

ДВИГАТЕЛЬ Ш

ШШш типовых

НРЕГУШОРКЫХ ХДРА-, I КТЕРИСМ J

АНАЛИТИЧЕСКОЕ Щ-:

шгжтешЕй,

ИГШШ-'ЗАТЕЛЕИ ТОПЛИВНОМ

. эконодаши

ТРАКТОР JUL

РАЗРАБОТКА ТИПОВЫХ ТЯГ08ЫХ ХАРАКТЕРНО' ТИК

Ламишжоть]

ШЩЖЙШН] ОПАЛЬНЫХ РЕЖИ4Н РАБОТЫ

И Т А

АНАЛИЗ ИЖЬЗО-ОАНИЙ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ В МТА

АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ <'СП>'И<'П0»ТШ0-РД

¡РАЗРАБОТКА HDM0-I ГРАММЫ ДЛЯ ВЫБОРА ЧАСТИЧНЫХ [РЕЖИМОВ JAEOTbL

СТРУКТУРА КПП

КШПШа исходных ПАННЫХ

(РАСЧЕТ■БАЗОБПГПТГ Тнового ВАРИАНТОВ

-ДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ экономи-1ЧЕСК0И ШЕНКИ

Рис. I. Общая схема проведения исследований

= Ь0+ 6{М + ЬгМг (2)

Во второй глапе изложены элементы исследования энергетичес-IX режимом работы, в частности, топливной экономичности , двига-¡ля и трактора. С^еночными показателя;™ топливной экономичности шгателя являются удельный расход и оценочный удельный расход тлива. При оценке топливной экономичности трактора применены жазатэли удельного крюкового расхода и оценочного удельного жкового расхода топлива. Оптимальный энергетический режим рабо-I характеризуется достижением минимальных значений удельного юхода топлива. Всжным аспектом является представление энерге-1ческнх показателей режимов работы двигателя и трактора в этническом виде на основе типозах регуляторных и тяговых харак-¡ристик.

Зависимости удельного расхода топлива по типовым регулятор-м и многопараметровым характеристикам двигателя представлены виде многочленов:

- по эффективной мощности

де= а0+а^е+ агиег ш

- по крутящее моменту' Л.М+/, М 2

- на поле многолараметровой характеристики

де = со+с,п + с2М + с31-1г+с^'ПМ + с?М2 о)

;е (|е - удельный расход топлива, г/(кВт.ч); Д/е- эффективная юность двигателя, кВт; М - крутящий момент, Н-м; И- частота мщения вала, об/мин; - эмпирические коэффициенты,

условиях роста энергонасыщенности (увеличения единичной мощнос-I двигателя) тракторов, в том числе пропашных,диапазон изменения 1Эффициента использования мощности составляет 25...100 %. По-ому в указанном диапазоне эффективной мощности двигателя полу-ш регуляторные характеристики на частичных режимах работы игателя и описаны аналогично выражениям (I) и (2). Получена рактеристика минимального удельного расхода топлива двигателя к линия, соединяющая все значения минимальных удельных расхо-в топлива на номинальном и всех частичных режимах. Оценочный .ельный расход топлива определен из выражения

0,5 N ей

где ~ оценочный удельный расход топлива, г/(кВт-ч);

Л/ек — номинальная мощность.

Аналитическое описание режимов работы трактора с использованием типовых тяговых и многопараметровых характеристик на каждой передаче было получено в виде системы уравнений

- для типовых тяговых характеристик

а0+ Р + ааРг+ а3Р3

V = 60 + Ь,Р + £,2Рг4 63Р5 I

G-T= с0 + с(р+ сгРг+ сдРд ■ [

g«p=d0^,p + d2p2+ci3p3 J (5)

- на поле многопараметровых тяговых характеристик

g*P = q('p + 0« V4а^ р2 + .а'р V + 4V2 (6)

где Л/кр'- тяговая мощность, кВт; V - рабочая скорость движения, м/с; б-р - часовой расход топлива, кг/ч; СJ^ - удельный крюковой расход топлива, г/(кВт.ч); Р - тяговое усилие на крике, кН; C'L , Ь[ , С(' , , а^ , - эмпирические коэффициента

Одним из важных факторов, влияющих на снижение расхода топлива при использовании энергонасыщенных пропашных тракторов, является установление времени использования стандартного и дополнительного оборудования этих тракторов в течение года на выполнении технологических операций. При этом необходимо различать, что часть оборудования влияет, на топливную экономичность путем улучшения характеристик трактора. Другая часть оборудования обеспечивает реализацию некоторой части мощности трактора в сел! скохозяйственной машине или комбинированном агрегате. Применяемость вида оборудования трактора (ВОМ, дополнительные грузы, • гидрокрюк) была определена из выражения и _ Т)

по г] С)» где К0 - коэффициент использования оборудования; ГЛ - макси- ' мальное количество тракторов, использующих вид оборудования,шт.;

П - общее количество тракторов данной марки, шт.

В третьей главе изложены программа и методика проведения экспериментальных исследований, описаны применяемые стенды, аппг

>атура, оборудование и способы измерения исследуемых параметров, 'казаны условия и методика проведения сравнительных испытаний фрегатов. Приведены тарировочшэ диаграммы топливомера конструк-!ии УШШМЭСХ, опрзделяшиеся соответствием величин часового рас-:ода топлива двигателя трактора и шкалы мерной липейксЯ топливо-юра. '

Освещены вопросы методики построения типовых регуляторных ■яговых, многопараметровых характеристик двигателя и трактора; [зтодики проведения исследований по оценке топливной экономич-гасти двигателя; методики оценки эффективности использования :тандартного и дополнительного оборудования тракторов; методики ценки эффективности применения энергонасыщенного трактора класса 1,4 в структуре МТП типичного хозяйства зерно-льно-картофе-еводческого направления Нечерноземной зоны УССР.

Разработка типовых характеристик двигателя и трактора провеяна с применением статистических и экспериментальных методов :сследований для.определения характера протекания зависимостей ; установления значений показателей, характеризующих оноргети-:еские возможности двигателя и трактора, а также вариацию значе-:ий по отношению к предусмотренным техническим условиям. При :рев1гаении допустимого значения коэффициента вариации (33 %) для кспериментальных данных результаты опытов аннулировались.

Стендовые испытания двигателей проводились для определения качений показателей двигателя Д-245 в диапазоне изменения коэф-мциента использования мощности двигателя 25...100 % на номиналь-ом и частичных режимах его работы, характеризующих топливную кономичность двигателя. Управляемыми факторами являлись поло-еше рычага подачи топлива и нагрузка на тормозной вал стенда от 0 до 400 Н-м). Повторность опытов - трехкратная. Для анали--а уравнения, описывающего характеристику минимального удельного-асхода топлива двигателя, вычислялись коэффициенты эластичности о выражению: „

г,_ V х; ,, <~ Ц Кцчг-^ ' (8)

де уравнение регрессии любой элементарной -

ормы; - фактор, для которого определяется коэффициент ■ ластичности . Достоверность полученного уравнения оценива-ась критериями Фишера и Стьюдента.

Еьии проведены производственные испытания и получены срав-

3- У-¿13

нительные данные по расходу топлива и производительности пропашных агрегатов (сравниваемого и аналога) в условиях типового хозяйства Нечерноземной зоны УССР и опытного хозяйства УНИИМЭСХ ■ "Марьяновка". Исходные данные получены методом хронометраяных наблюдений и замеров показателей на мерных участках. В каждом опыте фиксировалось время опыта, расход топлива за опыт, обороты двигателя. Задаваемыми факторами являлись номер передачи трактора, степень снижения оборотов двигателя. Повторность опытов трехкратная, при установлении показателей качества работы на выполнении технологической операции - десятикратная.

• Обоснование рациональной структуры машинно-тракторного парка при использовании трактора типа ЮЗ-102 в хозяйствах зерно-льно-картофелеводческого направления Нечерноземной зоны УССР проведено способо.м наложения на типовое хозяйство и применением методов оптимального планирования, разработанным в УНИИЫЭСХ. Расчеты проведены"по критерию минимума приведенных'затрат.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований и их анализ.

Результаты стендовых испытаний.двигателя Д-245 и их статистическая обработка подтвердили правильность аналитических построений в части протекания характеристики минимального удельного расхода топлива в диапазоне изменения коэффициента использования мощности двигателя 25...100 %. Зависимость описывается уравнение» регрессии в виде

г Ые ~ ^546 Л1е + 2Ц7 (9)

При этом значение Р - критерия и £ - критерия равны, соответственно, 35,5 и 5,7...54,1, что указывает на достоверность математического описания экспериментальных данных.

Топливная экономичность двигателя характеризуется зависимостями удельного расхода топлива от эффективной мощности ( Не. ) и крутящего момента ( М ) на регуляторных ветвях"регуляторной и частичных регуляторных характеристик. Коэффициенты многочленов и погрешности определения удельного расхода топлива по ним приведены в табл. I и 2.

Погрешность расчета удельного расхода топлива по многочленам составляет от 0,11 до 0,81 %, Наиболее полно анализ топливной экономичности двигателя Д-245 можно осуществить по многопа-раметровой характеристике, которая приведена на рис. 2.

Таблица I

Показатели уравнений для расчета удельного расхода топлива как функции эффективной мощности

: Ватин' : Коэффициенты :Погреш-

Двчгатель уйпаКтегшг<гики -^- ность то-

.характеристики . : . а{ : аг :чета, %

502,3 -7,277 0,050 0,327 477,8 -7,621 0,060 0,261

456.5 -8,6Э4 0,086 0,641

455.6 -11,153 0,145 0,537

433,3 -13,260 0,238 0,105 875,2 -17,937 0,124 0,392

Регуляторная

I частичная регуляторная

Д-245 П частичная

регуляторная

Ш частичная регуляторная

IУ частичная регуляторная

. - .. . Корректорная

Таблица 2

Показатели уравнений для расчета удельного расхода ■ топлива как функции крутящего момента

: Ир^пь • Коэффициенты :Погреш-

игатель ---ность

.характеристики . ^ . ^ ^ :расчета,$

Регуляторная 494,7

I частичная 465,1

П частичная 442,2

245 Ш частичная 435,5

1У частичная 416,1

Корректорная 1792,1

-1,6415 0,2637 0,367

-1,3748 0,2042 0,373

-1,2453 0,1884 0,802

-1,2829 0,2112 0,505

-1,2466 0,2325 0,175

-9,2519 0,1374 0,604

Рис.2. Типовая ыногспа-раметровая характеристика двигателя Д-245: Мк - крутящий момент двигателя, Н-м; И -частота вращения вала двигателя, об/мин;

-- - линии равного

удельного расхода топлива (^е ) двигателя; П^ - частота вращения вала двигателя на холостом ходу, °б/мкн;Пп,а)1-

максимальная частота х* вращения вала двигателя на холостом ходу,об/мин

В каждой точке многопараметровой характеристики удельный расход топлива подсчитывается по полиноцу (3), значения эмпирических коэффициентов которого при любых сочетаниях нагрузочных и скоростных режимов двигателя Д-245 приведены в табл. 3.

Таблица 3

Показатели уравнения для расчета удельного расхода топлива как функции частоты вращения вала и крутящего момента """ - - - - .- дВигаТеля

Двигатель

Коэффициент полинома

Д-245 " 367,9 0,430. -0,973 0,850 -0,169 ' 0,193" " 1,293

:Погрешность .расчета,.$

Используя установленные зависимости удельного расхода топлива от эффективной мощности двигателя рассчитаны показатели оценочного удельного расхода топлива, которые приведены в табл. 4.

.Анализ приведенных данных показал, что снижение частоты вращения вала двигателя Д-245 на 20 % уменьшает оценочный удельный расход топлива на 3,6 %, при снижении частоты вращения на 34 % оценочный удельный расход топлива уменьшается на 3,1 %. Снижение частоты вращения ниже 42 % неэффективно ввиду перерасхода оценоч-

юго удельного расхода топлива на 1,1 % по сравнению с показатели на полном скоростном режиме.

Таблица 4

Показатели оценочного удельного расхода топлива - '- двигателей Д-240{и Д-245 - -

Ветвь :арактеристики

Оценочный удельный расход топлива,-г/(к т.ч)

Д-240

Д-245

Оценочный удельный расход топлива , %

Д-240

Д-245

Регуляторная I частичная П частичная Ш частичная 1У частичная

285,5 269,3 265,0

259,7 250,5 251,7 254,3 262,7

100,0 94,3 93,2

100,0 96,4 96,9 97,9 101,1.

приведены данные по материалам исследований А.А.Гольверка

'лнимальное значение удельного расхода топлива было получено на 'ровнэ 233 г/(кЕт-ч) на первом частичном режиме. Установлены оп-■имальные режимы работы двигателя по эффективной мощности (0,64... ),93) Иен , по «астоте вращения вала двигателя (0,70.. .0,90) Пн, гаторые обеспечивают удельный расход топлива в диапазоне 233... ¡40 г/(кВт-ч). Экспериментальными исследованиями и расчетами бы-ю подтверждено снижение оценочного удельного расхода топлива зигателем Д-245 в сравнении с Д-240, на номинальном и частичных южимах работы, которое составило 1,5...6,2 %. Наибольшее .влияние и величину удельного расхода топлива оказывает частота вращения 1ала двигателя, а значение коэффициента эластичности получено 1а уровне 4,63...5,50. На основании расчетов по выражению (9) шю установлено, что для снижения удельного расхода топлива в гоминальном режиме на I % необходимо увеличить эффективное давле-ие на 2,93 %.

Оптимизация режимов работы трактора осуществлена на базе 1а'зработанных типовых тяговых и многопараметровых характеристик рактора типа М13-102 на номинальных и частичных нагрузках и- ос-овных фонах - поле, подготовленном под посев и стерне зерновых олосовых. Зависимости энергетических показателей трактора от тя-ового усилия на крюке выражены аналитически, параметры уравнений

раны в табл. 5. Погрешность расчета значений показателей не превышает 1,2 %.

График типовой многопараметровой характеристики трактора типа MT3-IQ2 приведен на рис. 3.

Рис. 3. Кногопараметровая тяговая характеристика трактора MT3-I02 (фон - поле, подготовленного под посев): V - рабочая скорость движения, м/с; Ркр- тяговое усилие на крике кН; 5-12 - номера передач трактора; - линии равного уровня удельного крюкового расхода топлива (Р/с/>)

Шло установлено, что минимальный удельный крюковой расход топлива составляет 450 и 377 г/кВт.ч на поле подготовленной под посев и стерне зерновых колосовых и достигается на одиннадцатой передаче трактора. На основании анализа изменения основных показателей трактора типа MT3-I02 аналога ШТЗ-82) было определено, что условный тяговый кпд аналога выше на 10...II % в диапазоне тяговых усилий 6... 16 кН. Трактор MT3-I02 при атом развивает большую на 17 % скорость. При тяговых усилиях 16...19 кН условный тяговый кпд трактора МТЗ-Т02 составил 0,41...О,51, удельный крюковой расход топлива 470...530 г/кВт-ч при большем на 4 % буксовании. В диапазоне скоростей 2,5....3,6 м/с условный тяговый кпд аналога выше, чем у трактора MT3-IQ2 на 10 %. При этом у трактора MT3-I02 удельный кршсовой расход топлива на 1,0...7,9 % ниже при большем на 2,0...8,2 % тяговом усилии.

Оптимальные энергетические режимы работы трактора на поле, подготовленном под посев, получены в диапазоне тяговых усилий 13...18 кН, рабочей скорости 2,2...3,3 м/с при уровне условного тягового кпд 0,46...0,52 и 0,50...0,53, соответственно. На стерне зерновых колосовых диапазон тяговых усилий составил 14... 21 кН, удельный крюковой расход топлива - 365...400 г/кВт.ч. Во

шилица и

Параметры уравнений, описывающие типовые тяговые характеристики ----------- ------- - трактора МТЗ-102 - '---.................

Вид уравнения

» : передачи : Л/кр = ас + а( р +агРг : V» 6а+ 6-1 Р + ■ 62Р2 : с/0+ с1,Р + вгРг

й0 '' агЧо' = 6НО"5 : ■■~6гчо-* ■ ' < : 6 г

Поле, подготовленное под посев

5 -0,367 -1,303 -1,569 - 1,213 -9,38 -1,43 1500 -80,78 1,999

6 -0,071 1,508 -1,665 1,507 -17,27 0,28 1313 -67,10 1,679

7 -2,670 2,388 -3,485 1,820 4,13 -8,67 1155 -66,03 1,780

8 -3,035 2,792 -4,402 2,104 6,27 -11,90 1088 -65,86 1,861

9 -4,416 3,199 -5,741 2,193 16,43 -17,54 1029 -61,89 1,783

10 -5,413 3,759 -7,379 2,512 33,87 -27,86 1007 -65,78 2 ¡026

II -9.5С5 5,937 -17,01 2,982 124,90 -95,25 912 -63,40 2,171

12 -4,205 5,685 -16,29 3,978 63,02 -96,39 • 1160 -129,70 6,102

Огерня зерновых колосовых

5 -0,460 1,361 -11,09 1,301 -0,80 -5,18 1010 -39,37 0,770

6 0,242 1,519 -1,086 1,558 -1,294 3,53 907 -31,53 0,590

7 -2,490 2,250 -2,257 ■ 1,819 0,125 -42,5 859 -34,66 0,743

8 .-4,278 2,916 -3,693 2,145 0,765 -83,5 761 -31,58 0,721

9 -4,930 3,174 -4,179 . 2,252 1,39 -109,0 782 -35,13 0,811

10 -2,816 3,264 -3-.964 2,685 -0,121 -82,6 742 -32,51 0,750

II ' ' -13,776 ■ 6,174 -13,76 2,732 13,94 -722,1 739 -40,56 1,131

■ 12 -13,687 8,169 -27,49 3,296 28,54 -2090,0 894 -75,93 2,993

всем диапазоне тяговых усилий трактор МТЗ-102 развивает большую рабочую скорость на 15...30 %.

На основании расчетов многопараметровой тяговой характеристики трактора типа МТЗ-102 на поле, подготовленном под посев, для 5-ой передачи при работе на номинальном и частичных режимах нагрузки были определены оптимальные режимы работы (рис. 4).

Рис. 4. йногопарамет-ровая тяговая характеристика трактора МТЗ-102 на номинальном и частичных режимах работы двигателя (фон - поле, подготовленное пор, посев, 5-я передача):

V - рабочая'скорость движения, м/с; Р^р -тяговое усилие на крюке, кН; удельный крюковой расход топлива, г/кВт.ч; линии равного удельного крюкового расхода топлива (дКр ); 1,00, 0,85, 0,60 - частичные режимы работы двигателя

Оптимальный режим работы трактора был получен на частичном режиме по оборотам двигателя Г) = 0(Ъ5ПграХ)((; , в диапазоне тяговых усилия 17,3...21,б кН при удельном крюковом расходе топлива 620...655 г/кВт*ч.

Для выбора рациональных режимов работы МТА на базе трактора типа МТЗ-102 была разработана номограмма (рис. 5).

Представленная номограмма позволяет по заданным значениям рабочей скорости, условного тягового кпд и сопротивления агрегати-руемой машины определить потребную эффективную мощность двигателя,

номер передачи трактора, частичный реким по частоте вращения вала и часовой расход топлива.

Рис. 5. Номограмма для определения энергетических режимов работы трактора типа МТЗ-102: Ркр - тяговое усилие на крюке, кН; касательная сила тяги, сН; 1 - условный тяговый кпд; - эффективная мощность двигателя, кВт; \/р - рабочая скорость движения, км/с; 4-24 - номера 1ередач трактора; П - частота вращения вала двигателя, об/мин; & - часовой расход топлива, кг/ч; 0,85г../),50 - частичные ре-шмы работы двигателя;--- - линия оптимальной загрузки двигателя.

На улучшение топливной экономичности энергонасыщенных трак-■оров влияет коэффициент использования стандартного и дополнительно оборудования, которым они комплектуются. Результаты анализа [о использованию заднего вала отбора мощности, гидрокрюка и до-юлнительных грузов универсально-пропашными тракторами класса 1,4 фиведены в табл. 6.

Таблица 6

Значение коэффициента использования оборудования пропашными тракторами класса 1,4 в типичном хозяйстве Нечерноземной зоны УССР •"

Зона Марка трактора • Ко • %

: Задний ВОМ: Гидрокрюк : Доп.грузы

Полесье МГЗ-82 МТЗ-80, юмз-ед 100 67 67 42- 100 17

По пропашным тракторам МТЗ-80, ЮМЗ-бЛ в Нечерноземной зоне УССР задний БОИ не используют 33 % указанных тракторов от общего их количества, гидрокрюк - 58 %, дополнительные грузы - 83 %. Учитывая стоимость ВОЦ, сумма неиспользованных средств только по 1 этой группе тракторов составляет 632 руб. Шло определено, что установка на трактор системы автоматического управления энергетическими режимами работы (САУР) по сравнению с ручным управлением обеспечивает выполнение вспашки на более высоких скоростях в течение 25 % общего чистого времени работы агрегатов,экспериментальными исследованиями системы гидроотбора мощности трактора MT3-I02 было установлено, что применение такой системы обеспечивает увеличение коэффициента использования мощности двигателя на 20...27 % и снижение удельного расхода топлива на 5...10 г/кВт.ч, что составляет 2,1...4,2% от номинального.

Эффективность применения трактора типа MT3-I02 в Незерно-земной зоне УССР приведена по результатам эксплуатационных испытаний и расчета экономической оценки в условиях типичного хозяйства зерно-льно-картофелеводческого направления.

Установлено, что на уборочных работах агрегаты с трактором типа MT3-I02 обеспечивают повышение производительности на 15... 35 % и сокращение сроков проведения операций на 12...21 %. Определено время занятости агрегатов с трактором типа MT3-I02 по коэффициенту использования эффективной мощности двигателя (табл.-7). Важным резервом повышения эффективности применения трактора типа MT3-I02 является увеличение времени его занятости в диапазоне коэффициента использования мощности двигателя 70... 100 %. Показано, что в структуре машинно тракторного парка хозяй-

ства тракторы типа МТЗ-102 должны составлять 14 % от общей численности пропашных тракторов класса 1,4, потребность в указанных тракторах на ЮОО га палии составила 1,6 шт., на 100 га картофеля - 1,7 шт., а общее расчетное количество для Нечерноземной зоны УССР - 4,2 гас.шт.

Таблица 7

Распределение времени занятости агрегатов с трактором типа МТЗ-102 по эффективной мощности двигателя .......

№ : Значения коэффициента исполь- : Время занятости агрегатов п/п: зования мощности двигателя, % : в течение года, %

1. 86...100 13,2

2. 70...85 14,4

3. 50...69 28,8

4.- 25...49 -- • - - - 43,6

Годовой экономический эффект от применения трактора типа МТЗ-102 в типичном хозяйстве на комплексе технологических операций состоит в снижении приведенных затрат на 7 %, что составляет 34,6 тыс.руб., и балансовой стоимости машинно-тракторного парка на 17,4 тыс.руб.

ОСНОВНЫЕ вывода И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Разработанная математическая модель для определения энергетических характеристик и показателей топливной экономичности трактора типа МТЗ-102 на номинальном и частичных режимах работы двигателя позволяет обосновывать их оптимальные значения в диапазоне тяговых усилий (0,7...1,4) и проводить имитационные исследования работы трактора в условиях, максимально приближенных к производственным. Предельная погрешность' определения показателей не превышает 4 %.

2. Характеристика минимальной топливной экономичности двигателя описывается статистически доказуемым уравнением регрессии,

в соответствии с которым оптимальные режимы работы двигателя находятся в диапазоне по эффективной мощности (0,64.. .0,93) ^ен > по частоте вращения вала (0,70...0,90) Нн и обеспечивают удельный расход топлива на уровне 233...240 г/кВт.ч. Определяющее влияние на величину удельного расхода топлива оказывает частота враще-

ния, коэффициент эластичности которой составляет 5,5 %. Экспериментально установлено, что снижение оценочного удельного расхода топлива двигателем Д-245, в сравнении с Д-440, на номинальном и частичных режимах работы составляет 1,5...6,2 %.

3. Зависимости энергетических показателей трактора от тягового усилия по типовым тяговым и многопараметровым характеристикам на стерне зерновых колосовых и поле, подготовленном под посев, для кетдой передачи в диапазоне технологических скоростей 1,7...3,3 м/с описываются аналитическими выражениями (5), (6), обеспечивающими достаточную для практических расчетов точность. Минимальное значение удельного оценочного крюкового расхода топлива на стерне зерновых колосовых достигается при скорости

3,03 м/с и составляет 416 г/кВт-ч, а на поле, подготовленном под посев, при скорости 2,90 м/с - 499 г/кВт-ч. Расчетные значения экономии удельного крюкового расхода топлива составляют 1,2...

, 13,8 % в зависимости от условий работа. Экспериментально подтверж-< дено, что на поле, подготовленном под посев, ,в диапазоне тяговых усилий 9,..17 кН трактор типа МТЗ-102 развивает болылую на 15... 30^ рабочую скорость в сравнении с аналогом (МТЗ-82). Погрешность расчета энергетических показателей не превышает I %.

4. Выбор оптимальных режимов работы агрегатов с трактором типа МТЗ-102 может осуществляться с помощью разработанной номо-грашы (рис. 5), которая позволяет установить номер передачи трактора, частоту вращения вала, часовой расход топлива, а таете определить величину экономии расхода топлива при маневрировании передачами трактора в зависимости от рекомендуемой рабочей скорости и агропочвенных условий.

5. Дэстижение эффекта от применения трактора типа МТЗ-102 обеспечивается обоснованием энергетических режимов работы, рациональным использованием стандартного и дополнительного оборудования (задний В01.1, гидрокрюк, гидроотбор мощности, дополнительные грузы, система автоматического управления энергетическими режимами) и характеризуется снижением оценочного удельного расхода

. ■ топлива на 3...9 повышением производительности агрегатов на уборочных работах на 15...35 %, расширением сферы его применения.

6. Эффективное использование агрегатов на базе тракторов типа МТЗ-102 (показатель энергонасыщенности 18,6 кВт/т) по сравнении с тракторами !,!ТЗ-80 и ЮМЗ-б обеспечивается при среднем коэффициенте загрузки двигателя 0,72 и характеризуется экономией

[рякых эксплуатационных затрат в размере 60 руб. на один трактор, 'становлено, что достижение полной реализации энергонасшценности •рактора на основе оптимального сочетания стандартного и допол-гительного оборудования увеличивает коэффициент загрузки двигате-1я на 15...25 % и снижает удельный расход топлива на 5... .0 г/кВт'ч.

7. В структуре машинно-тракторного парка типового хозяйства [^черноземной зоны тракторы типа МТЗ-102 долины составлять 14 %

iT общей численности пропашных тракторов класса 1,4, что позволит .ифференцировать виды выполняемых технологических операций по ровня энергоемкости и сократить сроки проведения уборки льна, :аргофеля на 12...21 %. Потребность в тракторах типа МТЗ-102 на !000 га пашни составляет 1,6 шт., на 100 га картофеля - 1,7 шт.

Расчетное количество пропашных тракторов типа МТЗ-102 для Ьчерноземной зоны УССР составляет 4,2 тыс.шт.

8. Годовой экономический эффект от использования оптимальных 'вжимов работы пропашных тракторов типа МТЗ-102 в составе агре-атов в типовом хозяйстве зерно-льно-картофелеводческого направ-ения Нечерноземной зоны УССР состоит в сокращении приведенных атрат на 7 %, что составляет 34,6 тыс.руб. на хозяйство. Вклю-ение пропаиных тракторов типа МТЗ-102 в структуру машинно-трак-орного парка обеспечивает снижение потребного количества тракто-ов и сельскохозяйственных машин, что позволяет сократить капи-альныо вложения на 17,4 тыс.руб.

Разработаны рекомендации по эффективному использованию энер-онасыщенного пропашного трактора типа МТЗ-102 в хозяйствах Не-ерноземной зоны УССР. Установленные диапазоны оптимальных режимов аботы двигателя и трактора могут быть использованы в качестве сходных требований на систему автоматического управления энерге- -ическими режимами работы. Результаты исследований могут быть ис-ользованы при расчетах нормативов расхода топлива на выполнение ехнологических операций агрегатами на базе трактора типа ИЗ-102, для определения уровня конкурентоспособности трактора о техническим параметрам, при комплектовании хозяйств республи-и тракторами типа МТЗ-102.

■ Основное содержание диссертации опубликовано в следующих аботах:

I. Бородин C.B. и др. Разработать зональную систему машин • ля комплексной механизации растениеводства на 1986. .Л995 гг. и

прогноз развития механизации до 2000 года //Отчет по теме If 4 раздел 3 Гос.per. 8II05472 /Представлен УШИМЭСХ. - M., 1986. -12 с. - Деп. во ВНТИЦ 13.03.1986, Р 0286.0081519.

2. Бородин C.B. Использование стандартного и дополнительного оборудования пропашных тракторов для основных зон Украинской ССР// Механизация и электрификация сельского хозяйства. - К.: Урожай, 1984. - ЕЬп. 59. - С. 59-61.

3. Бородин C.B., Заборский В.Ф. Эффективность применения тракторов класса 1,4 повышенной энернонасыщенности на уборке льна и картофеля б зоне Полесья УССР.//В кн.: Тез.докл.научн.-техн. конф. "Совершенствование зональных систем машин и пути повышения производительности труда в сельском хозяйстве". - К., 1984. -

С. 5-6. •

4. Бородин C.B. Пополнение семейства МТЗ.//Механизация сельского хозяйства. - 1986. - № 7. - С. Ю-II (на украинском языке).

, 5. Бородин C.B. Перспективы повышения производительности МТА на возделывании кукурузы и сахарной свеклы в зоне Полесья Украинской ССР.//В кн.:Тез.докл. I всесоюзной научн-техн.конф. "Основные направления развития техники для возделывания и уборки сахарной свеклы и кукурузы по индустриальным технологиям в свете Продовольственной программы СССР". - Харьков, 1986. - С. 21.

6. Бородин C.B. Разбрасывание яидких органических удобрений с применением гидростатического отбора мощности трактора.//В кн.: Тез.второй респ.научн.-производ.конференции молодых ученых и специалистов "Вклад молодых ученых Украины в интенсификацию сельскохозяйственного производства". - Харьков, 1986. - С. 167-168.

7. Бородин C.B. Повышение производительности машинно-тракторного агрегата с трактором ИТЗ-102 в условиях Полесья УССР.//В кн.: Научн.-техн.бюл. "Перспективные направления механизации и электрификации сельскохозяйственного производства в условиях интенсификации". - Новосибирск, СО ВАСХНИЛ, 1986. - Шп. 16. - С.48-49.

8. Бородин C.B., Орехов Л.Н., Маслович O.A. Конкурентоспособность как фактор определения эффективности применения техники' в сельскохозяйственном производстве.//В кн.:Тез.докл. на респ. научн.-практ.конф.молодых ученых "Проблемы развития и эффективности агропромышленного комплекса'.' - Рига, 1989. - С. 40-41.

Под. к мч.П.ШЗЪЬЛК?- Формат 60x84'/,». Бумага тип. Nt Ъ Печать офсетная. Усл. печ. л. <.<<3. Усл. кр.-отт. 1, Ш. Уч.-изд. л. /, О Тираж ico • Зак. Л"в . Бесплатно,

ГП НПО «Укрвузполиграф». 252I51, г. Киев, ул. Волынская, GO.