close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Рациональные параметры тракторов общего назначения..pdf

код для вставкиСкачать
Вестник КрасГАУ. 2010. №8
УДК 629.114.2
Н.И. Селиванов, В.Н. Запрудский, Н.В. Кузьмин
РАЦИОНАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТРАКТОРОВ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ
В статье рассматривается алгоритм оптимизации массоэнергетических параметров тракторов
общего назначения. Представлены их рациональные диапазоны изменения для установленных типажом
тяговых классов и рабочих скоростей почвообрабатывающих агрегатов.
Ключевые слова: энергетический потенциал, эксплуатационная масса, тяговый КПД, буксование,
критерий, параметр, алгоритм оптимизации.
N.I. Selivanov, V.N. Zaprudsky, N.V. Kuzmin
RATIONAL PARAMETERS OF THE GENERAL PURPOSE TRACTORS
Algorithm for optimization of the mass and energetic parameters of the general purpose tractors is considered in the article. Their rational ranges of change for the traction classes and working speeds of the soil-cultivating
units determined by the type are given.
Key words: energy potential, working mass, tractive efficiency, skidding, criterion, parameter, optimization
algorithm.
Основным показателем технического уровня, определяющим тенденцию развития тракторов общего
назначения, является энергонасыщенность – соотношение номинальной мощности и эксплуатационной массы (Э=Nеэ/mэ). Однако тенденция повышения энергонасыщенности обостряет проблему эффективного использования мощности в связи с требованиями ресурсосбережения и экономичности, поскольку реализация
уже достигнутого энергетического потенциала современных тракторов не превышает 70–80 % [1].
Оптимизация массоэнергетических параметров трактора общего назначения на современном этапе
должна ориентироваться на реализацию факторов мощности через улучшение показателей тягово-сцепных
и динамических свойств при обеспечении рациональных скоростных диапазонов операций основной обработки почвы.
Цель работы – обосновать рациональные диапазоны изменения массоэнергетических параметров
тракторов общего назначения для установленных типажом тяговых классов.
Поставленная цель достигается решением следующих задач:
1) обосновать модель и алгоритм оптимизации эксплуатационных параметров трактора;
2) определить диапазоны изменения энергетического потенциала и эксплуатационной массы тракторов для установленных типажом тяговых классов и скоростных режимов использования почвообрабатывающих агрегатов.
Поэтапное решение поставленных задач и достижение обозначенной цели оптимизации эксплуатационных параметров тракторов общего назначения основано на многоуровневом системном подходе с использованием детерминированно-стохастических составляющих, обоснованных критериев оптимальности и установленных ограничений [1] для соответствующих уровней и этапов оптимизации.
После обоснования на первом уровне рациональных интервалов рабочей скорости агрегатов для
операций основной обработки почвы необходимо определить параметры-адаптеры мобильных энергетических средств, позволяющих реализовать каждое из установленных типажом номинальное тяговое усилие
Ркрнj с наибольшей эффективностью. Поэтому главной задачей второго уровня оптимизации является обоснование выступающих в качестве параметров-адаптеров энергетического потенциала
и эксплуатационной массы mэj трактора для реализации номинального тягового усилия, определяющего его класс, при
оптимальном значении скорости
основной обработки почвы по соответствующей технологии.
При известных значениях Ркрнj и коэффициента использования веса φкрнj эксплуатационная масса
трактора определяется по выражению
,
(1)
или
.
115
(2)
Техника
Заменив касательную силу тяги Ркнj=(Ркрнj+Рfj) соотношением
, получим
функцию, определяющую взаимосвязь энергетического потенциала с параметрами тягово-сцепных свойств и
скоростного режима трактора
.
(3)
Количество технологических операций основной обработки почвы
определяет число типоразмеров энергомашин по энергетическому потенциалу для реализации Ркрнj установленного тягового класса.
Для каждого значения Ркрнj и
при удельном тяговом сопротивлении
чистая производительность почвообрабатывающего агрегата величина постоянная:
.
(4)
Поэтому за критерий эффективности целесообразно принять максимум удельной чистой производительности
,
(5)
или
.
(6)
Обратная величина, соответствующая минимуму удельных энергозатрат Епji, представляет эквивалентный критерий оптимальности
,
(7)
где
– тяговый КПД трактора, соответствующий Ркрнj; – оптимальное значение коэффициента использования мощности двигателя в условиях вероятностной нагрузки.
При известном интервале оптимальных рабочих скоростей
в качестве критерия
эффективности для определения
можно использовать
.
Критерии (6) и (7) отвечают одновременно требованиям высокой производительности и ресурсосбережения. Поэтому оптимальным будут такие значения параметров
и
, которые обеспечивают
достижения любого из указанных критериев оптимизации рабочего хода.
Значение буксования движителя трактора, соответствующее номинальному тяговому усилию
, определяет агротехнические и экологические ограничения на параметры оптимизации,
поскольку
. При этом тяговое усилие Ркрoptj соответствует режиму максимального
тягового КПД
и
,а
– режиму допустимого
буксования.
С учетом характера изменения коэффициента сопротивления качению трактора при скорости
V>Vo=1,4 м/с
выражение (3) примет вид:
,
(8)
где fo – коэффициент сопротивления качению трактора при Vо; C – коэффициент пропорциональности.
Критерий оптимальности при расчете
в этом случае можно представить в виде минимизируемой выпуклой функции:
116
Вестник КрасГАУ. 2010. №8
.
Минимум функции
ся по переменным
,
– безразмерная величина, близкая к нулю. Ее минимизация производит. При изменении скорости
в интервале
с
и
заданным шагом в каждом цикле определяются значения ,
методом дихотомии находят величину
и
. Для каждого значения
, соответствующую тяговому КПД
Оптимизация эксплуатационных параметров трактора при заданных
, ,
и
Алгоритм
(9)
производится на двух режимах:
расчета:
1)
3)
,
;
; 4)
далее
.
,
,
;
,
,
.
2)
;
; 5)
;
6)
; 7) функция (9).
Критерий (5), параметры
и
рассчитываются для обоих указанных выше тяговых режимов
использования трактора.
В табл. 1 приведены исходные данные для расчета эксплуатационных параметров тракторов, полученные на основании анализа экспериментальных исследований и технических характеристик мобильных
энергетических средств общего назначения.
Таблица 1
Исходные данные для расчета эксплуатационных параметров тракторов
Показатель
Тип трактора
4К4Б
Гусеничный
а
b
fo
C
0,110
0,0103
0,773
0,785
0,10
0,08
0,010
0,013
νМс
0,88
0,88
0,15
0,05
0,535
0,750
0,06–0,08
0,06–0,07
,
м/с
1,8
1,8
,
м/с
2,2
2,2
В табл. 2 представлены результаты расчета параметров
и
колесных 4К4Б и гусеничных
тракторов общего назначения для установленных типажом классов тяги при изменении оптимальной рабочей скорости на операциях основной обработки почвы в интервале от
на отвальной вспашке
до
– на сплошной глубокой культивации и комбинированной обработке.
Таблица 2
Расчетные диапазоны эксплуатационных параметров тракторов
Режим
Тип
использова- Параметр
трактора
ния
4К4Б
Гусеничный
(
)
(
)
mэ, т.
, кВт
mэ, т.
, кВт
mэ, т.
, кВт
mэ, т.
, кВт
Класс тяги (
, кН)/
3
4
5
(27–36)
(36–45)
(45–54)
(1,8–2,2)
(1,8–2,2)
(1,8–2,2)
7,46–9,95
9,95–12,43 12,43–14,92
79,0–129,4
105,5–161,6 131,8–194,0
6,43–8,57
8,57–10,72 10,72–12,86
81,0–132,0
108,0–165,1 135,1–198,0
4,75–6,33
6,33–7,91
7,91–9,49
64,8–106,5
86,4–133,1 108,1–159,7
4,11–5,52
5,48–6,90
6,85–8,27
64,9–106,9
86,7–133,7 108,4–160,2
, м/с
6
(54–72)
(1,8–2,2)
14,92–19,89
158,2–258,6
12,86–17,15
162,1–264,1
9,49–12,65
129,1–212,9
8,22–11,04
130,0–213,8
7
(72–108)
(1,8–2,2)
19,89–29,84
210,8–387,9
17,15–25,72
216,2–396,1
12,65–18,98
172,7–319,4
10,96–16,56
173,4–320,8
По результатам моделирования установлено, что при повышении оптимальных значений рабочей скорости основной обработки почвы в 1,22 раза энергетический потенциал трактора возрастает в 1,23 раза. Ис117
Техника
пользование тракторов на режиме максимального тягового КПД увеличивает их эксплуатационную массу по
сравнению с режимом допустимого буксования на 16 %. Потребный энергетический потенциал уменьшается
при этом в среднем на 2 % у колесных и на 0,5 % – у гусеничных тракторов. Эксплуатационные масса и мощность гусеничных тракторов при одинаковых значениях
,
и
ниже, чем у колесных, на 57 и 22 %
соответственно.
Для обеспечения заданных тягово-скоростных диапазонов удельный энергетический потенциал
на режиме
колесных и гусеничных тракторов составляет 10,6–13,0 и 13,7–16,8 Вт/кг, а на режиме
соответственно 12,6–15,4 и 15,8–19,4 Вт/кг.
Коэффициент зависит от динамических свойств тракторного дизеля Км и распределения внешней нагрузки νМс. В табл. 3 приведены значения номинальной эксплуатационной мощности тракторов установленных
тяговых классов для рационального интервала рабочих скоростей (1,8–2,2 м/с) почвообрабатывающих агрегатов на режиме максимального тягового КПД (
) при Км=1,15 и Км=1,40 (ДПМ). Для
расчетные значения коэффициента при заданных Км составили 0,918 и 1,092 соответственно [2].
Таблица 3
Диапазоны номинальной эксплуатационной мощности тракторов общего назначения
Тип трактора
4К4Б
Гусеничный
Км
1,15
1,40
1,15
1,40
27–36
1,8–2,2
86–141
72–119
71–116
59–98
Nеэ, кВт при Ркр, кН /
36–45
45–54
1,8–2,2
1,8–2,2
115–176
144–211
97–148
121–178
94–145
118–174
79–122
99–147
, м/с
54–72
1,8–2,2
172–281
145–237
141–232
118–195
72–108
1,8–2,2
230–423
193–356
188–348
158–293
Приведенные результаты показывают, что использование дизеля постоянной мощности (ДПМ) позволяет уменьшить оптимальные значения номинальной эксплуатационной мощности в среднем на 19 %. Уровень энергонасыщенности колесных тракторов на режиме (
) снижается при этом с 11,5–14,9 до
9,2–11,9 Вт/кг, а гусеничных с 14,9–18,3 до 12,4–16,5 кВт/кг. На режиме допустимого буксования (
)
энергонасыщенность колесных тракторов снижается с 13,4–16,5 до 11,9–13,9 Вт/кг, а гусеничных –
с 17,3–21,0 до 14,4–17,8 Вт/кг.
Полученные значения мощности и массы тракторов общего назначения для установленных типажом
тяговых классов являются исходными данными при последующем обосновании соответствующих параметров внешней скоростной характеристики их двигателей и трансмиссии, а также основных принципов создания мобильных энергетических средств переменного тягового класса.
Выводы
1. Обоснована модель и разработан алгоритм оптимизации массоэнергетических параметров трактора общего назначения, учитывающие взаимосвязь показателей тягово-сцепных и динамических свойств с
рабочей скоростью и характером тяговой нагрузки.
2. Определены рациональные диапазоны эксплуатационных параметров тракторов для установленных типажом тяговых классов и скоростных режимов использования почвообрабатывающих агрегатов.
Литература
1.
2.
Селиванов Н.И. Эффективное использование энергонасыщенных тракторов / Краснояр. гос. аграр.
ун-т. – Красноярск, 2008. – 231 с.
Взаимосвязь параметров энергетических и тягово-динамических свойств тракторов / Н.И. Селиванов
[и др.] // Вестн. КрасГАУ. – Красноярск, 2010. – № 2. – С. 118–123.
118
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
4
Размер файла
441 Кб
Теги
тракторов, рационально, pdf, назначение, параметры, общего
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа