Расчёт машинно-тракторного агрегата

   ВВЕДЕНИЕ

   Современный уровень подготовки высококвалифицированных  инженерно-технических работников для предприятий агропромышленного  комплекса определяется умением  будущего специалиста правильно  выбирать и рационально комплектовать  мобильные ресурсосберегающие машинно-тракторные агрегаты для сельскохозяйственного  производства. В связи с этим в  методических указаниях дан порядок  расчёта состава и тягово-эксплуатационных показателей комплектуемого машинно-тракторного  агрегата и представлен необходимый  для его выполнения справочный материал.

   В настоящее время тракторостроительными  заводами предлагается широкий ряд  энергетических средств с различными мощностными и тяговыми характеристиками.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      1. РАСЧЕТ ТЯГОВЫХ УСИЛИЙ ТРАКТОРА 

      Каждому студенту выдается задание, которое  содержит исходные данные к расчету  технологии механизированной операции.

      1. Марка трактора: К-700А

      2. Вид операции: предпосевная культивация

      3. Размеры поля: 1300×2300

      4. Уклон местности: i=1,2%

      5. Время смены: 10 часов

      Задание

      1.  Кратко описать агротехнические  требования, предъявляемые к выполнению  заданной операции.

      2.  На основании технологически  допустимых рабочих скоростей  движения (прил. 1) и технической характеристики  заданной марки трактора (прил. 2) подобрать две рабочие передачи и выписать передаточные числа трансмиссии на этих передачах. 

      1.1. Порядок расчёта

      Касательную силу Р_к определяют по формуле:

      где N_e - номинальная мощность двигателя, кВт; N_вом - мощность, затрачиваемая на привод через вал отбора мощности, кВт (учитывается только для тягово-приводного агрегата); _м -механический КПД трансмиссии:

      Где: , - механический КПД цилиндрической и конической зубчатых передач (прил. 3); - механический КПД гусеничной цепи α, β - число пар передач данного вида, находящихся в зацеплении; i_т - передаточное число трансмиссии; r_k - радиус качения, м; n_н - номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя, с^-1.

      N_е=158

      n_н=28,3

      Рекомендуемые скорости 6-я или 7-я.

      i_Т6=63

      i_Т7=52

      Для гусеничных тракторов r_k = r_зв, где r_зв - радиус начальной окружности звездочки (см. прил. 2). Для колесных тракторов r_k определяют по формуле:

      r_k=0,75

      Максимальную  силу сцепления трактора с почвой F_c рассчитывают по формуле:

      F_c =μ∙ G_c ,

      где μ - коэффициент сцепления движителей с почвой (прил. 4);

            G_c - сцепной вес трактора, кН.

      μ =0,5

      Для гусеничных или колесных  тракторов с двумя ведущими осями G_c = G

      G_c = 126,1

      F_c = 0,5*126,1=63 кН

      Движущую  силу Р_дв принимаем

      Р_дв = Рк при Р_к < F_c;

      Р_дв = F_c при Р_к > F_c.

      так как Р_к < F_c,то:            Р_дв6=58 кН

                                               Р_дв7=48 кН 

      Рис.1. График определения движущей силы. 

      Силу, затрачиваемую на самопередвижение трактора Р_f вычисляют по выражению:

      Р_f=G∙f 

      Где f – коэффициент сопротивления качению трактора (прил. 4).

      Р_f=126,1*0,1=13 кН

      Усилие  на преодоление подъема Р_а, кН:

      Где: i – уклон местности, %.

      Номинальную силу тяги на крюке трактора Р_кр определяют по выражению:

      Р_кр= Р_дв – Р_f – Р_а

      Р_кр6= 58-13-1,5=43,5 кН

      Р_кр7= 48-13-1,5=33,5 кН 
 
 

      Теоретическую (v_T) и рабочую (v_Р) скорости находят по формулам:

      Где: δ – буксование движителей трактора, %, для гусеничных тракторов δ=2…5 %

   2. РАСЧЕТ РАЦИОНАЛЬНОГО  СОСТАВА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО  АГРЕГАТА

   Задание

   1.  Подобрать сельскохозяйственные машины и орудия, пользуясь прил. 5:

   а) наименование сельскохозяйственной машины: культиватор.

   б) марка сельскохозяйственной машины: КПС-4

   в) вес, кН.:

   г) конструктивная ширина захвата, м.: 4,0

   2.  Начертить схему агрегата (рис. 2). Определить на ней и обозначить  кинематический центр агрегата (КЦА), кинематическую длину трактора l_w, сцепки /_ош сельскохозяйственной машины /_м и всего агрегата /_к, конструктивную В_к и кинематическую d_K ширину агрегата.

   2.1. Определение тягового  сопротивления одной  сельскохозяйственной  машины.

   Определяется  по выражению:

   R_м=k_м В_к + G_м

   R_м6=2,216 *4+126,1*

   R_м5=2,396*4 +126,1*

   где k - удельное сопротивление машины, кН/м; В_к- -конструктивная ширина захвата, м; G_м - вес машины, кН

   2.2. Расчёт тягового сопротивления агрегата

   Тяговое сопротивление агрегата, кН, вычисляют по формуле:

   R_a= R_м

   R_a6=34,1

   R_a7=24 

   Фактический коэффициент использования тягового усилия трактора составит:

   2.3. Определение рабочей ширины захвата агрегата

   Рабочую ширину захвата агрегата, м, рассчитывают по выражению:

   где β - коэффициент использования конструктивной ширины захвата агрегата. β=1

   2.4. Определение баланса мощности трактора и его составляющих

   Баланс  мощности трактора рассчитывают по формуле:

   N_е = N_Kp + N_f ± Na+ N_δ + N_м + N_B0M + N_н,

   где N_e - номинальная мощность двигателя, кВт; N_Kp - затраты мощности на тягу, кВт,

   N_f- затраты мощности на самопередвижение трактора, кВт,

   N_a - затраты мощности на преодоление подъема, кВт,

   N_δ - затраты мощности на буксование, кВт,

   N_M - потери мощности в трансмиссии, кВт,

   N_н - неиспользуемая мощность двигателя, кВт,

   N_е =82,2 +24,6+2,8+12,2+34,8=156,6

   Полученные  значения подставляют в формулу  баланса мощности. Отклонения от N_e допускаются не более 3-5 %. По полученным значениям строят графики баланса мощности для двух расчетных передач. Затем выбирают передачу, на которой эффективнее загружен двигатель трактора.

   По  фактическому коэффициенту использования  тягового усилия трактора выбираем 6-ю скорость для расчёта.

   2.5. Построение графика баланса мощности

   Принимают определенный масштаб для усилий и скоростей и строят график, изображенный.  

Рис. 3. График баланса мощности 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНОЙ  КИНЕМАТИКИ АГРЕГАТА

   1. Способ движения агрегата: гоновый - челночный.

   2. Начертить схему поля и показать  кинематику движения агрегата, проставив  размеры L_p, L, Е, С.

   3.1. Определение рабочей  длины L_р и ширины загона С

   Рабочую длину загона рассчитывают по формуле:

   L_p = L-2E, м

   где L - длина поля, м, для посева, междурядной обработки пропашных культур и для кругового способа движения L_p = L; Е – ширина поворотной полосы.

   Значение  Е_тin принимают в зависимости от вида поворота. Для петлевого грушевидного поворота

   где R₀- радиус поворота агрегата, м; е - длина выезда агрегата, м, для навесных машин е = (0,25... 0,5) l_k,

   R₀=1,1В_к

   R₀=12 м,

    - соответственно кинематическая  длина агрегата, трактора, сцепки  и машины; d_K - кинематическая ширина агрегата, м, для симметричных агрегатов d_K =В_к/2 

   е =8м,

   d_K =12/2=6

   Фактическое значение Е принимают кратным рабочей ширине захвата агрегата:

   Е=k₁ В_р, м,

   где к₁ - коэффициент кратности (к₁ = Е_тin/В_р), округляется до большего целого числа.

   к₁ = E_min/В_р

   Е=48 м, 

   Оптимальную ширину загона С определяют:

   Ширина  загона должна быть кратной рабочей  ширине захвата агрегата:

   где к₂ - коэффициент кратности (к₂ = С/В_р), округляется до ближайшего целого числа.

   3.3. Определение коэффициента  рабочих ходов

   Коэффициент рабочих ходов вычисляют по формуле:

   L_x=(6,6…..8)R₀+2e

   L_x=7,3*12+2*8=103,6м

   4. ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ  АГРЕГАТА

      Задание

      1. Рассчитать баланс времени смены  работы агрегата.

      2. Определить производительность  агрегата.

      4.1. Порядок расчёта

      Составляющие  величины баланса времени смены  определяют по формуле:

      Т_см = Т_р + Т_х + Т_техн + Т'_техн +Т_п.з.

      где Т_р, Т_х, Т_техн - время на выполнение циклично повторяющихся операций (рабочего хода, холостых поворотов и технологического обслуживания агрегата), мин; Т'_техн - время на устранение технологических отказов (забился сошник сеялки, культиватора и т.д.), принимается в среднем за смену (10-15 мин), мин; Т_п.з - время на подготовительно-заключительные операции, принимается равным сумме затрат времени на ЕТО трактора и сельскохозяйственной машины (прил. 15), мин.

      Составляющие  баланса Т_р, Т_х и Т_техн подсчитывают, используя время цикла t_ц (время одного оборота агрегата в загоне):

      t_ц=

      где t_р, t_х,, t_ос - время рабочего, холостого хода и технологической остановки за цикл, мин,                   

       - время на одну технологическую  остановку агрегата в цикле, мин (прил. 16); - скорость агрегата на поворотах, км/ч, в теоретических расчетах принимают = ; L_техн - запас рабочего хода агрегата по технологической емкости, м,

      n - количество сельскохозяйственных машин в агрегате; V_M -объем технологической ёмкости одной сельскохозяйственной машины, дм³ (см. прил. 16); - плотность материала, кг/м³ (прил. 17); λ - коэффициент использования объема технологической емкости, λ = 0,85-0,95; g - норма расхода материала, кг/га (прил. 18).

      тогда время цикла t_ц:                    t_ц= 23,1

      Количество  циклов работы агрегата за смену п_ц определяют по формуле (время смены Т_см принимают из исходных данных):

      Полученное  n_ц округляют до ближайшего целого числа.

      Отсюда  время на выполнение циклично повторяющихся  операций (рабочего хода, холостых поворотов и технологического обслуживания агрегата) рассчитывают по формулам: 

      Т_р=t_рn_ц

      Т_р=24*21,25=510

      Т_х=t_хn_ц

      Т_х=1,83*24=44 

      Вычисленные значения составляющих баланса времени  смены подставляют в формулу (4.1) для проверки правильности расчетов.

      Т_см 510+44+10+37=601 мин

      Затем определяют коэффициент использования  времени смены:

      Производительность  агрегата, га/ч, составит:

      W_ч=0,1В_рυ_рτ

      W_ч=0,1*11,5*6,8*0,85=6,7 га/ч

      Далее необходимо выполнить проверочный расчет часовой производительности по загрузке агрегата:

      где к - удельное сопротивление агрегата, кН/м, к = R_a/В_р

      к=34,1/11,5=3

  Производительность агрегата за смену, га,

      W_см =W_чТ_см

      W_см=6,7*10=67 га

      Затраты труда на единицу выполненной  работы

      где т_м - количество механизаторов (т_м=1 чел.); т_В - количество вспомогательных рабочих (т_В=0 чел.). 
 
 

      Затраты энергии на единицу выполненной работы, кВт-ч/га,

      КПД агрегата

      5. РАСЧЕТ ПОТРЕБНОГО  КОЛИЧЕСТВА ТОПЛИВА  И СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ 

      5.1. Порядок расчёта

      Определяют  расход топлива за смену, кг:

      Q_см=Q_рТ_р + Q_хТ_х + Q_оТ_о

      Где Q_р,Q_х,Q_о - средний расход топлива в час соответственно при рабочем ходе, на холостых поворотах и переездах, во время остановок агрегата с работающим двигателем, кг/ч (прил. 19) (Q_р,=32 кг/ч;Q_х=9 кг/ч;Q_о=2,5 кг/ч); Т_р, Т_х, Т_о - время на работу, повороты и остановки трактора с работающим двигателем, ч,()

      Т_о = Т_техн + Т'_техн + 0,5Т_п.з

      Т_о = 10+0,5*37=28,5 ч

      Подставляем результаты в формулу (5.1)

      Q_см=32*510+9*44+2,5*28,5=279,8 кг

      Расход  топлива на единицу выполненной  работы, кг/га, рассчитывают по формуле:

      Расход  смазочных масел и пускового бензина определяют исходя из установленных норм (прил. 20).

      Расход моторного масла:       % от основного топлива равен         кг.

      Расход  автотракторного масла:     % от основного топлива равен         кг.

      Расход  трансмиссионного масла:    % от основного топлива равен       кг.

      Солидол:     % от основного топлива равен      кг.