Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Состояние вопроса и задачи исследований 12
1.1 Использование транспортных агрегатов в сельскохозяйственном производстве Амурской области 12
1.2 Анализ путей повышения производительности транспортных агрегатов 23
1.3 Влияние неустановившегося характера крюковой нагрузки на эксплуатационные показатели транспортного агрегата 31
1.4 Выводы и задачи исследования 42
Глава 2 Теоретические предпосылки 44
2.1 Теоретическое обоснование выбора маховика 44
2.2 Влияние момента инерции МТА на производительность транспортных работ 48
2.3 Влияние дополнительного маховика на грузоподъёмность транспортных агрегатов 65
Глава 3 Программа экспериментальных исследований 73
3.1 Задачи экспериментальных исследований 73
3.2 Общая методика проведения экспериментальных исследований 73
3.3 Объекты исследования 74
3.4 Условия проведения экспериментальных опытов 74
3.5 Лабораторные испытания и средства измерения 74
3.5.1 Средства измерения при лабораторных испытаниях 78
3.5.2 Измерения частоты вращения ведущего колеса и барабанов стенда 79
3.5.3 Измерение тягового усилия 80
3.5.4 Измерение расхода топлива 81
3.6 Полевые испытания и средства измерения 81
3.6.1 Измерение частоты вращения ведущего колеса 82
3.6.2 Измерение пройденного пути 82
3.6.3 Измерение тягового усилия 84
3.7 Хронометрические наблюдения 84
3.8 Математическая обработка экспериментальных данных 86
Глава 4 Результаты экспериментальных исследований и их анализ 89
4.1 Тяговые испытания трактора в лабораторных условиях 89
4.2 Результаты тяговых испытаний трактора МТЗ-82 на транспортных работах 92
4.3 Результаты сравнительно хозяйственных испытаний трактора МТЗ-82 на транспортных работах 100
Глава 5 Экономическая эффективность 104
5.1 Энергетическая оценка транспортного афегата на транспортных работах 104
Заключение 110
Библиографический список использованной литературы 111
Приложение 126
- Использование транспортных агрегатов в сельскохозяйственном производстве Амурской области
- Теоретическое обоснование выбора маховика
- Лабораторные испытания и средства измерения
- Результаты тяговых испытаний трактора МТЗ-82 на транспортных работах
Введение к работе
При выполнении технологических процессов по возделыванию сельскохозяйственных культур, транспортные работы являются неотъемлемой частью. Как показывают исследования, 25 — 40 % от всех затрат, связанных с производством сельскохозяйственной продукции приходится на транспортные работы. Для отдельных видов работ этот показатель может достигать 50 - 70 %. Применение энергонасыщенных колесных тракторов на транспортных работах позволит повысить эффективность их использования. Однако при выполнении различных сельскохозяйственных операций, имеются значительные колебания крюковой нагрузки, то есть, характер нагрузки тракторного двигателя является неустановившимся, при этом степень неравномерности момента сопротивления двигателя может достигать величины 30 - 40 % [22,24],
Для уменьшения колебаний крюковой нагрузки и неравномерности момента сопротивления двигателя при перевозке грузов на транспортных работах тракторными поездами, наиболее перспективным направлением является увеличение момента инерции транспортного агрегата. Увеличить момент инерции можно за счет постановки дополнительного маховика, приводимого в действие от вала отбора мощности (ВОМ). Наличие дополнительного маховика будет способствовать сглаживанию колебаний нагрузки, что приведёт к увеличению рабочей скорости, а следовательно и производительности машинно-тракторного агрегата на транспортных работах. Влияние момента инерции машинно-тракторного агрегат, а именно ведущей его части на эксплуатационные показатели до настоящего времени мало изучено.
10 Настоящая диссертационная работа посвящена вопросу исследования влияния момента инерции дополнительного маховика, на эксплуатационные показатели транспортных агрегатов.
Цель исследования. Повышение эффективности использования колесных тракторов на внутрихозяйственных перевозках за счёт увеличения скорости движения, производительности и снижения величины буксования.
Объект исследования. Трактор МТЗ-82 с дополнительным аккумулирующим устройством.
Методы исследования. Исследования по теме диссертации выполнены (1997 - 2004 гг.), в Дальневосточном государственном аграрном университете (ДальГАУ) в соответствии с научно-технической программой 13.8.
Аналитические исследования влияния дополнительного маховика на эксплуатационные показатели трактора проводились с использованием теории дифференциальных уравнений в частных производных. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и полевых условиях. Опытные данные обрабатывались современными методами теории вероятности и математической статистики.
Научная новизна. Предложены аналитические зависимости, позволяющие определить влияние дополнительного маховика на производительность, рабочую скорость и буксование транспортного агрегата.
Практическая ценность и реализация результатов исследований. Использование колесного трактора класса 1,4 на транспортных работах с дополнительным маховиком повышает производительность транспортного агрегата и уменьшает удельный расход топлива за счет увеличения приведенного момента инерции. Установленные теоретические и экспериментальные зависимости позволяют сократить затраты времени и материальных средств при конструировании и установке дополнительного маховика, приводимого в действие от вала отбора мощности (ВОМ).
Методика экспериментальных исследований применялась при испытании колесных тракторов.
Полученные результаты по уточнению теории взаимодействия дополнительного момента инерции и силового агрегата трактора внедрены в учебный процесс на кафедре «Тракторы и автомобили» ДальГАУ.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных конференциях ДальГАУ, (1997 -2004), расширенном заседании кафедры «Тракторы и автомобили» ДальГАУ.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в сборниках научных трудов ДальГАУ, депонированы в центре информации и технико-экономических исследований РАСН ВНИИЭСХ. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.
Автор считает для себя обязательным выразить глубокую признательность к.т.н. СВ. Щитову за помощь и критические замечания при написании диссертационной работы. Автор также признателен коллективу кафедры «Тракторы и автомобили» ДальГАУ, принимавшему участие в организации и проведении исследований.
Использование транспортных агрегатов в сельскохозяйственном производстве Амурской области
При выполнении технологических процессов по возделыванию сельскохозяйственных культур, транспортные работы являются неотъемлемой частью. Как показывают исследования, 25 — 40 % от всех затрат, связанных с производством сельскохозяйственной продукции приходится на транспортные работы. Для отдельных видов работ этот показатель может достигать 50 - 70 %. Применение энергонасыщенных колесных тракторов на транспортных работах позволит повысить эффективность их использования. Однако при выполнении различных сельскохозяйственных операций, имеются значительные колебания крюковой нагрузки, то есть, характер нагрузки тракторного двигателя является неустановившимся, при этом степень неравномерности момента сопротивления двигателя может достигать величины 30 - 40 % [22,24], Для уменьшения колебаний крюковой нагрузки и неравномерности момента сопротивления двигателя при перевозке грузов на транспортных работах тракторными поездами, наиболее перспективным направлением является увеличение момента инерции транспортного агрегата. Увеличить момент инерции можно за счет постановки дополнительного маховика, приводимого в действие от вала отбора мощности (ВОМ). Наличие дополнительного маховика будет способствовать сглаживанию колебаний нагрузки, что приведёт к увеличению рабочей скорости, а следовательно и производительности машинно-тракторного агрегата на транспортных работах. Влияние момента инерции машинно-тракторного агрегат, а именно ведущей его части на эксплуатационные показатели до настоящего времени мало изучено. Настоящая диссертационная работа посвящена вопросу исследования влияния момента инерции дополнительного маховика, на эксплуатационные показатели транспортных агрегатов. Цель исследования. Повышение эффективности использования колесных тракторов на внутрихозяйственных перевозках за счёт увеличения скорости движения, производительности и снижения величины буксования. Объект исследования. Трактор МТЗ-82 с дополнительным аккумулирующим устройством. Методы исследования. Исследования по теме диссертации выполнены (1997 - 2004 гг.), в Дальневосточном государственном аграрном университете (ДальГАУ) в соответствии с научно-технической программой 13.8. Аналитические исследования влияния дополнительного маховика на эксплуатационные показатели трактора проводились с использованием теории дифференциальных уравнений в частных производных. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и полевых условиях. Опытные данные обрабатывались современными методами теории вероятности и математической статистики. Научная новизна. Предложены аналитические зависимости, позволяющие определить влияние дополнительного маховика на производительность, рабочую скорость и буксование транспортного агрегата. Практическая ценность и реализация результатов исследований. Использование колесного трактора класса 1,4 на транспортных работах с дополнительным маховиком повышает производительность транспортного агрегата и уменьшает удельный расход топлива за счет увеличения приведенного момента инерции. Установленные теоретические и экспериментальные зависимости позволяют сократить затраты времени и материальных средств при конструировании и установке дополнительного маховика, приводимого в действие от вала отбора мощности (ВОМ). Методика экспериментальных исследований применялась при испытании колесных тракторов. Полученные результаты по уточнению теории взаимодействия дополнительного момента инерции и силового агрегата трактора внедрены в учебный процесс на кафедре «Тракторы и автомобили» ДальГАУ. Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных конференциях ДальГАУ, (1997 -2004), расширенном заседании кафедры «Тракторы и автомобили» ДальГАУ.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в сборниках научных трудов ДальГАУ, депонированы в центре информации и технико-экономических исследований РАСН ВНИИЭСХ. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.
Автор считает для себя обязательным выразить глубокую признательность к.т.н. СВ. Щитову за помощь и критические замечания при написании диссертационной работы. Автор также признателен коллективу кафедры «Тракторы и автомобили» ДальГАУ, принимавшему участие в организации и проведении исследований.
Теоретическое обоснование выбора маховика
Постановка дополнительного маховика снижает величину буксования. Так при нагрузке Ркр = ПкН величина буксования серийного трактора составляет 18, а экспериментального 13%, однако при увеличении нагрузки до Ркр = 14 кН эта разница уже составляет соответственно 25 и 20%, то есть постановка дополнительного маховика снижает величину буксования на 25%.
Увеличение величины буксования вызывает снижение скорости движения. Постановка дополнительного маховика увеличивает скорость движения и тяговую мощность трактора. В то же время характер нагрузки при лабораторных исследованиях имеет постоянное значение, то есть отсутствуют резкие колебания, что не характерно при проведении транспортных работ, где тяговое усилие меняется в зависимости от условий. Как известно, роль маховика заключается в сглаживании пиковых нагрузок, поэтому лабораторные исследования не могут показать полный характер роли маховика. Для выявления влияния маховика на неравномерный характер крюковой нагрузки были проведены исследования в реальных условиях эксплуатации.
При движении трактора на его крюке величина тягового усилия меняется в зависимости от условий эксплуатации, а также от дорожных условий. С этой целью были проведены сравнительные тяговые испытания трактора МТЗ-82 серийного и экспериментального.
В основу сравнительной оценки использования трактора МТЗ-82 на транспортных работах были проведены тяговые испытания в полевых условиях. В качестве сравнения использовался трактор МТЗ-82 с дополнительным маховиком, приводимым в действие от ВОМ. Испытания с дополнительным маховиком проводились для двух режимов вращения маховика (п=5 00 од/мин и п= 1000 об/мин).
Испытания проводились на участке дороги с грунтовым, полевым и песчаным покрытием и изменяющимся рельефом, имеющим спуски и подъемы. Тяговые испытания были проведены с прицепом 2ПТС-4. Торможение трактора осуществлялось автомобилем за счет изменения передачи и оборотов двигателя загрузочного автомобиля, что дало возможность получить разные нагрузки на крюке испытуемого трактора. В итоге проведенных исследований были получены результаты, после обработки которых были построены тяговые характеристики.
Результаты сравнительных тяговых характеристик трактора МТЗ-82 серийного и с дополнительным маховиком массой т=50 кг, п=500 об/мин с прицепом 2ПТС-4 представлены на рисунке 4.2.
Анализ сравнительных тяговых испытаний позволяет сделать вывод, что при одной и той же крюковой нагрузке характер изменения буксования, скорости и тяговой мощности одинаков, однако постановка дополнительного маховика позволяет уменьшить буксование, что в свою очередь увеличивает рабочую скорость и тяговую мощность транспортного агрегата.
Так при Ркр = 14 кН буксование у экспериментального транспортного агрегата уменьшилось на 6%, тяговая мощность увеличилась на 7%, а рабочая скорость возросла на 7,5%.
Сравнивая между собой тяговые усилия ( рис.4.2) при одном и том же буксовании можно отметить, что при буксовании 8% тяговое усилие экспериментального транспортного агрегата составило Ркр-10 кН, а серийного Ркр= 7кН, то есть произошло увеличение на 30%.
Момент инерции дополнительного маховика можно изменить за счет увеличения частоты вращения. Результаты сравнительной тяговой характеристики серийного транспортного агрегата и экспериментального с дополнительным маховиком т=50 кг п=1000 об/мин, представлены на рисунке 4.3. Из анализа тяговых характеристик (рис. 4.3) видно, что при равных дорожных условиях у экспериментального транспортного агрегата увеличилась тяговая мощность, рабочая скорость, и уменьшилась величина буксования на 13,8...12,7 и 7,6%.
Сравнивая между собой тяговые усилия (рис. 4.3) при одном и том же буксовании можно отметить, что при буксовании 8% тяговое усилие экспериментального транспортного агрегата составило Ркр= 14 кН, а серийного Ркр= 7 кН, то есть произошло увеличение на 50%.
Лабораторные испытания и средства измерения
Анализ сравнительных тяговых испытаний позволяет сделать вывод, что при одной и той же крюковой нагрузке характер изменения буксования, скорости и тяговой мощности одинаков, однако постановка дополнительного маховика позволяет уменьшить буксование, что в свою очередь увеличивает рабочую скорость и тяговую мощность транспортного агрегата.
Так при Ркр = 14 кН буксование у экспериментального транспортного агрегата уменьшилось на 6%, тяговая мощность увеличилась на 7%, а рабочая скорость возросла на 7,5%. Сравнивая между собой тяговые усилия ( рис.4.2) при одном и том же буксовании можно отметить, что при буксовании 8% тяговое усилие экспериментального транспортного агрегата составило Ркр-10 кН, а серийного Ркр= 7кН, то есть произошло увеличение на 30%.
Момент инерции дополнительного маховика можно изменить за счет увеличения частоты вращения. Результаты сравнительной тяговой характеристики серийного транспортного агрегата и экспериментального с дополнительным маховиком т=50 кг п=1000 об/мин, представлены на рисунке 4.3. Из анализа тяговых характеристик (рис. 4.3) видно, что при равных дорожных условиях у экспериментального транспортного агрегата увеличилась тяговая мощность, рабочая скорость, и уменьшилась величина буксования на 13,8...12,7 и 7,6%.
Сравнивая между собой тяговые усилия (рис. 4.3) при одном и том же буксовании можно отметить, что при буксовании 8% тяговое усилие экспериментального транспортного агрегата составило Ркр= 14 кН, а серийного Ркр= 7 кН, то есть произошло увеличение на 50%.
Для наглядности результаты тяговых испытаний серийного трактора МТЗ-82 и трактора МТЗ-82 с дополнительным маховиком т=50 кг и п=500 об/мин, а так же п=1000 об/мин с прицепом 2ПТС-4 и автомобилем т=3500 кг в полевых условиях, представлены на рисунке 4.4.
Анализ сравнительной тяговой характеристики трактора МТЗ-82 с дополнительным маховиком т=50 кг, п=500 об/мин и т=50 кг, п=] 000 об/мин позволяет сделать вывод, что при одном и том же буксовании трактор с дополнительным маховиком т=50 кг, п=500 об/мин развивает меньшее тяговое усилие чем с маховиком т=50 кг, п=1000 об/мин. Так при 5%-ном буксовании трактор с дополнительным маховиком т=50 кг и п=500 об/мин развивает тяговое усилие равное 11 кН, тогда как у трактора с дополнительным маховиком т=50 кг, п=1000 об/мин. Р гОЗ кН, что на 15,3% выше чем у трактора с частотой вращения дополнительного маховика п=500 об/мин.
Более наглядное распределение составляющих тягового баланса можно проследить по балансу мощности, представленному на рисунке 4.5 и рисунке 4.6. Так у серийного тракторного агрегата мощность, затраченная на буксование составила 16,8 кВт, а у экспериментального трактора с дополнительным маховиком (т=50 кг и п= 500 об/мин. )-12 кВт, что на 28,6 % больше по сравнению с экспериментальным. У серийного трактора тяговая мощность составила 12 кВт, а у экспериментального - 14 кВт, что на 15% выше по сравнению с серийным. Снижение мощности, затрачиваемой на буксование у экспериментального тракторного агрегата позволило повысить тяговую мощность.
Анализируя рисунок 4,6 видно, что у тракторного агрегата с дополнительным маховиком ( m = 50 кг и n = 1000 об/мин.) мощность, затраченная на буксование составила 7,8 кВт, а у серийного тракторного агрегата- 16,8 кВт, что на 53,6 % больше чем у экспериментального. Таким образом снижение мощности, затрачиваемой на буксование у экспериментального тракторного агрегата позволило повысить тяговую мощность с 12 до 16,5 кВт что на 28% больше чем у серийного.
Результаты тяговых испытаний трактора МТЗ-82 на транспортных работах
Основным показателем, определяющим эффективность новой техники, является повышение производительности труда, которая выражается в снижении производственных издержек на единицу работы [бб]. С целью определения эффективности использования тракторов МТЗ-82 на транспортных работах в сельскохозяйственном производстве в условиях Амурской области были проведены сравнительные хозяйственные испытания.
Хозяйственные испытания проводились с серийным трактором МТЗ-82 и прицепом 2ПТС-4 в сравнении с трактором, имеющим дополнительный маховик. Во время испытаний меняли частоту вращения дополнительного маховика (п=500 об/мин и п=1000 об/мин). Сравнение было выполнено методом хронометражних наблюдений.
Основной целью сравнительных хозяйственных испытаний при выполнении транспортных работ является определение параметров, характеризующих эффективность их работы. К ним относятся: производительность в час времени движения, коэффициент использования времени движения, рабочая скорость движения, расход топлива. Все необходимые для анализа эффективности работы параметры определялись по формулам на основании работ [6,63,104,163]. Производительность в тонно-километрах за один час времени движения
Анализ таблицы 4.1 позволяет сделать вывод, что у трактора с дополнительным маховиком массой т=50 кг и оборотами п=500 об/мин рабочая скорость увеличилась по отношению к серийному с 7,4 до 7,96 м/с, производительность с 48,9 до 58,5 т-км/ч, а расход топлива уменьшился с 1,75 до 1,64 кг/т км, то есть соответственно на 7,56; 19,63; 6,28%. При использовании трактора МТЗ-82 с дополнительным маховиком т=50 кг и оборотах п=1000 об/мин (табл. 4.2) по отношению к серийному рабочая скорость увеличилась на 12,7%, производительность - на 33,5%, расход топлива уменьшился на 9,7%. Полученные результаты сравнительных хозяйственных испытаний показывают, что использование транспортного агрегата с дополнительным маховиком увеличивает рабочую скорость и производительность, уменьшает буксование и удельный расход топлива, то есть увеличение момента инерции МТА повышает эффективность использования колёсных тракторов на транспортных работах.
В связи с энергетическим кризисом и резким возрастанием стоимости нефтепродуктов назрела острая необходимость в анализе производства продукции сельского хозяйства с точки зрения энергозатрат и, в первую очередь, затрат жидких нефтепродуктов, а также изыскания резервов снижения энергозатрат технологий производства продовольствия на основе энергетического анализа [ЮЗ].
