Пути повышения производительности сельскохозяйственных машин

Введение

В реализации стратегической задачи подъема экономики важнейшая роль отводится сельскому хозяйству. Главная задача состоит в развития сельского хозяйства на базе интенсификации производства и его перевооружение, совершенствование систем управления и хозяйственного механизма. Для этого необходимо обеспечить надежный выпуск новых и совершенствование структуры сельскохозяйственных машин и орудий в соответствии с предусмотренной комплексной системой. В настоящее время необходимо снизить расход топлива и смазочных масел тракторами и комбайнами. Организовать надежные поставки запчастей для всех моделей тракторов и сельскохозяйственных машин используемых в сельском хозяйстве. Улучшить инженерную службу в сельскохозяйственных предприятиях.

Одним из путей повышения эффективности использования сельскохозяйственных машин является поддержание рабочей техники в постоянной готовности, что обеспечивает своевременное проведение технических обслуживаний и ремонта техники.

Энергоемкость технологических сельскохозяйственных операций в значительной степени определяется эксплуатационными свойствами машин и режимами работы машинно-тракторных агрегатов (МТА). Как показывает опыт эксплуатации машинно-тракторных агрегатов (МТА) в различных регионах Российской Федерации рост энергонасыщенности тракторов не дал пропорционального прироста производительности МТА и привел к увеличению расхода топлива на единицу выполненной работы. Повышение производительности МТА, при увеличении мощности тракторного двигателя, производилось через увеличение тягового усилия трактора и агрегатирование широкозахватных сельскохозяйственных машин, или через увеличение рабочей скорости МТА, что сопровождалось ростом удельного расхода топлива. Авторами сделан вывод о нецелесообразности повышения производительности МТА путем увеличения тягового усилия трактора и его рабочей скорости, которые сопровождаются увеличением массы трактора и недоиспользованием мощности двигателя, установленной заводом изготовителем.

Увеличение массы сельскохозяйственных тракторов привело к повышению расхода энергии как на их самоперемещение, так и на дополнительное рыхление почвы в связи с ее уплотнением. В тоже время, рост рабочих скоростей МТА привел к резкому увеличению удельного сопротивления сельскохозяйственных машин, уменьшению величины максимального значения тягового КПД и к увеличению степени неравномерности момента сопротивления на входе в двигатель, что в свою очередь вызвало падение мощности двигателя в эксплуатации до 20% от установленной заводом изготовителем.

На основе разработанных теоретических положений профессора Г.М. Кутькова и его активной поддержки, авторами работы рассмотрено альтернативное направление развития тракторо- и сельскохозяйственного машиностроения, обосновывающее необходимость замены трактора- тягача, при повышении его энергоначыщенности, на трактор тягово-энергетической концепции и создание на его основе тягово-приводных машинно-тракторных агрегатов. В таких агрегатах противоречие между необходимостью снижения веса трактора и сохранением тягово-сцепных свойств устраняются за счет использования в качестве сцепного не только веса трактора, но и веса всего агрегата, включая его технологическую часть. "Избыточная" мощность двигателя, которая не может быть реализована через ходовую систему энергонасыщенного трактора-тягача, в тягово-приводном МТА передается опорным колесам сцепки, сельскохозяйственной машины, или ее рабочим органам.

На основе проведенного авторами анализа возможных вариантов формирования МТА на базе тракторов тягово-энергетической концепции выделены два направления использования "избыточной" мощности тракторного двигателя.

Первое - уменьшение тягового сопротивления сельхозмашин с пассивными рабочими органами применением активных рабочих органов, а также заменой привода рабочих органов от ходовых колес сельхозмашины на общий привод от тракторного двигателя. Это позволяет при той же тяговой мощности и рабочей скорости трактора увеличить ширину захвата одно-операционной сельскохозяйственной машины, или сформировать комбинированный агрегат, способный выполнять одновременно не одну, а несколько технологических операций одновременно, что обеспечивает снижение удельной энергоемкости работ.

Второе - использовать "избыточную" мощность для привода движителей сельхозмашин, промежуточных тягово-прицепных модулей или опорных ведущих колес сельскохозяйственной машины. В этом случае используется вся масса агрегата для создания тягового усилия и за счет этого происходит увеличение производительности с одновременным рассредоточением сцепной массы по движителям, что позволяет снизить удельную энергоемкость работ с одновременным снижением уплотнения почвы, особенно в подпахотном горизонте.

В настоящей работе приведены результаты исследований по изысканию путей и методов формирования энергосберегающих тягово-приводных агрегатов на базе тракторов класса 1,4…2 с номинальной силой тяги 14…20 кН и обоснованию оптимальных конструктивных параметров и нагрузочных режимов МТА при выполнении основных технологических операций. Класс тракторов 1,4 с номинальным тяговым усилие 14 кН преобладает в настоящее время по количеству используемых в сельскохозяйственных коллективных и особенно фермерских предприятиях Российской Федерации и стран СНГ. Актуальность исследования связана также с наращиванием в России парка тракторов класса 2 и предпосылками использования с ними частично невостребованным парка сельскохозяйственных машин, предназначенных для тракторов класса 3. Формирование и применение тягово-приводных агрегатов на базе энергонасыщенных тракторов классов 1,4…2, позволит использовать перспективные комбинированные и универсальные широкозахватные сельскохозяйственные машины и агрегаты, в том числе предназначенных для тракторов класса 3.

1. Обоснование тягово-энергетической концепции трактора

1.1 Исследование путей повышения производительности сельскохозяйственных машинно-тракторных агрегатов

Проведенные авторами исследования путей повышения производительности сельскохозяйственных машинно-тракторных агрегатов позволило изучить причины отставания роста производительности агрегатов от роста мощности тракторных двигателей. Основное внимание уделено теоретическим изысканиям для подхода к разработке фундаментальных основ совершенствования МТА. На основе анализа потенциальной тяговой характеристики трактора (зависимость тяговой мощности трактора от его тягового усилия) сделан вывод о том, что режиму работы трактора при максимальной тяговой мощности соответствуют определенные значения тягового усилия и действительной скорости движения , которые взаимосвязаны. Поэтому, по известной практике, возрастающую тяговую мощность трактора тягача, при повышении его энергонасыщенности, можно реализовать увеличением тягового усилия трактора для агрегатирования широкозахватных сельскохозяйственных машин или для ускорения движения МТА.

В первом случае удается повысить производительность МТА, но с условием сохранения оптимального коэффициента сцепления , что сопровождается увеличением сцепного веса . Однако увеличение массы сельскохозяйственного трактора повышает расход энергии на его перемещение, который уже сегодня составляет, по отдельным источникам, до 40% номинальной мощности двигателя. При этом темп прироста производительности МТА за счет увеличения ширины захвата агрегата отстает от темпа увеличения мощности

Например, при увеличении мощности двигателя трактора Т-150М в сравнении с трактором Т-150 на 26,5%, производительность МТА (при постоянной рабочей скорости) возросла только на 15...18 % (в зависимости от технологической операции). При этом масса трактора увеличилась на 12%.

Следствием увеличения массы трактора является уплотнение почвы, в том числе и в подпахотном слое, на величину которого оказывает влияние не только удельное давление движителей, но и общая масса трактора. Это не только существенно нарушает физико-механические качества почвы и приводит к снижению урожайности сельскохозяйственных культур от 5 до 50%, но и увеличивает энергозатраты на дополнительное рыхление почвы.

Поэтому авторы пришли к мнению, что увеличение тягового усилия трактора, с точки зрения формирования энергосберегающего МТА, является неперспективным, так как требует увеличения веса трактора и уплотняет почву.

Другим вариантом повышения тяговой мощности трактора при неизменной оптимальной силе тяги является увеличение рабочей скорости МТА. Для тракторов тягачей отношение мощности двигателя, преобразуемой в тяговую мощность трактора, к произведению массы трактора на оптимальную действительную скорость движения есть величина постоянная. Поэтому повышение мощности двигателя пропорционально увеличению рабочей скорости трактора тягача, а следовательно, и производительности МТА. Однако по мере роста скорости сельскохозяйственных тракторов происходит уменьшение величины оптимального значения коэффициента использования сцепной массы трактора и максимального значения тягового КПД, т.е. нарушается прямая пропорциональность между оптимальной скоростью трактора и максимальной тяговой мощностью.

С увеличением скорости движения МТА снижается КПД ходовой системы и в связи с этим увеличиваются энергозатраты на самопередвижение трактора и преодоление буксования, т.е. мощность двигателя, преобразуемая в тяговую мощность трактора, увеличивается быстрее, чем растет его рабочая скорость.

Это значит, что по мере увеличения энергонасыщенности трактора разность между приростом мощности, подведенной к движителям, и приростом скорости будет постоянно возрастать.

Авторами был сделан вывод о том, что увеличение рабочей скорости МТА (при увеличении энергонасыщенности трактора) приводит к снижению максимального значения КПД ходовой системы трактора с одновременным снижением оптимального значения тягового усилия. Так увеличение мощности двигателя с 27 кВт до 80 кВт для тракторов типа МТЗ в случае использования ее только через тяговую мощность максимальное значение КПД ходовой системы уменьшается до 20%, а оптимальное тяговое усилие - до 40% при работе на почвенном фоне-стерне. Для того чтобы это не происходило, необходимо уменьшить массу трактора, либо обеспечить независимость коэффициента самоперекатывания трактора от скорости движения. Все это является одной из причин снижения темпа увеличения его рабочей скорости с одновременным увеличением энергозатрат на единицу обработанной площади.

Кроме того, рост рабочих скоростей МТА приводит к увеличению степени неравномерности момента сопротивления на входе в двигатель на тракторе с механической ступенчатой трансмиссией. Источником колебаний момента сопротивления на входе в двигатель является изменение сопротивления рабочих органов МТА, периодическое изменение нагрузок в зубчатых зацеплениях трансмиссии трактора. При этом существенное влияние в формировании колебаний момента сопротивления играет изменение газовых и инерционных сил, возникающих в цилиндрах двигателя.

Колебания момента сопротивления на входе в двигатель, из-за нелинейности регуляторной характеристики, приводят в эксплуатации к недоиспользованию мощности дизеля до 20 %, а рассогласование систем топливо- и воздухоподачи, особенно у двигателей с ГТН и приводят к увеличению расхода топлива.

Существующая тенденция к увеличению тягового усилия и составлению широкозахватных и скоростных МТА в сочетании с увеличением веса трактора в условиях средних размеров полей Центральной части Российской Федерации приводит к непропорциональному росту производительности и дополнительному росту энергозатрат на единицу выполненной работы, из-за увеличения разворотных зон и работы МТА в режиме разгон-торможение на коротких расстояниях.

На основании проведенного анализа, авторами был сделан вывод, что формирование энергосберегающего МТА на базе энергонасыщенного трактора тягача при увеличении силы тяги или рабочей скорости приводит с одной стороны к увеличению массы сельскохозяйственного трактора, с другой стороны снижает его тяговый КПД. Все это является одной из причин снижения темпа увеличения ширины захвата МТА и его рабочей скорости относительно увеличения мощности тракторного двигателя с одновременным увеличением энергозатрат на единицу обработанной площади, поэтому эти способы являются неперспективными.

Повышение энергонасыщенности тракторов и развитие машинных технологий возделывания сельскохозяйственных культур привело к опережению роста массы технологической части МТА относительно роста массы трактора. С применением комбинированных агрегатов масса технологической части агрегата сравнялась с массой энергетической части, и можно прогнозировать, что в будущем масса технологической части агрегата будет превосходить массу энергетической.

Анализ технологических, агротехнических и других факторов, определяющих концепцию трактора, показал, что их требования противоречивы, поэтому стремление повысить одни свойства приводит к снижению других. Так основные требования - повышение производительности МТА, энерговооруженности механизаторов и сокращение их численности - могут быть реализованы только в результате повышения мощности двигателя и увеличения тягового усилия, т. е. веса трактора. Химизация и применение перспективных широкозахватных и комбинированных агрегатов также ведут к увеличению веса агрегата и нагрузки на колеса трактора. Проявляющаяся тенденция к увеличению веса технологической части агрегата повышает давление движителей тракторов тяговой концепции на почву, что ухудшает агротехнические свойства МТА с навесными и полунавесными орудиями, требует применения широких и спаренных колес, не вписывающихся в междурядье пропашных культур.

Страницы: 1, 2, 3, 4