А.П. Ляхов канд. тех. наук, доцент, Г.И. Кошля ст. преподаватель УО БГАТУ

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены вопросы энергосбережения при производстве механизированных работ в сельском хозяйстве.

Введение

Известно[1], что лучшие эксплуатационные показатели имеет МТА при работе с максимальной тяговой мощности, при которой максимальная производительность и минимальный часовой расход топлива.

Появление энергонасыщенных тракторов выявило проблему загрузки их двигателей на максимальную мощность. Эта проблема может быть решена двумя путями:

— при применении тягово-приводных агрегатов у которых до 50% мощности двигателя может быть использована для привода активных рабочих органов;

-путём использования машин с тяговым усилием Rм=Pт_н равным номинальному тяговому усилию трактора на данной передаче, либо повышением скорости движения если она не превышает значения агротехнически допустимой.

Часовый расход топлива МТА на рабочем режиме является суммой составляющих, которые расходуются на компенсацию механических и тепловых потерь в двигателе, трансмиссии трактора, продолжения сопротивления на передвижение энергетического средств и сопротивления рабочей машины, обусловленное тяговой нагрузкой.

На частичных режимах работы двигателя расход топлива зависит от частоты вращения вала двигателя n_ei. Связь между частотой вращения и скоростью движения устанавливается зависимостью

где Nен – частота вращения вала двигателя на номинальном режиме;

δн, δр – буксование движителя трактора на номинальном и рабочем режиме;

ϑт, ϑр – скорость движения на номинальном и рабочем режимах МТА.

Основная часть

Скоростной режим двигателя зависит от положения органа, регулирующего подачу топлива. Диапазон регулирования частоты вращения коленчатого вала оценивается коэффициентом снижения скоростного режима δс, который представляет отношение частоты вращения n_eх на холостом ходу частичного режима и номинальным n_en. Современные тракторные двигатели устойчиво работают при изменении δс=1,0-0.6 [2].

Результаты стендовых испытаний двигателей и полевых тяговых испытаний тракторов показатели совпадающий характер изменения частоты вращения коленчатого вала двигателя n_e, часового расхода топлива Gт от крутящего момента Mе при различных скоростных режимах двигателя δс

Это даёт основание использовать данные как регуляторных скоростных характеристик двигателей при испытаниях на стендах, так и тяговых характеристик при полевых испытаниях МТА.

На рис.1 представлены зависимости снижения расхода топлива МТА от коэффициента снижения скоростного режима δс, при различных значениях тягового сопротивления МТА.

Рис.1 Обобщенные зависимости снижения расхода топлива МТА от коэфициента снижения скоростного режима двигателя δ _с

При использовании энергонасыщенных тракторов и повышенных скоростей их движения с недогрузкой по силе тяги Rа<<Рт из-за отсутствия возможностей уменьшения недогрузки путём увеличения ширины захвата агрегатируемой машины или скорости движения МТА вследствие конструктивных, технологических и агротехнических ограничений для повышения топливной экономичности трактора целесообразно включать повышенную передачу трактора, а скорость уменьшать снижая частоту вращения вала двигателя переходом с внешней на частичную скоростную характеристику.

Согласно ГОСТ 7057-81 “Тракторы сельскохозяйственные. Методы испытаний» одним из фонов на котором проводятся тяговые испытания трактора является бетонный трек.

Данные таких испытаний показывают, что получаемые результаты являются наиболее стабильными. В таблице 1 приведены данные тяговых испытаний тракторов Беларус 80.1 на бетонном треке с различной величиной тягового усилия[1].

Таблица 1. Данные тяговых испытаний трактора Белорус 80.1

Передача	Тяговая мощность Nт, кВт	Тяговое усилие Рт, кН	Скорость движения ϑн, м/с(км/ч)	Обороты двигателя Nе,мин-1	Буксование ведущих колёс δ, %	Расход топлива Gт, кг/ч	Удельный расход топлива, gт, г/кВтч	Температура охлаждающей жидкости, °C
а) испытания с 50%-ной нагрузкой от тягового усилия при наибольшей тяговой мощности
4	26	10,5	2,48 (8,93)	2342	3,2	9,7	373	74
б) испытания с 50%-ной нагрузкой от тягового усилия при пониженном скоростном режиме работы двигателя(частичный режим)
8 с редуктором	25,9	10,5	2,47 (8,9)	1529	3,13	8	308	77

Анализируя данные таблицы 1 следует отметить, что ГОСТ 7057-81 испытания тракторов с пониженным скоростным режимом работы двигателя не предусматривает. Данные таблицы 1 показывают, что при движении трактора на 4й передаче с тяговым усилием 10,5кН и наибольшей тяговой мощностью 26кВт двигатель работал с недогрузкой по мощности. Обороты двигателя составили 2342мин^-1 против 2200мин^-1 при номинальной мощности.

При переходе к испытаниям с 50%-ной нагрузкой от тягового усилия на 8-ю передачу с редуктором при котором тяговое усилие осталось на уровне 10,5кН, но скорость движения была снижена до 8,9км/ч против 13,57 км/ч на номинальном режиме, т.е. все показатели остались соответствующими 4-ой передаче за счёт уменьшения подачи топлива и снижения оборотов двигателя до 1529мин^-1 В этом случае двигатель, оказался переведённым на частичный режим, соответствующим около 70% от номинального.

Приведённые данные испытаний при работе двигателя на частичном режиме показывают, что при обеспечении одинаковых тягово-динамических показателях работы трактора, двигатель работает более экономично по часовому и удельному расходу топлива, который снизился до 18% без перегрузки двигателя о чём свидетельствует температура охлаждающей жидкости 77°С.

При этом следует учитывать, что расчётная скорость движения МТА на основных сельскохозяйственных работах является определяющей при выборе мощности двигателя. Мощность должна выбираться по наиболее энергоёмкой операции, но следует иметь в виду, что эффективность трактора значительно снижается в условиях, при которых рабочие скорости ограничены агротехническими требованиями. В этом случае переход на более высокие передачи и выбор наиболее приемлемого режима его работы без нарушения агротехнических требований повышает эффективность работы МТА.

Таким образом изложенное свидетельствует, что исследования по работе двигателя трактора на частичных режимах позволяет более полно использовать его потенциальные возможности при комплектовании и работе МТА. Этому способствует достаточно широкий набор передач в трансмиссии современных тракторов и наличие всережимного регулятора частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Для выбора наиболее экономичных режимов работы МТА на различных видах работ, целесообразно пользоваться номограммой(рис.2), которая строится на основании рационального сочетания передаточных отношений трансмиссии трактора и скоростного режима работы двигателя, что позволяет выбирать наиболее экономичные режимы движения МТА.

Рис.2 Номограмма для выбора экономичных режимов работы МТА с трактором Беларус 2022, двигатель Д-260.2

1 – режим при неизменно включенной передаче; 2 – частичный режим.

Как следует из рисунка 2 трактор на полевых сельхозоперациях со скоростью движения 9км/ч может работать на 3-ей и 4-ой передачах. Работа на 4-ой передаче соответствует частичному режиму, а экономия топлива составляет

ΔG = (24 — 4) = 20%

Заключение

1. При комплектовании МТА с энергонасыщенными тракторами возникает проблема загрузки двигателя на номинальный режим, который осуществляется либо подбором машин с тяговым сопротивлением Rм=Рт_н равным номинальной силе тяги на данной передаче либо увеличением скорости движения.

2. При выборе скорости движения следует учитывать интервал агротехнических допустимых скоростей, за который нельзя выходить, а в случае, если нельзя увеличить тяговое сопротивление машины путём увеличения её ширины захвата, целесообразно осуществить переход на высшую передачу, а скорость движения по агротехническим требованиям устанавливается путём снижения оборотов двигателя трактора.

3. Переход на новый скоростной режим путём снижения оборотов двигателя является частичным режимом, что позволяет более полно использовать потенциальные возможности двигателя и экономить топливо. Современные двигатели устойчиво работают при снижении частоты вращения в диапазоне(1,0-0,6)n_e.

4. Для выбора наиболее экономичного режима работы МТА на частичном режиме следует выбирать соответствующие передачи в трансмиссии трактора и частоту вращения коленчатого вала двигателя с использованием всережимного регулятора. Для облегчения выбора целесообразно воспользоваться номограммой(рис.2), построенный с использованием данных полевых тяговых испытаний и стендовых(регуляторная) характеристик.

5. Переход на частичный режим работы позволяет экономить до 14-20% часового расхода топлива.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. П.А. Амельченко, Б.Я. Шнейсер, Н.Г. Шабуня Агрегатирование тракторов «Беларусь»: учеб. пособие/П.А. Амельченко и др.– Мн.: Уроджай, 1993.-302с.

2. Чудаков Д.А. Основы теории и расчёта трактора и автомобиля.–М.: Колос, 1972.–384с.

3. Ксеневич И.П., Солонский А.С., Войчинский С.И. Проектирование универсально-пропашных тракторов.–Мн.: Наука и техника,1980.–329с.

4. Киртбая Ю.Х. Резервы в использовании машинно–тракторного парка. –2–е изд., перераб. И доп.–М.: Колас, 1982–319с.