2 Технико-эксплуатационные расчеты по организации эффективного использования машинно- тракторных агрегатов
2.1 Расчеты по комплектованию машинно-тракторных агрегатов
Комплектование машинно-тракторных агрегатов производится для конкретных видов операций, указанных в задании на курсовую работу, включает расчет его состава, выбор режима работы и соединение машин в агрегат. Приводится обоснование выбора конкретной машины и трактора, рабочей передачи трактора, количество машин в агрегате, фронта сцепки и дается оценка правильности расчета состава МТА по коэффициенту загрузки или использования эффективной мощности трактора.
2.1.1 Выбор скорости движения машинно-тракторного
агрегата и рабочей передачи
При выполнении производственных операций целесообразна такая скорость движения агрегата,
при которой обеспечивается высокое качество работы и оптимальная загрузка трактора.
Рациональный диапазон рабочих передач и скоростей движения определяют по тяговой характеристике трактора. Так, для трактора МТЗ-82 в агрегате с сеялкой СЛУ-5-20 при посеве семян сосны обыкновенной на постоянном питомнике рекомендуется использовать 3 передачу, скорость движения 7,2 км/ч, при этом фактическая скорость не должна выходить за пределы технологически допустимой, т.к. ухудшается качество работ или работа невозможна вообще.
Значения технологически допустимых скоростей приведены в приложении 30.
2.1.2 Расчет тяговых показателей трактора
Тяговые показатели сельскохозяйственных тракторов, как правило, снимаются на стерне, а промышленных – на твердом грунте. Поэтому для каждого трактора и конкретных почвенных условий должны проводиться расчеты крюкового усилия.
Уравнение тягового баланса трактора при неравномерном движении имеет вид [20, с. 21-22 ]:
(20)
где
- угол подъема, град., определяется через
значения
,
которое
дается в задании;
- коэффициент
сопротивления перекатыванию трактора,
который зависит от почвенных условий,
типа движителя и его состояния.
Ориентировочно значения коэффициента
берутся из приложения
В, таблица
31.
При практических
расчетах сопротивлением воздуха
пренебрегают, ввиду его малого значения.
При равномерном движении уравнение тягового усилия трактора имеет вид:
(21)
При малых значениях
,cos
= 1, sin
=
,
где
- уклон местности, ‰, установленный в
задании.
Уравнение тягового усилия трактора при равномерном движении на подъеме имеет вид:
(22)
где
– вес трактора, Н;
- коэффициент,
определяющий долю веса трактора,
воспринимаемого ведущими колесами
трактора; для колесных тракторов со
всеми ведущими колесами и гусеничных
= 1; для колесных тракторов с задними
ведущими колесами
= 2/3.
- коэффициент
сцепления, берется из приложения
В, таблица
31.
- касательная сила
тяги трактора, Н;
-
тяговое усилие трактора на крюке, Н,
которое преодолевает сопротивление
машин , агрегатируемых с трактором.
- сила инерции, Н;
- сила сопротивления
воздуха, Н;
–вес трактора,
Н.
Касательная сила
тяги трактора
возникает в результате взаимодействия
его движителя с несущей поверхностью
и максимальное ее значение не может
быть больше силы сцепления
,
в противном случае произойдет остановка
трактора из-за буксования, определяется
по формуле:
(23)
где
-
эффективная мощность двигателя, кВт;
-
к.п.д. трансмиссии; для колесных тракторов
при работе на основных передачах
=
0,91-0,92; для гусеничных
=
0,86-0,83;
-
мощность на валу отбора мощности,
затрачиваемая на привод машин с активными
рабочими органами, кВт;
-
теоретическая скорость движения
трактора, км/ч, подбираемая в зависимости
от рекомендуемой скорости движения для
данной производственной операции [7,
13] (приложение
В, таблица
30).
Сила сцепления определяется по формуле:
(24)
2.1.3 Расчет тягового сопротивления лесохозяйственной машины
Сопротивление, возникающее при перемещении лесохозяйственных машин под воздействием тягового усилия трактора, называется тяговым, или рабочим сопротивлением. При работе лесохозяйственных машин тяговое сопротивление изменяется в широких пределах и зависит от наличия в лесных почвах корней, порубочных остатков и других древесных включений, массы машины, ширины захвата, скорости движения, а также от изменения глубины хода рабочих органов машин и орудий и т.д.
Тяговое сопротивление плуга при работе на открытых площадях, при установившемся движении, по горизонтальной поверхности определяется по формуле академика В.П. Горячкина [21, с. 79]:
(25)
где 
– масса машины, орудия, кг;
– ускорение свободного падения, м/с
;
–коэффициент
трения почвы о металл;
– удельное сопротивление почвы при
вспашке, Н/см
;
– глубина обработки почвы, см;
– ширина захвата корпуса плуга, см;
– коэффициент динамической
пропорциональности, Нс
/м
;
– число корпусов плуга, шт.;
– скорость движения пахотного агрегата,
м/с.
Значения коэффициентов
,
и
определяют опытным путем. Коэффициент
принимается из приложения 21; коэффициент
из приложения 22; коэффициент
принимается в пределах (1,5…2,0)
10
Нс
/м
.
При работе на вырубках, где находится значительное количество корней, тяговое сопротивление плуга определяется по формуле:
(26)
где
- часть площади поперечного сечения
пласта, занятая корнями;
= 0,02…0,05;
– удельное сопротивление разрыву корней
при вспашке;
= (2…3)
10
Н/м
.
При культурной вспашке с предплужником тяговое сопротивление увеличивается на 10% от номинального значения:
(27)
При работе плуга с почвоуглубителем тяговое сопротивление плуга составляет:
(28)
где
- сопротивление плуга при вспашке без
почвоуглубителя на глубину 0,25 м.
Тяговое сопротивление при корчевке пней горизонтальной силой (Н) определяется по формуле:
(29)
где q – опытный коэффициент зависящий от породы дерева, принимаемый
для сосны – 0,07, березы и пихты – 0,06, осины 0,05;
– диаметр корчуемого пня, м;
– масса машины, кг;
–коэффициент
трения машины о почву, равный 0,2…0,5.
Тяговое сопротивление борон, культиваторов, рыхлителей, лущильников (Н) для сплошной обработки почвы определяют по формуле:
(30)
где 
– удельное сопротивление обработке
почвы, Н/м; берется из приложения 32;
– рабочая ширина захвата машины, орудия,
м.
Тяговое сопротивление прицепных посевных машин (Н) определяется по формуле:
(31)
где m – масса сеялки, кг;
–коэффициент
сопротивления передвижению машины на
колесах, равный 0,2;
- уклон местности, ‰;
– ускорение свободного падения, м/с
-
суммарное сопротивление сошников;
принимается из приложения
В, таблица
23.
Тяговое сопротивление
лесопосадочных машин R
рассчитывается по формуле, Н:
(32)
где
-
масса машины, кг;
-
ускорение свободного падения, м/с
;
-
коэффициент сопротивления перемещению
машины;
-
удельное сопротивление почвы, Н/м
,
равное (0,3…1,5)
10
Н/м
;
-
глубина хода сошника, м;
-
ширина сошника (борозды), м, для сеянцев
= 0,12…0,15 м, для саженцев b = 0,30…0,35 м;
–число
сошников, шт.
Если машина не
имеет опорных колес, коэффициент трения
(протаскивания)
равен 0,4…0,5; для машины с опорными
колесами он равен 0,2…0,3.
2.1.4 Комплектование машинно-тракторного агрегата
После расчета крюкового усилия трактора и рабочего сопротивления машины (орудия) производится комплектование машинно-тракторного агрегата.
Не всегда одна машина достаточно загружает трактор. Для более полного использования тягового усилия трактор агрегатируется с несколькими рабочими машинами (орудиями) с применением сцепки.
Число машин в агрегате определяется по формуле[20, с. 24-25]:
(33)
где
-
тяговое усилие трактора на данной
передаче, Н;
-
тяговое сопротивление рабочей машины,
Н.
Тяговое сопротивление
широкозахватного агрегата
,
состоящего из набора одинаковых
технологических машин или комбинированного
агрегата, состоящего из набора различных
технологических машин, рассчитывается
по формуле, Н:
(34)
где
и
-
тяговое сопротивление технологических
машин, входящих в агрегат, Н;
и
-
число машин, входящих в агрегат, шт.;
-
тяговое сопротивление сцепки, Н.
Сопротивление сцепки рассчитывается по формуле, Н:
(35)
где 
-
масса сцепки, кг, (приложение 33);
– ускорение свободного падения, м/с
;
-
коэффициент сопротивления перекатыванию
сцепки
(приложение В, таблица 34).
Для культиваторов
и борон
= 0,18…0,22; для лесопосадочных машин
= 0,20…0,25.
Эффективность агрегата оценивается по величине коэффициента использования тягового усилия трактора на выбранной передаче (приложение В, таблица 24):
(36)
где 
-
общее сопротивление агрегата, Н;
-
тяговое усилие трактора на данной
передаче, Н.
В лесном хозяйстве оптимальным коэффициентом использования тягового усилия трактора считается такой, который при подготовке почвы составляет 0,85…0,90; на предпосевной обработке почвы и посеве – 0,90…0,95.
2.2. Организация работы машинно-агрегатов на участках
При подготовке машиннно-тракторного агрегата к работе следует руководствоваться инструкциями завода-изготовителя. При этом необходимо:
- установить машинно-тракторный агрегат на ровной площадке с твердым покрытием;
- проверить комплектность трактора и машины;
- расставить рабочие органы на заданную схему работы;
- проверить вращение активных рабочих органов вхолостую;
- настроить машину на заданную глубину обработки, норму высева, посадки;
- осмотреть машинно-тракторный агрегат и устранить отмеченные недостатки.
Перед началом работы любого агрегата на участке предусматривается выполнение ряда подготовительных и организационных мероприятий:
1 Выбирается способ движения и вид поворота агрегата.
2 Устанавливается способ работы, описывается последовательность и содержание рабочего и производственного циклов.
3 Определяется продолжительность цикла движения агрегата.
4 Рассчитывается ширина поворотной полосы и производится разбивка границ поворотных полос в натуре.
Намечаются линии движения агрегата для первых проходов в загоне.
Выбирается способ маркировки площади и производятся необходимые для этого расчеты.
Устанавливаются пункты заправки семенным или посадочным материалом.
Рассчитывается количество посевного, посадочного материала, которое необходимо для работы на участке.
Определяется количество заправок агрегата в смену.
В лесном хозяйстве чаще всего практикуются три способа движения машинно-тракторных агрегатов: круговые, гоновые и диагональные [3, с. 285-287]. Повороты агрегатов осуществляются петлевыми, беспетлевыми и реверсивными способами.
Виды поворотов показаны на рисунке 2.
|
Петлевой грушевидный |
Беспетлевой по окружности |
Беспетлевой с прямолинейным ходом |
Грибовидный с удлиненным задним ходом |
Грибовидный с укороченным задним ходом |
|
X<2R X=2R X>2R X<2R Z<2R | ||||
|
Длина пути поворота агрегата, lк.п. | ||||
|
(6,6 - 8,0) R |
(3,14 - 4,0) R |
(3,2 - 6,0) R |
(4,1 - 6,0) R |
(5,0 - 5,5) R |
Рисунок 2 – Виды поворотов тракторных агрегатов
Ширина поворотной полосы зависит от способа поворота, ширины захвата машины, расстояния между смежными проходами и кинематических параметров агрегата и может быть рассчитана по формулам, приведенным в учебнике [3, с. 290].
При беспетлевом способе движения и при повороте со срезанной петлей (грибовидный поворот) ширина поворотной полосы рассчитывается по формул
(37)
где
-
длина выезда агрегата (расстояние от
центра агрегата до крайних рабочих
органов машины), м;
-
минимально-допустимый радиус поворота
агрегата, м. и длина выезда е зависят от
состава агрегата и способа соединения
машин с трактором.
-
ширина захвата агрегата, м. Длина выезда
агрегата определяется по формуле:
(38)
где
-
кинематическая длина трактора, м,
(приложение
В, таблица
35, приложение Г);
-
кинематическая длина машины, м.
Ширина поворотной полосы при беспетлевом по окружности повороте определяется по формуле:
(39)
При беспетлевом с прямолинейным ходом повороте ширина поворотной полосы определяется по формуле:
(40)
Ориентировочные
значения
и
приведены в приложении
В, таблица
35.
При сплошной вспашке поле разбивается на загоны, где агрегаты работают «всвал» или «вразвал», а также с чередованием загонов (комбинированная вспашка). С целью уменьшения длины холостых переездов ширина загона должна иметь оптимальное значение. Для практических расчетов оптимальную ширину загона, при петлевом способе поворота агрегата, рассчитывают по формуле, м:
(41)
где
– длина гона, м;
-
рабочая ширина захвата плуга, м.
При беспетлевых поворотах машинно-тракторных агрегатов ширина загона рассчитывается по формуле:
(42)
Оптимальная ширина загона при выполнении других работ определяется по формуле:
(43)
Оценка эффективности
движения агрегата производится по
величине коэффициента рабочих ходов
, который определяется по формуле [20, с.
43-44]:
(44)
где
-
суммарная длина рабочих ходов агрегата,
м;
-
суммарная длина холостых ходов агрегата,
м;
-
время полезной работы агрегата;
-
время на заезды и повороты агрегата.
Суммарная длина рабочих ходов определяется по формуле:
(45)
где
-
площадь обрабатываемого участка, га;
-
рабочая ширина захвата агрегата, м.
Суммарная длина холостых ходов определяется по формуле:
(46)
где
-
длина холостого хода при
- м повороте, м, определяется по приближенным
формулам на рисунке 2 или по учебнику
[4, с. 290];
-
число поворотов.
Среднее значение
коэффициента рабочих ходов колеблется
в пределах
= 0,7…0,75. Количество поворотов на участке
определяется по формуле:
(47)
где
–
ширина обрабатываемого участка, м.,
определяется по формуле:
(48)
где
-
средняя длина гона, м; принимается в
пределах 400-800 м.
Количество проходов между заправками зависит от запаса материала и его расхода, для лесопосадочной машины определяется по формуле:
(49)
где
- количество сеянцев, загружаемых в
машину и определяемое из характеристики
машины;
-
шаг посадки, м.
Шаг посадки устанавливается, исходя из заданной нормы посадки сеянцев на единицу площади и ширины междурядий:
(50)
где
– норма посадки сеянцев, шт. на 1 га
(приложение
В, таблица
12);
–ширина междурядий,
м (приложение
В, таблица
12).
2.3 Расчет производительности машинно-тракторного агрегата
Сменная производительность почвообрабатывающих, посевных, посадочных машин, опыливателей, опрыскивателей, корневычесывателей и других машин (га) определяется по формуле:
(51)
где
-
рабочая ширина захвата, м;
-
рабочая скорость движения, км/час;
-
чистое время работы, час.
Действительные значения величин в этой формуле устанавливаются во время работы тракторного агрегата на основе фотохронометражных наблюдений, но приближенные их значения можно установить расчетным путем, исходя из их теоретических значений.
Рабочая скорость (км/час) выбирается из приложения 30 и для конкретного трактора уточняется по формуле:
(52)
где
-
теоретическая скорость движения трактора
на заданной передаче, определяемая по
справочнику [15, с. 9-39];
-
коэффициент буксования трактора,
берется из приложения
В, таблица
20;
-
коэффициент криволинейности хода
агрегата, при работе на культурных
землях
=
0,05; на вырубках и склонах
=
0,3.
Фактическая ширина
захвата В
зависит от технологии выполнения работ,
правильности подготовки машины к работе
и присоединения ее к трактору, от точности
вождения трактора. Она может быть
определена по следующему выражению:
(53)
где
-
конструктивная ширина захвата агрегата,
м;
-
коэффициент использования ширины
захвата; при вспашке
=
1,05…1,1; при бороновании
=
0,98; при сплошной культивации
=
0,96.
При посеве, посадке, междурядной обработке рабочая ширина захвата должна быть установлена в соответствии со схемами размещения рядков и принятой организацией движения машинно-тракторного агрегата.
Время основной работы агрегата определяется из баланса времени смены, час:
(54)
где
-
основное рабочее время, час.;
-
время на холостое движение (повороты,
заезды), час.;
-
простои, связанные с технологическим
обслуживанием (заправка сеялок,
лесопосадочных машин, опрыскивателей
и т.д.), час.;
-
подготовительно-заключительное время
(подготовка агрегата к работе, осн.
техуход, переезд к месту работы), час.
(приложение В,
таблица 26);
-
время на техобслуживание (доливание
воды, дозапрвка ГСМ), час;
-
простои из-за нарушений технологического
процесса, час;
-
простои по техническим неисправностям,
час;
-
простои по организационным причинам,
час;
-
простои по метеорологическим причинам,
час;
-
простои по физиологическим надобностям,
час.
Ориентировочно, чистое время работы машинно-тракторного агрегата определяется по формуле:
(55)
где
-
коэффициент использования времени
смены; при вспашке
=
0,90…0,95; при культивации
=
0,85…0,90; при посеве
=
0,80…0,85; при внесении удобрений
=
0,40…0,45;
при посадке
леса
=
0,75…0,90.