2. Энергетическая оценка машинно-тракторного
АГРЕГАТА Цель работы - освоить методику расчета энергозатрат при использовании МТА.
Задачи: рассчитать удельные, полные, эффективные, тяговые, и полезные энергозатраты пахотных и непахотных МТА; определить величину энергетического КПД агрегатов; выбрать режим работы и состав агрегата по энергетическому критерию.
2.1. Последовательность выполнения расчетов.
-
На основе задания по теме «Комплектование МТА» составить таблицу исходных данных с показателями эксплутационных свойств МТА (Приложение 4).
-
Рассчитать полные удельные энергозатраты агрегатов по передачам:
Для пахотного агрегата (плуг ПЛН 5-35)
1-Wч=0.1*1.75*2.15=0.376
2-Wч=0.1*1.75*2.5=0.437
3-Wч=0.1*1.75*2.8=0.49
1-qга. =Qч/Wч=27.6/0.376=73.4 (кг/ч)
2-qга. =Qч/Wч=28/0.437=64.07 (кг/ч)
3-qга. =Qч/Wч=27.9/0.49=56.9 (кг/ч)
Ао1=73.4*4.2*104=308.28*104 (кДж/га)
Ао2=64.07*4.2*104=269*104 (кДж/га)
Ао3=56.9*4.2*104=238.98*104 (кДж/га)
Для непахотных агрегатов (СЗ-3,6)
1-Wч=0.1*3.6*2.15=0.774
2-Wч=0.1*3.6*2.5=0.9
3-Wч=0.1*3.6*2.8=1.008
1-qга. =Qч/Wч=27.5/0.774=35.53 (кг/ч)
2-qга. =Qч/Wч=27.9/0.9=31 (кг/ч)
3-qга. =Qч/Wч=27.9/1.008=27.679 (кг/ч)
Ао1=35.53*4.2*104=149.226*104 (кДж/га)
Ао2=31*4.2*104=130.2*104 (кДж/га)
Ао3=27.679*4.2*104=116.252*104 (кДж/га)
где qга.i – погектарный расход топлива МТА на i передаче, кг/га (Приложение 4); H – теплотворная способность топлива кДж/кг. Принимаем
H=4.2*104 кДж/кг.
3. Рассчитать величину эффективного КПД (ηe) дизеля:
ηе =3.6*106/4.2*104*234=0.366
где qe – удельный эффективный расход топлива дизеля, г/кВт-ч.
4. Рассчитать удельные эффективные энергозатраты:
Для пахотного агрегата (плуг ПЛН 5-35)
Ае1=308.28*104*0.366=112.83*104 (кДж/га)
Ае2=269*104*0.366=98.454*104 (кДж/га)
Ае3=238.98*104*0.366=87.467*104 (кДж/га)
Для непахотных агрегатов (СЗ-3,6)
Ае1=149.226*104*0.366=54.617*104 (кДж/га)
Ае2=130.2*104 * 0.366=47.7*104 (кДж/га)
Ае3=116.252*104 *0.366=42.5 *104 (кДж/га)
5. Вычислить удельное сопротивление машин. Для пахотных агрегатов (плуг ПЛН 5-35) удельное сопротивление определено при рабочей скорости 2.8 м/с (3-я передача) дерново-подзолистых, среднесуглинистых почв Кпл – 43*0.3*0.35*5=22.6 кН/м2;
Для непахотных агрегатов (сеялка СЗ-3,6) со сцепкой удельное сопротивление определено при рабочей скорости 2.8 м/с (3-я передача) на почве подготовленной под посев Км=1.5*3.6=5.4 кН/м
6. Рассчитать удельные тяговые энергозатраты (энергозатраты на тягу машин).
Для пахотного агрегата (плуг ПЛН 5-35)
Ат=22.6*104=226000 кДж/га
Для непахотных агрегатов (сеялка СЗ-3,6)
Ат=5.4*104=54000 кДж/га
7. Рассчитать величину тягового КПД трактора:
η =226000/874670=0.258
Для непахотных агрегатов (сеялка СЗ-3,6)
η =54000/425000=0.127
8. Рассчитать полезные удельные энергозатраты МTA:
Для пахотного агрегата (плуг ПЛН 5-35)
Апол=226000*0.55=124300 кДж/га
Для непахотных агрегатов (сеялка СЗ-3,6)
Апол=54000*0.32=17280 кДж/га
где ηсх.м – КПД сельхозмашин. Его значение принимается в пределах: для плугов ηпл=0,50…0,60; для культиваторов ηкульт.=0,35…0,40; для сеялок ηсеял.=0,32…0,35; для борон, катков ηб.к=0,30…0,33.
9. Рассчитать энергетический КПД агрегатов:
Для пахотного агрегата (плуг ПЛН 5-35)
ηэ.МТА=124300/238.98*104 =0.052
Для непахотных агрегатов (сеялка СЗ-3,6)
ηэ.МТА=17280/116.252*104 =0.015
и провести проверку правильности его расчета по формуле:
ηэ.МТА=0.366*0.258*0.55=0.052
ηэ.МТА=0.366*0.127*0.32=0.015
10. Рассчитать на сколько процентов полные удельные энергозатраты пахотных МТА больше по сравнению с непахотными:
КА.о=(2389800-1162520)*100/2389800=51.4%
где Ао.п., Ао.н.- полные удельные энергозатраты пахотных и непахотных агрегатов соответственно, кДж/га
12. Изобразить графически структуру энергозатрат МТА (рис. 1.)
Структура энергозатрат МТА
В заключении работы укажите возможные пути (3-4 варианта) повышения энергетической эффективности МТА, т.е. повышения энергетического КПД агрегатов. Эту часть работы на основе анализа: величин составляющих суммарных энергозатрат, т.е. Ае, Ат, Апол; величин КПД ηе, ηт, ηсхм; режима использования МТА – крюковой нагрузки и скорости движения.
Приложение 1. Исходные данные для расчета эксплуатационных показателей МТА.
|
№ варианта |
Трактор |
N не, кВт |
n, мин-1 |
G, кН |
rк, м |
Передаточное отношение N0/i0 |
Буксование (стерня) б, % № передачи / буксов |
|
1 |
К - 701 |
197 |
1900 |
125 |
0,78 |
2р-1/71,7; 1р-2/145; 1р-3/121 |
2р-1/12,3; 1р-2/11,3; 1р-3/9,2 |
|
2 |
Т - 150К |
121 |
2100 |
72 |
0,70 |
1/64,9 2/55,4 3/48,6 |
1/9,4; 2/7,9; 3/6,4 |
|
3 |
МТЗ - 82 |
59 |
2200 |
33,7 |
0,72 |
4/68,0 5/57,4 6/49,1 |
4/12,6; 5/10; 6/87 |
|
4 |
МТЗ - 80 |
59 |
2200 |
32 |
0,72 |
4/68,0 5/57,4 6/49 |
4/13,4; 5/12,4; 6/10,1 |
|
5 |
Т - 40 |
29 |
1600 |
28 |
0,71 |
3/67,6 4/49,4 5/41,8 |
3/10,7; 4/9,2; 5/7 |
|
6 |
Т - 130 |
118 |
1250 |
143 |
0,42 |
3/38,6 4/32,4 5/26,6 |
2/5; 2/6; 5/4 |
|
7 |
Т - 150 |
110 |
2000 |
70 |
0,38 |
1/37,5 2/32,1 3/29,7 |
1/1,8; 2/1,5; 3/1,4 |
|
8 |
Т - 100М |
79 |
1070 |
114 |
0,42 |
3//37,7 4/25,4 5/16,4 |
3/5,1; 4/4,9; 5/4,1 |
|
9 |
Т - 4 |
81 |
1600 |
70 |
0,38 |
3/51,2 4/45,8 5/37,6 |
3/5,5; 4/5,3; 5/4,3 |
|
10 |
ДТ - 75М |
66 |
1750 |
63 |
0,36 |
3/35,7 4/32,1 5/28,9 |
3/1,3; 4/1,2; 5/1 |
|
11 |
ДТ - 75 |
55 |
1700 |
58 |
0,36 |
3/35,7 4/32,1 5/28,9 |
3/1,3; 4/1,2; 5/1 |
|
12 |
ДТ - 75 |
55 |
1700 |
58 |
0,36 |
2/39,7 3/35,7 4/32,1 |
2/1,7; 3/1,3; 4/1,2 |
|
13 |
Т - 4А |
81 |
1600 |
70 |
0,38 |
2/59,2 3/51,2 4/45,8 |
2/5,5; 3/5,5; 4/5,3 |
|
14 |
Т - 70С |
51,5 |
2100 |
57 |
0,36 |
3/56,4 4/45,8 5/38,7 |
3/2,5; 4/2,2; 5/1,3 |
|
15 |
МТЗ - 80 |
59 |
2200 |
32 |
0,72 |
2/142,5 3/83,5 4/68 |
2/15; 3/14; 4/13,4 |
|
16 |
Т - 130 |
118 |
1250 |
143 |
0,42 |
4/32,4 5/26,6 6/22,3 |
4/6; 5/4; 6/3,5 |
|
17 |
Т - 100М |
79 |
1070 |
114 |
0,42 |
2/44 3/37,7 4/25,7 |
2/6; 3/5,1; 4/4,2 |
|
18 |
Т - 150К |
121,3 |
2100 |
72,7 |
0,7 |
1/64,9 2/55,4 3/48,6 |
1/9,4; 2/7,9; 3/6,4 |
|
19 |
Т -150К |
121,3 |
2100 |
72,7 |
0,7 |
2/55,4 3/48,6 4/41,4 |
2/7,9; 3/6,4; 4/5,3 |
|
20 |
Т - 150 |
110 |
2000 |
70 |
0,38 |
2/32 3/29,7 4/27 |
2/1,5; 3/1,4; 4/1,2 |
|
21 |
Т - 40 |
29 |
1600 |
28 |
0,71 |
2/68,7 3/57,6 4/49,0 |
2/13,2; 3/10,7; 4/9,2 |
|
22 |
Т - 40 |
29 |
1600 |
28 |
0,7 |
1/26,0 3/57,6 5/41,8 |
1/14,2; 3/10,7; 5/8 |
* Буксование взято при Ркр max
Приложение 2 Величины коэффициентов сцепления и перекатывания для гусеничных (Г) и колесных (К) тракторов на стерне и поле подготовленном под посев (П.П.П.)
|
|
Стерн я |
П.П .П. |
||
|
К |
Г |
К |
Г |
|
|
μ |
0.5;0.6; 0.7; 0.8; 0.9 |
0.6; 0.7; 0.8; 0.9; 1 |
0.4; 0.5; 0.6; 0.7; 0.8 |
0.5; 0.6; 0.7; 0.8; 0.9 |
|
f |
0.08 . . . 0.10 |
0.09 . . . 0.11 |
0.16. . . 0.18 |
0.12 . . . 0.14 |
Примечание
В расчетах принять:
Коэффициент полезного действия трансмиссии - одинаковый для всех
вариантов и равным ηm ≈ 0.89 . . . 0.92; угол склона α = 3°.
Приложение 3
Эксплуатационные показатели МТА при работе на разных передачах и
почвенных фонах
|
|
Состояние поля (агрофон) |
|||||
|
|
|
|||||
|
передачи |
передачи |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рнк кН |
|
|
|
|
|
|
|
Рсц кН |
|
|
|
|
|
|
|
Рдв кН |
|
|
|
|
|
|
|
Рf кН |
|
|
|
|
|
|
|
Р α кН |
|
|
|
|
|
|
|
ΔРкр кН |
|
|
|
|
|
|
|
Ркр* кН |
|
|
|
|
|
|
|
Vр м/с |
|
|
|
|
|
|
|
Ni Nт* кВт |
|
|
|
|
|
|
|
Nf кВт |
|
|
|
|
|
|
|
N α кВт |
|
|
|
|
|
|
|
Nδ, N*δ кВт |
|
|
|
|
|
|
|
Nкр, N*кр кВт |
|
|
|
|
|
|
|
ΔN кВт |
|
|
|
|
|
|
|
Nен, Nеmax кВт |
|
|
|
|
|
|
Приложение 4 Показатели эксплуатационных свойств МТА
|
№ |
Наименование показателей |
Ед.изм. |
Пахотный агрегат |
Непахотный агрегат |
||||||
|
передача |
передача |
|||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
1 |
2 |
3 |
4 |
|||
|
1 |
Рабочая скорость движения МТА Погектарный расход топлива |
(м/с) кг/га |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
|
2 |
Удельное сопротивление машины: |
кН/м |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
|
3 |
Непахотный - Км |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пахотный – Кпл=Ко*а |
|
+ + |
+ + |
+ + |
+ + |
+ + |
+ + |
+ + |
+ + |
Приложение 5 Результаты расчета энергозатрат МТА
|
|
Передачи МТА |
Значен ия энергозат рат и КПД |
||||||
|
№ |
Полные Ао, кДж/га |
КПД |
Эффективные Ае, кДж/га |
Тяговые Ат, кДж/га |
КПД тяговый ηт |
Полезные Апол, кДж/га |
Энергетиче ский КПД МТА ηэ.МТА |
|
|
1 |
Пахотный агрегат |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N 1 |
- |
|
- |
- |
- |
- |
- |
|
|
N 2 |
- |
|
- |
- |
- |
- |
- |
|
|
N 3 |
- |
|
- |
- |
- |
- |
- |
|
|
N 4 |
- |
|
- |
- |
- |
- |
- |
|
2 |
Непахотный агрегат |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N 1 |
- |
|
- |
- |
- |
- |
- |
|
|
N 2 |
- |
|
- |
- |
- |
- |
- |
|
|
N 3 |
- |
|
- |
- |
- |
- |
- |
|
|
N 4 |
- |
|
- |
- |
- |
- |
- |
Приложение 6 Основные характеристики дизелей
|
№ |
Марка трактора |
Характеристики дизелей |
||||
|
Марка дизеля |
Кол-во цилиндров, шт. |
Мощность, Nе, кВт |
Номинальные обороты, nн1, об/мин |
Уд. расход топлива, qе, г/кВт-ч. |
||
|
1 |
К-701 |
ЯМЗ-240Б |
12V |
220 |
1900 |
238 |
|
2 |
К-700 |
ЯМЗ-238НБ |
8V |
158 |
1700 |
238 |
|
3 |
Т-150 |
СМД-60 |
6V |
121,4 |
2100 |
234 |
|
4 |
Т-4А |
А-01М |
6Р |
99,4 |
1700 |
239 |
|
5 |
Т-130 |
Д-160 |
4Р |
105,3 |
1070 |
238 |
|
6 |
МТЗ-80 |
Д-240 |
4Р |
55,2 |
2200 |
238 |
|
7 |
ДТ-75М |
СМД-17Н |
4Р |
73,6 |
1800 |
238 |
Плаксин А.М. – докт. техн. наук, профессор (ЧГАУ) Макаров И.В. – канд. техн. наук, доцент (ЧГАУ)
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к практическим занятиям по темам:
«Расчет показателей тягового баланса и
баланса мощности МТА»
«Энергетический анализ машинно-тракторного агрегата»
Редактор Лебедева Г.Ф.
Редакционно-издательский отдел
Челябинского государственного агроинженерного университета