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.

5. Намечаются линии движения агрегата для первых проходов в загоне.

6. Выбирается способ маркировки площади и производятся необходимые для этого расчеты.

7. Устанавливаются пункты заправки семенным или посадочным материалом.

8. Рассчитывается количество посевного, посадочного материала, которое необходимо для работы на участке.

9. 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.