РАЦІОНАЛЬНЕ ВИКОРИСТАННЯ МАШИННИХ АГРЕГАТІВ

Руслан Оляднічук

Ефективність функціонування машинного агрегата визначається потенційними енергетичними та швидкісними режимами тракторного двигуна. Узгодженість роботи двигуна і трансмісії трактора забезпечує його експлуатацію з більшою кількістю сільськогосподарських машин із різною споживаною потужністю та найменшою витратою палива.

Стандарти потужності 

За міжнародними нормами й директивами, існує кілька основних стандартів вимірювання потужності двигунів внутрішнього згорання. 97/68/ЕС, ЕСЕ R24, ISO 14396:2002/ЕСЕ R120 — стандарти, які відображають потужність, зняту з маховика двигуна при різних комплектаціях додатковим обладнанням у лабораторних умовах (табл. 1). Стандарт OECDCode 2 відображає потужність двигуна, зняту через ВВП трактора з урахуванням втрат потужності на привід додаткових агрегатів (вентилятор, гідравлічне обладнання, кондиціонер тощо). В результаті замірів потужність двигунів, визначену за стандартами 97/68/ЕС, ISO 14396:2002/ЕСЕ R120, завищено в середньому на 5% порівняно зі стандартом ЕСЕ R24 і на 20% — зі стандартом OECDCode 2.

Таблиця 1. Показники потужності двигуна при роботі з додатковим обладнанням у лабораторних умовах.

Комплектація Стандарт
97/68/ЕС ISO14396:2002/

ЕСЕ R120

ЕСЕ R24 OECDCode 2
Потужність знімається з маховика двигуна на стенді ВВП трактора
Вентилятор + +
Насос системи охолодження + + + +
Радіатор системи охолодження + + +
Радіатор проміжного охолодження повітря + + + +
Повітряний фільтр + + + +
Випускний колектор + + + +
Додаткові агрегати٭ +
Різниця в потужності, % 120 120 115 100
* Гідравлічне обладнання, кондиціонер тощо.

 

Швидкісна характеристика двигуна

Для визначення енергетичних показників роботи двигуна служить швидкісна характеристика, яку будують у функції від ефективної потужності, ефективного крутного моменту або частоти обертання колінчатого вала двигуна.

Двигуни з механічним регулюванням подачі палива

Графік 1. Швидкісна характеристика двигуна СМД-62 трактора Т-150К: Mk – крутний момент двигуна, Н∙м; Ne – потужність двигуна, кВт; Gгод – годинна витрата палива двигуном, кг/год.; gе – питома витрата палива двигуном, г/кВт∙год.

При повному навантаженні

 Зона від обертів холостого ходу до обертів максимальної потужності є основною частиною характеристики і представляє режими, які визначаються роботою регулятора. У межах цієї ділянки відбувається основне переміщення рейки паливного насоса всережимним регулятором. Зростання моменту опору, вище від значення моменту при номінальній потужності двигуна, спричиняє різкіше падіння швидкості обертання, ніж у зоні дії регулятора. Двигун переходить у режим перевантаження, і в роботу вступає коректор, який збільшує циклову подачу палива, що зумовлює збільшення крутного моменту. Після досягнення максимального значення крутного моменту при подальшому перевантаженні коректор припиняє додаткове збільшення циклової подачі палива і швидкість обертання, ефективна потужність та крутний момент починають різко падати, двигун працює нестійко. Годинна витрата палива у зв’язку зі зменшенням швидкості обертання зменшується. В межах зони дії коректора запас крутного моменту становить 13-17%.

При малих навантаженнях

Використання часткових режимів роботи ДВЗ (на коректорній ділянці характеристики) при незначному завантаженні двигуна підвищує продуктивність машинного агрегата на 10-15 % та знижує погектарну витрату палива на 5-10 %.

Зменшення годинної витрати палива при роботі двигуна на частковому швидкісному режимі викликане зниженням механічних втрат енергії в двигуні. При цьому запас по крутному моменту зменшується до 5%.

Двигуни з електронним регулюванням подачі палива

Використання електронних систем керування подачею палива є одним з ефективних засобів підвищення паливної економічності, зменшення токсичності відпрацьованих газів і поліпшення динамічних якостей тракторних двигунів.

Швидкісна характеристика двигуна трактора John Deere 6210R.

При повному навантаженні

Характер протікання кривих дещо відрізняється від двигунів із механічним регулюванням подачі палива. Експлуатаційний режим від номінальної потужності до максимального крутного моменту перебуває в діапазоні 1400–2200 об./хв. при відносно постійній питомій витраті палива. Значення ефективної потужності на номінальному режимі на 10-15% менше від максимального значення. При зниженні швидкості обертання вала двигуна, внаслідок зростання навантаження, ефективна потужність та крутний момент зростають. Для сучасних двигунів запас по крутному моменту становить 33–52%.

Використання тракторів при повному завантаженні з електронним регулюванням подачі палива показало зниження експлуатаційної витрати палива на 2 – 15 %.

При малих навантаженнях

 Збільшення одиничної потужності двигунів приводить до того, що в широкому діапазоні швидкісних і навантажувальних режимів необхідно встановити раціональні режими їх роботи. Якщо дозволяє потужність двигуна, слід використовувати часткові режими роботи в діапазоні найменшої питомої витрати палива, який орієнтовно становить 0,6–0,8 від номінальних обертів, що є основою для покращення паливної економічності машинного агрегата.

Power Boost

Простими словами, «Power Boost» — це приріст потужності двигуна в разі потреби. Електронна система керування роботою ДВЗ дозволяє використовувати незадіяний резерв потужності при малих навантаженнях. Наявна додаткова потужність Boost в сучасних двигунах тракторів здебільшого повністю доступна лише при роботі ВВП, гідравліки і в транспортних операціях на швидкості 13–15 км/год. і вищій. І практично недоступна при виконанні важких тягових операцій (оранка, культивація, глибоке рихлення).

Під час транспортних робіт, при роботі двигуна на низьких обертах створюється високий крутний момент, відповідно до швидкісної характеристики. У міру зростання швидкості руху крутний момент у коробці передач зменшується, і з досягненням 30% максимальної швидкості трансмісія має значний запас по крутному моменту. Система керування двигуна дозволяє використовувати ці резерви крутного моменту, але при цьому не допускає, щоб через трансмісію передавалася потужність більша, ніж потужність двигуна. Подібним чином працює система збільшення потужності ВВП трактора, яка активується лише при достатньо високому рівні крутного моменту.

Види трансмісій

Важливу роль у використанні енергетичних властивостей ДВЗ відіграє вид трансмісії.

Ступенева трансмісія. Даний вид трансмісії не може забезпечити безперервної зміни швидкісного й силового передавальних відношень у широких межах залежно від умов навантаження. Діапазон регулювань цих передавальних відношень обмежений незначними рамками зміни крутного моменту тракторного двигуна. Тому виникає необхідність частих перемикань ступенів трансмісії при виконанні технологічного процесу. В тракторі зі ступеневою трансмісією часто мають місце режими з неповним використанням потужності двигуна за рахунок його роботи на регуляторній ділянці характеристики, що призводить до збільшення питомої витрати палива, або режими з перевантаженням двигуна.

Безступеневі трансмісії (гідравлічні, електричні, комбіновані) забезпечують відносну стабілізацію режиму роботи тракторного двигуна та плавну зміну тягового зусилля і швидкості руху трактора в широких межах. При цьому трактор за допомогою автоматичної безступеневої трансмісії пристосовується до навантажень, забезпечуючи високий ступінь використання потужності двигуна. За даними досліджень й оцінками фахівців, автоматичні безступеневі трансмісії підвищують продуктивність, знижують витрату палива та забезпечують оптимальне навантаження на двигун. Досягнення в сфері електронних систем керування дозволяють використовувати безступеневі передачі ефективніше, чим коробки передач із перемиканням під навантаженням. Також їх можна легко інтегрувати в загальну електронну систему керування трактором. Безступеневі трансмісії мають нижчий ККД порівняно з механічними, але цей недолік значною мірою компенсується тим, що ділянка автоматичного регулювання трансмісії обмежується зоною її найвищих ККД.

Тягова характеристика трактора

Показники роботи МТА в конкретних умовах зумовлені здатністю трактора всю свою корисну потужність реалізувати в складі агрегата. Найбільш повне уявлення про ці можливості трактора дає його тягова характеристика.

Тягова характеристика трактора — це графічна залежність швидкості руху, тягової потужності, годинної та питомої витрати палива, буксування та частоти обертання вала двигуна від тягового зусилля на кожній передачі. Отримують дані характеристики за результатами тягових випробувань тракторів у типових умовах. Визнаними фахівцями з випробування тракторів є вітчизняні та зарубіжні наукові установи: DLG (Німеччина), Лабораторія випробування тракторів університету Небраски (The University of Nebraska Tractor Test Laboratory). Показники тягових характеристик тракторів змінюються в широких межах залежно від типу ґрунту, агрофону та комплектації трактора.

Основні тягові показники тракторів при максимальній тяговій потужності на різних передачах:
1 –  Т-150К; 2 – John Deere 6210R (без баластування, бетонна дорога)

Основні тягові показники трактора Т-150К

Маса трактора, кг Передача Показники при найбільшій тяговій потужності
Nгк.max, кВт Pгк, кН V, км/год. Gт, кг/год. gгк, г/кВт∙год. δ,% nдв, об/хв.
Стерня
7995 І 73,11 42,18 6,15 29,00 396 23,5 2116
ІІ 76,09 36,69 7,36 30,00 394 16,0 2100
ІІІ 78,33 31,39 8,80 30,00 383 11,6 2060
IV 79,08 21,97 12,70 30,00 379 5,6 2020
9300 І 76,09 41,69 6,48 30,60 402 15,2 2100
ІІ 81,31 37,28 7,70 30,60 376 12,0 2000
ІІІ 84,67 33,35 9,01 30,40 359 9,1 1908
IV 82,06 24,52 11,88 28,50 347 5,2 1820
Поле, підготовлене під сівбу
8190 І 55,20 31,39 6,24 26,00 471 19,0 2190
ІІ 63,41 28,45 7,90 29,00 457 13,2 2170
ІІІ 73,11 28,35 9,15 30,38 415 13,0 2100
IV 76,09 23,54 11,47 30,00 394 8,0 1970
V 74,60 18,64 14,20 28,80 386 5,0 1950
11300 І 73,11 39,24 6,61 29,40 402 15,1 2170
ІІ 79,45 35,32 8,00 30,60 385 10,1 2120
ІІІ 80,94 31,39 9,15 29,80 368 7,8 2086
IV 77,58 21,68 12,70 29,00 373 3,6 1970
V 68,63 16,68 14,60 28,80 419 3,0 1960
Бетонна дорога
8190 І 96,98 53,95 6,40 28,08 288 4,5 1902
ІІ 146,96 46,11 7,87 28,10 191 4,0 1900
ІІІ 96,98 37,28 9,20 28,00 289 3,5 1890
IV 96,98 28,45 12,10 28,10 289 2,5 1860
V 96,23 24,53 13,90 27,99 290 2,0 1800
95,86 20,60 16,50 28,80 300 1,7 1770
VІІ 95,49 16,87 20,00 28,10 294 1,5 1768
VІІІ 88,77 12,26 25,70 29,00 327 1,1 1700

Основні тягові показники трактора John Deere 6210R

Маса трактора, кг Передача Показники при найбільшій тяговій потужності
Nгк.max, кВт Pгк, кН V, км/год. g,г/кВт∙год. δ,% nдв, об/хв.
Бетонна дорога, nдв=2100 об/хв.
8326

(без баласту)

4 (А4) 102,10 83,26 4,41 327 13 2158
5 (В1) 120,08 79,08 5,46 285 7,7 2101
6 (В2) 123,82 64,86 6,87 280 3,7 2101
7 (В3) 126,99 55,01 8,31 270 2,8 2100
8 (С1) 126,42 49,46 9,21 272 2,4 2101
9 (В4) 124,81 43,85 10,24 277 2,1 2101
10 (С2) 123,98 40,11 11,13 278 1,9 2100
11 (С3) 126,04 33,80 13,43 270 1,5 2101
Бетонна дорога, nдв=1700 об/хв.
8326

(без баласту)

4 (А4) 102,3 83,33 4,42 326 13,0 2159
5 (В1) 120,32 79,71 5,43 289 8,0 2095
6 (В2) 133,17 76,69 6,25 280 6,5 1969
7 (В3) 140,65 73,06 6,93 266 5,5 1802
8 (С1) 143,02 70,67 7,29 259 4,5 1701
9 (В4) 144,60 63,67 8,18 255 3,5 1700
10 (С2) 144,05 58,18 8,92 257 3,1 1700
11 (С3) 145,11 48,54 10,76 252 2,4 1700
12 (С4) 143,40 39,03 13,23 255 1,8 1702

Основним параметром, який характеризує режим роботи МТА, є робоча швидкість. Вибір її значення істотно впливає на агротехнічні показники, продуктивність та енерговитрати. При цьому на ґрунтообробних операціях швидкість руху МТА визначається необхідністю забезпечення найбільшої продуктивності при регламентованих енерговитратах, сівбі — якісних показників роботи. Зміну швидкості руху можна забезпечити не лише перемиканням передач, але й зміною швидкісного режиму двигуна.

Приклади

Посівний агрегат складається з трактора потужністю 310 к.с. на спарених колесах та 16-рядної напівпричіпної сівалки пунктирного висіву з дисковими сошниками. Згідно з даними виробника, сівалка агрегатується з трактором потужністю від 240 к.с. Умови роботи: вологість ґрунту на глибині 10 см становить 25 – 30%, агрофон — поле підготовлене під сівбу (обробіток дискатором, на поверхні до 30% подрібнених рослинних решток кукурудзи). Сівалка забезпечує якісні показники роботи при сівбі кукурудзи на швидкості 8 км/год. Стандартна комплектація передбачає привід пневматичної системи сівалки від ВВП трактора, при цьому потрібно забезпечити частоту обертання вала двигуна не менше 2 тис. об./хв. Зазвичай механізатор працює на восьмій передачі в номінальному режимі роботи двигуна (2100 об./хв.), щоб забезпечити ефективність роботи пневматичної системи сівалки. При цьому ступінь завантаження двигуна за потужністю становить від 20 до 40% залежно від рельєфу поля, погектарна витрата палива 5,4 л/га.

Для використання часткових режимів роботи тракторного двигуна сівалку переобладнали редуктором з більшим передавальним відношенням, який дозволить понизити частоту обертання вала до 1800 об./хв. при дотриманні робочих параметрів пневматичної системи сівалки. Перехід на дев’яту передачу зі зниженням обертів двигуна до 1900 на хвилину забезпечує робочу швидкість руху на рівні 8 км/год., але вже з витратою палива 4,7 л/га. Подальший перехід на десяту передачу та зниження частоти обертання до 1800 об./хв. (швидкість руху — 8 км/год.) зменшує витрати палива до 3,5 л/га. Таким чином використання часткового режиму роботи тракторного двигуна дало зменшення погектарної витрати палива на сівбі кукурудзи на 35% із забезпеченням максимальної продуктивності, економічності та якості роботи агрегата.

Ґрунтообробний агрегат. Техніко-економічні показники роботи та споживана потужність ґрунтообробного агрегата залежать від агрофону, властивостей ґрунту, технічного стану та налаштувань знаряддя. Розглянемо ґрунтообробний агрегат у складі трактора номінальною потужністю 210 к.с. та напівначіпної короткої дискової борони шириною захвату 6,0 м. За рекомендаціями виробника, для забезпечення якісних показників роботи даного знаряддя необхідно забезпечити швидкісний режим не менше 10 км/год. При дискуванні ґрунту, після збирання ранніх зернових, на глибину 4 – 5 см на швидкості 10 км/год. достатньо трактора потужністю 150 к.с. (дані виробника). А оскільки ми маємо трактор у 210 к.с., то виникає резерв потужності, який можемо використати для економії палива (застосовуючи часткові режими роботи ДВЗ) або підвищення продуктивності агрегата (збільшення швидкості руху до 15 км/год.). Швидкості 10 км/год. можна досягти, включивши передачу С3 та встановивши режим роботи ДВЗ 1400 обертів на хвилину. В даних умовах агрегат буде споживати 4,5 літра палива на гектар обробленої площі. При переході на передачу С4 та роботі двигуна в номінальному режимі (2100 об./хв.) отримаємо швидкість руху на рівні 15 км/год. та витрату палива 5,7 л/га. Отже, в даному разі застосування зниженої швидкості обертання вала двигуна та підбору передачі відповідно до навантаження дає змогу отримати економію палива до 26,6%.

Транспортний агрегат. Конструкційні особливості та допоміжні системи безпеки сучасних тракторів потужністю 300-360 к.с. дозволяють рухатися з максимальною швидкістю 60 км/год. Для економії палива в транспортному режимі систему керування двигуна програмують на часткові режими роботи. Наприклад, моделі тракторів серії 900 Vario фірми Fendt розвивають максимальну швидкість в 60 км/год. при частоті обертання колінчатого вала двигуна 1750 об./хв., а 50 км/год. — при 1450 об./хв., завдяки чому можна отримати ще більшу економію палива.

Таблиця 2. Показники роботи трактора при агрегатуванні з начіпними машинами.

Операція Робоча

швидкість,

км/год.

№ передачі Оберти ДВЗ, на хвилину Витрата палива, л/га Різниця,

± %

сівба 8 8 2100 5,4
8 9 1900 4,7 -13
8 10 1800 3,5 – 35
дискування 10 С3 1400 4,5 -26,6
13 С4 1700 5,1 -10,5
15 С4 2100 5,7
транспортування 60 Vario 1750
50 Vario 1450


Поради

При виборі трактора завжди звертати увагу на стандарт, якому відповідає потужність,  заявлена виробником у характеристиках.

При експлуатації МТА по можливості використовувати здвоєні колеса, правильно баластувати та дотримуватись оптимального тиску в шинах.

Режими роботи двигуна необхідно обирати з урахуванням конструкційних особливостей та навантажувальних режимів машинних агрегатів.

Налаштування роботи двигуна в зоні найменшої питомої витрати палива зменшить погектарну його витрату на 35 %.

Використання часткових режимів ДВЗ потужних тракторів дозволяє експлуатувати його з більшою кількістю сільськогосподарських машин з різною споживаною потужністю, збільшуючи завантаженість трактора протягом року.

Замовити підписку

Будь ласка, вкажіть свої дані і ми зв'яжемося з вами

Website (required)

Вкажіть номер телефону і ми вам передзвонимо

Website (required)

Відділ підписки:

Тел.: +38 (067) 236 79 48