ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ АГРЕГАТОВ Для определения

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ АГРЕГАТОВ
Для определения производительности агрегатов существует несколько методик. Например, сменная производительность агрегатов, рабочий процесс которыми выполняется в движении (вспашка, боронование и т.д.), определяется по
формуле
Wсм=0,1·В·v·Тсм·Кв·Кv·Кт, га/см
где В – ширина захвата орудия, м; v – скорость движения, км/ч; Тсм – продолжительность времени смены; КВ, Кv, КT - коэффициенты использования ширины
захвата, скорости движения, времени рабочей смены, Кт=0,8-0,9; Кv=0,75-0,90;
Кв=0,96-1,0.
Ширина захвата агрегата (В) принимается с учетом ширины захвата рабочих
органов и оставляемых полос (предусмотренных технологией работ) до
следующего прохода агрегата. При сплошной обработке почвы (пахота,
дискование, боронование, культивация и др.) рабочая ширина захвата агрегата
соответствует фактической ширине захвата орудия.
Если производится обработка почвы частичная (полосами, бороздами), то
для определения производительности агрегата в рабочую ширину захвата
включается и необработанная полоса между бороздами.
При выкапывании посадочного материала в школьных отделениях питомника рабочая ширина захвата орудий соответствует расстоянию между рядами
(лентами) выкапываемых саженцев с учетом ширины проезда.
При дополнительной поверхностной обработке почвы во избежание огрехов
(пропусков) на стыках двух смежных проходов агрегата производится перекрытие
рабочей ширины захвата, величина которого учитывается коэффициентом
использования ширины захвата (Кв).
В обычных условиях величина перекрытия (Вп) при бороновании, культивации, лущении принимается 25-30 см (2-3%), а широкозахватными агрегатами около 50 см.
При посеве, посадке и междурядной культивации рабочая ширина захвата
должна быть установлена в соответствии со схемой размещения рядков и схемой
движения агрегата.
Коэффициент использования ширины захвата определяется по формуле
Kв 
Вр  Вп
Вр
.
Коэффициент использования скорости (Кv) показывает отношение фактической (рабочей) скорости агрегата на участке к расчетной (по технической характеристике) трактора. В оптимальных условиях работы для гусеничных тракторов
он принимается не ниже 0,94-0,97, а для колесных – 0,80-0,90 и зависит от величины буксования движителя (Кv=1–δ)
Коэффициент буксования δ для гусеничных тракторов должен иметь относительную величину 3-6%, a для колесных машин 12-20%.
Скорость движения агрегата (v) – теоретическая, при определении производительности принимается по технической характеристике трактора на передаче,
соответствующей принятому при расчете режиму работы агрегата.
В свою очередь, при обосновании режима работы агрегата (соответствующей передачи) необходимо иметь в виду, что вследствие наличия препятствий
(неровностей, не прямолинейности движения и т. д.), усложняющих управление
трактором и ухудшающих качество работы, скорости движения агрегатов необходимо выбирать в пределах рекомендованных. Так, с учетом особенностей и условий работы лесохозяйственных агрегатов рекомендованы следующие рабочие
скорости:
обработка почвы на очищенных вырубках – 2-5 км/ч;
обработка почвы на открытых с/х площадях – 4-7,5 км/ч;
подновление противопожарных полос – 4-7,5 км/ч;
дискование (или уход) по бороздам – 3-6,0 км/ч;
посадка леса на нераскорчеванных вырубках – 1,8-2,5 км/ч;
поверхностная обработка почвы дисковыми орудиями – 6-10 км/ч;
посев на открытых площадях – 5-8 км/ч;
культивация на открытых площадях – 5-12 км/ч.
Производительность агрегата напрямую также зависит от использования
времени смены на выполнение полезной работы, которое принято оценивать временем чистой работы, временем основной работы, или коэффициентом использования времени, которые можно получить, представив распределение баланса времени смены в виде
Т р  Т см  Т i  Т см  К т
Время основной работы, в течение которого агрегат будет выполнять работу
можно записать в виде
Т о  Т пз  Т р  Т х  Т пов  Т отд  Т обс  Т лн  Т см  Ксм
Время основной работы агрегатов (То) за смену рассчитывается по формуле
То 
Т см - (Т пз  Т лн )
,
(1  К пов )(1  К обс  К отд )·60
где Тсм – продолжительность смены, (480 мин); Тпз – время выполнения
подготовительно-заключительных операций на агрегате (36 мин); Тлн – время на
личные надобности исполнителя, (10 мин); Котд – коэффициент времени отдыха,
(0,052 по нормативу); Кобс – коэффициент обслуживания агрегата за смену (0,022
по нормативу); Кпов – коэффициент затрат времени на повороты агрегата в конце
гона:
К пов 
t пов  Vр
3,6  L
, или К пов 
Lх
,
Lр
где tпов – время одного поворота; L – расчетная длина гона, м (табл.1); Vp – рабочая
скорость агрегата, км/ч; 3,6 – переводной коэффициент единиц.
Кпов= (23·3,8)/(3,6·150) = 0,23 – для гона 150 м.
Lх и Lр - можно точно определить для конкретного вида способа движения, допустимое значение коэффициента (Кпов) должно быть не более 0,25.
Пример расчета времени основной работы при 8 часовом рабочем дне:
То 
480  36  10 
434

 5,82 ч  349 мин .
1  0,23 1  0,022  0,052  60 74,52
Сменную производительность (норму выработки) можно определить, зная
часовую Wч производительность (чистой или основной работы):
Н см  W о.р.ч  Т о или Н см  W ч.р ч  Т р га/см.
При выполнении операций, связанных с вредными или тяжелыми условиями труда, длительность рабочей смены составляет 360 мин. Тогда время основной
работы составляет
То 
360  36  10
314

 4,21 ч .
1  0,156  1  0,022  0,052  60 74,492
Для учета непосредственного времени полезной работы агрегата вводится
коэффициент использования сменного времени – Kт. Значение его меняется в основном от длины гона движения агрегата (табл. 1).
Следовательно, для повышения производительности агрегатов за счет сокращения холостых ходов (повороты, переезды) загоны желательно располагать
так, чтобы они были с наибольшей длиной гона.
Таблица 1. Значение коэффициента использования времени смены, в зависимости от
длины гона L
Длина гона, м
До 150
151…200
201…300
301…400
Kт
0,58
0,66
0,74
0,80
Длина гона, м
401…600
601…1000
более 1000
–
Kт
0,83
0,86
0,88
–
Иногда в справочной литературе приводятся данные по часовой производительности времени чистой работы. Речь идет о теоретической производительности.
Теоретическая производительность – это производительность за 1 ч чистой
работы (без учета поворотов, маневрирования и простоев), представляющая собой
символический прямоугольник со сторонами: конструктивной шириной Вк захвата агрегата и пути пройденного агрегатом при теоретической скорости vт:
П чт  1000  Вк  v т , м 2 /ч или П чт  0,1  Вк  v т , га/ч .
1. Для агрегатов с циклически повторяющимся рабочим циклом (корчевальных машин) справедлива формула определения производительности:
Wкор  Wч  Т см  К т или Wкор=Wч·То, шт./см.
где Wч – количество пней, корчуемых машиной за 1 ч основного времени работы,
берется по справочной литературе. Кт – выбирается по таблице 1.
2. Производительность (техническая, м2/ч) плужного агрегата определяется
по выражению
П т  3600  bор  vр ,
где bор – ширина захвата орудия, м; vр – рабочая скорость, м/с.
3. Эксплуатационная производительность агрегатов (борона, корневычесыватель, культиватор паровой) учитывает необходимость перекрытия следов прохода, а также потери рабочего времени на маневрирование, холостые переезды и
т. д. В таком случае
Пт  3600  (bор  b1 )  vр  K в ,
где b1 – перекрытие следа прохода машины, принимают 0,1-0,3 м в зависимости
от вида работы; Кв – коэффициент использования времени,
K в  (t1  t 2  t 3  t 4 ) / t1
(t1 – продолжительность работы машины; t2 – продолжительность холостых пробегов; t3 – время маневрирования; t4 – продолжительность переезда от одного участка к другому, ч).
В зависимости от технологии иногда приходится выполнять несколько проходов по одному и тому же участку. В этом случае производительность (м2/ч)
П т  3600  (bор  b1 )  vр  K в 
1
,
nм
где nм – число проходов машины по одному и тому же участку в течение 1 ч работы.
4. Производительность (техническая, м3/см или т/см) тракторного прицепного агрегата при перевозке грузов определяется по выражению
Wсм=М·nр,
где М – масса или объем груза вывозимого прицепом (самосвалом) за один рейс
(рейсовая нагрузка или объем воза); nр – количество рейсов за 1 час.
nр 
Т см  К т
,
t
t = t1 + t2 + t3 + t4,
где t – длительность одного рейса; t1 – время под погрузкой; t2 –время транспортировки; t3 –время разгрузки (0,5-1 мин); t4 – время холостого рейса, мин.
Время погрузки - t1=Q·τ /C; Q – объем платформы, м3; τ – длительность одного
цикла захвата груза, 0,5-1 мин; C – объем ковша погрузчика (экскаватора), м3.
t2 или t4 = S/v – дальность транспортировки поделить на скорость передвижения.
5. Производительность (техническая, м2/ч) бульдозера определяется по выражению
Wб 
3600  v (l  Sin   0,5)
,
nпр
где v – скорость движения бульдозера, м/с; ω – угол установки отвала (54-65°или
90°); l – длина отвала бульдозера (2,4-3,5 м); nпр – количество проходов по одному
месту.
6. Сменная производительность экскаватора определяется по выражению
Wсм= 60·Т·Ксм·с·q·к1·к2·к3, м3/см
где с – число заполнений ковша в минуту; q – емкость ковша, м3; к1 – коэффициент разрыхления грунта в ковше (0,8-0,9); к2 – коэффициент сопротивления грунта
(0,5-1,0); к3 – коэффициент наполнения ковша грунтом (0,9-1,2).
Пример 1. Расчет агрегата для вспашки почвы под посев/посадку культур с
удельным сопротивлением почвы Кп =50 кН/м2 (средний суглинок) на глубину 0,27 м
агрегатом в составе трактора ДТ-75М и плуга общего назначения ПЛН-6-35 на местности с уклоном пути i=0,02.
(Расчет осуществляется в соответствии с методикой комплектования состава пахотного агрегата из расчета использования тяговой мощности трактора на
II ой, III-й и т.д. передачах, а первая передача КПП является резервной для преодоления отдельных участков поля с повышенным сопротивлением.)
Рис.1. Схема оборота пласта на 135°
1. Выберем по технической характеристике значения тяговых усилий и соответствующих им скоростей движения трактора:
РкрII =31,6 кН;
vpII = 5,6
км
/ч
РкрIII =27,7кН;
vpIII = 6,3
км
/ч
РкрIV =24,5кН;
vpIV = 7,0 =
км
/ч
РкрV =21,3кН;
v pV =7,8
км
/ч.
2. Определим количество корпусов в плуге для вспашки, используя упрощенную формулу
n=Pкр/[Kп.н.аb+q(f  i)]=Ркр/Rпл,
где Кп.н. – суммарное удельное сопротивление почвы, Кп.н.=20-35 – для легких
почв; 35-55 – средних; 55-80 – тяжелых и более; 80 кН/м2 –для особо тяжелых;
a и b – глубина и ширина захвата почвы корпусом, м; q – вес, приходящийся на
один корпус плуга (Qпл/n);  – коэффициент догрузки трактора от веса навесного
орудия, = 0,3-0,5 для вспашки песчаных почв и =1 для суглинков;
f – коэффициент сопротивления движению агрегата, табл. 4.
nII=31,6:5,01=6,31
(принимаем 6);
nIII=27,7:5,01=5,52
(принимаем 5);
nIV=24,5:5,01=4,89
(принимаем 4);
nV=21,3:5,01=4,25
(принимаем 4).
3. Определим ширину захвата плуга на соответствующем режиме (В=nк·в1):
ВII=60,35=2,1 м
ВIV=40,35=1,4 м
ВIII=50,35=1,75 м
ВV=40,35=1,4 м
4. Рассчитаем сопротивление плуга с установленной шириной захвата:
RII=500,272,1=28,3 кН.
RIII=500,271,75=23,6 кН.
RIV=500,271,4=18,9 кН.
RV=500,271,40=18,9 кН.
5. Оценим использование тягового усилия трактора =R/Ркр:
II=28,3:31,6=0,896
Ш=23,6:27,7=0,852
IV=18,9:24,5=0,77
V=18,9:21,3=0,887
Величина коэффициента  должна находиться в пределах 0,9-0,95, тогда агрегат будет иметь экономичные показатели использования по расходу топлива и
по производительности.
6. Сменная производительность агрегата на передачах КПП составит при
коэффициентах Кт=0,85; Кv=0,90; Кв=0,96, га/см.:
Wсм=0,1·В·v·Тсм·Кв·Кv·Кт:
WII=6,01 га/см.
WIII=5,63 га/см.
WIV=5,01 га/см.
WV=5,57 га/см.
7. Для всех режимов примем часовой расход топлива; gp.х = 14 кг/ч,
gх.х = 8 кг/ч, gост = 1,5 кг/ч. Общий расход за смену, расход топлива на гектар обработанной почвы составит:
GII=99,6:6,01=16,6 кг/га
GIII=99,6:5,63=17,7 кг/га
GIV=99,6:5,01=19,9 кг/га
GV=99,6:5,57=17,88 кг/га
Анализ результатов расчета показывает, что в данных условиях можно использовать трактор ДТ-75М с 6-ти корпусным плугом на II передаче, с 5-ю корпусами на III передаче или с 4-х корпусным плугом на V передаче.
При использовании плуга ПЛН-4-35 при движении на V передаче необходимо еще одно условие – поле питомника должно иметь минимальную длину
(длина гона) 300-400 м и ширину одного загона 50-60 м
Табл. 2. Техническая характеристика плугов для работы на каменистых почвах
Показатель
ПКС-3-35
ПКС-4-35
ПКУ-3-35
ПКУ-4-35
Масса, кг
530
710
610
815
Ширина захвата, см
105
140
105
140
Глубина вспашки, см
25
25
27
27
Производительность, га/ч
0,4-0,6
0,5-0,8
0,5-0,7
0,6-0,9
Табл. 3. Техническая характеристика плугов общего назначения
Показатель
ПЛН-3-35 ПН-3-40
ПЛН-4-35 ПЛН-5-35
Масса, кг
522
635
710
800
Ширина захвата, см
90, 105
120
140
175
Глубина вспашки, см
27
35
27
27
Производительность, га/ч
да 1,1
1,2
0,7-1,3
0,8-1,4
Агрегатируется з тракторами МТЗ-82.1 МТЗ-102.1 МТЗ-122.1 МТЗ-1522
МТЗ-92.1
ДТ-75М
ДТ-75М
Т-150К
Табл. 4. Техническая характеристика плантажных и лесных плугов
Показатель
ППН-40 ППН-50 ПЛП-1 ПКЛ-70А
Масса, кг
522
1105
700
500
Ширина захвата, см
40
50
100
70
Глубина вспашки, см
45
60
да 15
да 15
Ширина захвата предплужника, см 13-20
до 30
-
Табл. 5 Значения каэффициентов сопротивления f и сцепления φ агрегатов в зависимости от
условий движения агрегата
Песок
Супесь
Суглинок
Суглинок тяжелый
Сухая, грунтовая дорога
Целина
Скошенный луг
Стерня зерновых
Вспаханное поле
Колесные
f
0,16-0,2
0,04-0,18
0,12-0,2
0,03-0,2
0,03-0,05
0,05-0,07
0,06-0,8
0,08-0,1
0,12-0,18
φ
0,3-0,4
0,4-0,7
0,5-0,7
0,7-0,8
0,6-0,8
0,7-0,9
0,6-0,8
0,6-0,8
0,5-0,7
Гусеничные
f
φ
0,1-0,15
0,4-0,5
0,07-0,12
0,6-1,0
0,08-0,15
0,7-0,8
0,07-0,15
0,9-1,0
0,05-0,07
0,9-1,1
0,06-0,07
1,0-1,2
0,06-0,07
0,9-1,1
0,06-0,08
0,8-1,0
0,08-0,1
0,6-0,8
Поле под посевы
Осушенный торфяник
Снежная дорога (укатаная)
0,16-0,18
0,03-0,04
0,4-0,6
0,3-0,4
0,09-0,12
0,11-0,14
0,06-0,07
Почва, условия движения
0,6-0,7
0,4-0,6
0,5-0,7
Пример 2. Камнеуборочная машина УКП-0,6 з трактором МТЗ-80.1 за 1 час
непрерывной (чистого времени) работы убирает с поля 3,5 т камней. Сменная
норма выработки составит
Wсм=Wч·То= 3,5·5,82=20,4 т/см.
По заданию на 1 га находится 55 т средних по размеру камней. Тогда убранная площадь от камней за смену камнеуборщиком составит 20,4:55=0,37 га, или
Wсм=0,37 га/см.
Пример 3. Расчет сменной выработки Нсм корчевальной машиной. Исходные
данные: вырубка с количеством пней 700 шт/га. Выполнить полосную раскорчевку корчевателем КМ-1А в агрегате с гусеничным трактором МТЗ-1502. Ширина
корчевальных полос 4 м з расстоянием между центрами полос 6 м.
Производительность корчевальной машины по технической характеристике
завода-изготовителя за 1 ч сменного времени - 40 пней. Тогда, сменная норма выработки корчевателя, по количеству выкорчеванных пней составит
Wсм (пн)=Wч ·То= 40·5,82=233 пн./га.
Сменная норма выработки Нсм, в га:
Нсм (га)= Wсм (пн) : n=233:700=0,33 га/см,
где n - количество пней на 1 га, шт.
Примеры. Производительность корчевальных машин (шт./смену) при извлечении пня вертикально направленной силой
Wкор  Wч  Т см  К т ,
где Wч – количество пней, корчуемых машиной за 1 ч основного времени работы,
берется по справочной литературе.
Производительность корчевальной машины по технической характеристике за 1 час сменного времени - 40 пней. Тогда, сменная норма выработки корчевателя по количестве выкорчеванных пней составит
Нсм (пн)=Wчас ·То= 40·5,82=233 пн/га.
Сменная норма выработки Нсм, га по площади составит:
Нсм (га)= Нсм (пн) : n=233:700=0,33 га/см,
где n - количество пней на 1 га, шт./га