Кинематика МТА

Кинематика МТА Вопросы: 1. Кинематические характеристики рабочего участка 2. Подготовка поля к выполнению работ 3. Кинематические характеристики агрегата. 4. Виды поворотов агрегата 5. Способы движения машинно-тракторного агрегата и их выбор Кинематика – раздел механики, который изучает движение физических тел. Под кинематикой агрегата понимают его движение при выполнении с.-х. работ. Агрегат при выполнении технологической операции все время перемещается по полю, проходя значительные расстояния, которые измеряются десятками и сотнями км. Так, чтобы вспахать 100 га МТА ДТ-75+ПН-4-35 должен пройти 700-800 км. Размеры поля ограничены, поэтому агрегат совершает рабочие ходы – движение с включенными рабочими органами и непроизводительные ходы, холостые ходы и повороты с выключенными рабочими органами. Задача состоит в том, чтобы холостой путь агрегата и соответствующие потери времени топлива и других ресурсов были как можно меньше при высоком качестве технологической операции. Значительная часть времени (от15 до 40%) затрачивается на повороты, холостые переезды на переезды с загонки на загонку и др. Одним из резервов повышения производительности МТА – сокращение времени на эти процессы. А это возможно лишь при знании элементов движения и кинематических характеристик агрегата, основных видов поворотов и способов движения агрегатов и необходимой подготовки поля Основная задача кинематики агрегатов: обоснование выбора эффективных способов движения МТА и подготовки полей с учетом основных требований:1. Высокое качество выполнения работ; 2. Высокая W при меньших затратах топлива и др. ресурсов на единицу выполненной работы; 3. Наименьшее отрицательное воздействие на окружающую среду. 1. Кинематические характеристики рабочего участка Рабочим участком называют часть или все поле данного массива, отведенное для выполнения определенной с.-х. операции. Конфигурация поля может быть разной. Для удобства примем за прямоугольник. Рабочий участок имеет определенную длину (L) и ширину. На рабочем участке в отдельных случаях выделяют загон – это часть рабочего участка прямоугольной формы, на котором работает один или несколько агрегатов. Загон характеризуется шириной загона С и длиной гона Lр. Lр определяется размерами поля, а С зависит от Вагр и способа движения. Количество загонов, на которое может быть поделено поле зависит от размеров поля, от вида выполняемой операции, от производительности агрегата. 1 Деление поля на загонки позволяет работать одновременно нескольким агрегатом без огрехов. В зависимости от условий работы и конфигурации поля с одной или с обоих концов загона выделяют поворотные полосы определенной ширины Е для выполнения поворотов. Отсюда: Lр= L-2Е. Значение Е зависит от вида поворота, рассмотрим позже. Линия между поворотной полосой и остальной частью загона называется контрольной линией – линии включения и выключения рабочих органов соответственно в начале и конце рабочего хода. Разбивка поля на загоны, определение границ поворотной полосы входит в процедуру подготовки поля к работе. 2. Подготовка поля к выполнению работ В перечень работ по подготовке поля входят: • осмотр и освобождение поля от посторонних предметов, мешающих проведению работ (солома, крупногабаритные камни, бетонные плиты, металлические конструкции, упавшие деревья); • выравнивание или заделка промоин, глубоких канав, отвод воды с поворотных полос, если это возможно; • проверка качества проведения предшествующей обработки поля; подготовка подъездных путей, съездов (Проверка качества предыдущей обработки поля заключается в проверке на соответствие агротребованиям подготовки поля – наличие свальных и развальных борозд, комковатости или глыбистости, качества заделки удобрений и растительных остатков, наличие сорняков, мешающих выполнению основной операции, и т.д. При необходимости выявленные дефекты при подготовке поля устраняют). • выбор способа и направления движения конкретно по месту проведения работ; • разметка поля (разбивка поля на загоны, отбивка поворотных полос). Работы, связанные с разметкой поля проводят заблаговременно. Разметка поля включает выделение поворотной полосы, разбивку поля на загоны, разметку мест для подготовки и заправки агрегатов технологическим материалом (рабочей жидкостью, растворами, семенами, удобрениями и т.п.), мест разгрузки бункеров, проведение контрольной линии и линии первого прохода. Предварительная разметка поля имеет исключительно важное значение, как для высококачественной работы, так и для повышения производительности агрегатов и снижения эксплуатационных затрат. Ширина поворотной полосы выбирается в зависимости от габаритных размеров МТА, выбранного способа движения и формы поворота. (При петлевых поворотах Е=2,8R + 0,5В, для беспетлевых поворотов Е=1,1R +0,5В). К ширине поворотной полосы предъявляют следующие требования: • достаточность для поворота агрегата, • кратность рабочей ширине захвата агрегата (Поворотная полоса подлежит обработке после обработки основного участка поля и потому ее ширина должна быть кратной рабочей ширине захвата агрегата), • достаточность для размещения на ней промежуточных складов (удобрения, семена). Загоны отбивают с целью эффективного использования МТА, их величина зависит от ширины захвата агрегата, длины гона, состояния поля. 2 Сорт=√16R2+2ВL Для работы группы однотипных агрегатов ширина загонов будет одинаковой. Величина загонки при челночном способе движения должна быть кратной дневной выработке агрегата (1-2 смены). Каждый агрегат должен работать на своей загонке. При посадке в предварительно нарезанные гребни или уборке пропашных культур число рядков в загонке должно быть кратным захвату уборочной машины. Загоны, поворотные полосы и линии первого Агрегаты R, м Агрегаты R, м прохода отмечают вешками длиной около 2 м, расставнавесные прицепные ляя их так, чтобы последуПахотные 3В Культиваторные ющая вешка была видна от 1 - машинные 1,5В предыдущей. Затем отмечаКультиваторные: 2-4-х машинные 1,2В ют вешками места повыдля предпосевшенной влажности, болотца, ной обработки 0,9В скрытые канавы и другие пропашные 0,8В препятствия. Посевные, поса1,1В Посевные дочные 1-2-х машин1,6В ные 1,3В 0,9В 3-х -5-ти маКосилочные шинные 3. Кинематические характеристики агрегата. Кинематические характеристики МТА зависят от конструктивных особенностей трактора, сцепки и рабочих машин. Кинематическими характеристиками являются: кинематический центр; кинематическая длина и ширина; длина выезда для разворота; радиус и центр поворота; ширина колеи и продольная база трактора (комбайна). За кинематический центр агрегата условно принимают точку на плоскости движения, траекторию которой рассматривают как траекторию МТА в процессе движения по полю. Такое упрощение приемлемо т.к. геометрические размеры МТА значительно меньше размеров обрабатываемого участка или загона. Расположение центра агрегата зависит от конструктивных особенностей трактора и ориентировочно определяется местом расположения сиденья тракториста. Для агрегатов, составляемых на базе колесных тракторов с жесткой рамой, точка ц определяется как проекция середины задней ведущей оси трактора на плоскость движения. Если колесный трактор имеет шарнирно- сочлененную раму, то за центр агрегата принимают проекцию на плоскость движения центра шарнира. Для агрегатов с гусеничными тракторами точка ц соответствует проекции на плоскость движения точки пересечения диагоналей, проведенных через наружные края гусениц. 3 Кинематической длиной агрегата 1К называют расстояние от центра агрегата до линиии расположения наиболее удаленного рабочего органа машины при прямолинейном движении. Кинематическая длина агрегата складывается из кинематических длин трактора lт, сцепки lсц и рабочей длины машины lм, т.е. lк=lт+ lсц + lм Кинематическая ширина агрегата dK равна расстоянию от продольной оси трактора и до линии, проходящей через наиболее удаленную точку агрегата. Различают dK вправо и влево от проекции продольной оси трактора, которые одинаковы для симметричного агрегата, а для ассиметричного разные (косилка). Их учитывают при определении ширины поворотной полосы. Длиной выезда агрегата е называют расстояние, на которое необходимо продвинуть центр агрегата от контрольной линии на поворотной полосе до начала поворота. Такое перемещение необходимо для вывода рабочих органов машин последнего ряда за контрольную линию, чтобы избежать огрехов и травмирования растений. Численное значение е приближенно можно принять пропорциональным кинематической длине агрегата, т.е. е=аеlк , где ае - коэффициент пропорциональности. Для прицепных машин е=(0,25…0,75)lк, для навесных машин е=lк, для агрегатов с передней фронтальной навеской е= – lк Средний радиус поворота агрегата приближенно определяют, как расстояние от центра агрегата ц до условного центра поворота О. Обычно траектория движения агрегата проходит не по окружности, а по дуге более сложной формы, так как изменяется и положение самого центра поворота. Радиус поворота при эксплуатационных расчетах берется усредненный R, определяется он в зависимости от ширины захвата и рабочей скорости. Для навесных: пахотных агрегатов R=3В, культиваторных R=0,9В, посевных (1 сеялка) R=1,1В, (3 сеялки) R=0,9В. У прицепных агрегатов больше: одномашинный агрегат R=1,5В, многомашинных R=1,2В. Продольная база – расстояние для колесных тракторов между осями ведущих и ведомых колес трактора, а для гусеничных – между осями катков, ограничивающих опорную поверхность. 4. Виды поворотов агрегата При работе машинно-тракторных агрегатов в поле он совершает прямолинейные ходы (движение) вдоль гона и повороты на конце гона. Значительная доля пройденного пути приходится на повороты, заезды и переезды. Чем короче длина гона, тем большую часть пути агрегата будут занимать повороты. Следовательно, необходимо выбрать такой вид поворота, при котором Е будет наименьшей. Вид поворота агрегата определяется чаще всего выбранным способом движения агрегата. Все виды поворотов МТА для удобства изучения делят на петлевые, беспетлевые и задним ходом, а также по углу поворота – на 90 и 180 град и угловые. Рис. 4.4. Основные виды поворотов МТА: беспетлевые: а – круговой; б — с прямолинейным участком; в – угловой; петлевые: г – закрытая петля; д – грушевидный 4 (можно восьмёркой); е – односторонний; ж и з – грибовидные (задним ходом) с открытой и закрытой петлей Возможность применения того или иного поворота зависит от вида выполняемой операции, условий работы, состава и кинематических параметров агрегата (ширина захвата, прицепной или навесной, наличие оборотных рабочих органов и др.) и от выбранного способа движения. 5. Способы движения машинно-тракторного агрегата и их выбор Выбор способа движения направлен на получение максимальной производительности МТА при высоком качестве выполнения технологического процесса с минимальными затратами энергии. Способ движения – это закономерность циклично повторяющихся элементов движения: рабочий ход, поворот, переезды. Классификация основных способов движения агрегатов Способы движения агрегатов классифицируют по следующим основным признакам: 1) по направлению рабочих ходов все способы движения МТА делят на три группы: гоновые, круговые, диагональные. 2) по характеру разбивки поля на загоны; 3) по виду поворотов. Таблица 1 - Классификация видов движения МТА При гоновых способах движения Рабочие ходы выполняют- агрегат совершает Гоновый ся вдоль стороны загона прямолинейные рабоРабочие ходы выполняют- чие ходы параллельно По направлению Круговой ся как вдоль, так и поперек сторонам загона с холостыми поворотами рабочих ходов поля на обоих концах. На Рабочие ходы выполняют- конце поля агрегат соДиагональный ся под углом к стороне по- вершает поворот на ля 180°. В зависимости от вида поворота гоновые По характеру Рабочий участок разбиваЗагонный способы движения разбивки поля ется на загоны подразделяются на на загоны (оргаУчасток не разбивается на петлевые и беспетленизации терриБеззагонный загоны вые. Способ считается тории) петлевой, если в процессе работы на загоне МТА совершает хотя бы один петлевой поворот, в противном случае – беспетлевой. Признак Наименование Характеристика Наиболее распространенным, гоновым петлевым способом движения является «челночный» благодаря своей простоте, и для него не надо делить поле на загоны. Этим способом выполняют большинство операций: поверхностную обработку почвы, вспашку оборотными плугами, посев, посадку, междурядную обработку и др. Вспашка обычными плугами осуществляется гоновым всвал или вразвал, чередуя их, чтобы было меньше свальных и развальных гребней. 5 При гоновых способах движения необходимо на краях загонов оставлять место для поворотной полосы (для совершения агрегатом заездов и поворотов). Обработка поворотных полос после выполнения работ на всем поле производится гоновым способом или вкруговую. При круговых способах движения МТА рабочие ходы совершают вдоль всех четырех сторон загона без выключения рабочих органов. Различают круговые способы движения от периферии к центру и наоборот от центра к периферии. Работа МТА по круговому способу движения выгодна на прямоугольных участках с соотношением сторон не менее 4 : 1 . Круговой способ движения применяют, например, на кошении трав, при комбайновой уборке зерновых, бороновании, дисковании и др. При диагональном способе движения агрегат совершает рабочий ход под углом к длинным сторонам загона. Первый проход делают по диагонали, затем обрабатывают одну сторону поля, а после другую. Движение производится «челноком». При диагональном односледном способе движения имеют место повороты, как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки, и один поворот, связанный с переездом на другую сторону первого прохода по диагонали, для обработки второй половины поля. Для высокого качества выполнения технологического процесса при оптимальном использовании МТА при диагональном способе движения необходимо стремиться к тому, чтобы загоны имели форму, близкую к квадрату. Разновидностью диагонального способа движения МТА является диагональноперекрёстный способ движения, когда агрегат составлен из машин и орудий, расположенных в один ряд, а необходимую обработку проводят в два следа. При этом способе агрегат начинает движение по диагонали и продолжает его, поворачиваясь при достижении противоположных сторон загона. В результате такого способа движения образуются перекрещивающиеся ходы, и поле обрабатывается в два следа. Как для диагонального, так и для диагонально-перекрестного способа движения оптимальной формой является квадратная, поэтому поле прямоугольной формы разбивают на части, близкие к квадратам, и движение совершают, как показано на рисунке. При диагонально-перекрестном способе движения МТА поворотных полос не делают, а обозначают границы поля, выделенного под данный способ. При диагонально-перекрестном способе движения повороты производятся без перерыва рабочего процесса. Рекомендуют применять на тех операциях, при выполнении которых агрегат должен двигаться под углом к направлению предшествующей обработки (боронование, лущение, прикатывание). 2) По характеру разбивки поля на загоны различают загонные и беззагонные способы движения. Выбор направления и способа движения зависит от вида выполняемой операции, конфигурации и размеров поля, от кинематических параметров агрегата. 1. Направление движения посевных и посадочных агрегатов осуществляется перпендикулярно или под углом к направлению движения МТА при предшествующей обработке, для получения более четкого следа маркера. 2. Направление движения МТА агрегатов может зависеть от рельефа и конфигурации участка и его размеров. При обработке полей со сложным склоном в районах, подверженных водной эрозии, движение МТА должно производиться по контуру склона, при обработке одностороннего склона – поперек склона, чтобы задержать талые и дождевые 6 воды, тем самым предотвратить размывание склонов. 3. В районах, подверженных ветровой эрозии, обработку почвы проводят в направлении, перпендикулярном к направлению преобладающих ветров. 4. Направление движения зерноуборочных агрегатов зависит от состояния культуры (прямостойкости, полеглости). Выбор способа движения направлен на получение максимальной производительности МТА при высоком качестве выполнения технологического процесса с минимальными затратами энергии (горючего, электроэнергии). Учитывая большое разнообразие способов движения, необходимо отдавать предпочтение тому способу, который с учетом местных условий, вида агрегата обеспечивает лучшие экономические показатели: производительность. Важной характеристикой выбранного способа движения агрегата, является коэффициент рабочих ходов К, который определяется по формуле: φ= Sp/ Sp+ Sx где Sp - длина рабочих ходов, Sx - длина холостых ходов при поворотах и заездах. По физическому смыслу φ представляет собой кинематический КПД агрегата, т.к. показывает ту долю пути, которая приходится на рабочий ход, т.е. на полезную работу. Если φ =0,85, из каждых 100 м пройденных агрегатом, 85 м связаны с полезной работой, а 15 м составляет холостой ход с выключенными рабочими органами. Чем выше φ, тем выше производительность МТА. φ увеличивается с увеличением длины гона и уменьшается с увеличением радиуса поворота. Поэтому на полях с коротким гоном следует использовать навесные агрегаты, т.к. у них меньше радиус поворота. 7