MODELOWANIE PROCESU EKSPLOATACJI CIĄGNIKA ROLNICZEGO W

Transkrypt

1 InŜynieria Rolnicza 3/63 Dobrzycki Jacek, Koniuzy Adam Akademia Rolnicza w Szczecinie MODELOWANIE PROCESU EKSPLOATACJI CIĄGNIKA ROLNICZEGO W WARUNKACH WOJEWÓDZTWA ZACHODNIOPOMORSKIEGO Wtęp Strezczenie W artykule przedtawiono etapy budowania modelu ekploatacji ciągnika Uru 912. Określono wartości najczęściej wytępujących obciąŝeń ilnika na podtawie analizy zabiegów agrotechnicznych w badanych gopodartwach rolnych. Przedtawiono charakterytykę gętości czaowej ilnika ciągnikowego Z Stwierdzono, Ŝe na podtawie modelu ekploatacji moŝna optymalizować pracę ilnika. Słowa kluczowe: ciągnik rolniczy, model ekploatacji, optymalizacja Stoowanie ilników ZS do napędu ciągników rolniczych wymaga prowadzenia proceu optymalizacji na etapie projektowania oraz amej ekploatacji ciągnika. RóŜnorodność wykonywanych przez ciągnik uniweralny prac twarza konieczność pogodzenia wielu, częto przecznych ze obą wymagań. Badania nad poprawą właściwości uŝytkowych, zczególnie wkaźników ekonomiczności pracy ilnika wymagają tatytycznego przedtawienia warunków jego pracy, najlepiej w formie modeli proceu ekploatacji. W potaci graficznej, modele takie będące mapą rozkładu prawdopodobieńtwa wytąpienia pozczególnych obciąŝeń w obzarze charakterytyki ogólnej ilnika, nozą nazwę charakterytyki gętości czaowej [Cichy 1986]. Do generacji charakterytyki gętości czaowej wykorzytywane ą zazwyczaj tety jezdne, które pozwalają na ocenę rozkładu obciąŝeń ilnika w typowych warunkach jego uŝytkowania. Tety te, prowadzone zgodnie z obowiązującymi normami, dotyczą przede wzytkim badań tokyczności palin i w głównej mierze odnozą ię do pojazdów amochodowych. Brak jet natomiat porównywalnych tetów (modeli ekploatacji), które mogłyby łuŝyć do oceny wybranych właściwości ilników toowanych do napędu ciągników rolniczych [Chłopek 1999, Merkiz 1993]. Tworzenie i umiejętne wykorzytanie ymulacyjnych modeli ekploatacji ilników ciągnikowych jet jednym ze poobów poprawy ekploatacyjnych wkaźników pracy. Niezbędna jet przy tym bardzo dokładna znajomość pecyfiki prac wykonywanych przez ciągnik rolniczy. Opracowywane w ten poób modele wymagają zarazem zeregu uprozczeń, dzięki którym moŝliwe jet odzwierciedlenie warunków ekploatacji. Jednym z itotnych czynników jet połoŝenie geograficzne i środowikowe przeciętnego gopodartwa, tąd teŝ opiany w badaniach model ekploatacji dotyczy określonego obzaru. Metodyka badań 141

2 Dobrzycki Jacek, Koniuzy Adam Informacje o rodzaju i trukturze badanych gopodartw rolnych oraz wykorzytaniu parku ciągnikowego w województwie zachodniopomorkim pozykano na podtawie ankiet. W oparciu o analizę tatytyczną ankiet, polegającą m. in. na charakterytyce powierzchni uŝytków rolnych określono trukturę zaiewu roślin uprawnych w badanych gopodartwach, ry Udział procentowy w trukturze upraw, [%] ZboŜa Okopowe Oleite Strączkowe Patewne Inne uprawy Ry. 1. Struktura zaiewu roślin uprawnych w badanych gopodartwach rolnych województwa zachodniopomorkiego Fig. 1. The tructure of crop of cultivated plant in the examined agricultural farm of Wet Pomerania Jak wynika z ry. 1, najwiękzą część powierzchni wzytkich upraw w badanych gopodartwach tanowią zboŝa. Kolejne grupy roślin, pod względem wielkości powierzchni zaiewu, to rośliny patewne, oleite oraz okopowe. Dalza analiza polegała na opracowaniu uprozczonych kart technologicznych uprawy pozczególnych roślin oraz zabiegów towarzyzących. Opracowanie kart technologicznych upraw wykonano z uwzględnieniem wykorzytania parku ciągnikowego w badanych gopodartwach, które wykazało duŝe zróŝnicowanie pod względem wieku i mocy uŝytkowanych ciągników. Stwierdzono, Ŝe najliczniejzą, a zarazem najtarzą grupę tanowią nadal ciągniki Uru: C 330, C 360 i pochodne, będące głównym źródłem iły pociągowej w gopodartwach małych i średnich. Gopodartwa duŝe dyponowały, oprócz ww. ciągników przeznaczonych głównie do zabiegów pielęgnacyjnych i ochrony roślin, m.in. ciągnikami Uru: C 385, 912, 914, 1014, 1224, 1614, nie wliczając ciągników importowanych zza granicy. Do modelowania proceu ekploatacji przyjęto ciągnik Uru 912. Po rozwinięciu ogólnego bilanu mocy ciągnika (1) wyznaczono wartości pozczególnych kładników bilanu z uwzględnieniem takich parametrów, jak: rodzaj podłoŝa, zerokość, głębokość oraz prędkość robocza narzędzia itp. [Kuczewki 1974, Dajniak 1985]. N ( ) + W v + P v + P v = M ω 1 η [W] (1) tc n u 142

3 Modelownie proceu ekploatacji gdzie: N - moc uŝyteczna ilnika, M - moment obrotowy ilnika, ω - prędkość obrotowa ilnika, η - prawność układu przenieienia napędu, W tc - iła oporu toczenia ciągnika, v - prędkość ciągnika, P - iła tracona wkutek poślizgu kół napędowych, n v - prędkość poślizgu kół napędowych, P - iła uciągu, uŝyteczna ciągnika. u Jednym z najitotniejzych czynników rozpatrywanych w bilanie mocy jet rodzaj podłoŝa, po jakim poruza ię ciągnik. Związane jet to nie tylko z oporem toczenia amego ciągnika, ale przede wzytkim z oporem zatoowanych narzędzi uprawowych. Dlatego teŝ, w celu wyznaczenia jednotkowego oporu narzędzi, przyporządkowano komplekom przydatności rolniczej gleb wytępujących w badanych gopodartwach właściwe opory jednotkowe przy optymalnym tanie uwilgotnienia gleby, ry. 2 [Skrobacki 1980, DomŜał i in. 1980]. 80 Opór jednotkowy, [kpa] śytni b.łaby i łaby, zboŝowopatewny śytni dobry Pzenny wadliwypzenny b. dobry i Ŝytni b. dobry i dobry Ry. 2. ZaleŜność oporu jednotkowego gleby od rodzaju kompleku glebowego Fig. 2. The relationhip between the elementary reitance of oil and the ort of oil complex W ten poób obliczono zapotrzebowanie mocy efektywnej dla kaŝdej z mazyn rolniczych wpółpracującej z ciągnikiem Uru 912. Określenie obciąŝenia ilnika momentem oporowym tawianym przez agregat przy podanej mocy efektywnej było juŝ tylko zaleŝne od topnia przełoŝenia i prędkości obrotowej ilnika. Najczęściej przy wykonywaniu określonego zabiegu agrotechnicznego ciągnik poruza ię ze tałą prędkością na jednym przełoŝeniu. To załoŝenie znacznie uprościło metodykę wyznaczenia teoretycznych obciąŝeń ilnika w zakreie jego charakterytyki ogólnej. 143

4 Dobrzycki Jacek, Koniuzy Adam Wartość danego obciąŝenia oraz cza jego trwania dla ilnika ciągnikowego Z w trakcie wykonywania określonego zabiegu agrotechnicznego zetawiono w potaci kilkudzieięciu tref. Otrzymano uprozczoną mapę gętości czaowej, umoŝliwiającą określenie prawdopodobieńtw wytępowania pozczególnych tanów obciąŝeń ilnika. Model ekploatacji zbudowano dzięki przyjętym załoŝeniom uprazczającym: ciągnik podcza wykonywania zabiegu pracuje ze tałym obciąŝeniem, przełoŝeniem i prędkością, a charakterytyka ogólna ilnika odzwierciedla charakter pracy ilnika w warunkach rzeczywitych. Wyniki i dykuja Na podtawie przeprowadzonych analiz i obliczeń tatytycznych twierdzono, Ŝe łączny cza pracy potrzebny na wykonanie wzytkich zabiegów tylko przez jeden ciągnik Uru 912 w średnim gopodartwie rolnym województwa zachodniopomorkiego wynoi 2532 godziny w ciągu roku. Dzieląc cza pracy jednego ciągnika przez średnią liczbę ciągników pracującą w gopodartwie otrzymano średni cza pracy ciągnika, który wynoi 506,4 godziny w ciągu roku. Stwierdzono, Ŝe 39% ogólnego czau ekploatacji ciągnika zajmuje orka, podorywka oraz przediewne doprawianie gleby. Pozotałe 61% czau ekploatacji zajmują inne zabiegi, wykazane w kartach technologicznych upraw. Z przeprowadzonych analiz wynika, Ŝe dla utalonych warunków pracy ilnika ciągnikowego średniego gopodartwa rolnego zapotrzebowanie na moc efektywną wynoi przeciętnie 48% mocy nominalnej ilnika. Analiza mapy gętości czaowej wytępowania obciąŝeń badanego ilnika wykazała, Ŝe najwiękzy udział czau ekploatacji ilnika Z (ponad 27%) w dopuzczalnym polu charakterytyki ogólnej przypada w zakreie obciąŝenia momentem obrotowym od 140 Nm do 180 Nm, przy prędkościach obrotowych ilnika od 1800 obr/min do 2000 obr/min. Określone przez producenta minimum jednotkowego zuŝycia paliwa dla badanego ilnika wynoi około 230 g/kwh i mieści ię w mniejzym od podanego zakreie prędkości obrotowej i więkzym momencie obrotowym. Itnieją zatem pola (trefy) pracy ilnika, w których wytąpienie prawdopodobieńtwa pracy nie zawze jet równoznaczne utrzymaniem optymalnego, zbliŝonego do minimum, jednotkowego zuŝycia paliwa przez ilnik, ry

5 Modelownie proceu ekploatacji Udział czau pracy ilnika, [%] Moment obrotowy ilnika, [Nm] Prędkość obrotowa ilnika, [obr/min] Ry. 3. Charakterytyka gętości czaowej wytępowania obciąŝeń ilnika Z Fig. 3. The characteritic of time denity of Z engine load occurrence Na podtawie uzykanych wyników i przez analogię do itniejących tetów jezdnych pojazdów amochodowych moŝna, w odnieieniu do charakterytycznych warunków województwa zachodniopomorkiego, tworzyć tet pracy ilnika ciągnika Uru 912. W rezultacie, w ciągu kilkunatu minut trwania tetu hamownianego, przy zmiennym kokowo obciąŝeniu wg załoŝonego programu, itnieje moŝliwość pomiaru i porównania wielkości waŝnych z punktu widzenia optymalizacji pracy ilnika w warunkach reprezentatywnych dla rzeczywitej ekploatacji. Wnioki 1. Uzaadnione jet opracowanie modeli ekploatacji ilników. Za ich pomocą moŝna mierzyć i porównywać wielkości waŝne z punktu widzenia optymalizacji pracy ilnika. 2. W czaie ekploatacji ciągnika Uru 912 w średnim gopodartwie rolnym województwa zachodniopomorkiego zapotrzebowanie na moc efektywną wynoi przeciętnie 48% mocy nominalnej ilnika. 3. Silnik ciągnikowy Z jet ekploatowany nierównomiernie w dopuzczalnym zakreie charakterytyki ogólnej, najwiękzy udział czau ekploatacji ilnika Z (ponad 27%) wytępuje przy obciąŝeniu momentem obrotowym od 140 Nm do 180 Nm, przy prędkościach obrotowych ilnika od 1800 obr/min do 2000 obr/min, co nie jet równoznaczne z utrzymaniem optymalnego, jednotkowego zuŝycia paliwa. Itnieją równieŝ pola (trefy) pracy ilnika, w których wytąpienie prawdopodobieńtwa pracy jet minimalne. 145

6 Dobrzycki Jacek, Koniuzy Adam Bibliografia Chłopek Z Modelowanie proceów emiji palin w warunkach ekploatacji trakcyjnej ilników palinowych. Prace naukowe Politechniki Warzawkiej, z. 173, Mechanika, Warzawa. Cichy M Nowe teoretyczne ujęcie charakterytyki gętości czaowej. Silniki Spalinowe, nr 1, 2, 3. Dajniak H Ciągniki. Teoria ruchu i kontruowanie. WKiŁ, Warzawa. DomŜał H., Słowińka Jurkiewicz A., Turki R Gleboznawtwo z elementami geologii i mechaniki gleby. Akademia Rolnicza, Lublin. Kuczewki J Podtawy ekploatacji agregatów rolniczych. PWRiL, Warzawa. Merkiz J Wpływ motoryzacji na kaŝenie środowika naturalnego. Wyd. Politech. Pozn., Poznań. Skrobacki A Wpływ czynników przyrodniczych i organizacyjnych na zuŝycie paliw ilnikowych w proceach trakcyjnych w gopodartwie rolnym. SGGW AR, Warzawa. MODELING PROCESS OF FARM TRACTOR USE IN WESTERN POMERANIA REGION Summary The aim of thi paper i to preent an ue model for the farm tractor with the Z engine. It wa put to trial in condition characteritic for the Wetern Pomerania Region. According to the inquiry data, the implitic technology card of the work done by the tractor were made. That wa the bai for defining the appearing load value of the engine. The quantity and duration of load value were preented graphically on the diagram of the general characteritic of the engine. Thee quantitie contitute a characteritic TD time denity, which i the form of the exploitation model. Key word: farm tractor, ue model, optimization 146