合理利用机组动力性能的措施

第七节　合理利用机组动力性能的措施

一、各种工况下确定发动机合理的负荷和转速范围

我们知道，当给予发动机某一外加负荷时，发动机即相应有一定的马力、转速和耗油率等。从合理运用机组动力性能出发，外加负荷最好能使发动机发出最大的有效功率，并以额定的扭矩和额定的转速工作，这就是最理想情况。因为此时可以获得最大的机组生产率和较低的单位耗油率。而拖拉机在具体运用条件下，由于各种情况的变化，外加负荷在不断地改变，所以发动机就处于各种情况下工作，有时就不能保证在高生产率和低耗油率的最大功率范围内进行工作，而是在各种形式的扭矩和各种转速相组合的范围内进行工作。如机组地头空行回转，发动机就处在轻负荷下工作，机组在作业中，由于负荷的不断变化，有时负荷不足，有时接近满负荷工作，有时还会出现超负荷现象等。

所以，为了使发动机能有各种扭矩和转速的组合，更好地适应外负荷变化的需要，现有的拖拉机发动机，都具有全制式调速器，在进一步分析发动机工作时，应注意其工作特点。图1-22是发动机的调速特性，它表示发动机主要参数扭矩M_发、功率N_发、小时耗油量Q_时与发动机转速n_发之间的函数关系。图中3-4为全供油时扭矩的调速线段，4-5-6为非调速线段。这个曲线只达到最大扭矩M_发最大，当进一步增加负荷时发动机将熄火。全供油时，小时耗油量的相应线段为3′-4′和4′-5′-6′。在减小油门时，扭矩的调速线段就改为2-5和1-6，相应的小时耗油量为2′-5′和1′-6′。因此，当均匀地无级地改变油门位置时，可以得到许多部分特定曲线，它包含在全油门特性曲线范围内。因此，在全制式调速器的作用下，可以在发动机的转速以最小值到额定值任意扭矩。反之，再以零到额定值的任意扭矩值下，可以规定以最小转速到额定转速范围内的任意值。在发动机空转时，得到该供油位置下的最大转速，而小时耗油量最小。这时发动机热状况的特点是水温和机油温度降低。当水温降低时，活塞组的磨损增加，并且在一定程度下增加了积碳和结胶，因此，不要使发动机经常处在空转下工作。因为它是非生产性的，而且增加发动机的磨损和作业成本。

图1-22　发动机调速特性

当发动机轻负荷工作时，与上述情况类似。这时发动机的功率不能被充分利用，机组生产率降低，耗油量将增加。当负荷增大时，发动机便在非调速线段下超负荷工作。在这种情况下，发动机的功率下降，耗油率升高。在超负荷下工作，还会使混合气的形成工程变坏，工作粗暴，同时发出浓烟并产生大量的积碳。并由于发动机转速的降低，使汽缸壁上的润滑油膜长时间受高温气体的作用，零件的润滑条件变坏，受力增加，而使发动机的磨损增加。因此，不允许发动机长期超负荷工作，只有为了克服机组阻力的临时增长，在短时间内超负荷工作是许可的。由以上分析可知，发动机最好的工作状况是在最大供油位置下接近于额定负荷工作，这时发动机的功率将被充分利用，并可获得最好的运用指标。实际上外负荷是经常变化的，因此，发动机不可能总是在额定负荷下工作。为了使发动机正常地工作，必须确定合适的负荷范围，也就是指发动机在经常工作时近于满负荷，而当负荷临时增加时，利用其非调速线段来克服临时性的超负荷。

发动机负荷系数通常用τ_发来表示：

式中：M_发——发动机在任意负荷下的扭矩；

　　　M_发额——发动机额定扭矩。

由于外负荷不均匀性及其变化特性随着作业项目和土地条件的不同而变化。因此，合适的发动机负荷系数也不相同。某些试验表明，当机组作业速度在5～7km/h，发动机合适的负荷系数概值如表1-13所示。

表1-13　发动机负荷系数概值

二、机动变速

机组在工作中可以根据负荷的情况和作业质量，随时改变速度来提高发动机的功率利用，减少油料消耗，提高机组生产率，改善作业质量，以达到更好的运用指标。这种在工作中因地制宜地改变速度的方法，称为机组变速。

机组变速可以采用两种方法，一种是改变挡位，另一种是利用全制式的调速器的特点来改变油门位置。当利用改变挡位的方法来改变机组速度时，应考虑从一个挡位换到另一个挡位所引起的非生产时间的损失不宜过多，如果由于换挡所花费的时间而不能提高机组生产率时，则就失去了机动变速的意义。所以，只有当换挡较熟练，而换挡后到下一次换挡前能行走较长的距离，则采用机动变速才是有效的。

目前，在拖拉机发动机上广泛采用全制式调速器。因此，就可以利用油门操纵杆的位置来改变发动机的转速。它的优点是：第一，当发动机的功率不能被充分利用时，可以利用全制式调速器的特点来改善拖拉机的经济性。第二，改善了拖拉机的操纵条件，例如地头转弯、越过障碍沟渠、倒车挂农具等，都可以通过控制油门的办法，来降低拖拉机的行驶速度，以保证操作安全和减少离合器的磨损。第三，速度变化间隔小，而且不需要停车换挡，所以更能满足农业技术要求。第四，拖拉机轻负荷作业时或由机组工作幅宽受到阻滞而不能提高机组速度时，利用挡位和油门的配合，可以降低油料消耗，提高拖拉机的经济性。

三、采用高挡小油门，节省燃料消耗

在轻负荷作业中，利用上述全制式调速器的特点，往往采用高挡小油门，即拖拉机换用高挡，而控制油门位置来降低发动机转速，使拖拉机的行驶速度和原来低挡时的速度相仿。这样即能保证作业质量，又能降低发动机的小时耗油量，提高了燃料的经济性。

例如，用东方红-54型拖拉机进行某项作业，农机具的牵引阻力为1500kg，根据农业技术要求，作业速度不应超过4km/h，如果用I挡大油门作业（最大供油量），这时的速度为3.9km/h，而拖拉机的耗油量为350克/马力·小时；当用Ⅱ挡油门作业（最大供油量为75%），速度为3.8km/h；如果用Ⅳ挡小油门作业（最大供油量为57%），速度仍为3.8km/h，耗油量为282克/马力·小时。可见在这种情况下，拖拉机的速度和牵引力基本上不变，用Ⅳ挡小油门作业可比I挡大油门作业节省油料20%左右。

为此，当某项作业所需的功率明显低于发动机可以提供的最大功率时，便可采用减少供油，降低发动机转速的方法来节省油料。

四、采用复式机组

当前，我国南方各省（区）大量采用小马力的手扶拖拉机并制造了各种相应的配套农具，在正常情况下，手扶拖拉机的功率利用是比较理想的。但还有不少大中型拖拉机，特别在我国北方各省（区）均以大中型拖拉机为主，由于在某些情况下，受各种条件的限制，如地块较小，机组中不宜多台农具联结利用，所以拖拉机的功率就不能被充分利用，这是合理利用拖拉机功率方面需要解决的问题。

随着农业机械化事业的发展，国内到国外拖拉机的发展趋势是大功率、四轮驱动、广泛采用液压悬挂装置。为此，就更需要解决拖拉机功率的充分利用问题。

采用复式机组，即在同一台拖拉机上配备几种农机具（或工作部件）同时完成几种作业，例如，耕、耙、播联合作业，播种、施肥联合作业等，是值得提倡的有效方法，不仅使拖拉机的功率得到充分利用，而且还有以下好处：第一，几项作业一次完成，使作业过程衔接得更好，保证了作业质量，且不误农时。第二，可以节省人力，提高劳动生产率，节省油料，减少机具磨损。第三，减少机组在田间行走次数，因而减少对土壤结构的破坏，有利于增产。

比如，为了合理利用东方红-75拖拉机的功率，在地块较大的情况下进行耙地作业，应联合2～3台圆盘耙，如果同时要耢地或者镇压，就可以联结多种农具进行复式作业，这样一次作业可以完成几个操作项目，即可提高作业效率，节约油料消耗，又可减少机组在地里行走次数，有利于提高作业质量。在地块较小、或因农具不足而不能联合2台以上的圆盘耙作业的情况下，更应采用耙压或耙耢复式作业，以提高功率的利用。

表1-14、表1-15是东方红-54拖拉机在不同编组方案下的工作指标对比。从表中数字可以看出，合理编组和采用复式作业，对机组工作指标影响很大。

表1-14　东方红-54拖拉机牵引1台和2台圆盘耙时的工作指标

表1-15　东方红-54拖拉机牵引复式机组的工作指标