CC BY
1Процессы и машины агроинженерных систем
УДК 631.3
Код ВАК 05.20.03 (новый код - 4.3.1)
БАЛЛАСТИРОВАНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ТРАКТОРОВ
И.И. Голдина1*, Г.А. Иовлев1
1ФГБОУ ВО Уральский ГАУ, Екатеринбург, Россия *E-mail: ir.goldina@mail.ru
Аннотация. В статье рассмотрено влияние балластных грузов на тяговые свойства тракторов. Использование балластных грузов позволяет существенно снизить разномарочность парка тракторов, что снижает расходы на поддержание технической готовности, позволяет оптимизировать ремонтно-обслуживающую базу сельскохозяйственных организаций. Количество и вес балластных грузов напрямую зависит от энергонасыщенности трактора. В исследовании проанализирована связь массы балластных грузов с эксплуатационной массой тракторов и их влияние на эксплуатационные свойства на примерах тракторов John Deer 6110B c показателем энергонасыщенности Э = 1,92 кВт/кН и John Deer 8295R c показателем энергонасыщенности Э = 1,87 кВт/кН.
Ключевые слова: балластирование, тракторы, энергонасыщенность, балластный груз.
BALLASTING AND OPERATIONAL PROPERTIES OF TRACTORS
I.I. Goldina11, G.A. Iovlev11 1Ural State Agrarian University, Yekaterinburg, Russia *E-mail: ir.goldina@mail.ru
Annotation. The article considers the influence of ballast loads on the traction properties of tractors. The use of ballast cargo can significantly reduce the diversity of the tractor fleet, which reduces the cost of maintaining technical readiness, allows optimizing the repair and maintenance base of agricultural organizations. The quantity and weight of ballast cargo directly depends on the energy saturation of the tractor. The study analyzes the relationship between the mass of ballast cargo and the operational mass of tractors and their effect on operational properties using the examples of John Deer 6110B tractors with an energy saturation index E = 1.92 kW/kN and John Deer 8295R with an energy saturation index E = 1.87 kW/kN.
Keywords: ballasting, tractors, energy saturation, ballast cargo.
Постановка проблемы (Introduction)
С момента появления трактора, совершенствовались его эксплуатационные свойства. Совершенствовался двигатель, совершенствовались и другие узлы, и агрегаты, оказывающие существенное влияние на эксплуатационные свойства. Смена жёстких железных колес вначале на колёса с резиновым бандажом, а затем на колесо с резиновой шиной, позволило улучшить плавность хода, а самое главное снизить расход топлива. Совершенствование коробки перемены передач (КПП) осуществлялось в направлении увеличения количества передач, подбора оптимальных передаточных отношений, позволяющих эффективно использовать мощность двигателя. Позднее, для улучшения тяговых свойств, для привода переднего ведущего моста, в трансмиссии появилось устройство, способное разделить потоки мощности - раздаточная коробка. По мере совершенствования двигателя, увеличения его мощности при прежней массе, появлялась «невостребованная» мощность, которую нельзя было реализовать в технологиях выполнения работ по обработке почвы, в силу недостаточной эксплуатационной массы трактора, но можно реализовать в транспортном процессе [1].
Решением этой проблемы является использование балластных грузов. Это решение в отечественном тракторостроении массово было использовано при производстве трактора Т-40 (Т-40А), всего было произведено около 1,2 млн. единиц. С использованием балластных грузов тяговые свойства тракторов увеличились на 10-20%. В современном тракторостроении использование балластных грузов позволит существенно снизить разномарочность парка тракторов, что снизит расходы на поддержание технической готовности, позволит оптимизировать ремонтно-обслуживающую базу сельскохозяйственных организаций.
Методология и методы исследования (Methods)
Правильно подобранные передние и задние балластные грузы позволяют оптимизировать нагрузку на оси, при выполнении различных технологических операций, при производстве сельскохозяйственной продукции, с различными сельскохозяйственными машинами, навешенными на задние и передние навесные устройства, а также при использовании передних фронтальных погрузчиков [2, 3]. (рис. 1,2).
Для балластирования трактора John Deer 6110B можно использовать до 12-ти передних грузов по 50 кг, балластные грузы на задние колёса 2x55 кг, для трактора John Deer 8295R - для передней оси: на переднюю опору до 22 грузов по 50 кг; подъёмные балласты 900 кг, 1150 кг, 1500 кг, 1800 кг. На переднюю опору - 900, 1150 кг, на переднюю навеску - 900-1800 кг.
Задняя ось: колёсные грузы 2x70 кг; 2x70 кг + 2x205 кг; 2x70 кг + 4x205 кг; 2x70 кг + 2x536 кг; 2x70 кг + 2x900 кг. При необходимости можно устанавливать внутренние колёсные грузы 2x625 кг.
Рисунок 1 - Трактор John Deer 6110B Рисунок 2 - Трактор John Deer 8295R
У трактора John Deer 6110B с эксплуатационной массой 4290 кг суммарный вес балластировочных грузов составил 710 кг, у трактора John Deer 8295R с эксплуатационной массой 12391 кг суммарный максимальный вес балластировочных грузов составил 3740 кг, соответственно 16,5% и 30,2% от эксплуатационной массы тракторов.
Варианты догрузки для John Deer 6110B: 1-й вариант - без грузов; 2-й вариант - 2 передних груза; 3-й вариант - 2 передних груза + балластные грузы на задние колёса 2*55 кг; 4-й вариант - 4 передних груза + балластные грузы на задние колёса; 5-й вариант - 6 передних грузов + балластные грузы на задние колёса; 6-й вариант - 8 передних грузов + балластные грузы на задние колёса; 7-й вариант - 10 передних грузов + балластные грузы на задние колёса; 8-й вариант - 12 передних грузов + балластные грузы на задние колёса.
Для John Deer 8295R: 1 вариант - без догрузки; 2 вариант - на переднюю опору 4 груза по 50 кг; 3 вариант - на переднюю опору 4 груза по 50 кг + колёсные грузы на заднюю ось 2*70 кг; 4 вариант - на переднюю опору 8 грузов по 50 кг + колёсные грузы на заднюю ось 2*70 кг; 5 вариант - на переднюю опору 12 грузов по 50 кг + колёсные грузы на заднюю ось 2*70 кг; 6 вариант - на переднюю опору 16 грузов по 50 кг + колёсные грузы на заднюю ось 2*70 кг; 7 вариант - на переднюю опору 8 грузов по 50 кг + колёсные грузы на заднюю ось 2*536 кг; 8 вариант - на переднюю опору 12 грузов по 50 кг + колёсные грузы на заднюю ось 2*536 кг; 9 вариант - на переднюю опору 16 грузов по 50 кг + колёсные грузы на заднюю ось 2*536 кг; 10 вариант - на переднюю опору подъёмный балласт 900 кг + колёсные грузы на заднюю ось 2*70 кг + 2*205 кг; 11 вариант - на переднюю опору подъёмный балласт 1150 кг + колёсные грузы на заднюю ось 2*70 кг + 4*205 кг; 12 вариант - на переднюю опору подъёмный балласт 1500 кг + колёсные грузы на заднюю ось 2*70 кг + 2*536 кг; 13 вариант - на переднюю опору подъёмный балласт 1800 кг + колёсные грузы на заднюю ось 2*70 кг + 2*900 кг.
Номинальные тяговые усилия при разных вариантах загрузки представим в табл. 1.
Таблица 1 - Номинальное тяговое усилие при разных вариантах догрузки, кН.
Марка трактора
№ варианта John Deer 6110B John Deer 8295R
mэ, кН Ркр.н, кН mэ, кН Ркр.н, кН
1 42,1 16,5 121,5 47,6
2 43,0 16,9 123,5 48,4
3 44,1 17,3 124,8 48,9
4 45,1 17,8 126,8 49,7
5 46,1 18,1 128,8 50,5
6 47,1 18,5 130,7 51,2
7 48,0 18,8 135,9 53,3
8 49,0 19,2 138,0 54,1
9 140,0 54,9
10 135,7 53,2
11 142,2 55,7
12 148,1 58,0
13 158,2 62,0
Номинальное тяговое усилие с использованием балластных грузов у трактора John Deer 6110B увеличилось на 16,4%, у трактора John Deer 8295R - на 30,2%.
Для оценки влияния балластирования на эксплуатационные свойства, т.е. на производительность машинно-тракторного агрегата (МТА), на расход топлива произведём расчёты по формированию МТА для выполнения технологической операции вспашка.
Исходные данные для расчётов: удельное сопротивление - 40 кН/м2, рабочую скорость 12-14 км/ч, глубина обработки - 22 см., коэффициент сопротивления перекатыванию - 0,15 (в случае использования полунавесных или прицепных плугов), запас тягового усилия 7,5%. При расчётах необходимо выбирать возможно более высокие скорости, в соответствии с агротехническими требованиями.
Для трактора John Deer 6110B.
Для определения марки и ширины захвата сельскохозяйственной машины, определяем тяговое сопротивление одного корпуса плуга: R1K = аbk;
R1K = 0,35X0,22X40 = 3,08 кН
При тяговом усилии на передаче II3 - 13,6 кН, при запасе тягового усилия 7,5% трактор John Deer 6110B может эксплуатироваться с плугом ПЛН- 4-35.
Часовую производительность определим по формуле:
W4 = eBpVp = е tp 'у тВаУт (1)
где е - коэффициент, учитывающий единицы измерения скорости движения агрегата. е = 0,1. Вр - рабочая ширина захвата агрегата, м; Вр = tp Ва, где tp - коэффициент использования ширины захвата
учитывает отличие рабочей ширины захвата от конструктивной: 'в = — . При вспашке tp = 1-1,1.
Ва
Vp - рабочая скорость движения агрегата; Vp = Ьу Vt, где Ьу - коэффициент использования скорости: Ьу = — . Ьу = 0,77 для тракторов кл. 1,4-2 тс;
Vj
Т
т - коэффициент использования времени смены: т = —-. При хорошей организации труда и
ТСМ
нормальных условиях эксплуатации т = 0,7-0,8.
W4= 0,1X1,05X1,4X0,77X8,9X0,75 = 0,75 га/ч
Расчет расхода топлива. ,§га =-—-— (4)
где Gt.p, Gt. п, GT.nEP, Grxa; - средние часовые расходы топлива в течение смены, кг/ч при выполнении основной (чистой) работы, холостых ходов на поворотах, переездах и во время холостой работы двигателя (во время остановок агрегата с работающим двигателем). Средние часовые расходы топлива принимаются по справочным данным или расчетным путем через удельный расход топлива на 1 эф. л.с. и степень загрузки двигателя.
11,2X0,75+6,17X0,25 8,4+1,54 ,, . .
2Га =-=-= 13,2 кг/га
6 0,75 0,75
Результаты (Results)
Результаты расчетов влияния балластирования на производительность машинно-тракторного агрегата (МТА), на расход топлива представим в таблице 2.
Таблица 2 - Влияние балластирования на производительность МТА, на расход топлива у агрегата в составе с трактором John Deer 6110B.
№ варианта Марка СХМ Часовая производительность, га/ч Удельный расход топлива, кг/га
1 ПЛН-4-35 0,75 13,2
2 ПЛН-4-35 0,75 13,5
3 ПЛН-4-35 0,87 11,9
4 ПЛН-4-35 0,9 11,8
5 ПЛН-4-35 0,9 12,1
6 ПЛН-4-35 0,9 12,3
7 ПЛН-4-35 1,04 10,9
8 ПЛН-4-35 1,04 11,1
Используя индексный метод, взяв за базисный 1-й вариант догрузки, определим оптимальный
вариант догрузки балластными грузами трактора John Deer 6110B.
1-й вариант - 1 + 1 = 2 балла; 2-й вариант - 1 + 0,98 = 1,98 балла; 3-й вариант - 1,16 + 1,11 = 2,27
балла; 4-й вариант - 1,2 + 1,12 = 2,32 балла; 5-й вариант - 1,2 + 1,09 = 2,29 балла; 6-й вариант - 1,2 + 1,07
= 2,27 балла; 7-й вариант - 1,39 + 1,21 = 2,6 балла; 8-й вариант - 1,39 + 1,19 = 2,58 балла.
Оптимальным вариантом догрузки трактора John Deer 6110B балластными грузами будет догрузка
десятью передними грузами + балластные грузы на задние колеса - 2*55 кг.
Аналогичные расчеты произведем для трактора John Deer 8295R, данные расчетов представим в
табл. 3. 9
Rik = 0,4X0,22X40 = 3,52 кН
При тяговом усилии на передаче II7 - 31,3 кН, при запасе тягового усилия 7,5% трактор John Deer 8295R может эксплуатироваться с плугом ПЛН 8-40.
Таблица 3. Влияние балластирования на производительность МТА, на расход топлива у агрегата в составе с трактором John Deer 8295R.
№ варианта Марка СХМ Часовая производительность, га/ч Удельный расход топлива, кг/га
1 ПЛН 8-40 2,59 10,3
2 ПЛН 8-40 2,59 10,4
3 ПЛН 8-40 2,59 10,5
4 ПЛН 8-40 2,59 10,7
5 ПЛН 8-40 2,59 10,9
6 ПЛН 8-40 2,59 11,0
7 ПЛН 8-40 2,99 9,92
8 ПЛН 8-40 2,99 10,1
9 ПЛН 8-40 2,99 10,3
10 ПЛН 8-40 2,99 9,92
11 ПЛН 8-40 2,99 10,4
12 ПС 9/50 3,09 10,5
13 ПЛН 8-45 3,36 10,3
Используя индексный метод, взяв за базисный 1-й вариант догрузки, определим оптимальный вариант догрузки балластными грузами трактора John Deer 8295R.
1-й вариант - 1 + 1 = 2 балла; 2-й вариант - 1 + 0,99 = 1,99 балла; 3-й вариант - 1 + 0,98 = 1,98 балла; 4-й вариант - 1 + 0,96 = 1,96 балла; 5-й вариант - 1 + 0,94 = 1,94 балла; 6-й вариант - 1 + 0,94 = 1,94 балла; 7-й вариант - 1,15 + 1,04 = 2,19 балла; 8-й вариант - 1,15 + 1,02 = 2,17 балла; 9-й вариант -1,15 + 1,0 = 2,15 балла; 10-й вариант - 1,15 + 1,04 = 2,19 балла; 11-й вариант - 1,15 + 0,99 = 2,14 балла; 12-й вариант - 1,19 + 0,98 = 2,17 балла; 13-й вариант - 1,3 + 1 = 2,3 балла.
Оптимальным вариантом догрузки трактора John Deer 8295R балластными грузами будет догрузка на переднюю опору подъёмным балластом 1800 кг + колёсные грузы на заднюю ось 2*70 кг + 2*900 кг.
Обсуждение и выводы (Discussion and Conclusion) В данном исследовании рассмотрены возможности повышения эксплуатационных свойств у трактора John Deer 6110B c показателем энергонасыщенности Э = 1,92 кВт/кН и трактора John Deer 8295R c показателем Э = 1,87 кВт/кН. Рассчитаны тяговые усилия по предложенным вариантам догрузки, сделан вывод об оптимальном варианте догрузки, на основании расчётов производительности МТА. Для трактора John Deer 6110B балластные грузы составили 610 кг или 14,2% от эксплуатационной массы, для трактора John Deer 8295R - 3740 кг или 30,2% от эксплуатационной массы.
Из представленных расчётов можно сделать вывод о том, что для тракторов с малой эксплуатационной массой требуется меньшее количество балластных грузов чем для тракторов со
значительной эксплуатационной массой. Но это предварительный вывод, окончательный вывод можно будет сделать после дальнейших исследований с тракторами других тяговых классов.
Список литературы
1. Иовлев Г.А., Голдина И.И. Зарубежные сельскохозяйственные тракторы и их эксплуатационные свойства// Вестник Ижевской государственной сельскохозяйственной академии. 2020. № 2 (62). С. 48-56.
2. Кутьков Г.М. К вопросу развития теории трактора// Тракторы и сельхозмашины. 2021. №3. С. 6-19.
3. Оценка эксплуатационных свойств зарубежных сельскохозяйственных тракторов: рекомендации для студентов и аспирантов высших учебных заведений, обучающихся по механическим, технологическим и конструкторским специальностям, специалистам инженерно-технических служб эксплуатационных предприятий (предприятий АПК) / Г.А. Иовлев, А.Г. Несговоров, В.С. Зорков, И.И. Голдина, Л.Н. Пильников. - Екатеринбург: издательство Уральского ГАУ, 2020. - 192 с.
References
1. Iovlev G.A., Goldina I.I. Foreign agricultural tractors and their operational properties// Bulletin of the Izhevsk State Agricultural Academy. 2020. No. 2 (62). pp. 48-56.
2. Kutkov G.M. On the development of tractor theory// Tractors and agricultural machines. 2021. No. 3. P. 6-19.
3. Estimation of operational properties of foreign agricultural tractors: guidelines for students and postgraduates of higher educational institutions enrolled in the mechanical, technological and engineering specialties, engineering and technical services operating companies (agribusiness) / G. A. iovlev, A. G. Nesgovorov, V. S. Zorkov, I. Goldin and L. N. Pilnikov. - Yekaterinburg: publishing House of the Ural State Agrarian University, 2020. - 192 p.
