CC BY
128
ВестникКрасГАУ. 2015. №5
УДК 629.114.2 Н.И. Селиванов, Ю.Н. Макеева
БАЛЛАСТИРОВАНИЕ КОЛЕСНЫХ ТРАКТОРОВ НА ОБРАБОТКЕ ПОЧВЫ
В статье сформулированы модели, разработаны алгоритм и номограмма рационального балластирования колесных тракторов 4К4а для адаптации к зональным технологиям почвообработки.
Ключевые слова: алгоритм, балластирование, модели, номограмма, технология, удельная материалоемкость, колесный трактор.
N.I. Selivanov, Yu.N. Makeeva
WHEEL TRACTOR BALLASTING IN TILLAGE
The models are formulated; the algorithm and the nomogram of the 4K4a wheel tractor rational ballasting for the adaptation to the zonal tillage technologies are developed in the article.
Key words: algorithm, ballasting, models, nomogram, technology, specific material capacity, wheel tractor.
Введение. Основу современного тракторного рынка составляют унифицированные мобильные энергетические средства колесной формулы 4к4а разных типоразмеров с изменяющейся в широком диапазоне эксплуатационной массой путем балластирования, установки сдвоенных колес и применения догружающих устройств [1] для технологической адаптации. В работах [2, 3] обоснованы оптимальные значения показате-
W *
ля технологичности - удельной материалоемкости туд колесных тракторов на одинарных и сдвоенных колесах для установленных групп операций основной обработки почвы. Однако в практике эксплуатации обеспечение m*ydi современных колесных тракторов на операциях почвообработки разных групп изменением
балластирования, как правило, не производится из-за отсутствия соответствующих рекомендаций при достаточно высокой трудоемкости операции. Поэтому разработка рекомендаций по балластированию колесных тракторов при использовании в составе почвообрабатывающих агрегатов разного технологического назначения является актуальной и практически значимой.
Цель исследований. Обоснование условий балластирования колесных 4к4а тракторов для адаптации к технологиям почвообработки.
Задачи исследований. Сформировать модели и разработать алгоритм рационального балластирования тракторов; обосновать параметры дополнительного балласта для адаптации тракторов к технологиям почвообработки; разработать номограмму определения параметров дополнительного балласта при использовании тракторов на основной обработке почвы.
Материалы и методы исследований. Решение поставленных задач производилось с учетом установленных рекомендаций, допущений и ограничений:
- рациональный тяговый диапазон трактора с установленным энергетическим потенциалом (%5 .меэ)
и переменной эксплуатационной массой в технологиях почвообработки ограничен, с одной стороны, режимом допустимого буксования sd при максимальном значении коэффициента использования веса
(р№тах = ф№Ж для выполнения первой, наиболее энергоемкой, группы операций на скорости ¥*г = 2,20м/с и режимом максимального тягового КПД г]Ттах, которому соответствует pWopt =р^нз для выполнения третьей, наименее энергоемкой, группы операций при V*3 = 3,33 м / с, с другой стороны, середина которого с р^Я2 = р№ = 0,5(р^и + р^) при скорости V*2 = 2,65м/с служит для операций второй группы;
- рациональному тяговому диапазону (р^~ р№чр,) соответствует интервал изменения удельной материалоемкости т* =^ш /(р№ . v)h . g -10~3 от максимальной т*й1 до минимальной т*эз, соотношение которых Ат дтах = т*уд1 /т*удЪ не должно превышать максимально допустимое увеличение минимальной транспортировочной массы брутто трактора тэо за счет балластирования [4]:
77
Технические науки
Худших < АП0max = (т0Э + тБ max )/т0Э (1)
при тЭ = Шуд! -gN . Ne3 <{шю + тБ max )
У колесного трактора с минимальной транспортировочной массой брутто тэо, продольной базой L и абсциссой центра масс а 0 максимальная масса дополнительного балласта для первой группы операций тБтахj = (т*^ - тоэ ) Тогда при известном соотношении
тЭ0 / Nеэ = туд0 = а ■ т
У
гуд\
(2)
значения удельной массы (кг/кВт) полного балласта mydEi для каждой группы операций при Ат л < \ /а <А„ выразятся как:
удтах тОтах ~
тБуд\ = тУд\(\- а);
•твуд2 = тУд2- а • тУд\; (3)
У У
\тБуд3 = туд3 - а • т уд\-
Массы переднего тУ1 и заднего т*ш балластов определяются решением уравнений моментов относительно осей передних и задних колес [3] при известных абсциссах а > а о и ап > 0 балластированного трактора:
УтБ\ =(тЭ • ац- тэо • ацо )/(l+ап)
\тБ2 = \тЭ (L + аП - ац )- тЭ0 (L + аП - ац0 H/(L + аП )
(4)
Обозначив относительные величины абсцисс центра масс трактора и переднего балласта как A = ац /L, Лф = а 0/L и Ля =(L + ап)/ L, из уравнений системы (4) получим выражения для расчета массы переднего и заднего балластов:
\тБ\ =(тЭ • А - тэо • Ацо)/ ап ;
[К 2 =(тЭ - тэ0 )-(тУ • А - тэ0 • Ац0 )/ АП
(5)
Алгоритм рационального балластирования колесного 4к4а трактора с установленным энергетическим потенциалом (g- Ne;}) для основных групп родственных операций почвообработки при обоснованных
значениях номинальной скорости рабочего хода Vy, включает: 1) определение тЭ0,L,ац0,аП по технической характеристике; 2) определение зависимостей ^Т ,5 = f ^Ркр ) в интервале буксования движителей 5 = 0,05 - 0,20 и изменения скорости V от 2,20 до 3,80 м/с; 3) установление
Ркр„гах = Ркрн\,Фкр =ФкрН2;ФкроР1 = <РкрНз и соответствующих им значений тягового КПД т]Т; 4) расчет туд =Vm /ркр-V)H-g-\0-3 и ту = туд • (£-• N^) для каждой группы операций; 5) расчет
т^о = тэо/(4- • Ne3) = а• туд1; 6) определение удельной массы полного балласта для каждой групп операций по (3); 7) определение абсциссы центра масс трактора с балластом из условий
ац = тп/тэ = УПСГ /Оэ и Лц для каждой группы с учетом рекомендаций [3]; 8) расчет тБХ и т12 по (5).
Использование в расчетах (5) удельной массы переднего т*т уд = (туд • А - тэ0 • А о)/ А и заднего ту2уд = (туд -туд0 -т*туд) балластов для каждой группы операций почвообработки позволяет определить фактические значения массы указанных балластов на тракторах разных типоразмеров:
78
ВестникКрасГАУ. 2015. №5
\тБ1 = ™Б1уд • (gN • Nеэ );
К2 = К2уд • (%N • Nеэ)-
Абсцисса центра масс Ац для оптимальной нагруженности передних колес трактора в режиме рабочего хода хпр = упр /g3 = 0,3 - 0,4 [3] при тяговой нагрузке р^н определится как
Ац ^ПР +
[hKP + ФкРН + f (/д1 + Гд2 )°,5]
L
(7)
где И№ - ордината точки прицепа; f - коэффициент сопротивления качению; гд1 ,гд2 - динамические радиусы качения передних и задних колес.
Результаты исследований и их обсуждение. По результатам моделирования [3] с использованием экспериментальных зависимостей rT,5 = f (р^,) обоснованы оптимальные значения т*уд и т*Буд при
т*Удотах тракторов 4к4а на одинарных и сдвоенных колесах для каждой установленной группы родственных операций почвообработки (табл.).
Рациональное балластирование колесных 4к4а тракторов общего назначения
на операциях почвообработки
Группа операций VH > м/с Ац Одинарные колеса Сдвоенные колеса (тБудП тБуд1), кг/кВт
У туд, кг/кВт У тБуд, кг/кВт У туд, кг/кВт ж тБуд > кг/кВт
1 2,20 0,50 64,47 12,89 68,21 16,63 3,78
2 2,65 0,45 59,49 7,91 66,31 14,73 6,82
3 2,33 0,45 52,89 1,22 62,11 10,53 9,31
Оптимальные значения т^д на одинарных колесах при Лтудтах = 1,22, туд0 = 51,58кг/кВт и Ат0тах = 1,25 достигаются изменением тБ д от 1,22 до 12,89 кг/кВт соответственно на третьей и первой группах операций, т.е. в 10,6 раза.
На сдвоенных колесах Лтудтах = 1,10 достигается изменением тБуА от 10,53 до 16,63 кг/кВт. С учетом удельной массы второго комплекта передних и задних колес, составляющей тКд = 3,5 - 4,0кг /кВт, максимальная масса дополнительного балласта на операциях первой группы должна быть неизменной, тБуд1 = 1ёет. На операциях второй и третьей групп ее снижение составляет 13 и 58 %. Указанное подтверждает соответствующие увеличение разности массы балласта Лт^ = (^ты-тБуд1к) на операциях указанных групп.
По результатам анализа конструкционных особенностей и условий балластирования отечественных [6] и зарубежных [7, 8] колесных 4к4а тракторов установлено, что интервалы изменения значений относительных абсцисс составляют: а = 0,40 - 0,50; Аф = 0,35 - 0,40; Ая = 1,0 -1,6. Поэтому для определения
рациональной степени балластирования тракторов по результатам натурного и вычислительного экспериментов разработана номограмма (рис.).
Построение номограммы проводилось графо-аналитическим методом в изложенной также последовательности.
1. В IV квадранте построены зависимости (g^- N еэ ) = f{Ne3) при изменении коэффициента приспособленности двигателя по моменту Км от 1,30 до 1,60.
79
Технические науки
2. В I квадранте расположены графики т* = туд • %- • Ыеэ и тэа = туд0 ■%-ыеэ. Значения туд и туд0 взяты из таблицы и характеристик тракторов.
3. Во II квадранте построены зависимости приходящейся на передний мост массы трактора тЭ = тэ • Ач и тэч = тэо • Ац0 эквивалентной реакции почвы уяст = тэ • g • ац /L и Упст0 = тэо • g • ац0/L с
балластом тБ=т* - тэо и без него.
4. В III квадранте приведены зависимости массы переднего балласта от абсциссы Аи, которая рассчитывается с учетом уравнения (4) как тт = (т* • Ац - тэо • Ац0)/Ая. Масса заднего балласта при из-
у * * *
вестном значении тт определяется как шВ2 = тэ - т0 - тт.
Порядок пользования номограммой поясним на примере трактора Versatile 250 с одинарными колесами при выполнении операций второй группы. При известной мощности тракторного дизеляn = 184квт (т. А) и
Км = 1,37 (т. а4) определяют в IV квадранте (%- • Ne3) = 180,55кВт (т. А4). Проведя через эту точку прямую, параллельную оси ординат до пересечения с линиями m*d2 (!к) и т^0, получают т. а и т. а . Пересечение прямых, параллельных оси абсцисс из указанных точек с ординатой (т. А1 и т. А0), определяют значения эксплуатационных масс т*2 = 10,74т и тэо = 9,31т (т2Б=т* - тэо = 10,74 - 9,31 = 1,43т)
трактора. Продлив указанные прямые во II квадранте до пересечения с линиями Ац = 0,45 и Ач0 = 0,35 соответственно т. а2 и т. а2п и проведя из этих точек параллельные оси ординат линии до пересечения с
осью абсцисс, находят
значения
т*Э1 = т* • Ац = 10,74 * 0,45 = 4,83т (т. А2)
и
тЭ1„ = Шо • Ао = 9,312 у 0,35 = 3,36т (т. А21)). Далее, продлив ординаты из указанных точек до пересече-
-*20
ния в III квадранте с линией тБ = f(Аи) при заданной величине Аи = 1,3 (т. а3 и т. а3о) и проведя из этих точек параллельные оси абсцисс линии до пересечения с ординатой (т. А3 и т. А30), находят значение m*j = (А3 - А3 ) = (3,72 - 2,51) = 1,21т и т*Б2 = т* - тБ1 = 1,43 -1,21 = 0,22т.
Номограмма для определения массы балластных грузов при использовании колесных 4к4а тракторов:
---------на одинарных колесах
---------на сддоенных колесах
Аналогично определяют массу балластных грузов при оснащении трактора сдвоенными колесами или изменении его мощности. Разработанную номограмму наиболее целесообразно использовать инженерно-
80
ВестникКрасГАУ. 2015. №5
технической службой предприятия или официального дилера при балластировании тракторов для определений группы операций основной обработки почвы. При подготовке тракторов разных производителей и типоразмеров к эксплуатации более универсальной является методика определения степени балластирования с использованием удельной массы полного, переднего и заднего балластов.
Заключение. Представлены модели и алгоритм рационального балластирования колесных 4к4а тракторов для эффективного использования в технологиях почвообработки. Обоснованы рациональные значения удельной массы общего, переднего и заднего балластов тракторов на одинарных и сдвоенных колесах для операций почвообработки разных групп. Разработана номограмма определения степени балластирования при использовании трактора в технологиях почвообработки.
Литература
1. Селиванов Н.И. Регулирование эксплуатационных параметров тракторов // Вестн. КрасГАУ. - 2013. -№ 7. - С. 234-239.
2. Селиванов Н.И., Запрудский, В.Н., Макеева Ю.Н. Моделирование скоростных режимов и удельных показателей колесных тракторов на основной обработке почвы // Вестн. КрасГАУ. - 2015. - № 1. - С. 81-89.
3. Селиванов Н.И., Запрудский, В.Н., Макеева Ю.Н. Удельная материалоемкость колесных тракторов // Вестн. КрасГАУ. - 2015. - № 2. - С. 56-63.
4. Селиванов Н.И. Эффективное использование энергонасыщенных тракторов. - Красноярск, 2008. - 228 с.
5. Селиванов Н.И. Эксплуатационные свойства сельскохозяйственных тракторов: учеб. пособие / Краснояр. гос. аграр. ун-т. - Красноярск, 2010. - 347 с.
6. Руководство по эксплуатации тракторов John Deere [Электронный ресурс] // http://mashintop.ru/manual.php?id=378.
7. Руководство по эксплуатации тракторов Versatile модели 250, 280, 305 [Электронный ресурс] //http://mashintop.ru/manual.php?id=378.
8. Руководство по эксплуатации тракторов Terrion [Электронный ресурс] // http://www.yugprom.ru/technics/tractors/terrion/terrion-atm-5280.php.
УДК 631. 89 (631.3) Н.И. Селиванов, А.А. Доржеев
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СМЕСЕВОГО ТОПЛИВА
НА ОСНОВЕ РАПСОВОГО МАСЛА
В статье представлена технология переработки семян рапса и получения смесевого топлива на основе рапсового масла, реализованная внутрихозяйственным способом. Обоснована технологическая линия производства и показана эффективность применения биотоплива в дизеле.
Ключевые слова: биотопливо, дизель, рапсовое масло, смесевое топливо, технологическая линия.
N.I. Selivanov, A.A. Dorzheev
THE PRODUCTION TECHNOLOGY AND THE USE EFFICIENCY OF THE MIXED FUEL BASED ON RAPESEED OIL
The technology of the rapeseedprocessing and the production of the mixed fuel based on the rapeseed oil implemented by the in-house method is presented in the article. The technological production line is substantiated and the efficiency of the biofuel use in diesel is shown.
Key words: biofuel, diesel, rapeseed oil, mixed fuel, technological line.
Введение. За последние десять лет стоимость дизельного топлива выросла в три раза, что стимулирует применение альтернативных топлив, наиболее реальными из которых являются биотоплива на основе растительных масел. При этом в сельском хозяйстве целесообразно использовать биотоплива, которые можно произвести внутрихозяйственным способом из собственного сырья. К ним относятся, прежде всего, топлива из рапсового масла.
Посевные площади рапса в России за последние пять лет (с 2010 по 2014 г.) выросли в два раза. В условиях Красноярского края урожайность семян составляет около 15 ц/га при себестоимости 12,3 руб/кг. При
81
