CC BY
1Процессы и машины агроинженерных систем
УДК 631.372 Код ВАК 4.3.1
БАЛЛАСТИРОВКА И МЕТОДЫ БАЛЛАСТИРОВАНИЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАШИННО-ТРАКТОРНЫХ АГРЕГАТОВ
И.И. Голдина Д.С. Назаров1
ХФГБОУ ВО Уральский ГАУ, Екатеринбург, Россия
* e-mail: ir.goldina@mail.ru
Аннотация: В статье рассмотрена тема повышение тяговых свойств сельскохозяйственных тракторов через использование балластирования, т.е. применения балластных грузов, для повышения производительности и эффективности работы машинно-тракторных агрегатов. Используя математические расчеты на основе статистических исследований, определено, как балластировка влияет на часовую производительность (га/ч), и удельный расход топлива, кг/га, используя разные варианты и количество балластных грузов, на тракторах различных тяговых классах. Теоретические исследования по увеличению эксплуатационных свойств МТА были применены к различным видам и фирмам тракторов, таких как: Deutz Fahr, John Deer, Fendt Vario, Agrofarm. Приведённые расчёты проводились при технологической операции культивация.
Ключевые слова: балластирование, методы балластирования, машинно-тракторный агрегат, эксплуатационные свойства.
BALLASTING AND BALLASTING METHODS TO INCREASE THE EFFICIENT USE OF
MACHINE-TRACTOR UNITS I.I. Goldina D.S. Nazarov1 1 Ural State Agrarian University, Yekaterinburg, Russia *e-mail: ir.goldina@mail.ru
Abstract. The article discusses the topic of increasing the traction properties of agricultural tractors through the use of ballasting, i.e. the use of ballast loads, to increase the productivity and efficiency of machine-tractor units. Using mathematical calculations based on statistical studies, it was determined how ballasting affects hourly productivity (ha/h), and specific fuel consumption, kg/ha, using different options and the number of ballast loads on tractors of different traction classes. Theoretical studies to increase the operational properties of the MTA have been applied to various types and firms of tractors, such as: Deutz Fahr, John Deer, Fendt Vario, Agrofarm. The above calculations were carried out during the technological operation cultivation. Keywords: ballasting, ballasting methods, machine-tractor unit, operational properties.
Введение (Introduktion) Высокая производительность и эффективность в использовании сельскохозяйственной техники, является очень важной задачей, требующей рационального подхода и использования всевозможных средств для повышения этих показателей. Одним из этих средств, повышения производительности и 4
эффективности, является повышение тяговых свойств сельскохозяйственных тракторов через использование балластирования, т.е. применения балластных грузов.
Основной задачей балластирования является увеличение тяговых свойств трактора, что в свою очередь, при правильном использовании балласта, приводит к повышению производительности и, что немаловажно, топливной экономичности. Но, за частую балластирование производят неправильно, используя одно количество балластных грузов при всех агротехнических операциях, или вовсе не применяют, что может привести к повышенному расходу топлива, снижению производительности, а также увеличивается износ некоторых узлов и агрегатов МТА .
Балластировка требует индивидуального подхода, используя точно выверенные показатели количества балластных грузов и места их установки, учитывая при этом, какая будет производится почвообрабатывающая операция, с каким навесным оборудованием и какой скоростью обработки почвы, всё это требует качественных расчётов, итогом которых становится повышенная производительность МТА.
В данной исследовательской работе мы определим, как балластировка влияет на часовую производительность (га/ч), и удельный расход топлива, кг/га, используя разные варианты и количество балластных грузов, на тракторах различных тяговых классах [1,2].
Методология и методы исследования (Methods)
Теоретические исследований по увеличению эксплуатационных свойств МТА были применены к различным видам и фирмам тракторов, таких как: NHT7060, Deutz Fahr Case Farmal 95JX, Deutz Fahr Agrofarm 410G, John Deer 8235R, John Deer6110B, John Deer 8295R, John Deer 6095B, John Deer 8270R, Fendt Vario 927, Agrofarm 115G, MF 8732, NHT9060, Deutz Fahr Agrotron 165.7, Deutz Fahr Agrotron Х720,Deutz Fahr AgrotronL720 [3].
Для демонстрации влияния балластирования на эксплуатационные свойства МТА, были проведены расчёты на базе следующих тракторов: Deutz Fahr Agrotron 165.7, DF Agrotron L720, DF Agrotron Х720. Исходные данные для расчётов представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Технические характеристики тракторов.
DeutzFahrAgrotron 165.7 Экспл. масса 5970 кг DeutzFahrAgrotronL720 Экспл. масса 7700 кг DeutzFahrAgrotronX720 Экспл. масса 9230 кг
№ диапазона, Значение № диапазона, Значение № диапазона, Значение
№ пер. № пер. № пер.
I3 4,3 II3 4,0 I2 4,0
I4 5,2 II4 4,7 I3 4,8
II1 5,4 II5 5,7 I4 5,7
II2 6,5 II6 6,9 II1 6,0
II3 7,8 II7 7,9 II2 7,2
II4 9,4 II8 9,6 II3 8,6
III1 8,8 II9 11,5 II4 10,3
III2 10,5 II10 13,0 III1 9,6
III3 12,6 III1 9,6 III2 11,5
III4 15,0 III2 11,6 III3 13,8
IV1 13,2 III3 14,0 III4 16,5
IV2 15,8 IV1 14,5
Deutz Fahr Agrotron 165.7
1. Балластные грузы:
1.1. Передняя противовесная рама - 330 кг
1.2. Промежуточная плита - 300 кг
1.3. 10 противовесов по 40 кг
1.4. Может быть использован вариант - до 10 противовесов по 40 кг + передний тяговый пружинный крюк 40 кг
1.5. Быстросъемный монолитный противовес 600 кг (используется с передней сцепкой)
1.6. Быстросъемный монолитный противовес 1000 кг (используется с передней сцепкой)
Deutz Fahr Agrotron L720
1. Балластные грузы:
1.1. Передняя противовесная рама - 330 кг
1.2. 8 противовесов по 40 кг
1.3. Быстросъемный монолитный противовес 1000 кг (используется с передней сцепкой)
Deutz Fahr Agrotron X720
1. Балластные грузы:
1.1. Передняя противовесная рама - 330 кг
1.2. 10 противовесов по 40 кг
1.3. Быстросъемный монолитный противовес 1000 кг (используется с передней сцепкой)
1.4. Быстросъемный монолитный противовес 1400 кг (используется с передней сцепкой)
На этой модели трактора не предусмотрено использование балласта, прикрепляемого к ободам.
Приведённые расчёты проводились при технологической операции культивация, для оценки
воздействия балластировки, производился контроль показателей производительности, а также удельного расхода топлива МТА.
Исходные данные для проведения расчётов: запас тягового усилия 7,5%, удельное сопротивление - 1,7 кН/м, коэффициент сопротивления перекатыванию - 0,15. Для выполнения любой технологической операции, выполняемой при производстве полевых работ, рекомендуется выбирать более высокую, соответствующую агротехническим требованиям, рабочую скорость.
У культиватора КПМ-8 в агрегате с трактором Deutz Fahr Agrotron 165.7., в соответствии с формулой Ra= Rм + Rf, тяговое сопротивление - 17,59 кН [3].
Результаты исследований (The results of the research)
Тяговое усилие трактора Deutz Fahr Agrotron 165.7, при разных вариантах догрузки, изменилось с 22,9 кН до 26,9 кН, т.е. увеличилось на 17,5%, тяговые усилия на различных передачах изменились в диапазоне от 22,9-12,4 Кн - по первому варианту догрузки до 26,9-14,5 Кн - по 15-му варианту догрузки.
Далее произвели расчёты по удельному расходу топлива и производительности при разнообразных вариантах балластирования, расчеты сведены в таблицу 2.
Таблица 2 - Производительность, удельный расход топлива при различных вариантах догрузки
трактора Deutz Fahr Agrotron 165.7.
Вариант Передача Тяговое усилие, кН Производительность, га/ч Удельный расход топлива, кг/га
1 II3 19,7 3,41 4,71
2 III1 19,0 3,88 4,23
3 III1 19,3 3,88 4,3
4 II4 19,2 4,15 4,13
5 II4 19,5 4,15 4,18
6 II4 19,7 4,15 4,22
7 II4 19,9 4,15 4,28
8 II4 20,0 4,15 4,3
9 III2 19,1 4,63 3,88
10 III2 19,3 4,63 3,93
11 III2 19,6 4,63 3,96
12 III2 19,7 4,63 4,01
13 III2 20,0 4,63 4,06
14 III2 20,1 4,63 4,01
15 III2 20,2 4,63 4,1
Расход топлива, а также производительность машинно-тракторного агрегата в составе с трактором DFAgrotron 165.7 с различными вариантами балластировки представлены в таблице 3.
Таблица 3 - Производительность МТА, расход топлива у агрегата в составе с трактором Deutz Fahr
Agrotron 165.7 при разных вариантах балластирования
№ варианта Марка СХМ Часовая производительность, га/ч Удельный расход топлива, кг/га
1 Культиватор КПМ-8 3,44 4,71
2 Культиватор КПМ-8 3,88 4,23
3 Культиватор КПМ-8 3,88 4,3
4 Культиватор КПМ-8 4,15 4,13
5 Культиватор КПМ-8 4,15 4,18
6 Культиватор КПМ-8 4,15 4,22
7 Культиватор КПМ-8 4,15 4,28
8 Культиватор КПМ-8 4,15 4,3
9 Культиватор КПМ-8 4,63 3,88
10 Культиватор КПМ-8 4,63 3,93
11 Культиватор КПМ-8 4,63 3,96
12 Культиватор КПМ-8 4,63 4,01
13 Культиватор КПМ-8 4,63 4,06
14 Культиватор КПМ-8 4,63 4,1
15 Культиватор КПМ-8 4,63 4,11
Определяя подходящий вариант догрузки трактора DeutzFahrAgrotron 165.7, был взят за основу первый вариант догрузки, и использован индексный метод расчётов.
По результатам использования индексного метода выявлено, что количество баллов в зависимости от варианта догрузки балластными грузами составило от 2 баллов (базовый вариант) до 2,56 балла (9
вариант догрузки). Для трактора Deutz Fahr Agrotron 165.7, лучшим вариантом балластировки стала догрузка передней противовесной рамой - 330 кг + 8 грузов по 40 кг.
Таким же образом выполним расчёты для трактора DF Agrotron L720
Номинальное тяговое усилие трактора Deutz Fahr Agrotron L720 при разных вариантах догрузки представлены на рисунке 1.
Рисунок 1 - График номинального тягового усилия трактора DeutzFahrAgrotronL720 при разных
вариантах догрузки, кН. Номинальное тяговое усилие с использованием балластных грузов увеличилось на 12,8%. В результате произведённых расчётов выявлено, что использовались рабочие передачи диапазонов II9 и III2 с тяговым усилием от 19,1 кН до 21,6 кН, получена производительность агрегата от 5,38 га/ч до 6,5 га/ч, удельный расход топлива составил от 3,69 кг/га до 5,04 кг/га.
Расход топлива, а также производительность машинно-тракторного агрегата в составе с трактором DF Agrotron L720 с различными вариантами балластировки представлены в таблице 4.
Таблица 4 - Производительность МТА, расход топлива у агрегата в составе с трактором Deutz Fahr AgrotronL720 при разных вариантах балластирования
№ варианта Марка СХМ Часовая производительность, га/ч Удельный расход топлива, кг/га
1 Культиватор КПМ-8 5,38 3,69
2 Культиватор КПМ-8 5,38 3,72
3 Культиватор КПМ-8 5,38 3,75
4 Культиватор КПМ-8 5,38 3,8
5 Культиватор КПМ-8 5,38 3,8
6 Культиватор КПМ-8 5,38 3,8
7 Культиватор КПМ-8 5,38 3,9
8 Культиватор КПМ-8 5,38 3,92
9 Культиватор КПМ-8 5,38 3,95
10 Культиватор КПМ-8 5,38 4,0
11 Культиватор КПМ-8 6,5 5,04
По результатам использования индексного метода выявлено, что количество баллов в зависимости от варианта догрузки балластными грузами составило от 1,92 балла (10-й вариант) до 2 баллов (базовый вариант догрузки). Для трактора Deutz Fahr Agrotron L720 лучший вариант - без балластировки.
Аналогичные расчёты произведём для трактора Deut zFahr Agrotron X720.
Варианты догрузки: 1-й вариант - без догрузки; 2-й вариант - 2 противовеса по 40 кг на передней навеске; 3-й вариант - 4 противовеса; 4-й вариант - 6 противовесов; 5-й вариант - 8 противовесов; 6-й вариант - 10 противовесов; 7-й вариант - быстросъемный монолитный противовес 1000 кг на передней сцепке; 8-й вариант - быстросъемный монолитный противовес 1400 кг на передней сцепке.
Номинальное тяговое усилие трактора DeutzFahrAgrotron X720 при разных вариантах догрузки представлены на рисунке 2.
Рисунок 2 - График номинального тягового усилия трактора DeutzFahrAgrotron Х720 при разных
вариантах догрузки, кН.
Номинальное тяговое усилие с использованием балластных грузов увеличилось на 14,9%. Для расчетов взята операция культивации, с тем же культиватором.
Таблица 5 - Производительность, удельный расход топлива при различных вариантах догрузки трактора DF Agrotron X 720
Вариант Передача Тяговое усилие, кН Производительность, га/ч Удельный расход топлива, кг/га
1 IV1 20,3 6,73 3,6
2 IV1 20,5 6,73 3,62
3 IV1 20,6 6,73 3,65
4 IV1 20,8 6,73 3,69
5 IV1 21,0 6,73 3,71
6 IV1 21,1 6,73 3,75
7 IV1 22,5 6,73 3,98
8 III3 24,5 8,01 3,48
Расход топлива, а также производительность машинно-тракторного агрегата в составе с трактором ВБА§го1гоп Х720 с различными вариантами балластировки представлены в таблице 6. 9
Таблица 6 - Производительность МТА, расход топлива у агрегата в составе с трактором DeutzFahrAgrotronX 720 при разных вариантахбалластирования
№ варианта Марка СХМ Часовая производительность, га/ч Удельный расход топлива, кг/га
1 Культиватор КПМ-8 6,73 3,6
2 Культиватор КПМ-8 6,73 3,62
3 Культиватор КПМ-8 6,73 3,65
4 Культиватор КПМ-8 6,73 3,69
5 Культиватор КПМ-8 6,73 3,71
6 Культиватор КПМ-8 6,73 3,75
7 Культиватор КПМ-8 6,73 3,98
8 Культиватор КПМ-10 8,01 3,48
Таким образом для трактора Deutz Fahr Agrotron 165.7 оптимальным стал вес равный 650 кг или 10,9% от эксплуатационной массы, а для трактора Deutz Fahr Agrotron X720 - вес составил 1400 кг или 15,2% от эксплуатационной массы [4].
Выводы и рекомендации (Conclusions and recommendations) Данные исследования позволяют сделать вывод о том, что тракторы с малой эксплуатационной массой способны эффективно использоваться с более низкой долей балластных грузов, в отличии с тракторами чья эксплуатационная масса гораздо больше.
20
О 1,7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Варианты догрузим
Эксплуатационная масса Номинальное тяговое усилие
— — Энергонасыщщенность
Рисунок 3 - Динамика изменения эксплуатационной массы, номинального тягового усилия, энергонасссыщенности в зависимости от варианта догрузки трактора DeutzFahrAgrotron 165.7
Изменяя эксплуатационную массу, номинального тягового усилия изменяется энергонасыщенность трактора - отношение мощности двигателя к эксплуатационной массе. Динамику изменения представим на рис. 3, 4.
Анализируя влияние балластных грузов на эксплуатационные свойства тракторов, условно разделим их на четыре группы: 1-я группа - тракторы с эксплуатационной массой до 6000 кг; 2-я группа
- тракторы New Holland T7060 и DF Agrotron L720; 3-я группа - тракторы с эксплуатационной массой от 9230 кг до 12391 кг; 4-я группа - трактор New Holland T9060.
Рисунок 4 - Динамика изменения эксплуатационной массы, номинального тягового усилия, энергонасссыщенности в зависимости от варианта догрузки трактора Deutz Fahr Agrotron X720
Результаты исследований представим в таблице 7 [5,6].
Таблица 7 - Показатели, характеризующие эксплуатационные свойства тракторов
Марка трактора Показатели
Эксплуатационная масса, кг Конструктивная масса балластных грузов, кг Доля от эксплуатационной массы трактора, % Масса балластных грузов при оптимальных эксплуатационных свойствах, кг Доля от эксплуатационной массы трактора/от конструктивной массы балластных грузов, % Технологическая операция Марка СХМ Производительность агрегата, га/ч Расход топлива, кг/га
CaseFarmal 95JX 3650 930 25,5 750 20,5/ 80,6 Культивация КПС-6 3,29 3,15
DF Agrofarm 410G 3700 800 21,6 800 21,6/100 Культивация КПС-5 3,03 3,16
JD 6095B 4200 410 9,8 410 9,8/100 КПС-6 3,51 2,68
JD 6110B 4290 710 16,5 610 14,2/85,9 Вспашка ПЛН-4-35 1,04 10,9
DF Agrofarm 115G 4550 800 17,6 800 17,6/100 Вспашка ПЛН-4-35 0,93 13,1
DF Agrotron 165.7 5970 2670 44,7 650 10,9/22,5 Культивация КПМ-8 4,63 3,88
DF Agrotron L720 7700 1650 21,4 б/г - Культивация КПМ-8 5,38 3,69
NH T7060 7620 1686 22,1 1018 13,4/60,4 Культивация КПМ-10 6,9 2,33
DF AgrotronX720 9230 3130 33,9 1400 15,2/44,7 Культивация КПМ-10 8,01 3,48
MF 8732 10300 12800 124,3 5300 51,5/41,4 Культивация КПМ-14 11,6 4,0
FendtVario 927 10830 8721 80,5 5100 47,1/58,5 Вспашка ПЛН-8-45 3,29 11,1
JD 8235R 11047 4310 39,0 2240 20,3/52 Культивация КПМ-14 10,3 2,47
JD 8270R 11840 3740 31,6 3740 31,6/100 Культивация КПМ-14 11,9 2,69
JD 8295R 12391 3740 30,2 3740 30,2/100 Вспашка ПЛН-8-45 3,36 10,3
NH T9060 23980 5834 24,3 1362 5,7/23,3 Культивация КПМ-24 20,0 2,65
Для каждой группы тракторов характерно разнообразное сочетание массы балластных грузов,
эксплуатационной массы, доли балластных грузов от эксплуатационной массы, количество балластных
грузов для обеспечения оптимальных эксплуатационных свойств трактора. 11
Также разнообразны конструктивные особенности тракторов. Так, при практически равном эксплуатационном весе тракторов JohnDeer 6110B и DF Agrofarm 115G, конструктивные особенности коробки перемены передач (КПП) позволяют получить более высокие эксплуатационные свойства трактору JohnDeer 6110B при вспашке с одинаковым плугом ПЛН-4-35.
Библиографический список:
1. Иовлев Г.А., Несговоров А.Г., Голдина И.И. Исследование работы и формирование состава уборочно-транспортного комплекса из зерноуборочных комбайнов зарубежного производства// Сельскохозяйственные машины и технологии. 2020. Т. 14. № 4. С. 49-56.
2. Голдина И.И., Иовлев Г.А. Балластирование и эксплуатационные свойства тракторов// Научно-технический вестник: Технические системы в АПК. 2021. №4 (12). С. 5-11.
3. Слепенков А.Е., Кулинченко С.Н., Щитов С.В. и др. Улучшение технологических параметров колёсного трактора в составе машинно-тракторного агрегата применением способов рационального корректирования веса// Евразийское Научное Объединение. 2020. № 4-2 (62). С. 125-128.
4. Журавлев С.Ю. Повышение эффективности использования колесных тракторов на операциях почвообработки// Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. 2019. № 57. С. 205-209.
5. Шепелев А.Б., Припоров Е.В., Ширин Д.В. Повышение тягово-сцепных свойств колёсного трактора в составе тракторно-транспортного агрегата// Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2020. № 1 (81). С. 85-89.
6. Шутенко В.В., Перевозчикова Н.В., Хорт Д.О. Сравнение эффективности использования балластных грузов и транспортно-технологических модулей для повышения тягово-сцепных свойств трактора// Инновации в сельском хозяйстве. 2019. № 3 (32). С. 162-168.
Refere^es:
1. Iovlev G.A., Nesgovorov A.G., Goldina I.I. Investigation of the work and formation of the composition of the harvesting and transport complex from combine harvesters of foreign production// Agricultural machines and technologies. 2020. Vol. 14. No. 4. pp. 49-56.
2. Goldina I.I., Iovlev G.A. Ballasting and operational properties of tractors// Scientific and Technical Bulletin: Technical systems in agriculture. 2021. No. 4 (12). pp. 5-11.
3. Slepenkov A.E., Kulinchenko S.N., Shields S.V., etc. Improving the technological parameters of a wheeled tractor as part of a machine-tractor unit by using methods of rational weight correction// Eurasian Scientific Association. 2020. No. 4-2 (62). pp. 125-128.
4. Zhuravlev S.Yu. Improving the efficiency of the use of wheeled tractors in tillage operations// Izvestiya St. Petersburg State Agrarian University. 2019. No. 57. pp. 205-209.
5. Shepelev A.B., Priporov E.V., Shirin D.V. Improvement of traction properties of a wheeled tractor as part of a tractor-transport unit// Proceedings of the Orenburg State Agrarian University. 2020. No. 1 (81). pp. 8589.
6. Shutenko V.V., Perevozchikova N.V., Hort D.O. Comparison of the efficiency of using ballast cargo and transport and technological modules to improve tractor traction properties// Innovations in agriculture. 2019. No. 3 (32). pp. 162-168
