CC BY
21Процессы и машины агроинженерных систем
УДК 631.171 Код ВАК 05.20.01
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВОЖДЕНИЯ
ПРИ ПРОВЕДЕНИИ УБОРОЧНЫХ РАБОТ
Т.А. Мурзабеков1*
1 Костанайский филиал ТОО «Научно-производственный центр агроинженерии» г.Костанай, Казахстан.
* Е-mail: murzabekov.t.a@yandex .ru
Аннотация. В статье представлены результаты сравнительных испытаний зерноуборочных комбайнов оборудованных системой автоматического вождения. Была определена степень влияния использования системы автоматического вождения на функциональные, энергетических, эксплуатационно-технологических показатели функционирования сельскохозяйственной техники при использовании системы. По результатам исследований было установлено, что применение системы позволило повысить производительность зерноуборочного комбайна, снизить удельные энергозатраты и удельный расход топлива, в связи с чем снизились комплексные затраты на выполнение технологической операции.
Ключевые слова: зерноуборочный комбайн, система автоматического вождения, сравнительные испытания, технико-эксплуатационные показатели.
EFFICIENCY OF AUTOMATIC DRIVING SYSTEM APPLICATION DURING
HARVESTING OPERATIONS
T.A. Murzabekov 1*
1 Kostanai branch LLP «Research and production center of agroengineering» Kostanai, Kazakhstan.
* E-mail: murzabekov.t.a@yandex.ru
Summary. In the article presents the results of comparative tests of combine harvesters equipped with an automatic driving system. The degree of influence of the use of the automatic driving system on the functional, energy, operational and technological indicators of the functioning of agricultural machinery when using the system was determined. According to the results of research, it was found that the use of the system made it possible to increase the productivity of the combine harvester, reduce specific energy costs and specific fuel consumption, and therefore the complex costs of performing the technological operation decreased.
Keywords: combine harvester, automatic driving system, comparative tests, technical and operational indicators.
Постановка проблемы (Introduction)
Современной тенденцией машиностроения является наличие навигационных систем, нашедших реализацию в базовых моделях тракторов и комбайнов производимых в дальнем зарубежье. На сегодняшний день навигационные системы для сельскохозяйственной техники представляются различными производителями, например такими как «Trimble», «Leica», «Topcon», «John Deere» и др. Все существующие на данный момент системы навигации основаны на системе глобального позиционирования - Global Position System (GPS). В научной и другой специализированной литературе, а также во многих официальных документах аббревиатуру GPS относят исключительно к американской системе NAVSTAR (Navigation Satel-lites providing Time and Range). Например, собственные системы позиционирования имеют и другие страны: Российская Федерация - Глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАСС), Европейский союз и Европейское аэрокосмическое агентство в содействии с частными компаниями и инвесторами -спутниковая навигационная система GALILEO (к которой в 2003 году присоединился Китай, а в 2004 году - Израиль) [1].
На базе глобального позиционирования разработаны системы параллельного и автоматического вождения для управления движением тракторов и комбайнов [2].
Система параллельного вождения состоит из GPS-приемника, основного модуля и разнообразных проводов для подключения к питанию и соединения антенны с основным модулем. Оборудование быстро и просто устанавливается на любую технику. Кроме того преимуществом данной системы является то исключается высокая доля пропусков и перекрытий при работе агрегата, так как механизатору сложно определить границу между обработанным и необработанным участком при использовании широкозахватных приспособлений, в частности усугубляется при недостаточном освещении.
Главное отличие системы автоматического вождения от параллельного вождения заключается в том, что он обеспечивает точность передвижения без помощи оператора. Маршрут обрабатывается GPS-приемником и навигационным контроллером. Если трактор отклонится от заданного курса, автоматически производится коррекция. Уточненные данные направляются непосредственно в гидравлическую систему управления ходовой частью, минимизируя люфт рулевого управления, исключая человеческий фактор.
Методология и методы исследования (Methods)
Из анализа научно-технической литературы и опыта применения в условиях северного региона Казахстана установлено, что система автоматического вождения обеспечивает более высокие эксплуатационно-технические показатели работы сельскохозяйственных агрегатов. В этой связи применение данной системы целесообразна на зерноуборочной технике, так как сбор урожая
является одной из основных технологических операций при возделывании сельскохозяйственной продукции.
Цель исследования - оценить влияние системы автоматического вождения на ряд функциональных, энергетических, эксплуатационно-технологических показателей функционирования сельскохозяйственной техники. Для определения степени влияния системы были проведены сравнительных испытаний уборочной техники. Работа проводилась по заданию МСХ РК в рамках выполнения научно-технической программы по обоснованию комплексов машин и оборудования для точного земледелия.
При проведении сравнительных испытаний зерноуборочных комбайнов с системой автоматического вождения были определены вышеуказанные показатели функционирования сельскохозяйственной техники в системе точного земледелия. На основании полученных значений показателей был проведен экономический расчет и определена экономическая эффективность применения системы автоматического вождения.
При проведении сравнительных испытаний зерноуборочных комбайнов были агротехнические и энергетические показатели в соответствии с ГОСТ 20915, ГОСТ 28301 [3, 4]. При сравнительных испытаниях все уборочные агрегаты были отрегулированы на одинаковую высоту среза. Показатели качества выполнения технологического процесса определяли на трех скоростях движения комбайна, обеспечивающих подачу растительной массы:
- расчетную, соответствующую ТЗ (ТУ);
- 70-80% от расчетной;
- 120-130 % от расчетной.
Результаты (Results)
Сравнительные испытания уборочных агрегатов проводились на уборке яровой пшеницы на примере зерноуборочного комбайна «John Deere» модели W540i оснащенного интегрированной системой автоматического вождения заводом изготовителем, с жатками прямого комбайнирования «John Deere» модели 730FD, на базе НПЦ ЗХ им А.И. Бараева, определенного министерством Республики Казахстан в качестве опытного полигона точного земледелия. Для сравнения эффективности от использования системы автоматического вождения использовали аналогичный агрегат с выключенной системой автоматического вождения. Вид зерноуборочного комбайна и вид бортовой системы управления комбайном представлены на рисунках 1 и 2.
Сравнительные испытания проводились на уборке яровой пшеницы при урожайности 21,1 ц/га, влажности 11,3%, густота растений составляла 173 шт/м2, полеглость растений 9%, засоренность сорняками 1%.
Рисунок 1 - Зерноуборочный комбайн «John Deere» модели W540i с жаткой «John Deere» модели 730FD в работе
Рисунок 2 - Общий вид экрана-сенсора системы GreenStar 3 CommandCenter установленной в кабине зерноуборочного комбайна «John Deere»
По результатам сравнительных испытаний установлено, что система в целом не влияет на такие функциональные показатели, как высота среза и общие потери за комбайном, а также не оказывает существенного влияния на такие энергетические показатели, как мощность на привод рабочих органов, мощность на самопередвижение и общую потребляемую мощность комбайна.
Но установлено, что система автоматического вождения влияет на показатели связанные с рабочим перемещением агрегата в поле. Применение системы автоматического вождения позволяет
увеличить рабочую ширину захвата жатки до 30 см за счет уменьшения величины перекрытия смежных проходов и рабочую скорость движения агрегата. Без использования систем при движении со средней скоростью 8,7 км/ч рабочая ширина захвата жатки составила 8,7 м, с системой автоматического вождения со средней скоростью 9 км/ч рабочая ширина составила 9м, что в сравнении позволило улучшить эксплуатационно-технологические и экономические показатели.
Установлено, что производительность за 1 час сменного времени составила 6,32 га/ч при работе комбайна с системой автоматического вождения и 5,75 га/ч при работе комбайна без системы. Увеличение производительности достигается за счет увеличения рабочей ширины захвата жатки с системой автоматического вождения. Коэффициент использования времени смены составил 0,78 с системой автоматического вождения и 0,76 без системы. Коэффициент использования эксплуатационного времени соответствует сменному времени, поскольку технических отказов не наблюдалось. Удельный расход топлива у комбайна с системой автоматического вождения составил 3,3 кг/га, у комбайна без системы - 3,5 кг/га (таблица 1).
Таблица 1 - Результаты эксплуатационно-технологической оценки работы зерноуборочных комбайнов
Значение показателя
Показатель с системой
без системы автоматического
вождения
1 2 3
Режимы работы:
Рабочая скорость движения, км/ч 8,7 9,0
Рабочая ширина захвата жатки, м 8,7 9,0
Эксплуатационные показатели:
Производительность за час, га:
- основного времени; 7,57 8,10
- сменного времени; 5,75 6,32
- эксплуатационного времени 5,75 6,32
Удельный расход топлива, кг/га 3,5 3,3
Количество обслуживающего персонала,
чел 1 1
Продолжение таблицы 1
1 2 3
Эксплуатационно-технологические коэффициенты:
- надежности технологического процесса 0,99 0,99
- использования сменного времени 0,76 0,78
- использования эксплуатационного времени 0,76 0,78
За счет увеличения производительности сменного времени на 9,9% при использовании системы автоматического вождения на зерноуборочном комбайне снижаются удельные энергозатраты на 6,1%, удельный расход топлива - 5,7%, совокупные затраты денежных средств на - 6,3% (рисунок 3).
Рисунок 3 - Влияние системы автоматического вождения на распределение показателей работы уборочных агрегатов при проведении уборочных работ Обсуждение и выводы (Discussion and Conclusion)
1. По результатам сравнительных испытаний уборочных агрегатов установлено, что система автоматического вождения не оказывает существенного влияния на агротехнические и энергетические показатели.
2. Применение данной системы позволяет увеличить производительность за счет уменьшения и исключения перекрытий смежных проходов агрегатов по полю и, соответственно, уменьшить удельный расход топлива.
Библиографический список
1 Соловьева, Н.Ф. Опыт применения и развитие систем точного земледелия: Научно аналитический обзор [Текст] / Н.Ф. Соловьева - М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2008. - 100 с.
2 ГОСТ Р 56084-2014 Система навигационно-информационного обеспечения координатного земледелия. Термины и определения [Текст]. - Введ. 2014-01-08. - Москва: Стандартинформ, 2014. - 7 с.
3 ГОСТ 20915-2011. Испытания сельскохозяйственной техники. Методы определения условий испытаний [Текст]. - Введ. 2013-01-01. - М.: ФГУП «Стандартинформ», 2013. - 23 с.
4 ГОСТ 28301-2007. Комбайны зерноуборочные. Методы испытаний [Текст]. - Введ. 2010-04-28. -Минск: Евразийский совет по стандартизации, метрологии и сертификации, 2007. - 53 с.
References
1 Solovyova, N.F. Experience in the application and development of precision farming systems: Scientific analytical review [Text ]/N.F. Solovyova - M.: FSNU "Rosinformagrotech," 2008. - 100 p.
2 GOST R 56084-2014 System of navigation and information support of coordinate agriculture. Terms and definitions [Text]. - Introduce 2014-01-08. - Moscow: Standantinform, 2014. - 7 p.
3 GOST 20915-2011. Tests of agricultural machinery. Methods of definition of test conditions [Text]. -Introduce 2013-01-01. - M.: FSUE "Standardized," 2013. - 23 p.
4 GOST 28301-2007. Combine harvesters. Test methods [Text]. - Introduce 2010-04-28. - Minsk: Eurasian Council for Standardization, Metrology and Certification, 2007. - 53 p.
