CC BY
32
УДК 621.86
ИННОВАЦИОННЫЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ РАСХОДА ТОПЛИВА ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИН
С. А. ТВЕРДОХЛЕБОВ
ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет», г. Краснодар, Российская Федерация, e-mail: tsa200862@rambler.ru
Г. Г. ПАРХОМЕНКО
Северо-Кавказский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства ФГБНУ «Аграрный научный центр «Донской», г. Зерноград, Ростовская обл., Российская Федерация,e-mail:parkhomenko.galya@yandex.ru
(Поступила в редакцию 14.07.2017)
При выполнении технологических процессов обработки почвы расходуется потенциальная энергия топлива. Расход топлива является эксплуатационно-технологическим показателем оценки почвообрабатывающих машин. Цель исследований: повышение эффективности эксплуатации почвообрабатывающих машин путем инновационного метода контроля расхода топлива. В статье описывается метод контроля расхода топлива с помощью современного оборудования. Для этих целей используется датчик массового расхода топлива, применяемый в авиации, автомобильном, железнодорожном и морском транспорте. Питание датчика осуществляется от бортовой сети. Применяется система контроля расхода топлива, терминал-регистратор. Терминал-регистратор фиксирует координаты транспортного средства и скорость движения по данным GPS. Определяет расход топлива с учетом возвращенного в бак. Накопление данных осуществляется в ходе технологических процессов. Полученные данные сохраняются в памяти регистратора. Результаты можно просматривать непосредственно на экране терминала на борту. Программное обеспечение «СКАРТ-Менеджер» предназначено для обработки данных. Позволяет анализировать данные. Приводятся примеры анализа полученных данных. Приведен анализ расхода топлива чизеля. Расход топлива возрастает с увеличением скорости и глубины обработки почвы. С увеличением глубины обработки почвы происходит более интенсивное увеличение расхода топлива. При скорости 6,10-6,67 км/ч отмечалось неполное использование мощности двигателя. Инновационный метод позволяет оперативно регистрировать и анализировать данные по скорости агрегата и расходу топлива.
Ключевые слова: почва, расход топлива, терминал-регистратор, контроль, эксплуатация, чизель.
When performing technological processes of soil cultivation, the potential energy of fuel is consumed. Fuel consumption is an operational and technological indicator of evaluation of tillage machines. The purpose of research is to increase the efficiency of operation of tillage machines by an innovative method of controlling fuel consumption. The article describes a method for controlling fuel consumption using modern equipment. For these purposes, a mass fuel flow sensor is used, used in aviation, road, rail and sea transport. The sensor is powered by the on-board network. A fuel consumption monitoring system is used, as well as a terminal-registrar. The terminal-registrar fixes the vehicle coordinates and the speed of movement according to GPS data. It determines the fuel consumption taking into account fuel returned to the tank. Accumulation of data is carried out in the course of technological processes. The received data is stored in the memory of the recorder. Results can be viewed directly on the terminal screen on board. The software "SCART-Manager" is designed for data processing. It allows you to analyze the data. We have shown examples of the analysis of obtained data, and the analysis offuel consumption of chisel. The fuel consumption increases with increasing speed and depth of tillage. With increasing depth of tillage, a more intensive increase in fuel consumption occurs. At a speed of 6.10-6.67 km / h, the engine power was not fully utilized. The innovative method allows you to quickly register and analyze data on the speed of the unit and fuel consumption.
Key words: soil, fuel consumption, terminal-registrar, control, operation, chisel.
Введение
При выполнении технологических процессов обработки почвы [1, 2] расходуется потенциальная энергия топлива. Поэтому затраты энергии на осуществление данных процессов оценивают по расходу топлива энергосредства. Расход топлива является одним из эксплуатационно-технологических показателей оценки почвообрабатывающих машин. Известно, что стоимость нефтепродуктов составляет не менее 25 % эксплуатационных расходов, поэтому эффективность функционирования машин зависит от доли потенциальной энергии топлива, затраченной на непосредственное осуществление технологического процесса. Типовая методика получения и контроля эксплуатационно-технологических показателей почвообрабатывающих машин предусматривает измерение расхода топлива энергосредства.
Простейшим устройством в этом случае является измерительный бачок, на днище которого установлен кран или электромагнитный клапан, на боковой стороне или на крышке предусмотрена линейка или объемный счетчик, а внутри размещен поплавок. Данное устройство не позволяет регистрировать непрерывно показания расхода топлива с достаточной степенью точности. Помимо этого перевод количества из объемных единиц в массовые приводит к значительным погрешностям расхода топлива ввиду непостоянства физико-химических свойств нефти, изменения температуры эксплуатации. Для обеспечения точности и непрерывности регистрации расхода топлива и других эксплуатационно-технологических показателей необходимо формирование электрических импульсов, передаваемых на счетное устройство измерительно-информационной системы.
Цель исследований - повышение эффективности эксплуатации почвообрабатывающих машин путем инновационного метода контроля расхода топлива.
Основная часть
Инновационный метод контроля расхода топлива заключается в использовании современного оборудования. В качестве такого оборудования в сельскохозяйственном производстве при осуществлении технологических процессов обработки почвы может использоваться датчик массового расхода топлива турбинный ДРТ, применяемый в авиации, автомобильном, железнодорожном и морском транспорте.
Датчик ДРТ предназначен для преобразования массового расхода топлива во временной интервал между двумя последовательностями импульсов электрического напряжения, иными словами говоря, преобразования объема протекающего топлива в количество импульсов при установке в топливной магистрали машин. Питание датчика осуществляется от бортовой сети энергосредства. Измерительная камера ДРТ-5,1 в процессе работы формирует импульс при протекании объема топлива 5 мл при минимальном сопротивлении потоку и высокой устойчивости к износу. Техническая характеристика датчика представлена в табл. 1.
Таблица 1. Техническая характеристика датчика ДРТ-5,1
Наименование показателя, единицы измерения Значения
Максимальный расход, л/ч 80
Номинальный расход, л/ч 40
Минимальный расход, л/ч 4
Размер посторонних включений в топливе, мм, 0,080
Рабочий объем камеры, мл 5
Температурный диапазон, °С -10....+60
Суммарная погрешность измерения, мл ±5
В качестве устройств визуализации и регистрации применяется система контроля расхода топлива СКРТ.
Терминал-регистратор СКРТ 31 Лайт Технотон предназначен для регистрации и отображения параметров движения, контроля расхода топлива, оборотов двигателя, скорости движения и маршрута транспортного средства или агрегата [3].
Терминал-регистратор фиксирует координаты транспортного средства и скорость перемещения по данным GPS, полученным через антенну от спутника. Отслеживается маршрут движения агрегата по определенному участку и осуществляется накопление данных в процессе выполнения технологических процессов. Полученные данные сохраняются в памяти регистратора, который фактически выполняет функции многоканального черного ящика. Контролируемые параметры можно просматривать непосредственно на экране терминала на борту энергосредства или перенести в персональный компьютер. Техническая характеристика СКРТ приведена в табл. 2.
Таблица 2. Техническая характеристика СКРТ 31
Наименование показателя, единицы измерения Значение
Номинальное напряжение питания, В. 12; 24
Ток потребления при включенном зажигании, не более, мА. 120
Ток потребления при выключенном зажигании, не более, мА. 60
Объем памяти регистратора параметров при периоде регистрации 60с, ч, не менее 500
Температурный диапазон обеспечения работоспособности, С° -40...+60
Преимущества СКРТ: одновременный контроль нескольких датчиков позволяет осуществлять надежный анализ полученных данных; измерение фактического расхода топлива; удобное программное обеспечение; беспроводное снятие данных.
Расход топлива измеряется датчиком ДРТ-5,1 (рисунок 1) и передается на терминал-регистратор СКРТ 31, который фиксирует координаты и скорость движения машины по данным GPS, получаемые через антенну от спутника. Таким образом осуществляется комплексный учет эксплуатационно -технологических показателей.
К датчику ДРТ-5,1 присоединены входные и выходные трубопроводы для определения количества потребляемого топлива с учетом возвращенного в бак, а также установлен кабель для передачи импульсов терминал-регистратору СКРТ 31 Лайт GPS Технотон.
Программное обеспечение «СКАРТ-Менеджер» предназначено для обработки данных, накопленных оборудованием систем регистрации параметров движения и контроля расхода топлива (СКРТ), представленных в различных формах введения информационной базы данных, а также обмена информацией между персональным компьютером и оборудованием СКРТ. Позволяет анализировать данные и представлять полученные результаты в графическом виде, в виде диаграммы, накопленные оборудованием системы зарегистрированных параметров движения и расхода топлива (рисунок), на которой более короткие промежутки времени работы двигателя трактора равны одному опыту.
2 ООО 1 900 1 800 1 700 1 600 1 500 1 400 1 300
1 1 100 § 1 ООО
е эоо
ю 800 ° 700 600 500
400 300 200 100
11:45 12:00 12:15 12:30 12:45 13:00 13:15 13:30 13:45 14:00 14:15 14:30 14:45 15:00 15:15 15:30 15:45 16:00 16:15
ВРЕМЯ 14:43:13
Рис. Результаты работы двигателя трактора МТЗ-82 за один день
Результаты, полученные в графическом виде, обработаны по известной методике - методом ординат [3]. Метод заключается в том, что график разбивается на равные промежутки и проводят ординаты от нулевой линии до пересечения с обрабатываемой кривой. Полученные значения формируются в вариационный ряд и обрабатываются методом математической статистики.
В качестве примера использования предлагаемого оборудования рассмотрим процесс функционирования чизеля ЧСВ-3,6 [4, 5, 6], содержащего шарнирно закрепленные лапы, угол установки которых относительно стойки с долотом в поперечно-вертикальной плоскости определяется действием сил сопротивления почвы, а разрушение пласта осуществляется разнонаправленными деформациями за счет знакопеременного перемещения лап. Чизель ЧСВ-3,6 является универсальным, выполняет заданный технологический процесс обработки почвы полей на разную глубину и междурядий многолетних насаждений на глубину, дифференцировано изменяющуюся по мере удаления от дерева (куста) соответственно архитектонике расположения корневой системы [7, 8, 9]. Чизель работает следующим образом. Перед началом работы устанавливается глубина обработки и, в зависимости от выполняемого технологического процесса (рыхление почвы полей или междурядий сада), осуществляется расстановка рабочих органов. При функционировании чизеля с дифференцированно изменяющейся глубиной крайние рабочие органы выполняют плоскорезную обработку почвы (10 - 15 - 22 см), а средний (центральный) - чизелевание (до 45 см). При этом нижняя образующая борозды после прохода рабочих органов зигзагообразна, копирует расположение корневой системы деревьев по глубине залегания. При заглублении долото рабочего органа внедряется в пласт почвы. Пласт деформируется и происходит сдвиг (скол) слоя почвы. Лапы не стремятся создать поверхность раздела, перемещаясь внутри пласта, а занимают положение, соответствующее распространению формируемой трещины, т. е. вдоль поверхности сдвига (скола). При этом разрушение пласта осуществляется не по линиям скольжения, а по их огибающим -поверхностям отрыва, что приводит к дальнейшему распространению трещины, характеризуемому значительно меньшей концентрацией напряжений, чем при ее возникновении, то есть перемещение подвижных элементов рабочего органа в почве связано с минимальными затратами энергии. Вследствие непостоянства площадей поверхности сдвига (скола) и наличия микротрещин, пустот и неоднородно-стей (концентраторов напряжений) внутри обрабатываемого пласта, возникают знакопеременные перемещения (колебания) подвижных элементов рабочего органа (лап) с небольшой амплитудой. При воздействии знакопеременных нагрузок внутри почвы возникают волны, которые в областях локальных нарушений сплошности дифрагируют, вызывая повышение напряжений, приводящих к разрушению пласта по так называемым линиям наименьших связей. При знакопеременном приложении нагрузки разрушению пласта почвы способствуют разнонаправленные деформации, неоднородность которых обусловлена существенным различием скоростей распространения волн и их интерференцией. Так, первая волна колебательного процесса, возникающая при заглублении рабочего органа и взаимодействии лап с почвой, отрываясь от поверхности сдвига (скола) в виду ее опережающей скорости (по сравнению с относительной скоростью лап), способствует возникновению второй волны деформаций с перепадом напряжения и т. д. Наложение волны колебательного процесса рабочего органа на имеющееся напряженно-деформируемое состояние пласта почвы способствует накоплению разрывов межагрегатных связей в пределах напряженных микрообъемов, вследствие чего проявляется синергизм эффектов, приводящий к переходу пласта в разрыхленное состояние на разные уровни внутренней самоорганизации, которые определяются качеством крошения почвы [10, 11].
Основные эксплуатационно-технологические показатели чизеля ЧСВ-3,6 при рыхлении почвы полей на разную глубину представлены в табл. 3.
Наименование показателя Значение для варианта рабочих органов
трансформируемый без лап
Глубина рыхления (установочная), см 19 27 34
Скорость, км/ч 6,67 7,35 8,57 6,16 6,21 6,43 6,67
Часовой расход топлива, л/ч 26,75 29,27 32,57 38,50 31,58 37,36 40,33
Часовой расход топлива, кг/ч 22,20 24,21 27,03 31,96 26,21 31,01 33,47
Удельный расход топлива, л-кВт-ч 0,22 0,24 0,27 0,32 0,26 0,31 0,33
Удельный расход топлива, кткВтч 0,18 0,20 0,22 0,27 0,22 0,26 0,27
Анализ данных табл. 3 показывает, что расход топлива возрастает с увеличением скорости и глубины обработки почвы. Причем с увеличением глубины обработки почвы наблюдается более интенсивный рост расхода топлива, чем с увеличением скорости, что обусловлено характером изменения тягового сопротивления чизеля в зависимости от режимов функционирования [8, 10, 12]. Тяговое сопротивление чизеля и полнота использования мощности двигателя определяются сцепными свойствами трактора на конкретном почвенном фоне. На отдельных режимах работы (скорость 6,43 и 6,67 км/ч при глубине 34 см; скорость 6,10 км/ч при глубине 27 см) отмечалось неполное использование мощности двигателя на низшей передаче из-за повышенного буксования трактора. Это обусловлено колебательным характером нагрузки [13], неровностью рельефа поля, невозможностью комплектования агрегата с достаточно высокой степенью нагружения трактора, а также вследствие ступенчатости передаточных чисел трансмиссии и различного их распределения в диапазоне рабочих передач. При других вариантах и режимах работы чизеля (табл. 3) трактор функционирует с запасом тягового усилия, преодолевая временное увеличение нагрузки без перехода на пониженную передачу.
Заключение
Повышение эффективности сельскохозяйственного производства возможно путем инновационного метода определения эксплуатационно-технологических показателей технологического процесса обработки почвы с помощью современного оборудования, позволяющего быстро, с высокой точностью и в большом объеме регистрировать и анализировать данные по скорости машины и расходу топлива.
ЛИТЕРАТУРА
1. Пархоменко, Г. Г. Обоснование параметров рабочего органа типа para-plow / Г. Г. Пархоменко, С. А. Твердохле-бов // Вестник АПК Ставрополья. - 2017. - №1(25). - С. 44-48.
2. Пархоменко, Г. Г. Исследование чизеля: Сравнительная оценка рабочих органов / Г. Г. Пархоменко - Saarbrucken: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2014 - 80 с.
3. Твердохлебов, С. А. Параметры процесса обработки почвы универсальным рабочим органом по контуру залегания корневой системы плодовых деревьев в междурядьях сада: Дисс.. .канд. техн. наук: 05.20.01 / С. А. Твердохлебов. - Краснодар, 2009. - 175 с.
4. Tverdohlebov, S. A. Research of the new génération chisel plow / S. A. Tverdohlebov, G. G. Parkhomenko // Mechanization in agriculture. - 2017. - Year LXIII. - №1. - С. 33-36.
5. Пархоменко, Г. Г. Сравнительная оценка энергетических показателей плуга садового чизельного с различными вариантами рабочих органов / Г. Г. Пархоменко, С. А. Твердохлебов // Вестник МичГАУ. - 2012. - №3. - С. 152-156.
6. Пархоменко, Г. Г. Экспериментальное определение влияния режимов функционирования и параметров рабочих органов на качественные и энергетические показатели плуга садового чизельного / Г. Г. Пархоменко, С. А. Твердохлебов,
B. А. Максименко // Агроинженерная наука в сфере АПК: инновации, достижения: Сб. науч. тр. 7-й Междунар. науч.-практ. конференции «Агроинженерная наука в повышении энергоэффективности АПК» (г. Зерноград, ГНУ СКНИИМЭСХ Рос-сельхозакадемии, 11-12 апреля 2012 г.). - Зерноград, 2012. - С. 24-34.
7. Пархоменко, Г. Г. Изменение тягового сопротивления плуга садового чизельного в процессе трансформации рабочих органов / Г. Г. Пархоменко, С. А. Твердохлебов // Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения: Материалы 5-й междунар. науч.-практ. конференции в рамках 15-ой междунар. агропромышленной выставки «Инте-рагромаш-2012» (г.Ростов-на-Дону, ВЦ «ВертолЭкспо», 29 февраля-1 марта 2012 г.). - Ростов-на-Дону, 2012. - С. 49-51.
8. Пархоменко, Г. Г. Трансформация рабочих органов почвообрабатывающих машин / Г. Г. Пархоменко // Селско-стопанска техника. - 2015. - TLII. - № 1. - С. 17-26.
9. Пархоменко, Г. Г. Экспериментальное исследование глубокорыхлителя для обработки почвы в междурядьях многолетних насаждений / Г. Г. Пархоменко, А. Н. Медовник, С. А. Твердохлебов // Международный технико-экономический журнал. - 2011. - № 3. - С. 76-78.
10. Пархоменко, Г. Г. Исследование процесса трансформации почвообрабатывающих рабочих органов / Г. Г. Пархоменко // Мехашзащя та електрифжащя сшьського господарства. - 2013. - Т.1. - № 98. - С. 142-150.
11. Костадинов, Г. Д. Систематизация устройств для обработки почвы в садах / Г. Д. Костадинов, Г. Г. Пархоменко,
C. А. Твердохлебов, А. В. Пономарев // Растениевъдни науки. - 2016. - Т. LIII. - №1-3. - С. 88-97.
12. Пархоменко, Г. Г. Трансформация рабочих органов почвообрабатывающих машин для глубокого рыхления / Г. Г. Пархоменко // Инновационные технологии возделывания сельскохозяйственных культур в Нечерноземье: сб. докладов Всероссийской науч.-практ. конф., посвященной 75-летию образования Владимирского НИИСХ Россельхозакадемии (г. Суздаль, 2-4 июля 2013 года). - Иваново: ПресСто, 2013. - Т.2. - С. 335-340.
13. Пархоменко, Г. Г. Сравнительная оценка динамических показателей плуга садового чизельного / Г. Г. Пархоменко // Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве: материалы Междунар. науч.-технич. конф. (г. Минск, РУП «НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства», 22-23 октября 2014г.). - Минск, 2014. - Т.1. - С. 311-318.
