CC BY
23
смесителя: дис. ... канд. техн. наук. - Бла- 2. говещенск: Изд-во ДальГАУ, 2007. - 146 с.
3. Алешкин В.Р., Рощин П.М. Механизация животноводства. - М: Агропромиздат, 1985. - 336 с.
4. Пат. РФ №2486761. Способ приготовления кормового продукта / Доценко С.М., Крючкова Л.Г. Опубл. в Б.И. № 19 от 10.07.2013 г. 3.
5. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. - М.: Наука, 1964. - 576 с.
4.
Literatura
1. Kombikorma, kormovye dobavki i ZCM dlja zhivotnyh: spravochnik / pod red. V.A. Krohi- 5 noj. - M.: Agropromizdat, 1990. - 304 s. .
Krjuchkova L.G. Sovershenstvovanie processa raboty dozirujushhe-vygruznyh ustrojstv shnekovogo tipa bunkernogo razdatchika-smesitelja: dis. ... kand. tehn. nauk. - Blago-veshhensk: Izd-vo Dal'GAU, 2007. -146 s.
Aleshkin V.R., Roshhin P.M. Mehanizacija zhivotnovodstva. - M: Agropromizdat, 1985. -336 s.
Pat. RF №2486761. Sposob prigotovlenija kormovogo produkta / Docenko S.M., Krjuchkova L.G. Opubl. v B.I. № 19 ot 10.07.2013 g.
Ventcel' E.S. Teorija verojatnostej. - M.: Nau-ka, 1964. - 576 s.
УДК 629.114.2
Н.И. Селиванов, В.С. Романов, В.Н. Запрудский
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УНИВЕРСАЛЬНО-ПРОПАШНЫХ ТРАКТОРОВ СЕРИИ «БЕЛАРУС 1221» В ЗОНАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ ПОЧВООБРАБОТКИ
N.I. Selivanov, V.S. Romanov, V.N. Zaprydsky
THE USE OF UNIVERSAL TILLING TRACTORS OF THE SERIES "BELARUS 1221" IN ZONAL TECHNOLOGIES OF SOIL PROCESSING
Селиванов Н.И. - д-р техн. наук, проф., зав. каф. тракторов и автомобилей Красноярского государственного аграрного университета, г. Красноярск. E-mail: [email protected] Романов В.С. - магистрант каф. тракторов и автомобилей Красноярского государственного аграрного университета, г. Красноярск. E-mail: [email protected] Запрудский В.Н. - канд. техн. наук, доц. каф. тракторов и автомобилей Красноярского государственного аграрного университета, г. Красноярск. E-mail: [email protected]
Проведен анализ состояния и перспективы обновления парка универсально-пропашных тракторов в агропромышленном комплексе Красноярского края. Установлено существенное расширение в последние годы рынка колесных тракторов серии «Беларус 1221» мощностью 96-105 кВт, которые в ближайшей перспективе должны составить основу мобильных энергетических средств 2,0 тягового
Selivanov N.I. - Dr. Techn. Sci., Prof., Head, Chair of Tractors and Cars, Krasnoyarsk State Agricultural University, Krasnoyarsk. E-mail: [email protected]
Romanov V.S. - Magistrate Student, Chair of Tractors and Cars, Krasnoyarsk State Agricultural University, Krasnoyarsk. E-mail: vova_romanov_00 @mail.ru
Zaprudsky V.N. - Cand. Techn.Sci., Assoc. Prof., Chair of Tractors and Cars, Krasnoyarsk State Agricultural University, Krasnoyarsk. E-mail: [email protected]
класса. Для повышение эффективности адаптации разных модификаций тракторов этой серии к зональным технологиям почво-обработки по результатам моделирования и эксперимента обоснованы рациональные тя-гово-скоростные диапазоны использования и оптимальные значения основного показателя технологичности - удельной массы на операциях основной обработки почвы разных по
энергоемкости групп. В диапазоне рабочих скоростей от 3,0 до 3,8 м/с на операциях третьей группы наивысшие показатели агрегата обеспечиваются при удельной массе тудЪ = 52 - 53 кг/кВт, соответствующей базовой комплектации трактора на одинарных колесах. В скоростном диапазоне 2,0-3,0 м/с на более энергоемких операциях первой и второй групп удельная масса должна быть повышена до туд2 = 58 - 59 кг/кВт и т*уд1 = 65 - 66 кг/кВт
соответственно. С учетом уровня и эффективности реализации мощности тракторного двигателя в условиях вероятностного характера тяговой нагрузки указанное достигается установкой съемного балласта общей массой от 635 до 745 кг при рациональном ее распределении по осям трактора. Рекомендуемая изготовителем установка балластных грузов массой 510 кг впереди остова снижает эффективность использования трактора при рабочей скорости выше 3,0 м/с за счет повышенного расхода топлива на его передвижение.
Ключевые слова: адаптация, балласти-рованние, диапазон, удельная масса, эффективность.
The analysis of the state and prospect of updating of park universal tilling tractors in agrarian and industrial complex of Krasnoyarsk Region is carried out. Essential expansion of the market of wheel tractors of the 96-105 kW Belarus 1221 series which in short term have to make a basis of mobile power means 2.0 traction classes has been established in recent years. For the increase of efficiency of adaptation of different modifications of tractors of this series to zone technologies of a tillage by the results of modeling and experiment rational traction and high-speed ranges of use and optimum values of the main indicator of technological effectiveness - specific weight on operations of the main processing of the soil of groups, different in power consumption, are proved. In the range of working speeds from 3.0 to 3.8 m/s on operations of the third group the highest indicators of the unit are provided with a specific mass of kg/kW, the corresponding basic complete set of a tractor on unary wheels. In the high-speed range of 2.0-3.0 m/s on more power-intensive operations of the first and second groups specific weight has to be increased to kg/kW and kg/kW respectively. Taking into account the level and efficiency of realization of power
of the tractor engine in the conditions of probabilistic character of traction loading the specified is reached by installation of removable ballast with a lump from 635 to 745 kg at its rational distribution on tractor axes. The installation of ballast freights weighing 510 kg recommended by the manufacturer ahead of a skeleton reduces the efficiency of using a tractor at a working speed over 3.0 m/s due to increased fuel consumption on its movement.
Keywords: adaptation, ballasting, range, specific weight, efficiency.
Введение. В составе тракторного парка АПК Красноярского края 45 % колесных тракторов фирмы «Беларус». Среди них 200 тракторов серии «Беларус 1221» разных модификаций, доля которых к 2025 г. достигнет 10-12 % от общей численности машин этой фирмы [1]. Универсально-пропашной трактор «Беларус-1221» имеет улучшенную классическую компоновку с двигателем Д-260^ (ММЗ) мощностью 96100 кВт или TCD20122VL 06(DEUTZ) -104,6 кВт при номинальной частоте вращения коленчатого вала Пн = 2100 мин-1 и коэффициентом приспособляемости Км = 1,15-1,25 в зависимости от модификации, последовательное рядное расположение агрегатов трансмиссии с управляемыми передними колесами диаметром на 30 % меньше диаметра задних. Трансмиссия (сцепление, коробка передач и задний мост) выполнены в одном блоке и жестко соединены с двигателем. При такой компоновке с продольной базой L = 2,76 м до 60-70 % массы трактора в статическом положении приходится на задние ведущие колеса. Эксплуатационная масса трактора базовой комплектации без балласта разных модификаций изменяется от 5100 (1221Т.2) до 5730 кг (1221.4). Для улучшения тягово-сцепных свойств на энергоемких операциях впереди остова трактора устанавливают балластные грузы массой до 1025 кг [2].
Тракторы серии «Беларус 1221» широко используются в зональных технологиях основной обработки почвы, которые разделены по агротехническим и энергетическим требованиям на следующие группы [3-5]:
1 - отвальная вспашка и глубокое рыхление на глубину 0,21-0,23 и 0,40-0,50 м при номинальной рабочей скорости V'*И1 = 2,20±0,20 м/с;
2 - послеуборочная безотвальная комбинированная обработка (сплошная культивация) и
чизелевание на глубину 0,14-0,16 и 0,20-0,30 м в диапазоне УН2 = 2,70±0,30 м/с;
3 - послеуборочная поверхностная обработка (лущение стерни), предпосевная обработка, обработка на глубину 0,06-0,12 м и посев по нулевой технологии при Унз = 3,30±0,30 м/с.
Неоднозначные рекомендации изготовителя и ограниченный опыт эксплуатации новых модификаций этих тракторов снижает эффективность их использования в составе почвообрабатывающих агрегатов разного технологического назначения.
Цель исследования: повышение эффективности использования тракторов серии «Беларус 1221» на операциях почвообработки разных групп.
Поставленная цель достигается решением следующих задач:
1) обосновать рациональные соотношения эксплуатационных режимов и параметров трактора для эффективного использования на операциях почвообработки разных групп;
2) определить условия балластирования тракторов разных модификаций при использовании в зональных технологиях почвообработки.
Материалы и методы исследования. При решении поставленных задач использованы технические характеристики трактора базовой комплектации разных модификаций, модели и алгоритм оптимизации эксплуатационных параметров для операций почвообработки разных групп.
Зависимости буксования движителей 8, тягового КПД щ и его составляющих (КПД трансмиссии и КПД сопротивления качению щ) от коэффициента использования веса трактора
Фкр получены по результатам тяговых испытаний трактора [3-5]:
5 = а-фкр /(а-ф№ );
Лт Лтр ['
Ркр jfp аркр jj (1)
(ркр + f)
в-Pw
Эффективное использование трактора с заданной характеристикой двигателя (Ne3, Км) на разных по энергоемкости операционных технологиях в обоснованных тяговом
(Укрт1п -Укртах) и скор°стном (v;з - vhi) диапазонах обеспечивается соответственным регулированием и рациональным распределением по осям эксплуатационной массы за счет установки разного количества съемных балластных грузов для оптимизации основного показателя технологичности - удельной массы. Оптимальное значение удельной массы трактора туд1,кг/кВт, для каждой группы операций
почвообработки при номинальной скорости v* и соотношении rjTHi / Ркрн, определялось как [5]
туд = Лш ■10 /g РкРН -К
Hi
(2)
Для уменьшения интервала изменения удельной и соответственно эксплуатационной массы трактора при балластировании номинальные значения коэффициента (pKPHl определялись из условий: на операциях третьей группы p^H3=p№opt при максимальной величине тягового КПД лтах'> на операциях первой и второй групп соответственно pKPH1 = p^max при допустимом буксовании 5д и
РКР 2 ~ 0,5 ■ (РКР max + РкРр ) ■
Коэффициент использования мощности двигателя N в условиях вероятностного характера момента сопротивления на валу, эксплуата-
у
ционная масса тэ и номинальное тяговое усилие РКРН трактора для операций почвообработки каждой группы при коэффициентах вариации vMC и приспособляемости Км рассчитывались с использованием следующих зависимостей [3]:
где а, b - эмпирические коэффициенты.
4 = -0,964 +1,80 ■ KM - 0,40 ■ K2M + 0,023 / vMa;
* * Л Т *
тЭi = 4Ni ■ Nеэ ■ туд.; р* _ *
PKPHi = mЭi ■ S ■ PKPHi'
(3)
<
Обоснование условий рационального балла- та f = 0,10 и высоты линии тяги над q опор-
стирования трактора на операциях почвообра-ботки первой и второй групп проводилось с учетом установленного значения абсциссы центра масс а,, и ее относительной величины
ц
А
■а..
L , радиусов задних гдК и передних
дП колес, Лпр = Уя /Оэ = 0,32, коэффициен-
ной поверхностью Ъ^ = 0,40 м [6], определяющих соотношение реакции почвы на передние
У,
ПСТ
и задние Укст колеса неподвижного
трактора при PKP = Pf = 0 для технологий поч-вообработки (рис. 1).
\ащ =^ПР ■L + hKP ■ Фкгн, + 0,5■f ■ (rdK + ГдП);
I = ац. 1L = ЛПР + [КР фКРН + 0,5 ■ f ■ (ГдК + ГдП )] / L
УПСТ m3 ■ g ■ Ац ;
У KCT = тЭ ■ g ■(1 - A ).
(4)
(5)
Рис. 1. Расчетная схема определения массы переднего и заднего балластов трактора
заднего ш*2г балластов для получения эксплу-
Применительно к трактору базовой комплектации весом Gэo = тэо • g с абсциссой
центра масс АЦ 0 = аЦ 0/Ь и
АП = (аП + Ь)/Ь , массы переднего т*Би и
атационной массы та., адаптированной к технологии почвообработки определенной группы, определяли как [6]
тБг = тЭг - тЭо;
т
Б1г
= (тЭг ■ АЦг - тЭ0 ■ АЦ 0 ) ¡ Ап ;
(6)
тБ 2 i = (тЭг - тЭ0) - (тЭгАцг - ШЭ 0Ац 0)/Ап
С учетом установленной взаимосвязи Щ = /(Ркр) параметры тягово-динамической
характеристики трактора N ., V = /(Ркр) для
каждой величины тЭг рассчитывались как
\v=л 1о3/g ■Ркр ■ туд;
\КР = тЭ ■Лт / тУд ■
(7)
Результаты исследования и их обсуждение. По результатам моделирования получены зависимости щ , 8 = /(р№) (рис. 2), позво-
лившие обосновать оптимальный тяговый диапазон трактора, ограниченный режимами работы Фюнз=Ф&о[*= 0,380 при максимальном тяговом КПД щТтах = 0.643 и 8р = 0.110 для выполнения операций почвообработки третьей группы и (рКРН1 = рКРтах = 0,450 с допустимым
буксованием 8д= 0.150 при щ = 0.634 для наиболее энергоемких операций первой группы. На операциях второй группы щ = 0.641 и
Рр2 * 0,5• (РКРтх + РКРР ) = 0,410 и (табл. 1).
-б
Т °»21
0,37 0,41
0,45 0,49
ф КРН -►
Рис. 2. Зависимости тягового КПД и буксования трактора от коэффициента использования веса
Указанному тяговому диапазону, при установленных номинальных значениях ф№Н для каждой группы операций почвообработки, соответствует интервал изменения удельной массы от максимальной ш*уд1 = 65,28 кг/кВт до минимальной т*уд3 = 52,23 кг/кВт (рис. 3). Их соот-
Таблица 1
Тягово-скоростные режимы и параметры трактора «Беларус 1221» для разных групп операций почвообработки
ношение Ят^тах = т*уд1/т*удз = 1.25 не превышает максимально допустимое увеличение минимальной удельной массы т*уд3 за счет балластирования, обеспечивая рациональный тягово-скоростной диапазон при яутш = У*НЗ/У*Н1 = 1.50 и
ЯР = Р / Р = 133.
КРН КРН 1 1КРН3
Группа операций Фкрн ЩТН Ун, м/с * туд, кг/кВт Умс Км
1 0,45 0,634 2,20 65,28 0,08 1,15 0,865
1,25 0,949
2 0,41 0,641 2,70 59,01 0,06 1,15 0,960
1,25 1,044
3 0,38 0,643 3,30 52,23 0,06 1,15 0,960
1,25 1,044
При установленных значениях коэффициента умс (см. табл. 1) и Км = 1,15 оптимальная эксплуатационная масса трактора «Беларус 1221.2» мощностью ^ = 96 кВт на операциях первой и второй группы практически одинакова (5441 кг) и превышает базовую массу для операций третьей группы на 625 кг.
Оснащение трактора двигателем с км = 1,25 приводит к увеличению базовой массы до 5237 кг, что соответствует ее фактическому значению (5220 кг) без балласта (табл. 2). Потребная масса балласта для операций первой и второй
групп повышается до 680 кг, что вполне достижимо.
Рациональное распределение веса трактора по осям в статике и номинальном тяговом режиме Уясг /Уш и У^сг / Уш для разных технологий почвообработки, рассчитанное по (4) и (5), приведено в таблице 2. Адаптация трактора базовой комплектации к технологиям почво-обработки первой и второй групп достигается установкой переднего съемного балласта массой 425-455 кг = 10-45 кг и двух кольцевых грузов по 91 кг на дисках задних колес.
Рис. 3. Влияние номинальной скорости рабочего хода на удельную массу трактора
Таблица 2
Рациональное балластирование трактора для технологий почвообработки (№э=96 кВт)
Группа операций А АЦ Км АПР * тэ, кг У * / У У ПСТ ' У ПН' кН У * / У У КСТ ' У КН - кН э тБ , кг э кг П Г1, шт. э тБ 2- кг П Г 2, шт.
1 0,407 1,15 1,145 5441 21,73/17,08 31,64/36,29 625 425 10-45 200 2-91
1,25 1,145 5917 23,63/18,57 34,41/39,47 680 450 10-45 230 2-91
2 0,401 1,15 1,145 5441 21,42/17,08 31,95/36,29 625 425 10-45 200 2-91
1,25 1,145 5917 23,29/18,57 34,74/39,47 680 450 10-45 230 2-91
3 0,396 1,15 1,145 4816 18,75/15,11 28,48/32,12 0 0 0 0 0
1,25 1,145 5237 20,39/16,43 30,97/34/93 0 0 0 0 0
Таблица 3
Рациональные тягово-скоростные диапазоны использования трактора в технологиях почвообработки
Группа операций Км э тэ, кг Р - Р 1 КРтп 1 КРтах' кН Р 1 КРН , кН ,V -V \ ( тах тт ) м/с N - N . х ( кр тах кр тт ) кВт NкP, кВт
1 1,15 5441 23,40-26,60 25,00 2,40-2,00 58,80-57,60 58,20
1,25 5917 26,60-30,00 28,30 63,59-60,99 62,29
2 1,15 5441 18,90-23,40 21,15 3,00-2,40 59,20-59,60 59,40
1,25 5917 21,10-26,60 23,85 64,42-63,59 64,00
3 1,15 4816 15,10-18,90 17,00 3,80-3,00 59,08-58.92 59,00
1,25 5237 16,90-21,10 19,00 65,07-64,20 63,63
Параметры потенциальных тягово-динамических характеристик трактора «Беларус 1221.2» с оптимальными значениями эксплуатационной массы для операций почвообработки разных групп (табл. 3, рис. 4) позволили обосновать рацио-
нальные тяговые диапазоны его использования на разных по энергоемкости операциях почво-обработки и подтвердить целесообразность предлагаемых технических решений по балластированию.
Рис. 4. Потенциальные тягово-динамические характеристики трактора с оптимальными значениями эксплуатационной массы для операций почвообработки разных групп:
- Км = 1,15;-------Км = 1,25
При Км = 1,15 и т* = 5 441 кг трактор соответствует второму тяговому классу на операциях первой и второй групп с Р№Н = 25,0 и
Р№Н = 21,15 кН. На операциях третьей груп-
пы с т*Эз = 4816 кг и = 17,00 кН он пе-
реходит в тяговый класс 1,4. Повышение Км до 1,25 смещает диапазон номинальных тяговых усилий трактора в сторону увеличения до 19,0-28,3 кН, что позволяет использовать его на операциях почвообработки всех групп во втором
тяговом классе с возможностью перехода в третий класс на операциях первой группы. Повышение тяговой мощности при этом на всех операциях составляет 7-8 %.
Полученные зависимости оптимальных значений эксплуатационной массы для операций почвообработки разных групп от энергетического потенциала (рис. 5) позволили дать оценку технологического уровня тракторов серии «Бе-ларус 1221» разных модификаций.
*
тэ, кг
7500 --
6500
5500
4500
3500
80
90
100
С*е:
110
Рис. 5. Зависимость эксплуатационной массы трактора от энергетического потенциала:
• - N = 96 кВт, Км = 1,15; ■ - N = 96 кВт, Км = 1,25; ▲ - N = 104,6 кВт, Км = 1,25
Превышение минимального и максимального значений эксплуатационной массы серийных модификаций трактора «Беларус 1221» мощностью 96 кВт и Км=1,15, полученных по результатам моделирования, составляет в среднем 280— 290 кг. Указанное свидетельствует о недостаточной эксплуатационной мощности двигателя, поэтому на операциях третьей группы дополнительные затраты топлива на перемещение излишней массы трактора составляет 0,20— 0,25 кг/ч. Повышение мощности двигателя до 100-104,6 кВт и коэффициента приспособляемости Км до 1,25 обеспечивает при балластировании наиболее эффективное использование трактора в технологиях почвообработки.
Выводы
1. Обоснованы рациональные тягово-скоростные диапазоны использования универсально пропашного трактора «Беларус 1221»
(Ркрор,-Я>юmax) = 0,38-0,45 , (¥*_ -¥Нш) = 2,20- 3,30
м/с и соответствующие значения удельной мас-
сы (m*
J = 52,23 -65,28 кг/кВт, обеспе-
чивающие его эффективное агрегатирование в тяговом классе 2,0 при реализации зональных технологий почвообработки.
2. Адаптация трактора базовой комплектации ( Ne3 = 96 кВт, Км =1,15 ) с оптимальной
массой тж = т*эз = 4816кг к операциям первой и второй группы почвообработки достигается установкой съемного балласта, включающего грузы массой 425 кг в передней части остова и на дисках задних колес общей массой 182 кг.
3. Повышение мощности двигателя до 100-105 кВт с увеличением коэффициента приспособляемости по крутящему моменту до Км = 1,25 обеспечивает при балластировании наиболее эффективное использование серийных модификаций трактора «Беларус 1221» в зональных технологиях почвообработки.
Литература
1. Селиванов Н.И., Безбородое Ю.Н., Ковальский Б.И. и др. Технологическая потребность и оснащенность растениеводства Красноярского края тракторами // Вестн. ОмГАУ. - Омск, 2015. - № 4 (20). - С. 78-83.
2. Гутько М.В. и др. Руководство по эксплуатации Беларус 1221. - Минск, 2016.
3. Селиванов Н.И. Технологические свойства мощных тракторов / Краснояр. гос. аграр. ун-т. - Красноярск, 2015. - 202 с.
4. Селиванов Н.И, Макеева Ю.Н. Эффективность использования колесных тракторов в технологиях почвообработки // Вестн. Крас-ГАУ. - 2015. - № 6. - С. 49-57.
5. Селиванов НИ, Запрудский В.Н, Макеева Ю.Н. Удельная материалоемкость колесных тракторов // Вестн. КрасГАУ. - Красноярск, 2015. - № 2. - С. 56-63.
6. Селиванов Н.И. Рациональное балластирование энергонасыщенных колесных тракторов разной комплектации // Вестн. Крас-ГАУ. - 2016. - № 8. - С. 123-129.
Literatura
1. Selivanov N.I., Bezborodov Ju.N., Koval'skij B.I. i dr. Tehnologicheskaja potrebnost' i os-nashhennost' rastenievodstva Krasnojarskogo kraja traktorami // Vestn. OmGAU. - Omsk, 2015. - № 4 (20). - S. 78-83.
2. Gut'ko M.V. [i dr.] Rukovodstvo po jeksplu-atacii Belarus 1221. - Minsk, 2016.
3. Selivanov N.I. Tehnologicheskie svojstva moshhnyh traktorov / Krasnojar. gos. agrar. un-t. - Krasnojarsk, 2015. - 202 s.
4. Selivanov N.I., Makeeva Ju.N. Jeffektivnost' ispol'zovanija kolesnyh traktorov v tehnologi-jah pochvoobrabotki // Vestn. KrasGAU. -2015. - № 6. - S. 49-57.
5. Selivanov N.I., Zaprudskij V.N., Makeeva Ju.N. Udel'naja materialoemkost' kolesnyh traktorov // Vestn. KrasGAU. - Krasnojarsk,
2015. - № 2. - S. 56-63.
6. Selivanov N.I. Racional'noe ballastirovanie jenergonasyshhennyh kolesnyh traktorov raznoj komplektacii // Vestn. KrasGAU. -
2016. - № 8. - S. 123-129.
