CC BY
48
DOI: 10.24411/0235-2451-2018-11222 УДК 631.3.06.001.66
обоснование энергонасыщенности колесного трактора по данным контрольного динамометрирования агрегата
н. н. БЕрЕЖнов, кандидат технических наук, доцент (е-mail: [email protected]) л. в. аверичев, кандидат технических наук, зав. кафедрой
Кемеровский государственный сельскохозяйственный институт, ул. Марковцева, 5, Кемерово, 650056, Российская Федерация
Резюме. Исследования проводили с целью определения соответствия тягово-скоростных показателей трактора в составе машинно-тракторного агрегата (МТА) требованиям агрегатирования, с учетом случайного характера изменения внешних эксплуатационных факторов. Работу проводили на примере МТА Fendt 936 Vario + АВА-12,6 «Агропитатель» в Ленинск-Кузнецком районе Кемеровской области в 2017 г. Методом контрольного динамометрирования определяли вероятностные характеристики тягового сопротивления сельскохозяйственной машины, его зависимость от скорости движения на операциях основной обработки почвы и внутрипочвенного внесения жидких удобрений. Исследования осуществляли на среднегумусных оподзоленных черноземах по стерневому фону при глубине обработки почвы и подкормки 21 см и средней длине гона 1100 м. Приведенные к 5 км/ч значения удельного тягового сопротивления агрегата на операциях обработки почвы и подкормки составили 5,04 и 6,14 кН/м соответственно, коэффициента пропорциональности - 0,034 с^/м2 и 0,030 с^/м2, вариация - 2,1 и 3,5 % (р<0,05). Трактор Fendt 936 Vario не обеспечивает выполнения требований по рабочей скорости движения и буксованию движителей при работе в пределах диапазона средних приведенных удельных тяговых сопротивлений 4,83<M(k0)<6,56 кН/м. Расчетное среднее значение требуемой номинальной мощности двигателя агрегатируемого энергосредства (ЭС) составляет349,8 кВт (476л.с.), а требуемый эксплуатационный вес для выполнения агрегатом операции рыхления - 221,3 кН с необходимостью догрузки до 251,8 кН при работе МТА в режиме растениепитателя. ЭС с расчетными параметрами будет иметь энергонасыщенность 1,39... 1,58 кВт/кН и обеспечит повышение тягового коэффициента полезного действия на 4,7.13,6 %, в сравнении с трактором Fendt 936 Vario, что будет способствовать увеличению среднего рабочего тягового усилия на крюке, реализуемого без нарушения установленных требований, - на 8,1.8,2 %. Следствием будет увеличение средних рабочих скоростей движения МТА на 20,2.27,5 °% и рост его чистой часовой производительности на 22,8.27,3 %.
Ключевые слова: трактор, рыхлитель, динамометрирование, агрегат, тяговое сопротивление, буксование, полевые испытания, энергонасыщенность, параметр, статистический. Для цитирования: Бережнов Н. Н., Аверичев Л. В. Обоснование энергонасыщенности колесного трактора по данным контрольного динамометрирования агрегата // Достижения науки и техники АПК. 2018. Т. 32. № 12. С. 76-81. DOI: 10.24411/02352451-2018-11222.
Анализ тенденций развития способов обработки почвы и посева показывает, что основным останется механический способ с использованием тракторной энергетики. Однако в связи с совершенствованием сельскохозяйственного производства требования к трактору постоянно возрастают [1], а его функциональные возможности расширяются. В соответствии с современной концепцией трактор в составе машинно-тракторного агрегата (МТА) рассматривают не просто как тяговое энергетическое средство (ЭС), а как энерготехнологический комплекс, позволяющий, наряду с высокой тяговой нагрузкой, максимально реализовать потенциал по не-
сущей способности его ходовой системы, рациональной загрузке механизмов отбора мощности и бортовых гидравлических систем [2, 3].
Обеспечение высоких значений тягового коэффициента полезного действия (КПД) трактора и производительности агрегата возможно при научно обоснованном подходе к оценке и обоснованию тягово-скоростных показателей ЭС при агрегатировании с современными энергоемкими сельскохозяйственными машинами и орудиями [4, 5]. Такой подход должен опираться на результаты экспериментальных исследований [6] и приемы математического моделирования с привлечением элементов теории вероятности, позволяющих с высокой степенью достоверности учесть и оценить то множество внешних факторов, которым подвергается агрегат при эксплуатации [7, 8].
Цель исследования - определить соответствие тягово-скоростных показателей трактора в составе агрегата для внесения безводного аммиака требованиям агрегатирования применительно к конкретным природно-производственным условиям его использования с учетом случайного характера изменения внешних эксплуатационных факторов.
Для ее достижения решали следующие задачи: провести контрольное динамометрирование агрегата для внесения безводного аммиака и определить статистические оценки для основных тягово-энергетических и агротехнических показателей МТА и трактора;
выявить влияние скоростных и нагрузочных режимов работы МТА на изменение тягового сопротивления сельскохозяйственной машины с использованием основных теоретических положений, сформулированных на основе математической модели функционирования МТА как системы «почва - сельскохозяйственная машина - движитель -трансмиссия - двигатель» («П-М-Дж-Т-Дв») [7, 9, 10].
определить рациональные значения эксплуатационного веса и мощности двигателя, а также оценить требуемый уровень энергонасыщенности трактора для агрегатирования с испытываемой сельскохозяйственной машиной применительно к условиям проведения эксперимента.
Условия, материалы и методы. Полевые испытания МТА проводили на полях КФХ «Печерин С.В.» Ленинск-Кузнецкого района Кемеровской области в 2017 г. (рис. 1).
Программа экспериментальных исследований была разработана в соответствии с требованиями действующих нормативных документов (ГОСТ Р 52777-2007, ГОСТ 7057-2001) и предусматривала проведение контрольного динамометрирования испытуемой сельскохозяйственной машины в составе МТА для определения влияния рабочей скорости движения на тяговое сопротивление рабочей машины и динамику его изменения, оценки соответствия буксования движителей установленным требованиям, а также определения статистических характеристик изучаемых показателей [11].
Энергетическую оценку агрегата проводили с использованием контрольно-измерительного и регистрирующе-
Рис. 1. Агрегат для внесения безводного аммиака Fendt татель» на полевых испытаниях: а - в режиме рыхлителя; б - в имитацией нагрузки от бункера с удобрением).
го оборудования производства Новокубанского филиала ФГБНУ «Росинформагротех» (КубНИИТиМ), которое включало в себя измерительную информационную систему СИ-302 c комплектом первичных преобразователей сигнала (датчиков) (рис. 2).
Имитацию тяговой нагрузки, создаваемой в условиях эксплуатации прицепной емкостью с жидким удобрением, обеспечивали с помощью буксировки в составе агрегата грузового бортового автомобиля КамАЗ-65115 эксплуатационной массой 9300 кг, что соответствовало потенциальной загрузке штатной емкости агрегата материалом на 70 %. Использование указанного автомобиля при испытаниях было вынужденной мерой, поскольку испытывали один из предсерийныхобразцов машины и штатная емкость к сроку их проведения еще не была поставлена. Однако в связи с тем, что при реализации опытов в качестве основной задачи стояло определение статистических характеристик тягового сопротивления агрегата, для получения информации о сопротивлении качению прицепной емкости в его составе было вполне достаточно оценить коэффициент сопротивления качению пнев-
936 Vario+ABA-12,6 «Агропи-режиме растениепитателя (с
Рис. 2. Общий вид датчиков, установленных на агрегат: а - датчик тензорезисторный для измерения тягового усилия К-Р-20Г-20-С1; б - датчик оборотов ведущих колес трактора ИП-268; в - датчик пройденного пути ИП-266.
В процессе испытаний агрегата проводили регистрацию и измерение следующих эксплуатационных показателей: тяговое сопротивление сельскохозяйственной машины (усилие на крюке трактора) (Р, кН), рабочая скорость движения (V'р, м/с), буксование ведущих колес трактора (8, %).
Для установки контрольно-измерительной аппаратуры и датчиков на МТА были специально разработаны и изготовлены приспособления, позволяющие надежно фиксировать датчики на время проведения измерения, а также оперативно менять их положение в зависимости от конструктивных особенностей и компоновки конкретного ЭС, работающего в составе МТА [12].
Условия испытания агрегата были следующими: агро-фон - пар чистый (стерня зерновых), предшествующая обработка - культивация ПК-8,5 «Кузбасс» (5.. .8 см), тип и механический состав почвы - чернозем среднегумусный оподзоленный, средняя длина гона - 1094,2 м, глубина обработки почвы - 21 см, средняя абсолютная влажность почвы в горизонте 0.30 см - 37,5 %.
Динамометрирование агрегата проводили при движении в пределах диапазона агротехнически допустимых рабочих скоростей: 7.10 км/ч - для операции полосового рыхления, 6.8 км/ч - для операции внесения удобрений.
матической шины по агрофону. Отличия параметров движителей и компоновки автомобиля от штатной емкости агрегата не оказывали значимого влияния на конечные результаты измерений.
Опыты были реализованы в виде отдельных блочных планов, где в качестве варьируемого фактора выступала рабочая скорость движения агрегата [13]. Измерения проводили при рабочем и холостом движении агрегата в загоне (табл. 1).
Результаты измерений для расчета таких статистических оценочных характеристик, как математическое ожидание М(х), максимальное хтах и минимальное хтт значения, среднее квадратическое отклонение а(х) и вариация v(x) обрабатывали методом дисперсионного анализа [11].
Таблица 1. Параметры проведения опытов
Размер выборки N Продолжительность реализации опыта
рабочий ход холостой ход ипо-вороты по времени, с по пройденному расстоянию, м
В режиме рыхлителя 23 13 30,0 61,65 В режиме растениепитателя 22 15 30,3 46,47
Таблица 2. описательная статистика эксплуатационных показателей агрегата, определяемых в ходе динамометрирования
кН/м)
Показатель
М(х)
х„
о(х)
У(Х), %
В режиме рыхлителя
Р, кН 68 70,71 65,37 1,46 2,14
м/с 2,08 2,29 1,68 0,13 6,18
Ъ, % 17,56 21,1 15,5 1,25 7,1 В режиме растениепитателя
Р, кН 78,85 83,77 71,01 2,73 3,46
Ур, м/с 1,61 1,83 1,44 0,073 4,56
8Р % 27,05 34,7 20,5 3,86 14,27
(3)
удельного тягового сопротивления агрегата (к, имеем следующие зависимости: в режиме рыхлителя к = 4,15 + 0,15Ур2, в режиме растениепитателя
к = 5,16 + 0,25^. (4)
Полученные результаты (см. табл. 2 и рис. 3) свидетельствуют о невыполнении испытуемым агрегатом требований агротехники по рабочей скорости движения
Таблица 3. описательная статистика приведенных (к = 1,39 м/с) энергетических показателей работы агрегата
результаты и обсуждение. Обработка экспериментальных данных (табл. 2) позволила получить графические зависимости (рис. 3), а также уравнения связи среднего тягового сопротивления агрегата (Р, кН) с рабочей скоростью движения (V' м/с):
в режиме рыхлителя
Р = 59,91 + 1,86^, Я = 0,735, (1)
в режиме растениепитателя
Р = 65,12 + 3,14^,/? = 0,534, (2)
После преобразования уравнения для среднего
Размер выборки N М(Ю, кН/м £0, с2/м2
В режиме рыхлителя
23 63,49 1,46 2,14 5,04 0,034
В режиме растениепитателя
22 77,36 2,73 3,46 6,14 0,030
2,40
2,30
2,20
2,10
2,00
1,90
1,80
1,70
1,60
Г)
л • • • •
о Ур____ •
« • 3— о • • о 5 *
' о о ~ п 3
о о и
• •
21
22
20
19
17
а)
65
66
67 68 69
Тяговое сопротивление, кН
1,90
1,80
0 ■а
т
с
о р
о к
с
1 1,60
о
ю га О.
1,70
1,50
1,40
о о о о ) •
о гу
о в» 8. • •¿у * «у 'о • •
• 5 • ■ - о о о о о о о
О Ур о • • О
и буксованию движителей трактора в пределах исследуемого диапазона тяговых сопротивлений. Средние скорости движения агрегата при проведении операций рыхления почвы и подкормки ниже рекомендованных агротехникой соответственно на 16,8 % и 17,3 %, а буксование движителей трактора превышает допустимый уровень в среднем на 20,3 % и 49,3 % соответственно.
На основании уравнений регрессии (1)...(4), были определены приведенные к эталонной скорости движения (У0= 1,39 м/с = 5 км/ч) величины коэффициента пропорциональности е0 и удельного тягового сопротивления агрегата к0, а также описательная статистика их изменения (табл. 3).
Полученные обобщенные данные по энергетическим показателям агрегата позволили, используя разработанную вероятностную модель функционирования МТА как системы «П-М-Дж-Т-Дв» [7, 9, 10], с расчетной вероятностью прогнозировать значения параметров и выходных эксплуатационных показателей ЭС для конкретной почве нно-климатической зоны в условиях неустановившихся внешних воздействий.
Эксплуатационный вес трактора, необходимый для обеспечения выполнения агротехнических требований по буксованию движителей:
16
15
14
70
71
34
30 .
32
28
26
24
22
20
70 71 72 73 74
б)
75 76 77 78 79 80 81 Тяговое сопротивление, кН
82 83 84 85
Мфщах ->АеХр"в[81т('5)'
рис. 3. Зависимость средней рабочей скорости движетия и буксования движителей трактора от тягового сопротивления агрегата: а - в режиме рыхлителя; б - в режиме растениепитателя; • - рабочая скорость, О - буксование.
где Ртах - максимальное значение среднего тягового усилия трактора (тягового
сопротивления агрегата), установленное в условиях проведения испытаний, кН; [8]тах - максимально допустимая по агротехническим требованиям величина буксования ведущих колес трактора, %; X - коэффициент перераспределения эксплуатационного веса трактора между его осями; А, В, фтах - коэффициенты функции, аппроксимирующей кривую буксования движителей при тяговых испытаниях трактора.
Максимальное значение среднего тягового сопротивления агрегата определяли по_формуле:
(6)
Р = к
max 0 max
где к0тах - приведенное значение максимального среднего удельного тягового сопротивления агрегата, кН/м; [Ур]тах - максимальная рабочая скорость агрегата в соответствии с установленными требованиями агротехники, м/с; В - рабочая ширина захвата агрегата, м.
Возможные значения приведенного удельного тягового сопротивления сельскохозяйственной машины при работе на отдельном поле ограничены допустимыми (толерантными) пределами:
к0т>п= М(к0)[1-ч(к0%,], (7)
(8)
К max = M(/f0)[l+v(/t0)fa2],
где М(к0), v(k0) - соответственно математическое ожидание (кН) и коэффициент вариации среднего приведенного удельного тягового сопротивления сельскохозяйственной машины; ta2 - отклонение от М(к0), выраженное в средних квадратических отклонениях а(к0) при заданной доверительной вероятности а и доле признака Д.
На основании эксплуатационных показателей агрегата, установленных в ходе динамометрирования (см. табл. 2), по формулам (7) и (8) был определен расчетный диапазон среднего приведенного удельного тягового сопротивления к0 применительно к почвенным условиям проведения испытаний (табл. 4). Результаты такой работы указывают на увеличение среднего приведенного тягового сопротивления на 17,9 % и расширение диапазона его изменения на 49,4 % при работе агрегата в режиме растениепитателя, по сравнению с почвообработкой, а также позволяют оценить с заданной вероятностью на основании расчета потенциальный диапазон изменения эксплуатационных показателей агрегата.
Таблица 4. расчетный диапазон среднего приведенного удельного тягового сопротивления агрегата при работе на отдельном поле (при а = 0,95 и Д = 0,05)
M(k± кН/м v(k) I« = *а2 Границы k0 диапазона, кН/м
k 0min k Omax
В режиме рыхлителя
5,04 0,021 1,96 4,83 5,25
В режиме растениепитателя
6,14 0,035 1,96 5,73 6,56
стей движения МТА, минимальное значение эксплуатационного веса ЭС должно составлять 221,3 кН, что более чем на треть (34,5 %) превышает вес трактора Fendt 936 Vario (144 кН). Работа агрегата в режиме растениепитателя по причине более высоких тяговых сопротивлений требует дополнительного увеличения веса ЭС на 30,5 кН (12 %).
Согласно [6, 7], для определения тяговой мощности агрегата (крюковой мощности трактора) использовали следующую формулу:
Чр^^, (9)
где Nu - номинальная мощность двигателя трактора, кВт; XN - коэффициент использования номинальной мощности двигателя трактора.
Коэффициент XN, в зависимости от технических характеристик трактора, условий проведения испытаний агрегата и статистических характеристик тягового сопротивления рабочей сельскохозяйственной машины, может быть определен с использованием высокозначимой регрессионной зависимости, установленной по результатам испытаний [8]:
A,n = 114 -13,85q + 8,43е0 +157,3v (Р0) -
-161,3qv(P0)-162,7v(P0)2, (10)
где q - среднее значение знаменателя геометрического ряда основного диапазона передач трактора; е0 - коэффициент пропорциональности, с2/м2; v(P0) - коэффициент вариации среднего приведенного тягового сопротивления агрегата. Тяговый КПД трактора:
Лт =1W16. (11)
где птр, nf, П8 _ КПД механических потерь в трансмиссии трактора, потерь на перекатывание трактора и буксование его движителей соответственно. КПД потерь на перекатывание трактора:
П,=1-
F?
F> +Р
(12)
КПД потерь на буксование движителей трактора: Т18=1-5, (13)
где 8 - буксование ведущих колес трактора. Расчетное значение буксования движителей трактора с эксплуатационным весом получено выражением его из формулы (5):
5 = ein
фт
XG'
тр
(14)
С учетом верхнего граничного значения диапазона изменения среднего удельного приведенного тягового сопротивления агрегата к0тах по формуле (8), определено действительное тяговое сопротивление Ртах при максимальной рабочей скорости в соответствии с требованиями агротехники по формуле (6).
По формуле (5) рассчитана средняя величина эксплуатационного веса трактора в^, необходимая для выполнения установленных агротехнических требований по буксованию его движителей (табл. 5). При работе в пределах диапазона допустимых по агротехнике скоро-
Сила сопротивления перекатыванию трактора в=«5тр, (15)
где f - коэффициент сопротивления качению колес трактора.
Коэффициент сопротивления перекатыванию трактора характеризует состояние агрофона и определяется на основании данных, полученных при проведении динамо-метрирования агрегата на холостом ходу (табл. 6):
* = (16)
Таблица 5. расчет величины требуемого эксплуатационного веса трактора при агрегатировании с АвА-12,6
max, м/с(км/ч) Коэф Ьфициент А [В] max, % кН
A B Ф max
В режиме рыхлителя 2,78(10) 79,18 0,71 5,87 0,67 1,0 14 221,3 В режиме растениепитателя 2,22(8) 90,1 0,71 5,87 0,67 1,0 14 251,8
Таблица 6. описательная статистика энергетических показателей работы агрегата при выполнении холостых проходов
Агрофон Размер выборки N М(Рх) кН кН % f
Пар чистый 13 7,10 0,26 3,60 0,095
где Рхх - тяговое сопротивление агрегата при выполнении холостых проходов, кН; Gм - вес испытуемой сельскохозяйственной машины.
Поскольку по результатам исследований [7, 8, 14] не установлено наличия зависимости между холостым тяговым сопротивлением сельскохозяйственной машины и скоростью движения агрегата приведенные значения энергетических показателей не определяли.
Тяговая мощность агрегата по результатам контрольного динамометрирования также может быть рассчитана по формуле:
Чр =РЦ. (17)
Путем подстановки выражения (17) в формулу (9) и решения ее с учетом формул (10).. .(15) относительно Nн', был определен расчетный диапазон средних значений номинальной мощности двигателя ЭС Nн', необходимой для использования его в составе агрегата применительно к конкретным условиям проведения испытаний, характеризуемым пределами изменения приведенного удельного тягового сопротивления почвы к0тт...к0тах (7)...(8) без нарушения установленных требований по рабочей скорости и буксованию движителей [10] (табл. 7). Несмотря на то, что работа агрегата в режиме рас-тениепитателя характеризуется более высоким средним тяговым сопротивлением, на 9,9 % превышающими величину аналогичного показателя при почвообработке, требуемая мощность двигателя ЭС в среднем на 10,6 % (37,2 кВт) ниже, что обусловлено меньшей рабочей скоростью агрегата при выполнении подкормки в соответствии с требованиями агротехники.
Соответствие трактора своему назначению по тягово-скоростным свойствам оценивали по коэффициенту энергонасыщенности:
Э
^ _ Gtp '
(18)
Энергонасыщенность ЭС рассчитана на основании данных таблиц 5 и 7 для всего расчетного диапазона номинальной мощности двигателя.
Используя зависимости (9)...(17), а также основные положения вероятностной математической модели функционирования МТА как системы «П-М-Дж-Т-Дв», была проведена сравнительная оценка средних выходных показателей ЭС [при М(к0)] с расчетными параметрами в^, Nн' и трактора, проходившего испытания в составе агрегата (рис. 4).
При этом в реальных условиях эксплуатации добиться рационального уровня энергонасыщенности ЭС в преде-
Чистая часовая производительность, га/ч
Рабочая скорость, км/ч Тяговая мощность, кВт Тяговый к.п.д., % Буксование,% Тяговое сопротивление, кН
а)
Чистая часовая щ 10,92 производительность, га/ч П 9,51 7,93
_а 8,7
Рабочая скорость, км/ч П 7,9
Тяговая мощность, кВт
Тяговый к.п.д., %
13,41
Буксование, % 112,9
Тяговое сопротивление, кН
68 о
200 250
рис. 4. Сравнение средних энергетических и эксплуатационных показателей МТА па базе ЭС с расчетными параметрами и трактора Fendt 936 Vario при работе на отдельном поле: а - в режиме рыхлителя [/W(/c0)=5,04 кН/м]; б - в режиме растениепитателя [M(k0) = 6,14 кН/м]; ■ - трактор Fendt 936 Vario (Этр=1,87 кВт/кН), □ - ЭС с расчетными параметрами (Этр=1,58 кВт/кН - в режиме рыхлителя, Этр=1,24 кВт/кН - в режиме растениепитателя), □ - ЭС с расчетными параметрами при N^ =const, G^p=var (Этр=1,39 кВт/кН).
лах всего диапазона изменения рабочих сопротивлений агрегата (7)...(8) при условии его неизменного состава, можно лишь путем балластирования ЭС и рассмотрения его эксплуатационного веса в качестве переменного параметра (G^p=var, при ^-const). В качестве примера к сравнению добавили показатели ЭС с параметрами N^ =349,8 кВт и G;p=251,8 кН (рис. 4б).
Из представленных зависимостей видно, что ЭС с расчетными параметрами обеспечивает снижение буксования движителей в зависимости от выполняемой операции - «рыхление/подкормка» в среднем на 42,3/58,5 % и увеличение тягового КПД на 4,7/13,6 %, в сравнении с трактором Fendt 936 Vario, что ведет к увеличению среднего рабочего тягового усилия на крюке, реализуемого без нарушения установленных требований, на 8,1/8,2 %.
Использование ЭС с рациональной энергонасыщенностью в составе агрегата благодаря увеличению его средних рабочих скоростей движения на 20,2/27,5 % обеспечивает
Таблица 7. расчет диапазона средних значений номинальной мощности двигателя энергосредства при агрегатировании с АвА-12,6
kp кН/м P , кН тах' P, кН 5, % П5 Пт N , кВт K¡y N ', кВт н '
4,83 72,80 20,95 0,78 В режиме рыхлителя 12,5 0,88 0,62 202,2 0,98 335,4
5,04 75,99 0,78 13,2 0,87 0,62 211,1 349,8
5,25 79,18 0,79 14,0 0,86 0,62 219,9 364,5
5,73 78,66 23,84 0,77 В режиме растениепитателя 11,7 0,88 0,62 174,8 0,97 292,3
6,14 84,38 0,78 12,8 0,87 0,62 187,5 312,6
6,56 90,10 0,79 14,0 0,86 0,62 200,2 333,7
рост чистой часовой производительности до 16,6/22,8 %, а при балластировании ЭС - до 22,8/27,3 %.
выводы. Трактор Fendt 936 Vario в комплектации, представленной на испытаниях, имеет энергонасыщенность 1,87 кВт/кН и по своим тягово-скоростным свойствам не соответствует условиям агрегатирования с испытуемой сельскохозяйственной машиной по рабочей скорости движения и буксованию движителей.
Расчетное среднее значение требуемой номинальной мощности двигателя ЭС составляет 349,8 кВт (476 л.с.). Требуемый эксплуатационный вес ЭС для выполнения агрегатом операции рыхления равен 221,3 кН с бал-
ластированием до 251,8 кН при работе МТА в режиме растениепитателя, в зоне высоких удельных тяговых сопротивлений почвы - 5,73.6,56 кН/м.
Энергонасыщенность ЭС с расчетными параметрами составит 1,39.1,58 кВт/кН, в зависимости от выполняемой полевой операции, при этом оно будет демонстрировать стабильно высокие эксплуатационные показатели в пределах всего диапазона средних приведенных удельных тяговых сопротивлений агрегата - 4,83 < М(к0) < 6,56 кН/м с учетом ограничений, накладываемых требованиями технологии и агротехническими нормативами.
Литература.
1. Schwehn J., Haberle S., Boettinger S. Development of energy requirements of tractors and implements // 75-th Conference LAND, TECHNIK, Hannover, Germany, 2017. Vol. 2300. Pp. 237-244.
2. Кутьков Г. М., Сидоров В. Н., Сидоров М. В. Расчет мощности двигателя и веса трактора тягово-энергетической концепции [Электронный ресурс] // Электронный журнал: наука, техника и образование. 2016. № 2 (6). С. 37-46. URL: https:// elibrary.ru/download/elibrary_26847518_53598916.PDF(дата обращения: 18.09.2018).
3. Кутьков Г. М., Грибов И. В., Перевозчикова Н. В. Балластирование тракторов// Тракторы и сельхозмашины. 2017. № 9. С. 52-60.
4. Power performance of farm tractor in field operations/A. Koniuszy, P. Kostencki, A. Berger, etc.// Eksploatacja i Niezawodnosc -Maintenance and Reliability. 2017. 19 (1). Рр. 43-47.
5. Development and evaluation of power consumption model for no-till planter based on working parameters / D. M. Gao, L. H. Li, X. D. Qiao, etc. // International Journal of Agricultural and Biological Engineering. Vol. 10. No. 1. Pp. 80-87.
6. Russini A., Schlosser J. F., de Farias M. S. Estimation of the traction power of agricultural tractors from dynamometric tests [Электронныйресурс]//Ciencia Rural. 2018. Vol. 48. No. 4. URL: http://www.scielo.br/shttp://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_ arttext&pid=S0103-84782018000400351&lng=en&tlng=en (дата обращения: 16.09.2018).
7. Красовских В. С. Повышение эффективности функционирования тяговых агрегатов за счёт оптимизации параметров и эксплуатационных режимов работы в степных и лесостепных районах Западной Сибири: дис. ... д-ра техн. наук. Санкт-Петербург, 1991. 460 с.
8. Беляев В. И. Повышение эффективности обработки почвы и посева зерновых культур при использовании перспективных машинно-тракторных агрегатов: дис.... д-ра техн. наук. Барнаул, 2000. 411 с.
9. Бережнов Н. Н., Сырбаков А. П. Обоснование параметров и режимов работы посевного почвообрабатывающего комплекса на примере ПК «Кузбасс-Т» [Электронный ресурс]//АгроЭкоИнфо. 2017. № 1 (27). URL: http://agroecoinfo.narod.ru/ journal/STATYI/2017/1/st_101.doc. (дата обращения: 16.09.2018).
10. Бережнов Н. Н. Обоснование номинальной мощности энергосредства при агрегатировании с дисковым почвообрабатывающим орудием по результатам динамометрирования агрегата //ВестникАГАУ. 2017. № 5 (151). С. 163-170.
11. Хайлис Г. А., Ковалев М. М. Исследования сельскохозяйственной техники и обработка опытных данных. М.: Колос, 1994. 169 с.
12. Видикер А. А., Бережнов Н. Н. Адаптация аппаратных средств измерительно-информационного комплекса для проведения контрольного динамометрирования энергонасыщенных МТА [Электронный ресурс] // Материалы VIII региональной научно-практической конференции студентов и аспирантов, посвященной 80-летию НГАУ-НСХИ. Новосиб. гос. аграр. ун-т. Инженер. ин-т. Новосибирск, 2016. С. 52-58. URL: http://www.mechfac.ru/files/lks/konf_nirm/sbornik_tehservis_2016.pdf (дата обращения: 16.09.2018).
13. Беляев В. И., Бауэр И. И., Зыга Ю. С. Тяговые испытания и агротехническая оценка посевных машин при различных скоростных режимах работы // Вестник АГАУ. 2008. № 3 (41). С. 50-54.
14. Беляев В. И., Бережнов Н. Н., Тюрин Д. В. Результаты тяговых испытаний посевных комплексов «Кузбасс» в Алтайском крае // Вестник АГАУ. 2005. № 4 (20). С. 44-47.
Justification of Power/Weight Ratio of a Wheel Tractor on the Basis of Data of Control Dynamometer Test of the Aggregate
N. N. Berezhnov, L. V. Averichev
Kemerovo State Agricultural Institute, ul. Markovtseva, 5, Kemerovo, 650056, Russian Federation
Abstract. The purpose of the study was to determine the compliance of the traction-speed performance of the tractor, included into the composition of a machine-tractor unit (MTU), to the requirements of aggregation, taking into account the random nature of changes in the external operating factors. The work was carried out on the example of MTU Fendt 936 Vario + AVA-12.6 "Agropitatel" in the Leninsk-Kuznetsky district of the Kemerovo region in 2017. The method of control dynamometer test established probabilistic characteristic of traction resistance of an agricultural machine, its dependence on the speed at primary tillage and intra-soil application of liquid fertilizers. The tests were conducted on medium-humic podzolized chernozem soil against a stubble background at the depth of tillage and plant fertilizing of 21 cm and the average rut of 1100 m. The modified values of traction resistance of the MTU (to the speed of 5 km/h) were 5.04 kN/m and 6.14 kN/m for tillage and fertilizing operations, respectively. The coefficients of proportionality were 0.034 s2/m2 and 0.030 s2/m2, and the variation coefficients were 2.1% and 3.5% (p was less than 0.05), respectively. Tractor Fendt 936 Vario did not meet the requirements for working speed and propulsion skidding while operating at average specific traction resistance M(k0) within the range of 4.38-6.56 kN/m. The calculated average value of the required nominal rated power of the engine of the aggregate power unit (APU) was 349.8 kW (476 h.p.), so the required operational weight for the unit to perform the loosening operation was 221.3 kN with the need for additional loading up to 251.8 kN for the work of MTU in the mode of plant-feeder. The APU with the calculated parameters will have a power/weight ratio of 1.39-1.58 kW/kN and will provide an increase in traction efficiency by 4.7-13.6% in comparison with the Fendt 936 Vario tractor; it will cause an increase in the average working traction on the hook by 8.1-8.2%, implemented without violating the established requirements. As a result, the average operating speeds of the MTU will increase by 20.2-27.5% and its net hourly productivity will grow by 22.8-27.3%.
Keywords: tractor; ripper; dynamometer test; aggregate; traction resistance; skidding; field tests; power/weight ratio; parameter; statistic.
Author Details: N. N. Berezhnov, Cand. Sc. (Tech.), assoc. prof. (e-mail: [email protected]); L. V. Averichev, Cand. Sc. (Tech.), head of department.
For citation: Berezhnov N. N., Averichev L. V. Justification of Power/Weight Ratio of a Wheel Tractor on the Basis of Data of Control Dynamometer Test of the Aggregate. DostizheniyanaukiitekhnikiAPK. 2018. Vol. 32. No. 12. Pp. 76-81 (in Russ.). DOI: 10.24411/02352451-2018-11222.
