CC BY
104
Литература
1. Агеев Л.Е., Шкрабак В.С., Моргулис-Якушев ВЮ. Сверхмощные тракторы сельскохозяйственного назначения. - Л.: Агропормиздат. Ленингр. отд-ние, 1986. - 415 с.
2. Агеев Л.Е., Бахриев С.Х. Эксплуатация энергонасыщенных тракторов. - М.: Агропромиздат, 1991. -271 с.
3. Лурье А.Б. Статистическая динамика сельскохозяйственных агрегатов. - Л.: Колос, 1970. - 376 с.
4. Эвиев В.А. Методология повышения эффективности функционирования тяговых и тягово-приводных агрегатов за счет оптимизации эксплуатационных режимов: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. - СПб.; Пушкин, 2005. - 32 с.
УДК 629.114.2 Н.И. Селиванов
ПОКАЗАТЕЛИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТРАКТОРОВ «КИРОВЕЦ»
В статье дана сравнительная оценка эффективности тракторов «Кировец», позволившая обосновать их рациональные массоэнергетические параметры и режимы использования на операциях основной обработки почвы.
Ключевые слова: обработка почвы, производительность, режимы работы, удельные энергозатраты, эксплуатационные параметры.
N.I. Selivanov INDICATORS OF THE TRACTORS «KIROVETS» USE EFFICIENCY
Comparative estimation of the tractor "Kirovets" efficiency which allowed to prove their rational mass and energy parameters and operating modes on the operations of primary soil cultivation is given in the article.
Key words: soil cultivation, efficiency, operating modes, specific power inputs, operational parameters.
Введение. По условиям работы сельскохозяйственных агрегатов районы Красноярского края относятся к 9-й почвенно-климатической зоне, которая характеризуется удельным сопротивлением почвы (плуга) 59-65 кН/м2, средним классом длины гона 600-1000 м и размером полей от 30 до 150 га. При этом поля с длиной гона более 1000 м и площадью свыше 140 га составляют 53,4 %. Обобщенные поправочные коэффициенты, учитывающие угол склона, сложность конфигурации, изрезанность полей препятствиями и прочее, принимаются для почвообрабатывающих (пахотных) и других (непахотных) работ, равными соответственно 0,92 и 0,95 [1].
Ресурсосберегающие и минимальные технологии возделывания зерновых с применением широкозахватных комбинированных почвообрабатывающих посевных агрегатов внедрены на более чем 60 % посевной площади. Качественный состав тракторного парка предопределен системой технического обеспечения зональных технологий в отрасли растениеводства. Тракторы «Кировец» при этом составляют около 17 % от общего количества и выполняют более 37 % годового объема механизированных работ [2].
Широкое внедрение современных ресурсосберегающих технологий возделывания зерновых невозможно без эффективного использования нового поколения отечественных тракторов «Кировец» 5-8 классов в составе почвообрабатывающих и посевных агрегатов.
Цель исследований. Оценка показателей эффективности тракторов «Кировец» для рационального использования на основной обработке почвы.
Задачи исследований:
1) обосновать скоростные режимы для основных операций и типов почвообрабатывающих машин;
2) установить рациональные тягово-скоростные диапазоны использования тракторов «Кировец» с переменными массоэнергетическими параметрами на основной обработке почвы;
3) дать сравнительную оценку эффективности использования тракторов «Кировец» на операциях основной обработки почвы.
Условия и методика исследований. Поэтапное решение поставленных задач основывается на многоуровневом системном подходе с использованием детерменированно-стохастических составляющих, обоснованных критериев оптимальности и установленных ограничений для соответствующих уровней и этапов оптимизации [3].
Оптимальная рабочая скорость ¥*р1 рассчитывается с учетом ресурсосберегающих принципов воздействия рабочих органов на почву. В качестве критериев оптимизации приняты эквиваленты производительности Кя и удельных энергозатрат КЕП.
'Кщ =У/[1 + АК1 (V2 -У2)]^ тах;
Кщ = /1 + АК/У2 - V2)]2/г,ТнУ -> пап, ^
где ДК| - приращение удельного сопротивления рабочей машины Ко при превышении рабочей скорости V значения Уо=1,4 м/с; г|тн - номинальное значение тягового КПД трактора.
Основными показателями эффективности тракторов являются потенциальная производительность
, Дж/ М2
Ж (м2/с) и удельные энергетические затраты на единицу производительности Ке -------). Их опреде-
м / с
ление производится по потенциальной тяговой характеристике на режимах максимального тягового КПД Пттах или предельно допустимого буксования 5д в условиях вероятностной нагрузки
& = ф!ю/КаЕк;
[КЕ=Ю00Е2к/(^Кеэ),
о» *
где с,^ - коэффициент использования мощности двигателя при вероятностной нагрузке; Иеэ - эксплуатационная мощность двигателя.
Критерий Ек=|.1к/Птн—>1тнп эквивалентен критерию минимума удельных (на единицу площади) энергозатрат Еп=КоЕк—>ггнп (Дж/м2), а следовательно, и критерию минимума расхода топлива = С^еЕп на единицу площади (кг/м2) при удельном расходе топлива двигателем Яе кг/(кВтч):
Ек=[ 1 + АК(У2 - V2)] / г/Тн =цк/ г/Тн -> пип. (3)
Показатель Ке с размерностью кВт-1 независимо от Ко характеризует энергозатраты
Епр =ЕП/1¥=К2о/^Кеэ/Е2к =К20КВ (4)
при КЕ^т1п Епр^т1п, что соответствует условию ресурсосбережения.
Тяговый КПД трактора можно выразить в виде произведения КПД, учитывающих потери мощности в трансмиссии г|тр, потери на качение ф=фф/(фкр+1} и буксование Пб=(1-б):
Пт=ПтрГ№. (5)
Взаимосвязь буксования 5 и тягового усилия Ркр=фкрmэg в рабочем диапазоне нагрузок от 5opt при пттах до 5д=0,15 аппроксимируется функцией 5=афкр/(b-фкр), а скорость движения определяется по выражению
V = ^еЛтрЛз /(Ркр + /М,И- (6)
Коэффициент использования мощности ^ рассчитывается по разработанной [4] методике при среднем значении коэффициента приспособляемости двигателей по крутящему моменту Км =1,20 и вариации нагрузки Vмс=0,07.
Результаты исследований и их обсуждение. Потенциальный диапазон изменения рабочей скорости МТА, ограниченный ¥*т и У*іп, установлен с использованием эквивалент Кпі и Кепі. Максимальная скорость У*т соответствует наивысшей производительности Кп=^К^тах и определяется из условия dКП/dV=0. Минимальная скорость У*^ при КЕП=ЕК/КП^тт соответствует минимуму энергозатрат из условия dКЕп/dV=0.
Значения максимальной и минимальной рабочих скоростей зависят только от величины ДК. Оптимальное значение рабочей скорости агрегата выбирается из условия У*іп < У^ < У*^, независимо от тягового режима использования трактора.
В табл. 1 приведены усредненные характеристики удельных тяговых сопротивлений для основных видов работ и типов машин с учетом зональных условий АПК Красноярского края [5]. Изменение коэффициента ДК от 0,20 до 0,06 приводит к повышению У*т от 1,74 до 3,83 м/с. Оптимальная скорость, определенная из условия Кеп( М1,06-1,10)Кеп™, возрастает при этом от 1,60 до 2,83 м/с и позволяет обеспечить производительность, близкую к максимальной (К°п = КПорі /КПтах - 0,954-0,990).
Значения тягового КПД тракторов 4к4б «Кировец», рассчитанные по результатам стендовых и полевых тяговых испытаний на режимах пттах и 5д при оснащении одинарными и сдвоенными колесами, приведены в табл. 2.
Установка сдвоенных колес уменьшает коэффициент сопротивления качению на стерне f в среднем от 0,10 до 0,06, что приводит к повышению от 0,623 до 0,696 максимального и от 0,611 до 0,666 на режиме допустимого буксования значений тягового КПД и существенному расширению рационального тягового диапазона (фкртах-фкрорО. При этом режим, соответствующий г|ттах, смещается в зону меньших тяговых усилий и буксования.
Рациональные тягово-скоростные диапазоны использования выпускаемых и эксплуатируемых в настоящее время тракторов семейства «Кировец» определяются установленными массоэнергетическими параметрами (табл. 3) и режимами работы по тяговому КПД. При повышении энергонасыщенности Э тракторов на одинарных колесах от 12,54 Вт/кг (К-744Р-04) до 15,14 Вт/кг (К-744Рз) значения рабочей скорости У* на режиме пТтах возрастают от 2,04 до 2,47 м/с, а скорости У* на режиме 5д от 1,67 до 2,01 м/с. Весовые параметры тракторов обеспечивают на этих режимах тяговые диапазоны, соответствующие 5-6 (К-744Р-04/Р-05/Рі/Р2, К-701) и 6-8 (К-744Рз) классам.
Таблица 1
Усредненные характеристики тяговых сопротивлений для основных видов работ и типов машин в почвенно-климатических условиях АПК Красноярского края
Вид работы Ко, кН/м ДК, с2/м2 Vpкр $ V тах > м/с $ V, м/с Наименование машин
Вспашка отвальная (11=0,21-0,23 м) 12,0-14,0 0,15-0,18 0,07-0,08 1,9-2,2 1,7-1,8 Плуги отвальные
Культивация сплошная и комбинированная обработка почвы (11=0,14-0,16 м) 4,7-7,8 0,10-0,12 0,06-0,07 2,5-2,8 1,9-2,1 Комбинированные агрегаты (АКП, КСР и др.)
Лущение стерни и комбинированная поверхностная обработка почвы (1=0,08-0,10 м) 2,0-6,5 0,06-0,08 0,06-0,08 3,2-3,8 2,4-2,8 Агрегат для поверхностной обработки (БДМ, Рубин и др.)
Глубокое рыхление и чизе-левание почвы (И=0,30-0,45 м) 10,0-14,0 0,18-0,20 0,10-0,15 1,7-1,9 1,6-1,7 Культиваторы- плоскорезы- глубкорыхлители
Показатели тягово-сцепных свойств тракторов 4к4б «Кировец» (фон-стерня)
Таблица 2
Комплектация трактора Режим работы Показатель
Птр Пб \ Пт фкр Ф
Одинарные колеса ПТтах 0,88 0,900 0,10 0,623 0,370 0,470
5д=0,15 0,88 0,850 0,10 0,611 0,446 0,546
Сдвоенные колеса ПТтах 0,88 0,926 0,06 0,696 0,350 0,410
5д=0,15 0,88 0,850 0,06 0,666 0,486 0,546
Оснащение тракторов К-744Р1/Р2/Р3 сдвоенными колесами с установкой балласта увеличивает эксплуатационную массу на 12,5-14,2 %, что приводит к соответствующему снижению энергонасыщенности и
$
рабочей скорости Уд до 1,61-1,76 м/с, при которых их максимальные тяговые усилия Рфтах соответствуют 8 классу.
Сопоставление значений Уор1 и Ушах для сельскохозяйственных машин (табл. 1) и тракторов
(табл. 3) позволило определить наилучшую согласованность их тягово-скоростных режимов совместной работы по производительности, энергетическим затратам и агротехническим требованиям. На глубоком рыхлении, отвальной вспашке и сплошной культивации при ДК>0,12 с2/м2 рациональные скорости с учетом вероятностного характера тяговой нагрузки достигаются при использовании тракторов (кроме К-744Р-04) на тяговом режиме, соответствующем допустимому буксованию или близкому к нему.
Таблица3
Рациональные тягово-скоростные режимы работы тракторов «Кировец» (фон-стерня, Vмс=0, 07)
Марка трактора Масса эксплуатационная, кг N93, кВт Э, Вт/кг Режим ПТтах Режим бд=0,15
Н к £ Рк $ Чрі, м/с Н к £ Рк V * м/с
1 2 3 4 5 6 7 8
К-744Р-04 13400 168 12,54 48,64 2,04 58,63 1,67
К-744Р-05 13400 205 15,30 48,64 2,49 58,63 2,03
К-744Р1 15080 205 13,59 54,74 222 65,98 1,81
Окончание табл. 3
1 2 3 4 5 6 7 8
К-744Р2 15680 235 14,99 56,92 2,44 68,60 1,99
К-744Р3 17500 265 15,14 63,53 2,47 76,56 2,01
К-701 13700 198,5 14,49 49,73 2,36 59,94 1,93
К-744Р1Б 16980 205 12,07 58,30 2,32 80,99 1,61
К-744Р2Б 17780 235 13,22 60,99 2,54 84,81 1,76
К-744Р3Б 20000 265 13,25 68,60 2,54 95,4 1,76
Рациональный диапазон скоростей на сплошной культивации, поверхностной обработке почвы и посеве при Дк=0,08-0,10 с2/м2 соответствует использованию тракторов (кроме К-744Р-04) независимо от массоэнергетических параметров в зоне максимального тягового КПД. Рабочие скорости Ушах (Уор1 )>2,8 м/с
при ДК=0,06-0,08 с2/м2 обеспечиваются на повышенных передачах с тяговым усилием Ркр<РФо^.
Анализ показателей эффективности тракторов «Кировец» на операциях основной обработки почвы при ДК=Уаг (табл. 4-5) позволил обосновать их рациональные параметры и режимы использования.
На отвальной вспашке лучшие удельные показатели производительности ^у*=0,139-0,169 га/чт), топливных на единицу площади (Ек=2,02-2,46) и энергетических на единицу производительности (Ке=0,0209-
0,0310 кВт-1) затрат в диапазоне (РфоргРфтах) обеспечивает трактор К-744Р1 на одинарных колесах. Близкие к ним удельные показатели характерны для трактора К-744Р3.
При установке сдвоенных колес улучшение показателей чистой производительности и удельных энергозатрат составляет 6-7 % на режиме пттах и 20-24 % при допустимом буксовании.
На сплошной культивации наивысшие удельные показатели эффективности достигаются при использовании тракторов К-744Р3 и К-744Р1. Установка сдвоенных колес снижает удельные затраты (Ек) и повышает чистую производительность этих тракторов до 8-9 %.
Таблица 4
Потенциальные показатели эффективности тракторов «Кировец» на вспашке (Ко=13,65 кН/м, ЛК=0,18 с2/м2)
Марка трактора Режим ПТтах Режим бд=0,15
Ек W*, га/ч Кеп, кВт-1 Wv*, га/чт Ек W*, га/ч Кеп, кВт-1 Wv*, га/чт
К-744Р-04 2,24 1,88 0,0314 0,140 1,88 2,24 0,0221 0,167
К-744Р-05 2,83 1,82 0,0411 0,136 2,27 2,27 0,0265 0,169
К-744Р1 2,46 2,09 0,03107 0,139 2,02 2,55 0,02095 0,169
К-744Р2 2,76 2,14 0,0341 0,136 2,23 2,65 0,0223 0,169
К-744Р3 2,80 2,38 0,03114 0,136 2,25 2,96 0,0201 0,169
К-701 2,65 1,88 0,0372 0,137 2,16 2,31 0,0247 0,1686
К-744Р1Б 2,32 2,22 0,0276 0,131 1,67 3,08 0,0143 0,181
К-744Р2Б 2,60 2,27 0,0303 0,128 1,81 3,26 0,0147 0,183
К-744Р3Б 2,60 2,56 0,0269 0,128 1,81 3,67 0,0130 0,1835
Потенциальные показатели эффективности тракторов «Кировец» на безотвальной и поверхностной обработке почвы (режим ПТтзх)
Таблица 5
Марка трактора ДК=0,10 с2/м2, Ко=7,75 к Н/м ДК=0,06 с2/м2, Ко=6,5 кН/м
Ек W*, га/ч Wv*, га/чт Кеп, кВт-1 Ек W*, га/ч Wv*, га/чт Кеп, кВт-1
К-744Р-04 1,96 3,77 0,288 0,0241 1,82 4,89 0,365 0,0208
К-744Р-05 2,99 3,94 0,294 0,0269 2,01 5,41 0,403 0,0207
К-744Р1 2,08 4,34 0,288 0,0222 1,89 5,75 0,381 0,0183
К-744Р2 2,25 4,60 0,293 0,0227 1,99 6,26 0,399 0,0177
К-744Р3 2,27 5,14 0,294 0,0205 2,00 7,02 0,401 0,0159
К-701 2,18 4,01 0,293 0,0252 1,95 5,40 0,394 0,0200
К-744Р1Б 1,93 4,67 0,275 0,0191 1,73 6,28 0,370 0,0154
К-744Р2Б 2,08 4,97 0,280 0,0194 1,82 6,84 0,385 0,0148
К-744Р3Б 2,08 5,61 0,281 0,0172 1,82 7,72 0,386 0,0132
На поверхностной обработке почвы и посеве наивысшую эффективность по показателям чистой производительности и удельным энергозатратам обеспечивает трактор К-744Р3. Причем оснащение его сдвоенными колесами и балластом на 9-10 % повышает производительность и снижает удельные энергозатраты на единицу площади.
Выводы
1. Обоснованы по критериям производительности, энергосбережения и агротехники скоростные режимы для основных типов почвообрабатывающих машин и операций.
2. Установлены рациональные тягово-скоростные диапазоны использования тракторов «Кировец» с одинарными и сдвоенными колесами в составе агрегатов для операций основной обработки почвы.
3. Дана сравнительная оценка эффективности тракторов «Кировец», позволившая обосновать их рациональные массоэнергетические параметры и режимы использования на операциях основной обработки почвы. На отвальной вспашке наиболее эффективен трактор К-744Р1. Лучшие показатели на культивации, поверхностной обработке почвы и посеве обеспечивают агрегаты на базе трактора К-744Р3Б.
Литература
1. Основы теории мобильных сельскохозяйственных агрегатов / В.А. Самсонов [и др.]. - М.: Колос, 2000. - 248 с.
2. Селиванов Н.И., Васильев А.А. Техническое оснащение и перевооружение растениеводства в сельском хозяйстве Красноярского края // Вестн. КрасГАУ. - 2009. - № 1. - С. 117-121.
3. Селиванов Н.И. Эффективное использование энергонасыщенных тракторов. - Красноярск: Изд-во
КрасГАУ, 2008. - 231 с.
4. Селиванов Н.И., Запрудский В.Н., Кузнецов А.В. Взаимосвязь параметров энергетических и тягово-
динамических свойств тракторов // Вестн. КрасГАУ. - Красноярск, 2010. - № 2. - С. 118-123.
5. Селиванов Н.И. Эксплуатационные параметры тракторов для основной обработки почвы // Вестн.
КрасГАУ. - 2010. - № 6. - С. 132-139.
