CC BY
19
УДК 629.114.2 Б01 10.24411/2078-1318-2019-14205
Канд. техн. наук, доцент С.Ю. ЖУРАВЛЕВ (Красноярский ГАУ, suj61@mail.ru)
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОЛЕСНЫХ ТРАКТОРОВ
НА ОПЕРАЦИЯХ ПОЧВООБРАБОТКИ
Требования к ресурсосбережению и высокой производительности при выполнении технологических операций возделывания сельскохозяйственных культур предполагают в современных экономических условиях необходимость максимальной адаптации мощных колесных тракторов, как основных энергосредств в АПК, к природно-производственным условиям [1, 2, 3].
Использование балластирования колесных 4К4 тракторов существенно влияет на рациональные диапазоны тяговых усилий и интервалы оптимальных рабочих скоростей в современных технологиях почвообработки [4, 5, 6]. Поэтому обоснование рационального тягово-скоростного диапазона и массо-энергетических параметров колесных 4К4 тракторов при выполнении технологических операций почвообработки является актуальным и существенно важным для реализации системы ресурсосбережения в отрасли растениеводства.
Целью исследования является повышение эффективности использования почвообрабатывающих агрегатов за счет оптимизации параметров и характеристик с учетом методики балластирования.
Материалы, методы и объекты исследования. Решение задач исследований проводилось с учетом технической характеристики трактора «Кировец» К-424 и условий комплектации съемными балластными грузами. Комплект балласта включает грузы: для задних и передних колес с максимальной массой, соответственно, 400 и 300 кг. Масса стандартной шины - 180 кг.
Эксплуатационная мощность дизеля, согласно стендовой характеристике, составляет в номинальном режиме Ывэ = 158 кВт, максимальная мощность дизеля Ыв тах= 176 кВт. Определение параметров трактора и его тяговой характеристики проводилось с учетом требований для трех основных групп технологических операций обработки почвы по оптимальным значениям рабочей скорости движения агрегата [4]:
1) операции отвальной вспашки и глубокого рыхления с номинальным значением и интервалом скорости 17н1 =2,2±0,25м/с;
2) операции послеуборочной безотвальной комбинированной обработки (сплошная культивация), дискование и чизелевание 1^=2,7±0,3м/с;
3) операции поверхностной послеуборочной обработки (лущение стерни), предпосевная обработка, обработка и посев по нулевой технологии 1^3=3,3±0,5м/с.
Расчетные значения ?ТН^,д (кг/кВт) определялись по соотношению [4, 7]:
1]Т ■ 10э
где //т - тяговый КПД; д - ускорение силы тяжести; <ркр - коэффициент использования сцепного веса; - номинальная скорость движения агрегата, м/с.
Оптимальная величина эксплуатационной массы трактораЖ*на одинарных (1К) и сдвоенных (2К) колесах без балласта и с балластными грузами, соответствующая значениям ., рассчитывалась по формуле [4]:
т*э = тгСд ■ - S
- ' ^ (2) где Л^, - эксплуатационная мощность дизеля трактора, кВт; ^ - оптимальная
степень использования мощности двигателя.
Буксование 3 и другие основные параметры потенциальной тяговой характеристики трактора для различных значений рассчитывали по формулам [4, 7]:
S =
а ■ <рко
Гкр ; (для 1К)
(Ь ~ <Ркр)
Vt = Ï>TP ■ Cl - 5)
(<Ркр + Я '
К,
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(д ■ ФкР ■ тКд ■ ю ЭУ
где a, b, d- расчетные коэффициенты (a = 0,11, b = 0,773, d = 0,04 для 2К); Птр - КПД трансмиссии (Птр =0,837); f - коэффициент сопротивления качению (для 1К - f = 0,07, для 2К - f = 0,05); Ркр - сила тяги, кН; #кр - тяговая мощность трактора, кВт.
Результаты исследований. Результаты расчета параметров потенциальной тяговой характеристики трактора представлены в табл. 1, 2 и на рисунке.
Таблица 1. Параметры потенциальной тяговой характеристики трактора К - 424 (комплектация 1К) при эксплуатационной мощности Ивэ = 158 кВт и/=0,07
фкр Пт 5 Шэ1 = 51,424 кг/кВт (8125 кг) Шэ2 = 56,15 кг/кВт (8872 кг) Шэз = 65,04 кг/кВт (10276 кг)
Ркр, кН VgI, м/с Мф, кВт Ркр, кН Vg„ м/с Мкр, кВт Ркр, кН Vg„ м/с Мкр, кВт
0,25 0,619 0,053 19,91 4,91 97,82 21,74 4,5 97,82 25,18 3,89 97,82
0,3 0,626 0,077 23,89 4,14 98,92 26,08 3,79 98,9 30,21 3,28 98,9
0,35 0,634 0,091 27,87 3,6 100,33 30,43 3,29 100,17 35,25 2,84 100,18
0,37 0,634 0,10 29,46 3,4 100,17 32,17 3,11 100,18 37,26 2,69 100,17
0,38 0,632 0,106 30,26 3,3 99,86 33,04 3,02 99,86 38,27 2,61 99,86
0,39 0,630 0,112 31,05 3,2 99,53 33,91 2,94 99,55 39,28 2,54 99,55
0,41 0,626 0,124 32,65 3,03 98,92 35,65 2,78 98,92 41,29 2,4 98,91
0,42 0,624 0,131 33,44 2,95 98,59 36,52 2,7 98,6 42,3 2,33 98,6
0,43 0,621 0,138 34,24 2,87 98,12 37,39 2,63 98,13 43,3 2,27 98,11
0,44 0,617 0,145 35,04 2,78 97,5 38,26 2,55 97,5 44,31 2,2 97,48
0,45 0,614 0,153 35,83 2,71 97,01 39,13 2,48 97,03 45,32 2,14 97,02
Таблица 2. Параметры потенциальной тяговой характеристики трактора К - 424 (комплектация 2К) при эксплуатационной мощности Ивэ = 158 кВт и/=0,05
фкр Пт 5 Шэ1 = 56,58 кг/кВт (8940 кг) Шэ2 = 61,94 кг/кВт (9787 кг) Шэз = 69,89 кг/кВт (11042 кг)
Ркр, кН Vg, м/с Мер, кВт Ркр, кН Vg„ м/с Мкр, кВт Ркр, кН VgI, м/с Мкр, кВт
0,25 0,669 0,041 21,9 4,83 105,78 23,98 4,41 105,75 27,05 3,91 105,69
0,3 0,677 0,056 26,28 4,07 106,96 28,77 3,72 106,98 32,46 3,3 106,95
0,35 0,678 0,074 30,66 3,49 107,0 33,57 3,19 107,13 37,87 2,83 107,11
0,37 0,677 0,082 32,42 3,3 106,99 35,49 3,02 106,98 40,04 2,67 106,97
0,39 0,674 0,091 34,17 3,12 106,61 37,41 2,85 106,62 42,2 2,52 106,34
0,41 0,672 0,10 35,92 2,96 106,32 39,32 2,70 106,18 44,37 2,39 106,11
0,43 0,666 0,112 37,67 2,79 105,1 41,24 2,55 105,23 46,53 2,26 105,16
0,44 0,663 0,118 38,55 2,72 104,86 42,2 2,48 104,76 47,61 2,2 104,74
0,45 0,660 0,124 39,43 2,65 104,49 43,16 2,42 104,45 48,7 2,14 104,28
0,47 0,652 0,138 41,18 2,5 102,95 45,08 2,29 103,02 50,86 2,03 103,01
По результатам вычислительного эксперимента дана оценка тягово-сцепных свойств трактора с одинарными и сдвоенными колесами при различных значениях массы Ш.^.
Полученные графические зависимости Пт $ = (ф*р) позволили определить рациональные тяговые диапазоны (фкр mm - фкр max) трактора, ограниченные минимальным 5min = 0,08 и максимальным bmax = 0,15 буксованием [7, 8, 9, 10].
В ходе анализа расчетных данных установлено, что в диапазоне оптимальных значений коэффициента сцепного веса фкр (0,38 - 0,44 - для 1К и 0,37 - 0,44 - для 2К) и соответствующих рабочих скоростей Vgi (2,2±0,25 м/с - для первой группы операций почвообработки, 2,7±0,3 м/с - для второй группы и 3,3±0,5 м/с - для третьей группы) наиболее эффективными являются следующие показатели тяговой характеристики трактора К-424:
- комплектация 1К: оптимальные значения <рУр для операций третьей группы
почвообработки находятся в пределах 0,35-0,43 (туд1=51,424 кг/кВт), для операций второй группы - 0,38-0,44 при туд2=56,15 кг кВт и для первой группы - 0,41-0,45 (,тудз=65,04 кг кВт). При таких значениях <р'Ур обеспечиваются максимальные значения
тяговой мощности трактора К-424 с комплектацией 1К и производительности различных почвообрабатывающих агрегатов;
- комплектация 2К: оптимальные значения <рУр для операций третьей группы
почвообработки находятся в пределах 0,35-0,43 (туд1=56,58 кг/кВт), для операций второй группы - 0,37-0,45 при туд2=61,94 кг кВт и для первой группы - 0,41-0,47 (тудз=69,89 кг кВт). Рациональные значения коэффициента сцепного веса <рУр для трактора К-424 с
комплектацией 2К обеспечивают максимальную тяговую мощность трактора и производительность агрегатов на операциях почвообработки.
При выполнении отвальной вспашки (операции первой группы) в тяговом диапазоне, ограниченном буксованием 0,08< ё < 0,15, наиболее эффективен трактор с удельной массой >?!■■-_= 65,04 кг/кВт и комплектацией 1К. Диапазон буксования трактора 6 = 0,08-0,15
позволяет максимально использовать возможности колесной схемы 4К4 за счет оптимального распределения удельной и, соответственно, эксплуатационной массы. Для других операций первой группы предпочтительно использовать в составе агрегата трактор с удельной массой 69,89 кг/кВт на сдвоенных колесах при значении фкр н =0,44. Величина номинального тягового КПД при этом увеличивается с 0,617 до 0,663.
При выполнении всех трех групп операций почвообработки в составе различных мобильных агрегатов для трактора К-424 наиболее рациональное значение 61,94
кг/кВт (т.э = 9787 кг) на сдвоенных колесах. Данный вариант адаптирующих воздействий на эксплуатационные параметры трактора наиболее приемлем, исходя из параметров тяговой характеристики и допустимого диапазона рабочих скоростей (Vтт - Vmax)* трактора.
При установке сдвоенных колес (комплектация 2К) тяговый КПД трактора увеличивается на 7% за счет снижения коэффициентов буксования 6 и сопротивления перекатыванию трактора /.
Выводы. Системный анализ результатов исследований, представленных в данной статье, позволяет утверждать следующее:
1. Трактор К-424 и его аналоги (с учетом его массо-энергетических параметров: большая мощность дизеля и трактора при относительно невысокой эксплуатационной массе) предназначены для выполнения различных технологических операций современных технологий, используемых в растениеводстве. Это, прежде всего, минимальные технологии возделывания культур, предполагающие применение комплексных, многофункциональных агрегатов. Данные машины выполняют различные технологические операции на повышенных рабочих скоростях.
2. Такие приемы адаптации трактора, как вариация величины эксплуатационной массы и применение сдвоенных колес, существенно влияют на повышение эффективности работы различных мобильных агрегатов при выполнении основных групп операций почвообработки.
Литература
1. Парфенов А.П. Тенденции развития конструкций сельскохозяйственных тракторов // Тракторы и сельхозмашины. - 2015. - № 5. - С.42-47.
2. Самсонов В.А. Определение основных показателей трактора // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2007. - № 9. - С. 18-21.
3. Гурылев Г.С., Князев Д.А. Мощные тракторы в сельском хозяйстве // Сельскохозяйственные машины и технологии. - 2012. - №2 - С. 23-27.
4. Селиванов Н.И. Технологическая адаптация колесных тракторов / Краснояр. гос. ун-т.-Красноярск, 2017. - 216 с.
5. Макеева Ю.Н. Повышение эффективности использования почвообрабатывающих агрегатов при балластировании энергонасыщенных колесных тракторов: дис... канд. техн. наук. - Красноярск, 2017. - 165 с.
6. Moessmer A. Die Traktor - Technikgeschichte Gluchcopf, Allrad und Elektronik - Hirn / A. Moessmer // GeraMond, 2011. - 144 p.
7. Селиванов Н.И, Журавлев С.Ю. Адаптация параметров колесного трактора к зональным технологиям почвообработки // Вестник Красноярского ГАУ. - 2018. - №4. - С. 116-120.
8. Карабаницкий А.П., Кочкин Е.А. Теоретические основы производственной эксплуатации МТП. - М.: КолосС, 2012. - 86 с.
9. Зангиев А.А., Скороходов А.Н. Практикум по эксплуатации машинно-тракторного парка - М.: КолосС, 2006. - 317 с.
10.Маслов Г.Г. и др. Практикум по эксплуатации машинно-тракторного парка - Краснодар: Куб. ГАУ, 2010. - 326 с.
Literatura
1. Parfenov A.P. Tendencii razvitiya konstrukcij sel'skohozyajstvennyh traktorov // Traktory i sel'hozmashiny. - 2015. - № 5. - S.42-47.
2. Samsonov V.A. Opredelenie osnovnyh pokazatelej traktora // Traktory i sel'skohozyaj stvennye mashiny. - 2007. - № 9. - S. 18-21.
3. Gurylev G.S., Knyazev D.A. Moshchnye traktory v sel'skom hozyajstve // Sel'skohozyajstvennye mashiny i tekhnologii. - 2012. - №2 - S. 23-27.
4. Selivanov N.I. Tekhnologicheskaya adaptaciya kolesnyh traktorov / Krasnoyar. gos. un-t.Krasnoyarsk, 2017. - 216 s.
5. Makeeva YU.N. Povyshenie effektivnosti ispol'zovaniya pochvoobrabatyvayushchih agregatov pri ballastirovanii energonasyshchennyh kolesnyh traktorov: dis... kand. tekhn. nauk. -Krasnoyarsk, 2017. - 165 s.
6. Moessmer A. Die Traktor - Technikgeschichte Gluchcopf, Allrad und Elektronik - Hirn / A. Moessmer // GeraMond, 2011. - 144 p.
7. Selivanov N.I, ZHuravlev S.YU. Adaptaciya parametrov kolesnogo traktora k zonal'nym tekhnologiyam pochvoobrabotki // Vestnik Krasnoyarskogo GAU. - 2018. - №4. - S. 116-120.
8. Karabanickij A.P., Kochkin E.A. Teoreticheskie osnovy proizvodstvennoj ekspluatacii MTP. -M.: KolosS, 2012. - 86 s.
9. Zangiev A.A., Skorohodov A.N. Praktikum po ekspluatacii mashinno-traktornogo parka - M.: KolosS, 2006. - 317 s.
10.Maslov G.G. i dr. Praktikum po ekspluatacii mashinno-traktornogo parka - Krasnodar: Kub. GAU, 2010. - 326 s.
