CC BY
49
УДК 631.3
РАБОТА ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ПОСЕВНОГО КОМПЛЕКСА С КОЛЕСНЫМИ И ГУСЕНИЧНЫМИ
ТРАКТОРАМИ
Соколов В.В., - к.т.н., доцент Добродомова Т.В., - аспирантка
Алтайский государственный аграрный университет
В статье проанализированы выходные эксплуатационные технико-экономические показатели работы почвообрабатывающих посевных агрегатов в составе с колесным трактором К-701 и гусеничной машиной МТ-5. In article target operational technical and economic parameters of work of soil-cultivating sowing units in structure with a wheel tractor К-701 and caterpillar machine MT-5 are analysed.
Ключевые слова: РАБОТА ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ПОСЕВНОЙ КОМПЛЕКС КОЛЕСНЫЕ ГУСЕНИЧНЫЕ ТРАКТОРА
В последнее время в области земледелия особенно острой становится проблема переуплотнения пахотных почв в связи с высоким давлением на почву сельскохозяйственной техники. Современные технологии возделывания полевых культур предусматривают многократные проходы (3-8 кратные) сельскохозяйственной техники по полям. Поэтому в земледелии и растениеводстве всё больше используются технологии энергосбережения и минимизации воздействия на почву ходовых систем машин за счет совмещения при одном проходе агрегата операций посева, предпосевной и послепосевной обработки почвы. Для их реализации применяют почвообрабатывающие посевные комплексы, в том числе Рубцовского машиностроительного завода (Алтайский край). Эти комплексы с шириной захвата 12,4 и 8,2 м агрегатируются с колесными тракторами К-701. Трактор буксирует культиватор-сеялку, а за ним автономный бункер на колесном ходу с семенами и удобрениями (технологические материалы), оборудованием - дозатор, вентиляторная установка пневмосистемы с двигателем привода вентилятора, загрузочный http://ej.kubagro.ru/2007/01/pdf/12.pdf
шнек и пр. К основным недостаткам комплекса такой компоновки и агрегатирования относятся большие затраты энергии на самопередвижение и буксование трактора, на буксировку бункера по обработанному культиватором и засеянному полю, чрезмерное уплотнение почвы колесами трактора и бункера.
Значительно уменьшить энергоемкость и воздействие на почву позволяет агрегатирование комплекса с гусеничной машиной МТ-5 (рисунок) тягового класса 5 (ОАО «Алтайский трактор», г. Рубцовск). Конструкция машины позволяет разместить на ней бункер с оборудованием и буксировать только культиватор-сеялку. Кроме того, для привода вентиляторной установки вместо отдельного двигателя можно использовать часть мощности двигателя машины. В результате гусеничная машина выполняет функции тягового, транспортного и приводного средства.
Рисунок - энергетический почвообрабатывающий посевной комплекс в составе гусеничной машины МТ-5 и ППК
Исследования работы такого агрегата, выполненные на кафедре «Тракторы и автомобили» Алтайского государственного аграрного университета, показывают следующее.
Замена колесного трактора как тягового средства гусеничной машиной приводит к уменьшению затрат энергии на: http://ej.kubagro.ru/2007/01/pdf/12.pdf
- перекатывание трактора, поскольку коэффициент сопротивления качению колесного трактора равен на стерне 0,08...0,10, а гусеничной машины 0,06.0,08;
- вертикальную деформацию, потому, что она составляет у гусеничного трактора в нормальных условиях 25.30 % общих затрат энергии на перекатывание, а у колесного - примерно 90.95 % ;
- буксование движителя трактора, из-за того, что коэффициент буксования колесного пахотного трактора на стерне достигает 12.15 % и более, а у гусеничной машины не превышает 2.3 % [2].
Кроме того, размещение бункера для семян и удобрений на гусеничной машине, а также использование для привода вентилятора части мощности двигателя машины, позволяет:
- отказаться от колесной ходовой части бункера и отдельного двигателя, что, при прочих равных условиях, приводит к уменьшению общей массы агрегата и, следовательно, уменьшению затрат энергии на её перемещение;
- уменьшить затраты энергии на перемещение бункера, вертикальную деформацию почвы весом бункера из-за его уменьшения и за счет того, что бункер перемещается на гусеничном ходу по необработанному стерневому полю, а не на колесном шасси по прокультивированному полю. Коэффициенты сопротивления качению равны, соответственно, 0,06.0,08 и 0,12.0,18;
- увеличить ширину захвата культиватора за счет уменьшения, при других одинаковых условиях, затрат энергии на перекатывание и буксование тягового средства, перемещение бункера;
- уменьшить кинематическую длину и улучшить маневренность агрегата, сократить за счет этого затрачиваемое на повороты время и увеличить коэффициент использования времени смены.
Грузоподъемность гусеничной машины МТ-5 позволяет установить на ней штатный бункер комплекса. Это обеспечивает работу агрегата в течение смены без заправки бункера, увеличивая время чистой работы и, следовательно, производительность агрегата.
Разработанная математическая модель, описывающая агрегат как систему «почва-почвообрабатывающий посевной комплекс-движитель-трансмиссия-двигатель», в зависимости от математического ожидания тягового сопротивления для группы полей М(р), мощности двигателя, веса технологических материалов позволяет определять выходные эксплуатационные показатели работы тягового, тягово-транспортноприводного МТА на базе колесного трактора К-701 и гусеничной машины МТ-5 по формулам [1]:
м(мКр)=мтм(їт); (1)
М (¥р) @ М (ЫКр) / М (Р); (2)
В =
М (Р)____________________________________________; (3)
М (Кпр) 1+М (е пр )(М (р )2 -V'2 М(¥ч)=0,36Вр M(Vp) ; (4)
М(ж см)= М(ж час) ■ Тсм ; (5)
М(ж час) = М(Ж ч) ■ Тсм ; (6)
м) = М(Ог см )/М(Жсм ), (7)
где М(Ыкр) - математическое ожидание тяговой мощности тягового средства, кВт;
Ыт- мощность двигателя, затрачиваемая на перемещение агрегата,
1т
кВт;
М (Л т)- математическое ожидание тягового к.п.д. тягового средства;
М (V р) - математическое ожидание рабочей скорости агрегата, м/с;
Вр - рабочая ширина захвата агрегата, м;
М(Кпр)- математическое ожидание приведенного удельного тягового сопротивления агрегата для группы полей при постоянной скорости движения Vпр=const, кН/м;
Vпр -скорость приведения, м/с;
М(Жч), М(Жсм) - математические ожидания чистой и сменной производительности агрегата, га/ч;
М(Ж час) - математическое ожидание производительности агрегата за час эксплуатационного времени;
Тсм - время смены, час;
Тсм - коэффициент использования рабочего времени смены;
М(gw)- математическое ожидание погектарного расхода топлива,
кг/га;
М(От см)- математическое ожидание расхода топлива двигателя за час сменного времени, кг/ч.
Величина тягового к.п.д. агрегата и его составляющих можно определить по формулам:
М (1 т ) = М (1 мп М (1 / )М (15 ); (8)
м (11) = м (Р)/[м (Р)+Р/ ]; (9)
м (1§)=1-м (8); (10)
M (d) = Bln[A /(j max - M (P) / M (G)) ’
где M (h мп)- математическое ожидание к.п.д. механических потерь;
М (1 /)- математическое ожидание к.п.д., учитывающего потери на качение агрегата;
М (18)- математическое ожидание к.п.д., учитывающего потери на буксование движителей;
Р/ - математическое ожидание силы сопротивления качению, кН;
М (8)- математическое ожидание коэффициента буксования, в %;
А, В, (ртах - коэффициенты функции, аппроксимирующей кривую буксования движителей тягового средства;
М(О)- математическое ожидание эксплуатационного веса агрегата,
кН.
Математическая модель учитывает:
- вероятностный характер тягового сопротивления культиватора на отдельном поле для текущих значений и на множестве полей для средних значений;
- зависимость тягового сопротивления культиватора от скорости движения и влияние её на вероятностные характеристики тягового сопротивления - плотность распределения вероятностей, математическое ожидание, дисперсию;
- вероятностный характер тягового сопротивления автономного бункера и силы сопротивления качению гусеничной машины с бункером, обусловленный изменением их веса из-за расходования в процессе работы технологических материалов.
На основании исследований получены результаты - см. таблицу. В столбце 4 приведена относительная величина (в %) показателя для агрегата с гусеничной машиной МТ-5 в сравнении с агрегатом с трактором К-701.
Расчеты выполнены для необработанного стерневого фона при среднем, приведенном к скорости движения 1,39 м/с (5 км/ч), удельном тяговом сопротивлении культиватора 3,8 кН/м. http://ej.kubagro.ru/2007/01/pdf/12.pdf
Таблица - Показатели работы агрегатов в составе с К-701 и МТ-5
Трактор
Показатели работы агрегатов К-701 МТ-5
Значе- ние Значе- ние %
1 2 3 4
Ширина захвата культиватора, м 8,2 10,3 126
Номинальная мощность двигателя трактора, 198,6 132,3 67
машины, кВт (л. с.) (270) (180)
Мощность двигателя привода вентилятора пневмосистемы комплекса, кВт (л. с.) 22 (30) нет -
Скорость движения, м/с (км/ч) 2,2 (7,9) 1,6 (5,8) 73
Относительная величина энергоемкости 1,125 1,03 91
культиватора-сеялки
Чистая часовая производительность, га/ч 6,5 5,9 91
Коэффициент использования времени смены 0,67 0,72 107
Сменная производительность, га 30,6 29,6 97
Удельный расход топлива, кг/га 1,59 1,14 72
Вес агрегата, кН, всего 313 290 93
в т.ч. трактора, машины порожней 131 125 95
культиватора 68 82 121
бункера порожнего 45 12 27
Удельная металлоемкость агрегата, кН/м 38 28 74
Кинематическая длина агрегата, м 25 13 52
Эксплуатационные затраты средств, руб./га 202 129 64
Стоимость потерь урожая от уплотнения почвы движителем, руб./га 44 16 36
Удельные затраты средств с учетом стоимости потерь урожая, руб./га Удельные затраты энергии, кВт*ч/га, на: 246 145 59
- перемещение трактора и бункера 9,0 4,2 47
- работу культиватора - деформацию почвы движителем трактора и 11,9 10,8 91
ходовой частью бункера, всего 11,1 1,4 13
в т. ч. на - вертикальную деформацию 8,6 1,3 15
- буксование 3,0 0,15 4,9
Сменная производительность комплекса с гусеничной машиной МТ-5 примерно на 3 % меньше, чем у комплекса с трактором К-701 при меньшей в 1,5 раза номинальной мощности двигателя. Если учесть мощность дополнительного двигателя привода вентилятора пневмосистемы комплекса с трактором К-701, то соотношение увеличится до 1,67.
Расход топлива на единицу обработанной площади, как интегральный измеритель энергоемкости работы комплекса у агрегата с гусеничной машиной меньше на 28 % или почти в 1,4 раза.
Для сравнительной оценки агрегатов удобно использовать затраты энергии приходящиеся на единицу обработанной площади - кВт*ч/га. Энергоемкость культиватора при работе с трактором К-701 больше почти на 9 % из-за меньшей скорости движения. В расчете на единицу обработанной площади затраты энергии на перекатывание трактора и бункера составляют у трактора К-701 9,0 кВт*ч/га, а у гусеничной машины 4,2 кВт*ч/га - 47 % или меньше уже почти в 2,2 раза из-за того, что ширина захвата культиватора с машиной МТ-5 на 26 % больше, чем с трактором К-701. Всего на деформацию почвы колесами трактора К-701 и бункера затрачивается 11,1 кВт*ч/га, а у гусеничной машины МТ-5 только 1,4 кВт*ч/га - меньше почти в 8 раз, что не может не отразиться на урожайности (см. таблицу).
Итого в расчете на единицу обработанной и засеянной площади на перемещение трактора, бункера и культиватора двигатель трактора К-701 затрачивает 28,1 кВт*ч/га, а двигатель гусеничной машины МТ-5 только 17,0 кВт*ч/га - немногим более 60 % или меньше почти в 1,7 раза.
Агрегатирование почвообрабатывающего посевного комплекса с гусеничной машиной МТ-5 дает экономию удельных затрат средств, приходящихся на единицу обработанной площади: эксплуатационных затрат средств - на 36 %, стоимости потерь урожая от уплотнения почвы движителем - на 64 %, удельных совокупных затрат средств с учетом
стоимости потерь урожая - на 41 %. Таким образом, прирост чистой прибыли за счет снижения расхода горючего, затрат труда и других эксплуатационных расходов с учетом дополнительно полученной прибыли за счет стоимости потерь урожая от уплотнения почвы движителем составит на единицу обработанной площади 48 тыс. рублей. Использование гусеничной машины МТ-5 как тягово-транспортного средства позволит получить дополнительную прибыль в размере 43 тыс. рублей на единицу обработанной площади одним агрегатом.
Список литературы
1. Красовских В.С., Добродомова Т.В. Математическая модель функционирования тягово-приводного МТА // Вестник Алтайского государственного аграрного университета № 2. Барнаул, 2005. С.75-78.
2. Чудаков Д. А. Основы теории и расчета трактора и автомобиля. М., Колос, 1972. 384с.
