CC BY
21
05.20.01 УДК 631.31
DOI: 10.24411/2227-9407-2021-10002 Результаты полевых испытаний мотоблока «Нева» МБ-23С-МультиАГРО Pro с бесступенчатым регулированием скорости движения при проведении вспашки
почвы лемешно-отвальным плугом П1-20/3
А. С. Уланов, В. Ф. Купряшкин , М. Г. Шляпников, В. В. Купряшкин, А. Ю. Гусев
МГУ им. Н. П. Огарева, Саранск, (Россия) *[email protected]
Аннотация
Введение. Вспашка почвы представляет собой одну из самых трудоемких операцией в растениеводстве, на которую расходуется около 40 % всех энергетических затрат. Представленный в статье материал посвящен анализу результатов полевых испытаний мотоблока «Нева» МБ-23С-МультиАГРО Pro с бесступенчатым регулированием скорости движения при проведении вспашки почвы лемешно-отвальным плугом П1-20/3, а именно энергетической оценке функционирования испытуемого пахотного агрегата, характеризующейся затрачиваемой мощностью и удельной энергоемкостью, а также агротехническим показателем обработки почвы. Материалы и методы. Для достижения поставленной цели были использованы исследования в области повышения эффективности функционирования мотоблока с лемешно-отвальным плугом, а именно выбор рациональных скоростных режимов его работы при проведении вспашки почвы путем нахождения наибольших допустимых значений скорости движения, с соблюдением условия устойчивости, по критерию отсутствия буксования ведущих колес с почвой и максимальной затрачиваемой мощности двигателя. Это обеспечивалось включением в конструкцию мотоблока «Нева» МБ-23С-МультиАГРО Pro клиноременного вариатора, обеспечивающего бесступенчатое регулирование скорости движения агрегата.
Результаты и их обсуждение. С целью подтверждения проведенных ранее исследований по определению рациональных скоростных режимов мотоблока при совершении вспашки почвы, конструкторских решений при помощи которых эти режимы могут быть достигнуты, нами были проведены полевые испытания опытного образца мотоблока «Нева» МБ-23-МультиАГРО Pro, оснащенного клиноременным вариатором, которые осуществлялись на контрольных участках крестьянско-фермерского хозяйства (КФХ) «Панфилов В. А.» и в условиях ГУП РМ «Луховское». В результате были получены зависимости требуемой мощности для проведения вспашки почвы и удельной энергоемкости ее проведения. Дана оценка агротехники, а именно определены величины гребнистости поверхности почвы и коэффициента ее крошения.
Заключение. Проведенные полевые испытания мотоблока «Нева» МБ-23С-МультиАГРО Pro с бесступенчатым регулированием скорости движения при осуществлении вспашки почвы лемешно-отвальным плугом П1 -20/3 показали достаточно высокий уровень качества обработки почвы, а также дали сравнительную оценку энергетическим показателям функционирования пахотного агрегата, полученным расчетным и экспериментальным путем, что подтверждено их сходимостью (расхождение не более 5 %).
Ключевые слова: агротехнические показатели, клиноременный вариатор, лемешно-отвальный плуг, мотоблок, скорость движения, требуемая мощность, устойчивость движения, энергоемкость, почва.
Для цитирования: Уланов А. С., Купряшкин В. Ф., Шляпников М. Г., Купряшкин В. В., Гусев А. Ю. Результаты полевых испытаний мотоблока «Нева» МБ-23С-МультиАГРО Pro с бесступенчатым регулированием скорости движения при проведении вспашки почвы лемешно-отвальным плугом П1-20/3 // Вестник НГИЭИ. 2020. № 1 (116). С. 17-31. DOI: 10.24411/2227-9407-2021-10002
© Уланов А. С., Купряшкин В. Ф., Шляпников М. Г., Купряшкин В. В., Гусев А. Ю., 2021
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License. The content is available under Creative Commons Attribution 4.0 License.
Field test results motorblok «neva» MB-23S-MULTIAGRO PRO with continuous travel speed control when carrying out the plowing of the soil with a plaster-molding plow ni-20 / 3
A. S. Ulanov, V. F. Kupryashkin , M. G. Shlyapnikov, V. V. Kupryashkin, A. Yu. Gusev
«Moscow state University named after N. P. Ogarev», Saransk, (Russia)
Abstract
Introduction. Plowing the soil is one of the most laborious operations in crop production, which consumes about 40 % of all energy costs. The material presented in the article is devoted to the analysis of the results of field tests of the «Neva» MB-23S-MultiAGRO Pro walk-behind tractor with infinitely variable speed control when plowing the soil with the n1-20/3 share-moldboard plow, namely the energy assessment of the functioning of the tested plowing unit, characterized by the consumed power and specific energy intensity, as well as agrotechnical indicators of soil cultivation.
Materials and methods. To achieve this goal, research was used to improve the efficiency of the walk-behind tractor with a share-moldboard plow, namely, the choice of rational speed modes of its operation when plowing the soil, by finding the highest permissible values of the speed of movement, subject to the stability condition, according to the criterion of the absence of slipping of the leading wheels with soil and the maximum required engine power. This was ensured by the inclusion of a V-belt variator in the design of the «Neva» motoblock MB-23S-MultiAGRO Pro, which provides stepless speed control of the unit.
Results and their discussion. In order to confirm the earlier studies to determine the rational speed modes of the walk-behind tractor when plowing the soil, design solutions with the help of which these modes can be achieved, we conducted field tests of the prototype of the «Neva» MB-23-MultiAGRO Pro walk-behind tractor equipped with a V-belt variator, which were carried out on the control plots of the peasant farm (KFH) «Panfilov V. A.» and in the conditions of the State Unitary Enterprise of the Republic of Moldova «Lukhovskoye». As a result, the dependences of the required power for plowing the soil and the specific energy intensity of its implementation were obtained. An assessment of agricultural technology is given, namely, the values of the ridging of the soil surface and the coefficient of its crumbling are determined.
Conclusion. The conducted field tests of the «Neva» MB-23S-MultiAGRO Pro walk-behind tractor with infinitely variable speed control when plowing the soil with the n1-20/3 share-moldboard plow showed a sufficiently high level of soil cultivation quality, and also gave a comparative assessment of the energy performance of the plowing unit, obtained by calculation and experiment, which is confirmed by their convergence (the discrepancy is no more than 5 %).
Keywords: soil, walk-behind tractor, share-moldboard plow, stability of movement, speed of movement, V-belt variator, required power, energy consumption, agrotechnical indicators.
For citation: Ulanov A. S., Kupryashkin V. F., Shlyapnikov M. G., Kupryashkin V. V. Gusev A. Y. Field test results motorblok «Neva» MB-23S-MULTIAGRO PRO with continuous travel speed control when carrying out the plowing of the soil with a plaster-molding plow ni-20/3 // Bulletin NGIEI. 2021. № 1 (116). P. 17-31. (In Russ.). DOI: 10.24411/2227-9407-2021-10002
Введение
Современное состояние развития техники и технологий в сельскохозяйственном производстве с уверенностью позволяет утверждать, что в ближайшей перспективе основным способом обработки почвы будет оставаться механический с использованием различных мобильных энергетических средств [1, с. 7]. Одной из первостепенных задач обработки почвы является создание однородного, окультуренного корнеобитаемого слоя, обеспечи-
вающего необходимые условия для развития растений и получения высоких урожаев.
Важное место в системе обработки почвы занимает ее вспашка лемешно-отвальными плугами. Вспашка является неотъемлемой операцией технологий возделывания картофеля и других овощных культур в условиях фермерских и личных подсобных хозяйств. Она предназначена для: рыхления почвы и оборота пласта, что способствует доступу воздушных масс и питательных веществ к корневой
системе растений; накоплению и задержанию влаги в пахотном слое; для укладывания на дно борозды пожнивных остатков, сорняков и их семян, вредителей; заделывания в взрыхленный слой минеральных и органических удобрений [2, с. 12; 3, с. 50].
Существуют два основных приёма вспашки почвы: осенью - зяблевая и весной - весновспашка. Зяблевая вспашка предназначена для подготовки земли к весенней посадке растений. Применяется для существенного повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Проведение зяблевой вспашки рекомендуется в конце лета или начале осени. Зяблевая вспашка способствует накоплению в земле азота и других питательных веществ, увеличивает способность почвы впитывать и сохранять влагу, образуемую осенними дождями и тающим снегом. Кроме того, зяблевая вспашка препятствует росту сорной растительности, разрушая их корневую систему, уничтожая всходы и повреждая семена.
Весенняя вспашка включает в себя ряд выше -отмеченных положительных качеств, присущих вспашке зяби. Однако ее применение создает благоприятные условия для развития многолетней сорной растительности: пырея ползучего, осота полевого и др. Это неизбежно приводит к засорению пашни на всей обрабатываемой площади, поэтому способ обработки почвы, как весновспашка, проводить не рекомендуется.
Вспашка почвы является наиболее трудоемкой операцией, на которую расходуется около 40 % всех материальных и энергетических затрат, при проведении агротехнологических мероприятий по возделыванию сельскохозяйственных культур [3, с. 415; 4, с. 20; 5, с. 16]. Для ее проведения, в основной своей массе, широкое применение получили средства малой механизации, к числу которых принято относить мотоблоки в агрегате с лемешно-отвальными плугами [3, с. 415; 6].
Выпускаемые промышленностью мотоблоки для агрегатирования лемешно-отвальных плугов отличаются большим разнообразием конструкций и технических характеристик, при этом производители с целью снижения их стоимости упрощают конструкцию машин, например, исключая многоступенчатые коробки скоростей, ограничивают выбор наиболее рациональных режимов функционирования с учетом конкретных почвенных условий. Все это приводит к снижению эффективности функционирования пахотного агрегата, характеризующейся снижением его производительности, качества обработки почвы и увеличением затрат мощности на выполнение технологической операции.
В связи с этим исследования, направленные на повышение эффективности функционирования мотоблока с лемешно-отвальным плугом за счет расширения и обоснования выбора рациональных скоростных режимов работы в различных почвенных условиях, а также снижения затрат мощности и удельной энергоемкости вспашки почвы, являются актуальными.
Материалы и методы
Согласно исследованиям Уланова А. С. главной целью повышения эффективности функционирования мотоблока с лемешно-отвальным плугом является определение и обеспечение выбора рациональных скоростных режимов его работы при проведении вспашки почвы путем нахождения наибольших допустимых значений скорости движения, с соблюдением условия устойчивости по критерию отсутствия буксования ведущих колес с почвой и максимальной затрачиваемой мощности двигателя.
В исследованиях Уланова А. С. подробно рассмотрены существующие режимы функционирования мотоблока «Нева» МБ-23-МультиАГРО Yamaha (MX300) Pro с лемешно-отвальным плугом П1-20/3 для различных значений его масс (m = 140, 160 и 180 кг), на основе которых получены зависимости допустимых значений скоростей движения пахотного агрегата от твердости почвы, при соблюдении критерия обеспечения устойчивости движения: - при значениях m = 140 кг
148,2p2 + 43,5p + 205,6 .
v <-
228p - 58,8
при значениях m = 160 кг
148,2p2 +162,5p + 247,4 . V" " 228p - 42 '
при значениях m = 180 кг
148,2 p2 + 282,6p + 299,7
v <■
228p - 24,9
(1)
(2)
(3)
и реализации максимальной мощности двигателя [8, с. 146, 149, 152].
- при значениях m = 140 кг
уп = - 1,857р3+ 7,9522р2 - 12,197р + 8,7365; (4)
- при значениях m = 160 кг
уп = - 2,2922р3+ 9,7564р2 - 14,776р + 10,193; (5)
- при значениях m = 180 кг
уп = - 2,0746р3+ 8,877р2 - 13,55р + 9,5725. (6) Анализ полученных графических зависимостей, в основу которых легли выражения (1), (2), (3), (4), (5) и (6), показывает, что при соблюдении условий эффективного функционирования мотоблока с плугом, а именно устойчивости движения по критерию отсутствия буксования ведущих колес с почвой и реализации максимальной затрачиваемой мощно-
сти двигателя, допустимые значения скорости будут определены как:
- при твердости почвы от 0,7 до 0,86 МПа и массе мотоблока т = 180 кг: уп = 3,74 ... 3,22 км/ч;
- при твердости почвы от 0,86 до 1,6 МПа и массе мотоблока т = 160 кг: уп = от 3,22 до 2,15 км/ч.
Таким образом, из рассмотренного анализа допустимых значений скоростей движения мотоблока с лемешно-отвальным плугом от твердости почвы, при соблюдении критериев обеспечения устойчивости движения и реализации максимальной мощности двигателя для различных его масс, следует, что для обеспечения гибкого подхода при выборе рациональных скоростных режимов движения мотоблока, определяющих наиболее эффективное его функционирование, является возможность
обеспечения бесступенчатого регулирования скорости движения, например за счет использования в кинематике привода ведущих колес мотоблока кли-ноременного вариатора.
Для реализации предложений по обеспечению наиболее эффективного функционирования мотоблока с лемешно-отвальным плугом нами предлагается конструкция мотоблока (патент РФ на изобретения № 2602438 «Мотоблок с бесступенчатым регулированием поступательной скорости»), позволяющая за счет клиноременного вариатора обеспечивать бесступенчатое регулирование его скорости движения.
Техническая характеристика опытного образца мотоблока с бесступенчатым регулированием скорости движения при проведении вспашки представлена в таблице 1.
Таблица 1. Технические характеристики опытной конструкции мотоблока Table 1. Technical characteristics of the experimental design of the walk-behind tractor
Наименование характеристики / Description of characteristics Значение / Value
Тип двигателя / Engine's type 4-тактный, бензиновый, одноцилиндровый / 4-stroke, gasoline, single-cylinder
Тип трансмиссии / Transmission type зубчато-ременно-цепная / toothed-belt-chain
Мощность двигателя, кВт / Engine power, kW 8,8
Способ регулирования скорости движения / Method of speed control Бесступенчатый, за счет клиноременного вариатора Stepless, due to V-belt variator
Передаточное отношение клиноременного вариатора / V-belt variator gear ratio 0,61.. .1,08
Диапазон варьирования клиноременного вариатора / 1,77
V-belt variator variation range
Рабочая скорость движения, км/ч / 1.12,0
Working speed of movement, km/h
Рабочая ширина захвата, м / 0,2
Working width of capture, m
Диаметр ведущих колес, мм / 400
Drive wheel diameter, mm
Масса, кг / Weight, kg 120.180
Габаритные размеры, мм: /
Overall dimensions, mm:
- длина - length 1 740
- ширина - width 650
- высота - height 1 000.1 300
Количество обслуживающего персонала, чел. 1
Number of attendants, people /
Для практического использования вышеприведенных исследований, с учетом конструктивных особенностей мотоблока «Нева» МБ-23-
МультиАГРО Pro в агрегате с лемешно-отвальным плугом П1-20/3, была составлена номограмма выбора кинематических параметров его работы, а
именно поступательной скорости движения vH и передаточного отношения вариатора /в от твердости почвы (рисунок 1).
Основным показателем использования полученной номограммы является твердость почвы p (МПа), которая в проводимых нами исследованиях контролировалась при помощи твердомера фирмы Wile Soil.
Таким образом, например, при полученных экспериментальным путем твердостей почвы, равных 1,05 и 1,11 МПа, на горизонтальной оси номограммы находим указанное ее значение (рисунок 1). После чего проводим вертикальную линию до пересечения с кривыми допустимых значений скоростей движения мотоблока с плугом от твердости почвы.
Далее из точки пересечения проводим горизонтальную прямую до пересечения со шкалами
искомых кинематических параметров работы мотоблока. В рассматриваемом примере для твердо-стей почвы 1,05 и 1,11 МПа получаем следующие рекомендуемые значения: поступательной скорости движения - 2,8 и 2,7 км/ч и передаточного отношения клиноременного вариатора - 0,82 и 0,85.
По сравнению с базовыми конструкциями мотоблоков предлагаемая конструкция позволяет расширить его функциональные возможности, а именно обеспечить реализацию максимальной мощности двигателя и повысить производительность агрегата за счет ручного регулирования кли-ноременного вариатора, обеспечивающего бесступенчатое регулирование поступательной скорости в зависимости от определенных условий работы, что приведет к снижению энергоемкости процесса вспашки почвы.
Рис. 1. Номограмма выбора кинематических параметров функционирования опытного образца мотоблока «Нева» МБ-23-МультиАГРО Pro в агрегате с лемешно-отвальным плугом П1-20/3 Fig. 1. Nomogram for selection of kinematic parameters functioning of the prototype motoblock «Neva» MB-23-MultiAGRO Pro in the unit with the share-moldboard plow П1-20/3
Результаты и их обсуждение
С целью подтверждения проведенных исследований по определению рациональных скоростных режимов мотоблока при совершении вспашки почвы и конструкторских решений, при помощи которых эти режимы могут быть достигнуты, нами были проведены полевые испытания опытного образца мотоблока «Нева» МБ-23-МультиАГРО Pro, оснащенного клиноременным вариатором, которые осуществлялись на контрольных участках крестьян-ско-фермерского хозяйства (КФХ) «Панфилов В. А.» (с. Дубровское Ичалковского района Республики Мордовия) на зяблевой вспашке почвы, предшественник - картофель и в условиях ГУП РМ «Луховское» (г. о. Саранск), предшественник - картофель. Рельеф участков был ровным, по механическому составу почва представляла собой серый лесной суглинок.
Общий вид опытного образца мотоблока «Нева» МБ-23-МультиАГРО Pro с клиноременным
вариатором в агрегате с плугом П1-20/3 при проведении полевых испытаний представлен на рисунке 2.
Перед проведением полевых испытаний производилась оценка физико-механических свойств почвы контрольных участков путем определения влажности, твердости, коэффициентов объемного смятия и трения почвы. Влажность почвы определялась по общепринятым методикам [8, с. 102; 9; 10; 11], сущность которых заключается в определении потери влаги при высушивании почвы. Отбор, упаковку и транспортировку проб, а также выбор аппаратуры и материалов проводили в соответствии с положениями, изложенными в ГОСТ 28168-89 [12].
С целью определения влажности почвы использовалось сертифицированное оборудование, к числу которого относятся: алюминиевые бюксы, бур, термошкаф НЯСН-1, электронные весы - М-БЯ 326С, а также в качестве контрольного прибора применяли электровлагомер «Днестр-1» (рисунок 3).
Рис. 2. Общий вид опытного образца мотоблока «Нева» МБ-23-МультиАГРО Pro в агрегате с лемешно-отвальным плугом П1-20/3 для полевых испытаний в работе Fig. 2. General view of a prototype walk-behind tractor «Neva» MB-23-MultiAGRO Pro in the unit with a share-moldboard plow П1-20/3 for field tests in operation.
Термошкаф HRCH-1 Thermocase HRCH-1
Электронные весы - М-ER 326C Электровлагомер «Днестр-1»
Electronic balance - М-ER 326C Electric moisture meter «Dniester-1» Рис. 3. Оборудование для измерения влажности почвы Fig. 3. Equipment for measuring soil moisture
При измерении влажности почвы почвенные пробы помещали в предварительно пронумерованные, высушенные алюминиевые бюксы, закрывали их крышкой и выдерживали в сушильном шкафу шесть часов при температуре 105 °С, предварительно взвесив их электронными весами. После проведения сушки почвенные пробы вновь подвергались взвешиванию, и на основе полученных результатов производился расчет влажности по формуле:
100%,
(7)
где тв - масса влажной почвенной пробы, тс - масса сухой почвенной пробы, кг.
Определение твердости почвы осуществляли по стандартной методике [10], с помощью твердомера Wile Soil (рисунок 4), принцип действия которого заключается во внедрении в почву металлического наконечника, имеющего различную площадь поперечного сечения [13,с. 329].
Твердомер устанавливали наконечником вниз строго перпендикулярно поверхности почвы. Медленно вводили щуп твердомера в землю, надавливая на обе ручки с одинаковым усилием. Измерения проводили на глубину до 0,2 м в пятикратной по-вторности. Точки замера размещали на одной линии, шаг между точками составлял один метр.
Рис. 4. Твердомер Wile Soil Fig. 4. Wile Soil hardness tester
m - m
в с
W =
m
с
Экспериментальные данные, полученные в ходе нахождения твердости почвы, легли в основу определения коэффициента объемного смятия q (Н/м3):
р (8)
q =
V
где р - твердость почвы, МПа; V - объём смятой (вытесненной) почвы, м3.
Объём смятой почвы определяется по формуле:
" (9)
4
где dn - диаметр наконечника твердомера, м; h - глубина вдавливания наконечника твердомера, м.
Для определения коэффициента трения скольжения, представляющего собой технологическую характеристику почвы, зависящую от ее механического состава и влажности, использовали разработанный сотрудниками кафедры мобильных энергетических средств и сельскохозяйственных машин имени А. И. Лещанкина ФГБОУ ВО «Мордовский государственный университет имени Н. П. Огарёва» прибор, позволяющий значительно ускорить скорость нахождения коэффициента трения почвы по рабочей поверхности плуга.
Проведение полевых испытаний осуществлялось на различных скоростных режимах мотоблока, минимальные значения которых при вспашке регламентировано руководством по эксплуатации мотоблока [14, с. 30; 15, с. 25; 16, с. 52] и составляет 2 км/ч. Максимальные значения ограничивались конкретными режимами работы опытного образца мотоблока «Нева» МБ-23-МультиАГРО Pro с ле-мешно-отвальным плугом П1-20/3. Они определялись исходя из значения твердости почвы, для массы мотоблока равной 160 кг, с последующим выбором конкретных значений скорости при помощи номограммы (см. рисунок 1).
Таким образом, при проведении полевых испытаний на участках КФХ «Панфилов В. А.» при определенной экспериментальным путем твердости почвы 1,05 МПа максимальное значение скорости составило 2,8 км/ч. На участках ГУП РМ «Лухов-ское», при твердости 1,11 МПа, максимальное значение скорости составило 2,7 км/ч. При этом значение скорости обеспечивалось выбором соответствующего передаточного числа клиноременного вариатора. Обработка почвы на контрольных участках производилась на глубину 0,2 м, после чего проводилась энергетическая оценка функционирования испытуемой машины.
Энергетические затраты при проведении технологических операций обработки почвы ха-растеризуются затрачиваемой мощностью и удельными затратами, отнесенные к ширине захвата пахотного агрегата, площади или единице объема обрабатываемой среды [17; 18; 19; 20]. При этом для энергетической оценки работы мотоблока с лемешно-отвальным плугом наиболее актуальной и наглядной является требуемая мощность для вспашки почвы и ее удельная энергоемкость, приходящаяся на единицу объема. Эти показатели наиболее полно учитывают особенности обработки п очвы тяговыми рабочими органами, в частности вспашки.
На рисунке 5 представлены зависимости требуемой мощности двигателя на вспашку почвы Р от скорости движения уп при твердостях почвы р = 1,05 МПа и р = 1,11 МПа, характеризующих условия полевого эксперимента.
Анализ зависимостей требуемой мощности для проведения вспашки почвы показывает, что с увеличением скорости движения происходит ее рост. На твердости почвы р = 1,05 МПа, при увеличении скорости от 2 до 2,8 км/ч (в 1,4 раза), мощность увеличивается в 1,57 раза, с 5,822 до 9,143 кВт, по ярко выраженным линейным зависимостям. Интенсивность нарастания мощности выше интенсивности роста скорости перемещения мотоблока с лемешно-отвальным плугом в 1,12 раза. На твердости почвы р = 1,11 МПа, с увеличением скорости от 2 до 2,7 км/ч (в 1,35 раза), рост мощности составляет 1,51 раза, с 5,949 до 9,002 кВт. Интенсивность нарастания мощности выше интенсивности роста скорости перемещения мотоблока с ле-мешно-отвальным плугом в 1,12 раза.
Анализ зависимостей удельной энергоемкости вспашки почвы плугом Еуд от скорости движения мотоблока (рисунок 6) показывает, что удельная энергоемкость повышается, имея при этом линейный характер, что подтверждается ранее проведенными исследованиями [21, с. 125; 22, с. 65]. На твердости почвы р = 1,05 МПа, с увеличением скорости движения от 2 до 2,8 км/ч энергоемкость увеличивается в 1,14 раза, с 70,275 10-3
до
79,8310-
кВтч/м
что
составляет
9,555 10-3 кВтч/м3. На твердости почвы р = 1,11 МПа, с увеличением скорости движения от 2 до 2,7 км/ч энергоемкость процесса вспашки увеличивается в 1,12 раза, с 74,834 10-3 до 83,684 10-3 кВтч/м3, что составляет 8,8510-3 кВтч/м3.
3
Р. кВт
2,1
2,2
2,3
2,4
2,5
2,6
2,7
2,8
Рис. 5. Зависимости требуемой мощности для вспашки почвы P от скорости движения vH мотоблока массой 160 кг при твердости почвы p = 1,05 МПа: расчетная (1) и экспериментальная (2); при p = 1,11 МПа: расчетная (3) и экспериментальная (4) Fig. 5. Dependencies of the required power for plowing the soil P on the speed vp of a walk-behind tractor weighing 160 kg at soil hardness p = 1,05 MPa: calculated (1) and experimental (2); with p = 1,11 MPa: calculated (3) and experimental (4)
Для оценки затрат мощности построим зависимости удельной энергоемкости для аналогичных
условий в зависимости от скорости движения опытного образца мотоблока (рисунок 6).
Еуд 1(Г3;
кВт ■ ч/м3 100
2 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8
Рис. 6. Зависимости удельной энергоемкости Еуд вспашки почвы от скорости движения vH мотоблока массой 160 кг при твердости почвы p = 1,05 МПа: расчетная (1) и экспериментальная (2); при p = 1,11 МПа: расчетная (3) и экспериментальная (4) Fig. 6. Dependences of the specific energy intensity of the EUD of plowing the soil on the speed vp of a walk-behind tractor with a mass of 160 kg at soil hardness p = 1,05 MPa: calculated (1) and experimental (2); with p = 1,11 MPa: calculated (3) and experimental (4)
^СР(гре5} - M 0,12
0.1
Пк,%
120
— 100
0,08
0,06
0,04 -
0,02
0
Vn,
км/ч
2 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 Рис. 7. Качественные показатели обработки почвы в зависимости от скорости движения vH зависимость величины гребнистости поверхности почвы hcp^^) при твердости почвы: р = 1,05 МПа - (1); при твердости почвы р = 1,11 МПа - (2); зависимость коэффициента крошения почвы Ккр при твердости почвы: р = 1,05 МПа - (3); при р = 1,11 МПа - (4) / Fig. 7. Qualitative indicators of soil cultivation depending on the speed of movement vp: dependence of the value of the ridgeiness of the soil surface hCP (row) at soil hardness: p = 1,05 MPa - (1); with soil hardnessp = 1.11 MPa - (2); dependence of the soil crumbling coefficient Kcr at soil hardness: p = 1,05 MPa - (3); atp = 1,11 MPa - (4)
Анализ агротехнической оценки полевых испытаний опытного образца мотоблока «Нева» МБ-23-МультиАГРО Pro, оснащенного клиноременным вариатором, проводили на контрольных участках КФХ «Панфилов В. А.» с. Дубровское Ичалковско-го района Республики Мордовия, при твердости почвы 1,05 МПа в диапазоне скоростей от 2,0 до 2,8 км/ч и ГУП РМ «Луховское» г.о. Саранск, при твердости почвы 1,11 МПа в диапазоне скоростей от 2,0 до 2,7 км/ч.
Анализ полученных данных показывает, что опытный образец мотоблока «Нева» МБ-23-МультиАГРО Pro с лемешно-отвальным плугом П1-20/3 обеспечивает установленную глубину вспашки почвы (h = 0,2 м) и ее равномерность, характеризуемую средним квадратичным отклонением, лежащим в пределах: для твердости почвы р = 1,05 МПа - от 0,002 до 0,01 м; для твердости почвы р = 1,11 МПа - от 0,004 до 0,01 м, что удовлетворяет агротехническим требованиям.
Одним из комплексных оценочных показателей является коэффициент крошения почвы, который характеризует наличие в ней фракций размером до 50 мм и объем которых согласно требованиям стандарта [23] должен находиться в пределах от 70 до 85 %. В нашем случае крошение почвы: для твердости почвы р = 1,05 МПа можно считать удовлетворительным, т. к. в обрабатываемых слоях почвы преобладали комки размером до 50 мм (72,2-80,8 %), для твердости почвы р = 1,05 МПа - 72,0-83,3 %, что удовлетворяет требованиям агротехники.
После прохода пахотного агрегата гребни-стость поверхности почвы, характеризуемая высотой свальных гребней ЛСр(греб). Для твердости почвы р = 1,05 МПа она находилась в пределах от 0,018 до 0,035 м, для твердости почвы р = 1,11 МПа - в пределах от 0,02 до 0,04 м, что соответствует агротехнике [24, с. 124].
На основании полученных данных были построены графические зависимости качественных
показателей обработки почвы, а именно степень крошения и гребнистость поверхности, для твердо-стей р = 1,05 и 1,11 МПа (рисунок 7).
Кроме этого необходимо отметить, что с увеличением скорости движения мотоблока с лемешно-отвальным плугом наблюдается повышение качества крошения почвы в 1,2 раза. Это связано с тем, что при увеличении скорости движения лемешно-отвального плуга возрастает скорость отбрасывания частиц почвы, интенсивность крошения почвы возрастает, что приводит к ее большему разрушению [25, с. 13].
Степень заделки растительных остатков также удовлетворяла агротехническим требованиям. Зали-пания поверхности плуга не наблюдалось, как и отсутствовало наличие растительных остатков на его стойке.
Заключение
Таким образом, разработанный опытный образец мотоблока «Нева» МБ-23-МультиАГРО Pro с
бесступенчатым регулированием скорости движения при проведении вспашки почвы лемешно-отвальным плугом П1-20/3 позволяет обеспечить необходимый выбор рациональных скоростных режимов с соблюдением показателей эффективности функционирования по критериям устойчивости движения и максимальной затрачиваемой мощности двигателя.
Полевые испытания пахотного агрегата показали, что степень расхождения полученных расчетным и экспериментальным путем энергетических показателей его функционирования не превышала 5 %, а результаты анализа агротехнической оценки подтверждают достаточно высокий уровень качества обработки почвы испытуемым образцом. Полученные результаты полевых испытаний в дальнейшем будут являться основой для определения технико-экономических показателей разработанной конструкции мотоблока с клиноре-менным вариатором.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Лобачевский Я. П, Колчина Л. М. Современное состояние и тенденции развития почвообрабатывающих машин. М. : Росинформагротех, 2005. 116 с.
2. Безруков А. В. Повышение эффективности функционирования самоходной малогабаритной почвообрабатывающей фрезы за счет адаптации ее режимов к условиям работы : Дисс. ... канд. техн. наук. Саранск, 2016. 241 с.
3. Ризаев Ш. Х.. Влияние глубины вспашки на агрофизические свойства почвы и сорные растения на пшеничном поле // Путь науки. 2017. № 1 (35). С. 50-52.
4. Залигин О. Г. Малая механизация в приусадебных и фермерских хозяйствах. Киев : Урожай, 1996. 368 с.
5. Сельскохозяйственная техника и оборудование для фермерских хозяйств: М. : Информагротех, 1994.
384 с.
6. Kim J. H., Kim K. U., Wu Y. G. Analysis of transmission load of agricultural tractors // Journal of Terrame-chanics. 2000. V. 37. P. 113-125.
7. Кряжнов В. М., Спирин А. П., Сизов О. А. Энергосберегающие технологии в земледелии. М. : Информагротех, 1998. 36 с.
8. Вадюнина А. Ф. Методы исследования физических свойств почв. М. : Агропромиздат, 1986. 416 с.
9. ГОСТ 28268-89. Почвы. Методы определения влажности, максимальной гигроскопичной влажности и влажности устойчивого завядания растений. М. : Изд-во стандартов, 1989. 24 с.
10. СТО АИСТ 4.2-2003 Испытания сельскохозяйственной техники. Машины и орудия для поверхностной и мелкой обработки почвы. Методы оценки функциональных показателей. М. : Минсельхоз России, 2004. 32 с.
11. СТО АИСТ 10 4.6-2003 Испытания сельскохозяйственной техники. Машины почвообрабатывающие. Показатели назначения. Общие требования. М. : Минсельхоз России, 2003. 19 с.
12. ГОСТ 28168-89. Почвы. Отбор проб. М. : Изд-во стандартов, 1989. 6 с.
13. Yanxin Y., Shuxia G., Zhijun М., Wuchang Q., Bin L., Changhai L. Method and System of Plowing Depth Online Sensing for Reversible Plough // IFAC-PapersOnLine. 2018. V. 51. № 17. Р. 326-331.
14. Мотоблок «Агро»: Руководство по эксплуатации: ОАО «Уфимское моторостроительное производственное объединение». 2011. 49 с.
15. Мотоблок «Нева» МБ-23 МультиАГРО и его модификации. Руководство по эксплуатации 005.70.0100 РЭ1; ЗАО «Красный Октябрь-Нева», Санкт-Петербург. 2018. 37 с.
16. Мотоблоки «Беларус-08н», «Беларус-09н»: Инструкция по эксплуатации и техническому обслуживанию 08н-0000010 ИЭ: Республиканское унитарное предприятие «Сморгонский агрегатный завод». 2009. 63 с.
17. Кардашевский С. В., Погорелый Л. В., Фудиман Г. М. Испытания сельскохозяйственной техники. М. : Машиностроение, 1979. 288 с.
18. Кленин Н. И., Сакун В. А. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины. М. : Колос, 1994. 751 с.
19. Саакян Д. Н. Контроль качества механизированных работ в полеводстве. М. : Колос, 1973. 264 с.
20. Чаткин М. Н. Кинематика и динамика ротационных почвообрабатывающих машин. Саранск : Изд-во Мордов. ун-та, 2008. 316 с.
21. Плаксин А. М. Энергетика мобильных агрегатов в растениеводстве. Челябинск : ЧГАУ, 2005. 204 с.
22. Побежимов Г. Б. Разработка лемешно-отвального прицепного плуга общего назначения для агрегатирования с тракторами тягового класса 8. Дисс. ... канд. техн. наук. Саратов, 2015. 157 с.
23. Агротехнические требования на корпусы и винтовые отвалы в серийных плугах общего назначения. Т. XI. С. 71-73.
24. Сборник агротехнических требований на тракторы и сельскохозяйственные машины. М. : ЦНИИТЭИ, 1981. Т. 28. 240 с.
25. Листопад Г. Е., Демидов Г. К., Зонов Б. Д. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины. М. : Агропромиздат, 1886. 688 с.
Дата поступления статьи в редакцию 26.10.2020, принята к публикации 22.11.2020.
Информация об авторах: УЛАНОВ АЛЕКСАНДР СЕРГЕВИЧ,
кандидат технических наук, преподаватель кафедры мобильных энергетических средств и сельскохозяйственных машин им. проф. А. И. Лещанкина
Адрес: ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва», 430904, г. Саранск, р. п. Ялга, ул. Российская, д. 5 E-mail: [email protected] Spin-код: 2183-8421
КУПРЯШКИН ВЛАДИМИР ФЕДОРОВИЧ,
кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой мобильных энергетических средств и сельскохозяйственных машин им. проф. А. И. Лещанкина
Адрес: ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва», 430904, г. Саранск, р. п. Ялга, ул. Российская, д. 5 E-mail: [email protected] Spin-код: 1894-9028
ШЛЯПНИКОВ МИХАИЛ ГЕННАДЬЕВИЧ,
учебный мастер кафедры мобильных энергетических средств и сельскохозяйственных машин им. проф. А. И. Лещанкина
Адрес: ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва», 430904, г. Саранск, р. п. Ялга, ул. Российская, д. 5 E-mail: [email protected] Spin-код: 1207-5626
КУПРЯШКИН ВЛАДИМИР ВЛАДИМИРОВИЧ,
магистрант 2 года обучения направления подготовки 35.04.06 «Технологии и средства механизации сельского хозяйства»
Адрес: ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва», 430904, г. Саранск, р. п. Ялга, ул. Российская, д. 5
E-mail: [email protected]
ГУСЕВ АЛЕКСАНДР ЮРЬЕВИЧ,
аспирант 2 года обучения направления подготовки 35.06.04
«Технологии, средства механизации и энергетическое оборудование в сельском, лесном и рыбном хозяйстве» Адрес: ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва», 430904, г. Саранск, р. п. Ялга, ул. Российская, д. 5 E-mail: [email protected]
Заявленный вклад авторов:
Уланов Александр Сергеевич: подготовка начального варианта текста и формирование выводов, проведение полевых испытаний мотоблока с бесступенчатым регулированием скорости движения; обработка результатов эксперимента, визуализация, верстка и редактирование текста.
Купряшкин Владимир Федорович: научное руководство, формулирование основной концепции исследования, анализ полученных результатов.
Шляпников Михаил Геннадьевич: проведение полевых испытаний мотоблока с бесступенчатым регулированием скорости движения.
Купряшкин Владимир Владимирович: проведение полевых испытаний мотоблока с бесступенчатым регулированием скорости движения.
Гусев Александр Юрьевич: контроль за агротехническими требованиями при проведении полевых испытаний мотоблока.
Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.
REFERENCES
1. Lobachevsky Ya. P. Sovremennoe sostoyanie i tendencii razvitiya pochvoobrabatyvayushchih mashin [Current state and development trends of soil cultivation machines], Moscow: Rosinformagrotech, 2005, 116 p.
2. Bezrukov A. V. Povyshenie effektivnosti funkcionirovaniya samohodnoj malogabaritnoj pochvoobrabatyvayushchej frezy za schet adaptacii ee rezhimov k usloviyam raboty [Improving the functioning of a self-propelled small-sized tillage cutter due to the adaptation of its modes to working conditions: Ph. D. (Engineering) diss.]. Saransk, 2016, 241 p.
3. Rizaev Sh. Kh. Vliyanie glubiny vspashki na agrofizicheskie svojstva pochvy i sornye rasteniya na pshenich-nom pole [Influence of plowing depth on agrophysical properties of soil and weeds in a wheat field], Way of science, 2017, No. 1 (35), pp. 50-52.
4. Zaligin O. G. Malaya mekhanizaciya v priusadebnyh i fermerskih hozyajstvah [Small mechanization in households and farms], Kiev: Harvest, 1996, 368 p.
5. Sel'skohozyajstvennaya tekhnika i oborudovanie dlya fermerskih hozyajstv [Agricultural machinery and equipment for farms], Moscow: Informagrotekh, 1994, 384 p.
6. Kim J. H., Kim K. U., Wu Y. G. Analysis of transmission load of agricultural tractors, Journal of Terrame-chanics, 2000, Vol. 37, рр. 113-125.
7. Kryazhnov V. M., Spirin A. P., Sizov O. A. Energosberegayushchie tekhnologii v zemledelii [Energy saving technologies in agriculture], Moscow: Informagroteh, 1998, 36 p.
8. Vadyunina A. F. Metody issledovaniya fizicheskih svojstv pochv [Methods of research of physical properties of soils], Moscow: Agropromizdat, 1986, 416 p.
9. GOST 28268-89. Pochvy. Metody opredeleniya vlazhnosti, maksimal'noj gigroskopichnoj vlazhnosti i vla-zhnosti ustojchivogo zavyadaniya rastenij [Soils. Methods for determination of moisture content, maximum hygroscopic moisture content and moisture content of sustainable plant wilting], Moscow: Publ. house of standards, 1989, 24 p.
10. STO AIST 4.2-2003 Ispytaniya sel'skohozyajstvennoj tekhniki. Mashiny i orudiya dlya poverhnostnoj i melkoj obrabotki pochvy. Metody ocenki funkcional'nyh pokazatelej [Tests of agricultural machinery. Machines and implements for surface and shallow tillage. Methods for assessing functional indicators], Moscow: Ministry of Agriculture of Russia, 2004, 32 p.
11. STO AIST 10 4.6-2003 Ispytaniya sel'skohozyajstvennoj tekhniki. Mashiny pochvoobrabatyvayushchie. Pokazateli naznacheniya. Obshchie trebovaniya [Tests of agricultural machinery. Tillage machines. Indicators of appointment. General requirements], Moscow: Ministry of Agriculture of Russia, 2003, 19 p.
12. GOST 28168-89. Pochvy. Otbor prob [Soils. Sample selection], Moscow: Publishing house of standards, 1989, 6 p.
13. Yanxin Y., Shuxia G., Zhijun M., Wuchang Q., Bin L., Changhai L. Method and System of Plowing Depth Online Sensing for Reversible Plow. IFAC-PapersOnLine, 2018, Vol. 51, No. 17, рр. 326-331.
14. Motoblok «Agro»: Rukovodstvo po ekspluatacii: OAO «Ufimskoe motorostroitel'noe proizvodstvennoe ob"edinenie» [Motoblock «Agro»: Operation manual: JSC «Ufa Engine-Building Production Association»], 2011, 49 p.
15. Motoblok «Neva» MB-23 Mul'tiAGRO i ego modifikacii. Rukovodstvo po ekspluatacii 005.70.0100 RE1; ZAO «Krasnyj Oktyabr'-Neva» [Motoblock «Neva» MB23 MultiAGRO and its modifications. Operation manual 005.70.0100 RE1; ZAO Krasny Oktyabr-Neva, St. Petersburg], 2018, 37 p.
16. Motobloki «Belarus-08n», «Belarus-09n»: Instrukciya po ekspluatacii i tekhnicheskomu obsluzhivaniyu 08n-0000010 IE: Respublikanskoe unitarnoe predpriyatie «Smorgonskij agregatnyj zavod» [Motoblocks «Belarus-08n», «Belarus-09n»: Operation and maintenance instructions 08n-0000010 IE: Republican unitary enterprise «Smor-gon Aggregate Plant»], 2009, 63 p.
17. Kardashevsky S. V., Pogorely L. V., Fudiman G. M. Ispytaniya sel'skohozyajstvennoj tekhniki [Tests of agricultural machinery], Moscow: Mechanical engineering, 1979, 288 p.
18. Klenin N. I., Sakun V. A. Sel'skohozyajstvennye i meliorativnye mashiny [Agricultural and reclamation machines], Moscow: Kolos, 1994, 751 p.
19. Sahakyan D. N. Kontrol' kachestva mekhanizirovannyh rabot v polevodstve [Quality control of mechanized work in field cultivation], Moscow: Kolos, 1973, 264 p.
20. Chatkin M. N. Kinematika i dinamika rotacionnyh pochvoobrabatyvayushchih mashin [Kinematics and dynamics of rotary tillage machines], Saransk: Publ. house of Mordovs. University, 2008, 316 p.
21. Plaksin A. M. Energetika mobil'nyh agregatov v rastenievodstve [Energy of mobile units in crop production], Chelyabinsk: ChGAU, 2005, 204 p.
22. Pobezhimov G. B. Razrabotka lemeshno-otval'nogo pricepnogo pluga obshchego naznacheniya dlya agre-gatirovaniya s traktorami tyagovogo klassa 8 [Development of a general-purpose share-moldboard trailed plow for aggregation with tractors of traction class 8: Ph. D. (Engineering) diss.]. Saratov, 2015, 157 p.
23. Agrotekhnicheskie trebovaniya na korpusy i vintovye otvaly v serijnyh plugah obshchego naznacheniya [Agrotechnical requirements for bodies and screw dumps in serial general-purpose plows], Vol. XI. pp. 71-73.
24. Sbornik agrotekhnicheskih trebovanij na traktory i sel'skohozyajstvennye mashiny [Collection of agrotechnical requirements for tractors and agricultural machines], Moscow: TsNIITEI, 1981, Vol. 28. 240 p.
25. Listopad G. E., Demidov G. K., Zonov B. D. Sel'skohozyajstvennye i meliorativnye mashiny [Agricultural and reclamation machines], Moscow: Agropromizdat, 1886. 688 p.
The article was submitted 26.10.2020, accept for publication 22.11.2020.
Information about the authors: ULANOV ALEXANDER SERGEEVICH, Ph. D. (Engineering), teacher of the Department of mobile energy and agricultural machinery professor A. I. Leschankin
Address: Institute of mechanics and energy, Ogarev Mordovia State University, Russia, 430904, Saransk, Yalga, Russian Str, 5
E-mail: [email protected] Spin-code: 3067-9927
KUPRYASHKIN VLADIMIR FEDOROVICH,
Ph. D. (Engineering), associate professor, Department of design principles of machines and mechanisms
Address: Institute of mechanics and energy, Ogarev Mordovia State University, Russia, 430904, Saransk, Yalga,
Russian Str, 5
E-mail: [email protected]
Spin-code: 1894-9028
SHLYAPNIKOV MIKHAIL GENNADIEVICH,
training master of the Department of mobile energy and agricultural machinery of professor A. I. Leschankin Address: Institute of mechanics and energy, Ogarev Mordovia State University, Russia, 430904, Saransk, Yalga, Russian Str, 5
E-mail: [email protected] Spin-Kog: 1207-5626
KUPRYASHKIN VLADIMIR VLADIMIROVICH,
undergraduate 2 years of training in the field of training 35.04.06 «Technologies and means of agricultural mechanization»
Address: Institute of mechanics and energy, Ogarev Mordovia State University, Russia, 430904, Saransk, Yalga,
Russian Str, 5
E-mail: [email protected]
GUSEV ALEXANDER YURIEVICH,
the post-graduate student of the Department of mobile energy and agricultural machinery of professor A. I. Leschankin Address: Institute of mechanics and energy, Ogarev Mordovia State University, Russia, 430904, Saransk, Yalga, Russian Str, 5
E-mail: [email protected]
Contribution of the authors:
Alexander S. Ulanov: preparation of the initial version of the text and the formation of conclusions, field tests of the walk-behind tractor with stepless speed control; processing of experiment results, visualization, layout and text editing.
Vladimir F. Kupryashki: scientific leadership, formulation of the main concept of the research, analysis of the results.
Mikhail G. Shlyapnikov: field tests of a walk-behind tractor with stepless speed control.
Vladimir V. Kupryashkin: field tests of a walk-behind tractor with stepless speed control.
Alexander Yu. Gusev: control over agrotechnical requirements during field tests of the walk-behind tractor.
All authors read and approved the final version of the manuscript.
