CC BY
56
References
1. Gavrilov M.D., Tumanova M.I., Sysoev DP., Fro-lov V.Ju. Razdatchik-izmel'chitel' rulonnoj zagotovki [Distribu-tor-shredder of rolled billet], Nauchnoe obespechenie agrop-romyshlennogo kompleksa: sbornik statej po materialam IX Vserossijskoj konferencil molodyh uchenyh, Krasnodar, KubGAU, 2016, pp. 330-331.
2. Frolov V.Ju., Tumanova M.l. Razdatchik-¡zmel'chlter kormov rulonnoj zagotovki [Distributor-shredder forages of rolled billet], Sel'skij mehanizator, 2015, No 2, pp. 40-42.
3. Pat. 2581488 Rossijskaja Federacija, MPK A01K 5/02. Razdatchik-izmel'chiter korma, sformirovannogo v rulo-ny [Distributor-shredder forage formed into rolls], V.Ju. Frolov, DP. Sysoev, M.l. Tumanova; zajavitel' i patentoobladatel' FGBOU VPO Kubanskij GAU, No 201511794/13, za-javl.13.05.2015, opubl.24.03.2016, Bjul. No 28, pp. 3.
4. Frolov V.Ju., Tumanova M.l. K voprosu prigotovle-nija i razdachi grubyh kormov rulonnoj zagotovki [To the question of preparation and distribution of coarse forages of rolled billet], Trudy KubGAU, 2013, No 2, pp. 179-182.
5. Frolov V.Ju., Tumanova M.l. Povysheniej effektiv-nosti tehnologicheskogo processa prigotovlenija i razdachi grubyh kormov, sformirovannyh v rulony [The increase of technological process efficiency of preparation and distribution of the coarse forages formed in rolls], Trudy KubGAU, 2013, No 3, pp. 190-194.
6. Frolov V.Ju., Tumanova M.l. Teoneticheskie aspekty processa prigotovlenija i razdachi grubyh kormov iz rulonov
[Theoretical aspects of the process of preparation and distribution of coarse forages from rolls], Politematicheskij setevojj elektron-nyj nauchnyj zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo agramogo universiteta, 2014, No 101, pp. 2133-2143.
7. Brusencov A.S. Szhatie voroha goroha v molo-til'nom ustrojstve kombajna [The compression of peas in the chopper device of combine], Sel'skij mehanizator, 2015, No 2, pp. 16-18.
8. Kurasov VS., Pleshakov V.N., Brusencov A.S. K opredeleniju optimal'nyh srokov zameny tehnicheskih sredstv mehanizacii polevog ojeksperimenta v selekcii kuku-ruzy [To the determination of optimum terms of replacement of technical mechanization means of field experiment in maize selection], Trudy KubGAU, 2010, No 27, pp. 154-157.
9. Leibetseder J. Uber die Bedeutung der Mahlfeinheit und Pelletgrosse fur Futteraufnahne, Verdaulichkeit und Ge-sundheitsstatusbei Shin und Geflügel, Ubers Tierernahr, 1987, No 15, 2, pp. 135-151.
10. Frolov V.Yu., Sysoev DP., Tumanova M.l. Improvement of the livestock production efficiency, British Journal of Innovation in Science and Technology, 2016, T. 1, No 1, pp. 25-34.
11. Efficient Feeding http: //www.delaval.ru/ URL: www.delaval.ru/Global/PDF/Efficient-feeding.pdf/ (date of the application 08.08.2016).
12. Feeding Cows for Profit II http://jlmissouri.com/ URL: http://jlmissouri.com/wp-content/uploads/2013/03/ Feeding-Cows-for-Profit.pdf (date of the application 08.08.2016).
Сведения об авторе
Туманова Марина Ивановна - старший преподаватель кафедры «Механизация животноводства и безопасность жизнедеятельности», ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина» (г. Краснодар, Российская Федерация). Тел.: +7-905-403-81-34. E-mail: [email protected].
Information about the author Tumanova Marina Ivanovna - senior lecturer of the Mechanization of animal husbandry and safety of living department, FSBEI HE «Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin» (Krasnodar, Russian Federation). Phone: +7-905-403-81-34. E-mail: [email protected].
УДК 631.371
СТРУКТУРА И СОСТАВ МАШИННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ АГРЕГАТОВ НА ОСНОВЕ МОБИЛЬНЫХ ЭНЕРГОСРЕДСТВ ПЯТОГО ПОКОЛЕНИЯ*
© 2017 г. Ю.Г. Кормильцев
Рассмотрено развитие тракторов сельскохозяйственного назначения в гусеничном и колесном испопнении с начала производства отечественных машин первого поколения: гусеничный трактор С-65 (ЧТЗ) и колесный «Фордзон-Путиловец» (1924 г.) до четвертого поколения в наше время: гусеничный «Руслан» класса 5-6 и колесное семейство К-744. Сформулированы требования экономического воздействия тракторов в продукционных агроэкосистемах, определены на основе обобщения многочисленных НИР граничные значения удельных параметров воздействия ходовых систем тракторов на поверхностные слои почвы: удельные давления гусеничных ходовых систем Ь~0,40 кгс/см2, колесных - до 1,2-1,4 кгс/см2 - уже недопустимое значение, гриводящее к снижению урожайности по колее колеса до 30-35%; повышенное буксование колесных ходовых систем - в 12% (допустимое) и даже да 15% с вредными последствиями для структуры гродук-ционного слоя. Предложена разработка типоразмерного ряда мобильных энергосредств классов 3-4 (до 250 л.с.) в колесном и гусеничном исполнении со сменным гусеничным ходовым аппаратом, 5-6 (до 340-390 л.с.) в вариантах колесном и гусеничном, 8 (до 475-500 л.с. в гусеничном исполнении). Машины имеют бесступенчатый ходовой аппарат, переднюю и заднюю навесные унифицированные системы, два независимых ВОМ. Структурно обоснованы первоочередные системы навесных и прицепных орудий, навесных технологических адаптеров, обеспечивающие многопроцессные МТА пято-
го поколения. В статье приведены результаты подробного технико-экономического обоснования, разработанного на основе специально синтезированной экономико-математической модели (совместно с СКНИИМЭСХ), доказывающие высокую технико-экономическую эффективность. Работы ведутся коллективом из трех основных организаций: Азово-Черноморский инженерный институт (г. Зерноград) - разработка технической документации; ООО «Тензор-Т (г. Таганрог) - участие в разработке документации, изготовление опытных и опытно-промышленных образцов, участие в проведении приемочных испытаний; ООО «Пневмостроймашина» (г. Екатеринбург) - разработка гидропривода ходовых частей и ВОМ. Работы делаются впервые в мировом тракторостроении и аналогов пока не имеют.
Ключевые слова: мобильное энергосредство, машинно-технологический агрегат, многопроцессный MTA, экологическая сбалансированность, техногенные процессы, ходовые системы, технико-экономическая эффективность.
The development of tractors for agricultural purposes In tracked and wheeled versions from the beginning of production of domestic first-generation machines: tracked tractor S-65 and wheeled «Fordzon-Putilovets» (1924) to the fourth generation in our time: crawler «Ruslan» class 5-6 and wheeled family K-744 is considered. The requirements of the economic impact of tractors in agricultural production systems are formulated. Boundary values of specific parameters of the Impact of tractors' running systems on the surface layers of the soil are determined: specific pressure tracked running systems b~0,4 kgf/sm2, wheel - to 1,2-1,4 kgf/sm2 - already unacceptable value, leading to a decrease in productivity on the wheel track up to 30-35%; increased towing wheel running systems-12% (permissible) and even 15% with harmful effects on the structure production layer. Development of mobile energounits of grades 3-4 (up to 250 HP) in wheeled and tracked form with exchangeable crawler chassis device, 5-6 (up to 340-390 HP) in wheeled and tracked options, 8 (up to 475-500 HP) In tracked version Is proposed. The machines have a stepless chassis, front and rear mounted unified system, two Independent PTO. The priority system of mounted and trailed implements, mounted technological adaptors, providing multiprocessing tractors of fifth generation is structurally substantiated. In the article It is presented the results of a detailed feasibility research, developed on the basis of a specially synthesized economic and mathematical model, proving high technical and economic efficiency. The work is carried out by a team of three main organizations: Azov-Black Sea Engineering Institute (Zemograd) - development of technical documentation; «Tensor-T (Taganrog) - participation in the development of documentation, manufacture of pilot and experimental-industrial samples, participation in conducting acceptance testing; JSC «Pnevmostroimashina» (Ekaterinburg) - development of hydraulic drive crawler units and PTO. The works are made for the first time in the world tractor industry and have no analogues.
Keywords: mobile power equipment, machine-technological unit, multiprocessor, ecological balance, techno genie processes, running systems, technical and economic efficiency.
Введение. Мобильная энергетика в АПК реконструкции сельского хозяйства на коллек-
представляет основу получения продукции в тивной основе с целью создания крупных мно-
сельхозпроизводстве, прежде всего зерна. Мае- гоотраслевых сельхозпредприятий практически
совое применение тракторов в России в составе государственной собственности, производственного аппарата относится к началу
* Представлено акад. Э.И. Липковичем, гл. научным сотрудником Азово-Черноморского инженерного института.
Трактор «Сталинец-65» Челябинского тракторного завода
Общий вид трактора «Руслан»
Рисунок 1
С тех пор, с начала тридцатых годов, технологическая схема трактора практически не изменилась. Да, они совершенно разные по мощности, массе, рабочей поступательной и транспортной скорости, эргономическим условиям работы оператора. На рисунке 1 представлены первый отечественный гусеничный трактор серийного производства [1] и современный гусеничный трактор «Руслан» [2], а на рисунке 2 - «Фордзон-Путиловец» [3] того же времени и современный трактор К-744 - для сравнения [1]. Но технологически они одинаковы: обе машины разного времени - это «стальные кони» с задним прицепным устройством.
И если тракторы первого поколения агре-гатировались, в основном, с малокорпусными (по количеству) отвальными плугами, то современные - с 8-9-корпусными при корпусах тех же размеров и той же геометрии и многими другими силовыми орудиями для обработки почвы и других земледельческих операций, которые нередко были объединены в многооперационные комплексы - довольно длинные неуклюжие шлейфы, требующие широких поворотных по-
лос - но уже на полях в 100-150 га вместо малых площадок крестьянско-собственнической земли (рисунок 3). Конечно же, дневная (суточная) производительность на основной операции почвообработки - отвальной вспашке выросла до 30—35 га. Но постепенное наращивание производительности с одновременными повышениями масс - до 16-17 т, энергонасыщенности привело также к постепенному разбалансиро-ванию параметров технических средств в целом с характеристиками обрабатываемой среды. Это экологическое разбалансирование доросло до столь высокой степени, что уже попало в область существования угроз для сельхозпроиз-водства.
Техногенная разбалансированность в настоящее время ставит под вопрос саму механизацию сельского хозяйства, о чем написано большое количество трудов, в частности [5], и количество публикаций постоянно растет. Сегодня уже фактически сформирована проблема о разработке инновационных мобильных энергосредств сельскохозяйственного назначения пятого поколения.
а - Колесный трактор первого поколения («Фордзон-Путиловец» завода «Красный Путиловец» -1924 г.)
Рисунок 2
б - Трактор К-744 Петербургского тракторного завода (наше время)
Цель исследования: разработать предложения по обоснованию системы машинно-технологических агрегатов на основе мобильной энергетики сельскохозяйственного назначения пятого поколения.
Задачи исследования: - обобщить основные характеристики поколений тракторов сельскохозяйственного назначения вплоть до настоящего времени;
- сформулировать требования к экологической сбалансированности техногенного взаимодействия в продукционных агроэкосистемах;
- обосновать конструктивно-технологические схемы МТА на основе МЭС пятого поколения;
- определить расчетную технико-экономи-ческую эффективность разрабатываемых МТА.
Результаты исследования. За период с начала серийного производства типоразмер-ного ряда МТА на основе МЭС пятого поколения
по настоящее время было разработано и поступило в АПК, как нам представляется, четыре поколения тракторов сельскохозяйственного назначения, начиная от модели «Фордзон-Путиловец» до семейства К-744 в колесном исполнении и от С-60/65 до трактора «Руслан» -
в гусеничном. При этом величина мощности трактора нами не рассматривается по принадлежности к тому или иному поколению. Это означает, что принадлежность к одному и тому же поколению может иметь трактор в 100 л.с. и трактор мощностью 300 л.с.
Рисунок 3 - К-744Р4 класса 8 в агрегате с 11-корпусным плугом
Надо отметить, что и в настоящее время имеющиеся в России тракторные производства продолжают создавать машины четвертого поколения. Так, новейший гусеничный трактор «Руслан» класса 5-6 относится (по нашей клас-
сификации) к четвертому поколению, так же как и трактор Т-250 «Алттрак», который был создан и прошел испытания безупречно, по крайней мере, на Северо-Кавказской МИС, но ещё в конце прошлого века* (таблица 1).
Таблица 1 - Основные показатели трактора класса 5-6 Т-250 «Алттрак»
Показатели Значений показателей поданным испытаний
На Алтайской МИС На Северо-Кавказской МИС
Стерня колосовых Стерня колосовых Поле, подготовленное под посев
Т-250 №16 Т-250 №15 Т-4А К-701 М Т-250 №15 Т-4А
Эксплуатационная масса трактора, кг 13525 13570 8430 15200 13570 8430
Номинальное тяговое усилие, кН 61,9 98,7 43,6 45,5 83,5 -
Наибольшая тяговая мощность, кВт 125,1 158,3 77,8 155,5 141,5 71,7
Удельный расход топлива при наибольшей тяговой мощности, г/кВт ч 273,1 243,0 293,0 345,0 265,0 312
Буксование движителей при наибольшей тяговой мощности, % 2,88 5,4 8,7 5,8 6,9 4,0
Условный тяговый КПД 0,65 0,829 0,757 0,701 0,741 0,698
Но одновременно уже в течение, быть может, тридцати лет, ведутся работы по созданию следующего, пятого поколения, которое должно существенно отличаться по технологической компоновке и конструктивной схеме в целом от всех предыдущих моделей. На рисунке 4 представлены первые разработки, включающие сменный гусеничный аппарат, монтируемый на колесный К-701, и имеющие реальное развитие в
наше время, и макетный образец класса 3 с унифицированными передней и задней навесными системами, двумя независимыми ВОМ, бесступенчатый привод ходовой части; в настоящее время находится в разработке опытный образец такого МЭС в АЧИИ совместно с нашим предприятием как перспективным будущим производителем семейства новых МЭС.
* Трактор Т-250 не был поставлен на производство несмотря на острейшую необходимость, а тракторный завод в Рубцовске практически полностью разрушен.
Трактор К-701 со сменным гусеничным ходовым аппаратом (опытный образец, 80-е годы - ВНИПТИМЭСХ, ныне СКНИИМЭСХ; Э.И. Липкович, А.Д. Козыренко)
Макетный образец мобильного энергосредства
класса 3 с бесступенчатой гидрообъемной трансмиссией и двумя навесными системами
(1980-е годы, ВНИПТИМЭСХ +ГСКБ, г. Таганрог; Э.И. Липкович - Ю.Н. Ярмашев) юк4
Работы поставлены акад. Э.И. Липкови-чем и ведутся под его руководством созданным им коллективом конструкторов и производителей новой сельхозтехники на базе АЧИИ и ООО «Сигма-С».
К настоящему времени обосновано и разрабатывается типоразмерный ряд МЭС пятого поколения с сохранением существующей классификации в российской механизации АПК по тяговым классам 3-4, 5-6 и 8 тс.
Тут же подчеркнем, что в предлагаемой работе рассматриваются только так называемые тяжелые тракторы: от класса 3 и выше, которые «делают урожай».
Одновременно с МЭС произведен синтез МТА, которые реализуют инновационные свойства МЭС, создаваемые специально для повышения эффективности процессов на полевых работах.
В связи с этим, в частности с использованием работ ВИМ [6-9], нами были сформулированы требования к экологической сбалансированности техногенных процессов в продуктовых агроэкосистемах зернового производства, к которым относятся следующие.
1. Ходовые системы всех МЭС сельхозназначения классов от 3 до 8 должны обеспечивать удельное давление на продукционные слои почвы не выше 0,45 кгс/см2. Такие давления сегодня никакие традиционные колесные ходовые аппараты не обеспечивают. Это означает, что МЭС должны оборудоваться либо гусеничными ходовыми
аппаратами, либо многомостовыми колесными конструкциями. Наиболее рациональным выходом здесь выступает установка сменного гусеничного ходового аппарата взамен колесного либо прямое использование современных гусеничных МЭС, что рациональнее и предпочтительнее. Глубина колеи, создаваемая ходовым аппаратом на почвенном фоне, подготовленном под посев, должна соответствовать удельному давлению от ходовых систем не выше 0,45 кгс/см2.
2. Степень буксования ходовых систем МЭС на рабочих поступательных скоростях не должна превышать 3-5%. Это означает, что тяжелые МЭС пятого поколения в своем технологическом функционировании предпочтительно оборудовать гусеничным ходовым аппаратом или изыскивать другие адекватные способы (пока нам не известные).
3. Распространение волновых процессов в подпахотном слое, уплотняющем его на глубину до 80-100 см, не допускается.
Главным источником волновых процессов уплотнения являются значительные массы тяжелых тракторов и колебательные движения этих масс как одно из следствий сравнительно малых баз ходовых систем. Преимуществом здесь обладают многоопорные ходовые аппараты гусеничных машин; сюда же можно отнести МЭС со сменным гусеничным ходовым аппаратом.
4. Эродирование почв ходовыми аппаратами МЭС не должно превосходить допустимые биологическими требованиями величины;
при этом должно быть вообще запрещено использование МЭС на колесном ходовом аппарате, допускающем более 4-5% буксования ходовых систем как резиноармированными гусеницами (РАГ) или резинотросовыми, так и металлическими.
5. При использовании МЭС в тяговом режиме целесообразно отдавать предпочтение гусеничным машинам, которые имеют значительно больший тяговый КПД, чем колесные, и как следствие, - более высокие техногенные параметры.
6. При работе тяжелых колесных МЭС необходимо предусматривать регулярное применение операции разуплотнения подпахотного слоя на глубину до 40-45 см (глубокорых-ление, чизелевание).
Таким образом, сформулированные требования к взаимодействию МЭС пятого поколения с агроэкосистемами (или, точнее, непосредственно в них) подводят к выводу о том, что целесообразным вариантом применения в АПК мобильных энергосредств являются гусеничные машины. По-видимому, эта проблема была решена на заре индустриализации российского сельского хозяйства. Этот фактор подтверждается громадным опытом использования гусеничных тракторов, накопленным в дореформенной России. Поэтому в период построения системы МЭС пятого поколения проблема должна быть пересмотрена, по крайней мере, с позиций экологического равновесия техногенных процессов.
Важнейшим технологическим элементом здесь выступает сокращение количества проходов технических средств по полю. Речь идет о комплектовании многопроцессных МТА. Однако современный трактор имеет единственную точку агрегатирования - как правило, в виде тягового крюка и (или) навесной гидросистемы. Технологически оптимальным следует считать объединение операций в едином МТА до уровня, допускаемого общим аг-росроком, такое объединение автоматически предусматривает законченность технологической операции или её части, и автоматически же прерывающей процесс, предусмотренный агроценозом.
На рисунках 5-9 представлены предлагаемые конструктивно-технологические схемы МТА на базе МЭС-3200 класса 3-4 в колесном и сменном гусеничном исполнениях, МЭС-5400
класса 5-6 в гусеничном, МЭС-5400К в колесном исполнениях и МЭС-8470 класса 8 в гусеничном исполнении. Здесь же отметим, что МЭС классов 5-6 и 8 имеют в составах технологического оборудования прицепные безмоторные зерноуборочные (комбайновые) агрегаты [10]. При этом схемы комбайновых агрегатов выполнены на основе аксиально-роторных молотиль-но-сепарирующих устройств с поперечным их расположением.
Технико-экономическая эффективность выполняемых исследований по созданию типоразмерного ряда МЭС пятого поколения и на их основе синтеза инновационных многопроцессных МТА имеет особое значение в нашей работе. Дело в том, что речь идет о совершенно новых МТА, в которых, во-первых, сделана попытка реализации требований параметров рационального экологического взаимодействия в продукционных агроэкосистемах, и, во-вторых, это взаимодействие основывается на новых схемах МЭС, возможности которых используются сполна, в том числе и созданием передних унифицированных гидросистем и ВОМ, что, в общем, обеспечивает многопро-цессность. Поэтому в определении эффективности, хотя и расчетной, используется новая экономико-математическая методика, которая разработана в СКНИИМЭСХ (б. ВНИПТИМЭСХ) и адаптирована к нашей потребности с участием АЧИИ и ООО «Тензор-Т».
Результаты анализа технико-экономичес-кой эффективности столь значительного инновационного научно-технического решения, хотя и предварительные, представляется целесообразным изложить в определенной степени подробно.
Основное решение задачи состоит из трех блоков.
Первый блок представляет собой решение задачи сравнительной технико-эксплуата-ционной эффективности использования МТП на возделывании восьмипольного севооборота применительно к К(Ф)Х общей площадью 840 га. В качестве базового сформирован комплекс машин (продуктовый комплекс) из МТП; здесь в базовом энергосредстве использован колесный трактор четвертого поколения АТМ-3180М класса 3 мощностью 180 л.с. Комбайны зерновой и кормоуборочный приняты традиционно самоходными.
МЭС-3200К колесный вариант
МЭС-5400К колесный
МЭС-3200 гусеничный вариант
масса: 7500 кг класс тяги: 30 кН мощность: 183 кВт скорость поступательная: рабочая-0-12,8 км/ч транспортная - до 30 км/ч цена: 3600 тыс. руб. расчетная
масса: 11500 кг класс тяги: 50 кН мощность: 265 кВт скорость поступательная: рабочая - 0-11 км/ч транспортная - до 30 км/ч цена: 4800 тыс. руб. расчетная
масса: 7500 кг класс тяги: 30-35 кН мощность: 183 кВт скорость поступательная: рабочая -0-11 км/ч транспортная - до 20 км/ч цена: 4600 тыс. руб. расчетная
МЭС-5400 гусеничный
МЭС-8470 гусеничный
масса: 12000 кг класс тяги: 50 кН мощность: 287 кВт скорость поступательная: рабочая -0-10,8 км/ч транспортная - до 20 км/ч цена: 4800 тыс. руб. расчетная
масса: 14500 кг класс тяги: 80 кН мощность: 345 кВт скорость поступательная: рабочая-0-10 км/ч транспортная - до 15 км/ч цена: 9000 тыс. руб. расчетная
Рисунок 5 - Сельскохозяйственные мобильные энергосредства пятого поколения
В качестве инновационного продуктового сформирован комплекс на базе МТП, в основе которого находится мобильное энергосредство МЭС-3200 пятого поколения в колесном и гусеничном (сменный ходовой аппарат) исполнении
класса 3 мощностью 250 л.с., которое оснащается современными и перспективными средствами механизации.
Второй блок представляет собой решение задачи сравнительной технико-экономичес-
кой эффективности использования МТП на возделывании девятипольного севооборота площадью 2250 га зернокормового направления
применительно к коллективным сельхозоргани-зациям (СХО: СПК, КСП и т.п.).
1 5ЕО|
2 13ВД1
3 над
1 : 4 ; ©
т «€■]
1 - дисковая поверхностная обработка почвы + отвальная вспашка; 2 - дисковая поверхностная обработка почвы + глубокое безотвальное рыхление; 3 - дисковая поверхностная обработка почвы
+ основная плоскорезная обработка почвы; 4 - культиватор для сплошной культивации почвы + посевной комплекс; 5 - почвообрабатывающий адаптер + навесная широкозахватная сеялка точного высева (для посева пропашных культур); 6 - адаптер для уборки силосных культур + комбинированная безотвальная обработка почвы (подготовка почвы под посев озимых по непаровым предшественникам)
Рисунок 6 - Многопроцессные МТА на основе МЭС-3200
Базовым здесь представлен продуктовый (технологический) комплекс, в основе которого мобильное энергетическое средство - гусеничный трактор «Руслан» класса 5-6 мощностью 335 л.с. четвертого поколения (производство последних лет). Остальные технические средства: зерноуборочные комбайны типа
«Асгоэ» и кормоуборочный комбайн «Дон-680» - тоже самоходные, традиционные.
Инновационный вариант технологического комплекса опирается на МТП, базовой машиной которого является МЭС-5400 - гусеничная машина мощностью 360(390) л.с. класса 5 пятого поколения; МЭС-5400 несет на себе без-
моторный прицепной зерноуборочный комбайн аксиально-роторным МСУ и сменный кормоубо-с пропускной способностью 6 кг/с с поперечным рочный адаптер.
1 - дисковая поверхностная обработка почвы + глубокое безотвальное рыхление; 2 - почвообрабатывающий адаптер (культиватор) + навесная широкозахватная сеялка высева пропашных; 3 - почвообрабатывающий адаптер + посевной комплекс; 4-дисковая обработка почвы + прицепной безмоторный комбайн среднего класса с поперечным аксиально-роторным МСУ; 5 - скашивание хлебов в валки + послеуборочная обработка почвы (поверхностная); 6 - адаптер навесной для уборки кукурузы на силос + комплексное орудие для подготовки почвы под посев озимых по непаровым предшественникам
Рисунок 7 - Многопроцессные МТА на основе МЭС-5400К
1Ш1 «я
[ ] «с»
6
1 - дисковая обработка почвы + глубокое безотвальное рыхление; 2 - почвообрабатывающий
адаптер по подготовке почвы под посев + навесная широкозахватная сеялка пропашных; 3 - почвообрабатывающий адаптер + посевной комплекс; 4 - поверхностная обработка почвы
(закрытие влаги) + прицепной безмоторный комбайн среднего класса с поперечным аксиально-роторным МСУ; 5 - скашивание хлебов в валки + поверхностная обработка почвы; 6 - адаптер навесной для уборки кукурузы на силос + комплексное орудие для подготовки почвы под посев (подготовка почвы под посев озимых по непаровым предшественникам)
Рисунок 8 - Многопроцессные МТА на основе гусеничного МЭС-5400
¿5
Т,-
МЭС 81+70
1 - поверхностная обработка почвы + глубокое безотвальное рыхление; 2 - дисковая обработка почвы + отвальная вспашка; 3 - адаптер для поверхностной обработки почвы + посевной комплекс; 4 и 5 - уборочные агрегаты (варианты); 6 - адаптер навесной для уборки кукурузы на силос + комплексное орудие для подготовки почвы под посев (подготовка почвы под посев озимых по непаровым предшественникам)
Рисунок 9 - Многопроцессные МТА на основе МЭС-8470 в гусеничном исполнении
Наконец, третий блок представляет собой группу машин, объединяемую общим назначением: технологическим сервисом крупных и сверхкрупных, в том числе специализированных сельхозорганизаций по типу обслуживания современными машинно-технологическими станциями (МТС). Эта группа машин предназначена для выполнения заказных тяжелых (трудоемких) работ по обработке почвы, уборке озимых, силосных культур и т.п.
Рассмотрим расчетные результаты, относящиеся к параметрам эффективности инновационных технических средств в сравнении с традиционными продуктовыми (технологическими) комплексами, синтезированными, как уже отмечалось, на основе мобильных энергосредств четвертого поколения и соответствующих систем машин из состава существующего в настоящее время МТП - для всех трех блоков.
В качестве базовой группы используются тяжелые тракторы в гусеничном исполнении «Руслан» - четвертого поколения и высокопроизводительные зерноуборочные комбайны типа «Тогит» с широкозахватными приспособлениями (например, 12-рядное приспособление для уборки подсолнечника).
Инновационный вариант представлен гусеничным МЭС-8470 класса 8 пятого поколения мощностью до 500 л.с.
Вариант первого блока с использованием МЭС-3200 пятого поколения
Данные о базовом зональном севообороте, который, в общем, соответствует К(Ф)Х и на который осуществлено наложение традиционного и инновационного МТП, приведены в таблице 2.
В таблице 3 приведен перечень энергомашин для возделывания культур в севооборотах КФХ с использованием традиционных МТА.
Таблица 3 - Характеристика энергомашин из традиционного МТП
Шифр Наименование энергомашины Количество, шт. Стоимость, у.е. (1у.е.-28,5р) Загрузка, ч ГСМ, т Масса, кг
002 Тегпоп АТМ-3180М 2 475790,0 956,25 25,32 13520
011 МТЗ-80 1 34717,0 65,88 0,88 3500
089 УЭС «Дон-680» 1 91228,0 74,34 1,14 14680
167 Асгоэ-бЗО 3 484212,0 341,97 8,82 41100
Энергомашины для инновационного проекта приведены в таблице 4.
Таблица 4 - Перечень энергомашин для инновационного МТА на базе МЭС-3200
Шифр Наименование энергомашины Количество, шт. Стоимость, у.е. (1у.е.-28,5р) Загрузка, ч ГСМ, т Масса, кг
033 МЭС-3200 1 105263 493,6 13,5 7600
167 Асгоэ-бЗО 3 484212 315,47 7,7 41100
Таблица 2 - Базовый зональный севооборот К(Ф)Х южно-российского возделывания
зерновых культур
№ пп Наименование культур Предшественник Площадь поля, га
1. Пар черный Подсолнечник на зерно 120,0
2. Озимая пшеница на зерно Пар черный 120,0
3. Подсолнечник на зерно Озимая пшеница на зерно 120,0
4. Озимая пшеница на зерно Зернобобовые на зерно 120,0
5. Озимая пшеница на зерно Кукуруза на силос 120,0
6. Зернобобовые на зерно Озимая пшеница на зерно 120,0
7. Кукуруза на силос Озимая пшеница на зерно 120,0
Итого 840,0
Приведем общую таблицу показателей эффективности инновационного технологического комплекса в сравнении с традиционным
(базовым). Расчетные значения основных параметров, характеризующих оба комплекса, приведены в таблице 5.
Таблица 5 - Показатели сравнительной эффективности МТП на основе базовой
и инновационной техники
№ Наименование показателя; Значение показателя
пп размерность базовый вариант инновационныи вариант
1. Эксплуатационные затраты, тыс. руб., 4845,43 4053,50
в т.ч. заработная плата 217,25 120,21
стоимость ГСМ 1195,44 700,83
отчисления на реновацию энергомашин 2150,88 1370,0
отчисления на реновацию с.-х. машин 333,11 990,76
отчисления на капремонт энергомашин 0,00 76,79
отчисления на капремонт с.-х. машин 0,00 0,00
отчисления на тек. ремонт энергомашин 876,57 476,75
отчисления на тек. ремонт с.-х. машин 197,38 231,41
2. Капитальные вложения, тыс. руб., 22762,81 20927,21
в т.ч. на энергомашины 19978,9 12880,21
на сельхозмашины 2783,91 8146,04
3. Расход топлива, т 32,83 21,22
4. Затраты труда, чел.-ч 1843,78 1331,51
5. Максимальная потребность в рабочей силе, чел., 6 5
в т.ч. трактористов-машинистов 3 3
Из данных таблицы можно получить следующие значения эффективности инновационного комплекса:
- эксплуатационные затраты снижаются
7078,42
-1—= в 1,6 раза,
4401,90
в т.ч. заработная плата -
217,25 120,21
в 1,8 раза;
34533,33 24346,08
капиталовложения снижаются
= в 1,38 раза;
36,16 . _ - расход топлива--= в 1,7 раза;
- затраты труда -
21,22 1843,78
= в 1,38 раза.
1331,51
Вариант второго блока с использованием МЭС-5400 класса 5 пятого поколения
Здесь, как и в первом блоке, за основу расчета МТП принимается зональный севооборот зернокормового направления применительно к коллективным сельхозорганизациям (СХО: СПК, КСП и т.п.), довольно значительной величины - 2250 га, девятипольный (по существу, мало уступающий дореформенным традициям). Схема севооборота приведена в таблице 6.
Таблица 6 - Базовый зональный севооборот зернокормового направления
№ пп Наименование культур Предшественник Площадь поля, га
1. Пар черный Озимая пшеница на зерно 250,0
2. Озимая пшеница на зерно Пар черный 250,0
3. Кукуруза на зерно Озимая пшеница на зерно 250,0
4. Озимая пшеница на зерно Зернобобовые на зерно 250,0
5. Озимая пшеница на зерно Кукуруза на силос 250,0
6. Зернобобовые на зерно Кукуруза на зерно 250,0
7. Кукуруза на силос Озимая пшеница на зерно 250,0
8. Подсолнечник на зерно Озимая пшеница на зерно 250,0
9. Озимая пшеница на зерно Подсолнечник на зерно 250,0
Итого 2250,0
В таблицах 7 и 8 приведены составы парка энергомашин и сельхозмашин и орудий для традиционного (базового) МТП и инновационно-
го МТП на основе гусеничного МЭС-5400 класса 5 пятого поколения.
Таблица 7 - Состав парка энергомашин для севооборота 2250 га (второй вариант базовый)
Шифр Наименование сельхозмашин (марка) Количество, шт. Стоимость, у.е. (1у.е.-28,5р) Загрузка, ч Расход ГСМ, т Масса, кг
001 «Руслан» 1 368421,0 433,54 23,83 14700
011 МТЗ-80 3 104151,0 529,82 7,08 10500
029 КСКУ-6 2 80700,0 145,83 5,11 26620
089 УЭС «Дон-680» 2 182456,0 152,18 2,33 29360
167 «/\cros-530» 6 968424,0 823,31 20,76 82200
Таблица 8 - Состав парка сельхозмашин для севооборота 2250 га с МЭС-5400 класса 5
(инновационный вариант)
Шифр Наименование сельхозмашин (марка) Количество, шт. Стоимость, у.е. (1у.е.-28,5р) Загрузка, ч Расход ГСМ, т Масса, кг
084 МЭС-5400 5 61403,0 1575,79 61,56 60000
167 «Асгоэ-бЗО» 1 161404,0 32,71 2,26 13700
Таблица 9 - Показатели эффективности МТП для севооборота 2250 га с использованием мобильных энергосредств класса 5
Мо Значение показателя
Наименование показателя; размерность базовый вариант, инновационный вариант,
«Руслан» МЭС-5400
1. Эксплуатационные затраты, тыс. руб., 10007,02 8949,66
в т.ч. заработная плата 313,46 243,06
стоимость ГСМ 1955,93 1908,05
отчисления на реновацию энергомашин 5016,52 2860,00
отчисления на реновацию с.-х. машин 532,46 1949,61
отчисления на капремонт энергомашин 46,95 338,95
отчисления на капремонт с.-х. машин 0,00 184,61
отчисления на тек. ремонт энергомашин 1730,95 615,45
отчисления на тек. ремонт с.-х. машин 330,72 1073,55
2. Капитальные вложения, тыс. руб., 53300,70 40728,95
в т.ч. на энергомашины 43368,33 23800,01
на сельхозмашины 4732,37 19837,88
3. Расход топлива, т 59,16 57,51
4. Затраты труда, чел.-ч 2929,95 1871,93
5. Максимальная потребность в рабочей силе, чел., 13 6
в т.ч. трактористов-машинистов 7 4
Из таблицы 9 просматривается, как и в первом блоке, высокая эффективность инновационного МТП с использованием МЭС-5400 класса 5 пятого поколения:
- снижение эксплуатационных затрат
10007,02 ,
--— = в 1,12 раза,
9425,74
в т.ч. заработная плата -в 1,47 раза;
- капиталовложения -в 1,3 раза,
313,46 213,06
53300,7 40728,95
в т.ч. на энергомашины -
43368,33 22100,01
в 1,96 раза;
292995
- затраты труда---— = в 1,56 раза;
1871,93
- максимальная потребность в рабочей
13 0-17
силе - — = в 2,17 раза,
6
в т.ч. механизаторов — = в 1,75 раза.
4
Вариант третьего блока в виде трудоемких операций технологического сервиса
Представлен одной результирующей таблицей 10, в которой приведены сравнительные показатели традиционной группы энергосредств в виде гусеничного трактора «Руслан» класса 5-6 и высокопроизводительного зерноуборочного комбайна «Тогит» и инновационной: гусеничного МЭС-8470 пятого поколения класса 8, безмоторного высокопроизводительного зерноуборочного комбайна с поперечным аксиально-роторным МСУ, 12-корпусного оборотного плуга.
Таблица 10 - Показатели эффективности сервисных работ (типа современных МТС) с использованием мобильных энергосредств класса 5-6, 8 (базовый вариант - «Руслан» - инновационный вариант - МЭС-8470 гусеничный)
Мо Значение показателя
Наименование показателя; размерность базовый вариант, инновационный вариант,
«Руслан» МЭС-8470
1. Эксплуатационные затраты, тыс. руб., 18065,56 11976,01
в т.ч. заработная плата 313,43 246,48
стоимость ГСМ 2883,43 2167,88
отчисления на реновацию энергомашин 10764,97 4499,99
отчисления на реновацию с.-х. машин 590,05 1923,52
отчисления на капремонт энергомашин 0,00 779,12
отчисления на капремонт с.-х. машин 0,00 137,47
отчисления на тек. ремонт энергомашин 1279,99
отчисления на тек. ремонт с.-х. машин 941,64
2. Капитальные вложения, тыс. руб., 108240,65 51859,28
в т.ч. на энергомашины 103749,72 35999,95
на сельхозмашины 4490,94 15859,34
3. Расход топлива, т 87,22 64,24
4. Затраты труда, чел.-ч 2539,70 1642,95
5. Максимальная потребность в рабочей силе, чел., 11 4
в т.ч. трактористов-машинистов 6 4
Из результирующей таблицы 10 видна высокая эффективность инновационной группы технических средств на базе МЭС-8470. Так,
- эксплуатационные затраты снизились
18065,56
11976,01
= в 1,51 раза;
- капиталовложения -
108240,65
51859,28 в 2,09 раза,
в т.ч. на энергомашины
103749,72
--— = в 2,88 раза;
35999,95
2539 7
- затраты труда--— = в 1,5 раза;
1642,95
- максимальная потребность в рабочей
П 0-7С
силе--= в 2,75 раза.
4
Общие результаты технико-экономической оценки эффективности. Проведенный анализ сравнительной технико-экономической эффективности инновационной системы машин, базирующейся на мобильных энергосредствах пятого поколения, разработка которых ведется совместными усилиями АЧИИ и ООО «Тензор-Т», подтвердил целесообразность создания МЭС пятого поколения и на их основе синтеза инновационных многопроцессных МТА.
При этом в качестве объекта разработки (или создания) был выбран не отдельный класс машин, пусть и наиболее значимых (например,
МЭС класса 3-4), а весь типоразмерный ряд тяжелой тракторной техники нового поколения классов 3-4, 5-6, 8 в колесном и гусеничном исполнении. С точки зрения технологической здесь возникает возможность создания сбалансированного комплекса машин, который позволит синтезировать законченные системы для различных объемов полевых работ, т.е. создаваемый таким образом МТП обеспечит удовлетворение потребностей различных сельхозтоваропроизводителей. С точки зрения технической системная разработка, в частности, всего ряда в целом обеспечит высокую унификацию машин и их узлов внутри ряда и, если угодно, «равномерные» качество и технический уровень всех трех классов, что очень важно в современных условиях организации серийного производства.
И ещё один значимый момент состоит в том, что такой подход, во-первых, создаст предпосылки для организации серийного производства всех классов МЭС на общем машиностроительном предприятии (или их группе) и, во-вторых, обеспечит ускоренное введение новой техники в хозяйственный оборот в зональных АПК.
Обсуждение результатов. В основу создания мобильных энергосредств сельскохозяйственного назначения положены общие требования экологического сбалансирования техногенного взаимодействия в продукционных агроэкосистемах, в данном случае, - зернового производства. Сохранив классификацию сель-хозтракторов по классам тяги как базу для разработки прицепных и навесных сельхозмашин и орудий, были предложены конструктивно-технологические схемы МЭС классов 3 (30 кН), 5-6 (50-60 кН) и 8 (80 кН) пятого поколения с базовыми машинами и орудиями, обеспечивающими уменьшение количества проходов при выполнении полевых операций, т.е. создание многопроцессных МТА.
Однако поставленная проблема довольно сложна в исполнении. Поэтому в составе исследований было предусмотрено обстоятельное технико-экономическое обоснование, которое потребовало специальной научно-методической основы в виде большой экономико-математической модели. Такой методикой располагал СКНИИМЭСХ, в разработке которой принимал участие академик Э.И. Липкович. Методика была адаптирована к задаче технико-
экономического исследования МЭС пятого поколения с соответствующими инновационными МТА (канд. техн. наук Н.В. Шевченко). Расчеты, хотя и предварительные, подтвердили весьма высокую эффективность новых МЭС и наборов машин и орудий к ним, а прогнозный анализ (здесь не приводится) показал, что высокая эффективность инновационной техники сохранится, по крайней мере, на весь период применения её: после полного оснащения АПК -2033-2035 гг. - ещё не менее десяти лет. Таким образом, можно полагать, что настоящее обоснование мобильной энергетики высоких классов для отечественного АПК может обеспечить достаточную значимость экономической эффективности с тем, чтобы начать реализацию в сель-хозпроизводстве.
Заключение. Базовая разработка, которая определила направления создания МЭС пятого поколения, состояла в синтезе требований экологической сбалансированности техногенных процессов в агроэкосистемах. В земледельческой механике и других научных подотраслях общей теории механизации АПК накоплен колоссальный материал, который и позволил сформулировать (синтезировать) названные требования.
Предложенные конструктивно-технологические схемы МЭС пятого поколения высоких тяговых классов и соответствующие рабочие орудия и машины, в основу создания которых положена инновационная сельхозтехника, разработанная АЧИИ совместно с ООО «Тензор-Т» и поставленная последним на серийное производство, а также другими организациями, способны обеспечить реализацию экологических требований. Прогноз показывает, что применение названных инновационных технических средств окажется целесообразным в решении стратегической задачи сохранения продукционных свойств почв и повышения уровня технико-эксплуатационных показателей сельхозтехники.
Литература
1. Трактор С-65 «Сталинец» II www.techstory.ru; avtomach.ru.
2. Трактор «Руслан» II http://vgtz-traktor.ru/ ргосМ-ауаЛгаМогу/адготазЬ-гиз1ап.
3. Трактор колесный нового поколения «Фордзон-Путиловец» завода «Красный Пугиловец», 1924 II 1гас1ог-fordzon-putilovec.html.
4. Трактор К-744/М(р://Итег73.ги/8ато1юс1пауа-1еЬп1каЛгак1ог-к1гоуес-к-744г2-з1апсЫ-1и1аеу5к1у.
5. Русанов, В.А. Проблема переуплотнения почв движителями и эффективные пути ее решения / В.А. Русанов. - Москва: РАСХН, ВИМ, 2000. - 368 с.
6. Русанов, В.А. Воздействие движителей на почву: направление решения проблемы II Вестник сельскохозяйственной науки. -1992. - № 3.
7. Проблема воздействия движителей на почву и эффективное направление ее решения / В.А. Русанов, Н.М. Антышев, В.П. Кузнецов и др. II Тракторы и сельскохозяйственные машины. -1994. - № 5.
8. Русанов, В.А. Основные положения усовершенствованного метода определения максимального давления гусеничного движителя на почву / В.А. Русанов, И.О. Небогин, H.A. Щельцын // Проблема воздействия движителей на почву и эффективные направления ее решения. - Москва: ВИМ, 1998.
9. Методика определения показателей эффективности снижения воздействия на почву движителей техники, перемещающейся в технологическом цикле по полям / В.А. Русанов, И.С. Небогин, А.Г Шубников и др. - Москва: ВИМ, 1994.-40 с.
10. Пат. 2626171 RU, МПК A01D 41/02 С 1. Зерноуборочный агрегат / Липкович Э.И., Кормильцев Ю.Г., Черноиванов В.И., Ежевский A.A., Несмиян А.Ю., Щи-ров B.B. (RU). - № 2016146258; заявл. 24.11.2016; опубл. 21.07.2017, Бюл. №21.
11. Пат. 2625178 RU, МПК A01D 41/04 С 1. Зерноуборочный агрегат / Липкович Э.И., Кормильцев Ю.Г., Черноиванов В И., Ежевский A.A., Несмиян А.Ю., Щи-ров B.B.(RU). - № 2016139187; заявл. 05.10.2016; опубл. 12.07.2017, Бюл. №20.
References
1. Traktor S-65 «Stalinec» [Tractor S-65 «Stalinetc»], www.techstory.ru;avtomach.ru.
2. Traktor «Ruslan» [Tractor «Ruslan»], http://vgtz-traktorru/produkciya/traktory/agromash-ruslan.
3. Traktor kolesnyj novogo pokolenija «Fordzon-Putilovec» zavoda «Krasnyj Putilovec» [Wheel tractor of new generation «Fordzon-Putilovets», the plant is «Red Putilo-vets»), 1924, tractor-fordzon-putilovec.html.
4. Traktor K-744 [Tractor K-744], http://timer73.ru/ samohodnaya-tehnika/traktor-kirovec-k-744r2-standart-tutaevskiy.
5. Rusanov V.A. Problema pereuplotnenija pochv dvizhiteljami i jeffektivnye puti ee reshenija [The problem of soil compaction by movers and effective ways to solve it], Moscow, RASHN, VIM, 2000. - 368 p.
6. Rusanov V.A. Vozdejstvie dvizhitelej na pochvu: napravlenie reshenija problemy [The effect of movers on the ground: the direction of solving the problem], Vestnik sel'sko-hozjajstvennoj nauki, 1992, No 3.
7. Rusanov V.A., Antyshev N.M., Kuznecov V.P. i dr. Problema vozdejstvija dvizhitelej na pochvu i jeffektivnoe napravlenie ee reshenija [The problem of the impact of movers on the soil and the effective direction of its solution], Traktory i sel'skohozjajstvennye mashiny, 1994, No 5.
8. Rusanov V.A., Nebogin I.S., Shhel'cyn N.A. Os-novnye polozhenija usovershenstvovannogo metoda oprede-lenija maksimal'nogo davlenija gusenichnogo dvizhitelja na pochvu [The main regulations of the improved method for determining the maximum pressure of the tracked mover on the so/7], Problema vozdejstvija dvizhitelej na pochvu i jeffektivnye napravlenija ee reshenija, Moscow, VIM, 1998.
9. Rusanov V.A., Nebogin I.S., Shubnikov A.G. i dr. Metodika opredelenija pokazatelej jeffektivnosti snizhenija vozdejstvija na pochvu dvizhitelej tehniki, peremeshhaju-shhejsja v tehnologicheskom cikle po poljam [The technique of definition of efficiency indicators of reducing the impact on soil of mover, moving in the processing cycle through the fields], Moscow, VIM, 1994,40 p.
10. Lipkovich Je.l., Kormil'cev Ju.G., Chernoiva-nov V.I., Ezhevskij A.A., Nesmijan A.Ju., Shhirov V.V. (RU), Zernouborochnyj agregat [Grain harvesting unit], Pat. No 2626171 RU, MPK A01D 41/02 C 1. - No 2016146258, zajav. 24.11.2016, opubl. 21.07.2017, Bjul. No 21.
11. Lipkovich Je.l., Kormil'cev Ju.G., Chernoiva-nov V.I., Ezhevskij A.A., Nesmijan A.Ju., Shhirov V.V. (RU), Zernouborochnyj agregat [Grain harvesting unit], Pat. No 2625178 RU, MPK A01D 41/04 C 1. - No 2016139187, zajav. 05.10.2016, opubl. 12.07.2017, Bjul. No 20.
Сведения об авторе
Кормильцев Юрий Геннадиевич - генеральный директор ООО «НИПФ «Тензор» (г. Таганрог, Ростовская область, Российская Федерация). Тел.: 8 (8634)640-618. E-mail: [email protected].
Information about the author Kormiltsev Yuri Gennadievich - General Director of «NIPF Tensor» (Taganrog, Rostov region, Russian Federation). Phone: 8 (8634)640-618. E-mail: [email protected].
