CC BY
9
Научная статья
УДК 631.145/147:631.58:633(470.62/.67) doi: 10.37670/2073-0853-2022-94-2-134-138
Технологический показатель работы МТА при обработке почвы в условиях Предкавказья
Юрий Алексеевич Кузыченко, Константин Александрович Катков
Северо-Кавказский федеральный научный аграрный центр, Михайловск, Ставропольский край,
Россия
Аннотация. Проведена оценка качества обработки почвы и разработан комплексный эксплуатационный показатель работы машинно-тракторных агрегатов (МТА) с целью оптимизации способов обработки почвы при различной влажности пахотного слоя. Исследование выполнено на полигоне Ставропольского НИИСХ, почва которого представлена чернозёмом обыкновенным тяжелосуглинистым. Основная обработка почвы по лущёному стерневому фону при влажности пахотного слоя от 14,0 до 20,6 % проводилась на глубину 20 - 22 см с применением плуга ПЛН-5-35, плуга со стойками СибИМЭ, плуга со стойками «Параплау» и чизельного плуга ПЧ-4,5. Тяговое сопротивление орудий и расход топлива измерялЬсь при помощи электронной установки ЭМА-ПМ, установленной на тракторе Т-150К. Установлено возрастание процента почвенных агрегатов более 10 мм при повышении влажности пахотного слоя от 14,0 до 19,5 % при обработке плугом со стойками «Параплау» на 4,5 и 5,3 %, а при обработке чизельным плугом ПЧ-4,5 - на 7,0 и 6,4 % соответственно в сравнении с отвальной обработкой плугом ПЛН 5-35. При увеличении влажности почвы до 19,5 % отмечалось нарастание значения комплексного эксплуатационного показателя (КЭП) при отвальной вспашке (0,269) и чизелевании (0,604), но увеличение глыбистости при чизельной обработке составляло 5,3 %. При повышенной влажности (более 20,6 %) установлено повышение значения КЭП при обработке почвы стойками «Параплау» до 0,482.
Ключевые слова: обработка почвы, плуг, комплексный эксплуатационный показатель.
Для цитирования: Кузыченко Ю.А., Катков К.А. Технологический показатель работы МТА при обработке почвы в условиях Предкавказья // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2022. № 2 (94). С. 134 - 138. https://doi.org/10.37670/2073-0853-2022-94-2-134-138.
Original article
Technological indicator of the work of the MTU during tillage in the conditions of the Pre-Caucasus
Yuri A. Kuzychenko, Konstantin A. Katkov
North Caucasus Federal Agricultural Research Center, Mihaylovsk, Stavropol region, Russia.
Abstract. An assessment of the quality of tillage was carried out and a comprehensive operational indicator of the operation of machine-tractor units (MTU) was developed in order to optimize the methods of tillage at different moisture content of the arable layer. The study was carried out at the test site of the Stavropol Research Institute of Agriculture, the soil of which is represented by ordinary heavy loamy chernozem. The main soil tillage on a stubbled background with a moisture content of the arable layer from 14.0 to 20.6 % was carried out to a depth of 20-22 cm using a plow PLN-5-35, a plow with SiblME tines, a plow with Paraplau tines and a chisel plow IF - 4.5. The traction resistance of the implements and fuel consumption were measured using an EMA-PM electronic unit mounted on a T-150K tractor. An increase in the percentage of soil aggregates of more than 10 mm was established with an increase in the moisture content of the arable layer from 14.0 to 19.5 % when processed with a plow with Paraplau tines by 4.5 and 5.3 %, and when processed with a chisel plow PCH-4.5 - by 7.0 and 6.4 %, respectively, in comparison with moldboard processing with a plow PLN 5-35. With an increase in soil moisture to 19.5 %, an increase in the value of the complex operational indicator (CEP) was noted during moldboard plowing (0.269) and chiselling (0.604), but the increase in lumpiness during chisel processing was 5.3 %. At high humidity (more than 20.6 %), an increase in the CEP value was found when tilling the soil with Paraplau tines up to 0.482.
Keywords: tillage, plow, complex operational indicator.
For citation: Kuzychenko Yu.A., Katkov K.A. Technological indicator of the work of the MTU during tillage in the conditions of the Pre-Caucasus. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2022; 94(2): 134-138. (In Russ.). https://doi.org/10.37670/2073-0853-2022-94-2-134-138.
Оценка работы машинно-тракторных агрегатов (МТА) при основной обработке почвы связана с комплексом эксплуатационных показателей, в разной степени зависящих от таких параметров, как конструктивные особенности отвальных и безотвальных орудий, скорость движения агрегата, глубина основной обработки почвы, условия увлажнения обрабатываемого
слоя почвы, исходное состояние стерневого фона, подверженного предварительной механической обработке [1 - 6]. Критериями оценки являются производительность МТА (га/ч), удельное тяговое сопротивление орудия (кН/м2) и удельный расход топлива (кг/га). Эти показатели принимают разные значения с изменением того или иного параметра, однако при одинаковой скорости
движения агрегатов и единообразном стерневом фоне эксплуатационные показатели будут различаться в зависимости от конструктивных особенностей орудий и влажности пахотного слоя почвы. Поэтому возникает задача разработки комплексного эксплуатационного показателя (КЭП), оптимально характеризующего применение того или иного отвального или безотвального орудия при различной влажности пахотного слоя почвы и дающего возможность специалистам принимать обоснованное технологическое решение по выбору способа основной обработки почвы. Такая задача может быть решена с использованием метода главных компонент. При этом необходимо учитывать, что выбор орудия с целью достижения большей производительности агрегата и снижения топливных затрат при обработке почвы приводит к снижению качества обработки и требует дополнительных операционно-технологических затрат [7 - 10].
Цель исследования - оценка качества обработки почвы и разработка комплексного эксплуатационного показателя работы МТА при оптимизации выбора способа обработки почвы с различной влажностью пахотного слоя.
Материал и методы. Динамику изменения удельных эксплуатационных показателей при работе различных почвообрабатывающих агрегатов изучали на опытном полигоне Ставропольского НИИСХ на чернозёме обыкновенном тяжелосуглинистом (гумус - 2,9 %, Р2О5 - 19,5 мг/кг, К2О - 198 мг/кг). Тяговые испытания орудий отвального и безотвального типов в агрегате с трактором Т-150К при обработке почвы проводили с использованием электронной установки ЭМА - ПМ на лущёном стерневом фоне колосовых при влажности пахотного слоя от 14,0 до 20,6 %. Изучали варианты основной обработки почвы с использованием следующих орудий: плуга с культурными отвалами ПЛН-5-35, плуга со стойками СибИМЭ, плуга со стойками «Параплау» и чизельного плуга ПЧ-4,5, глубина обработки составляла 20 - 22 см. Наличие глыбистых агрегатов более 10 мм после основной обработки, связанное с исходной влажностью пахотного слоя и формой рабочего органа орудия, определяли методом сухого рассева.
Для расчётов комплексного эксплуатационного показателя предлагается использовать метод главных компонент (Principal Component Analysis, PCA) [11 - 13]. Применение метода РСА позволяет перейти к новым переменным (главным компонентам). При этом число отобранных главных компонент определяется на основании величины объяснённой дисперсии исходных показателей. В рамках данного исследования число главных компонент выбиралось таким образом, чтобы объяснённая дисперсия была не ниже 98 %. Остальные компоненты отбрасываются.
Таким образом, метод РСА позволит сократить размерность вектора исходных показателей и перейти к ортогональному подпространству главных компонент. В выделенном подпространстве главных компонент определяется опорная точка MAX. Эта точка соответствует наилучшим значениям измеряемых исходных показателей. Наилучшими значениями в данном случае являются максимальные значения производительности орудия и минимальные значения удельного сопротивления орудия и удельного расхода топлива. Если число отобранных главных компонент равно k, то каждому i-му орудию в подпространстве отобранных главных компонент будет соответствовать вектор, элементами которого будут координаты главных компонент из матрицы счетов PC:
[PC/, PC/...PC/,], (i = 1...h). (1)
На следующем этапе определяются координаты точки MAX в новом подпространстве отобранных главных компонент:
Pj = I amjxr, (j = 1. k), (2)
m=1
где amj - компонентная нагрузка исходного признака m по компоненте j; n - количество исходных признаков, используемых для формирования КЭП. Таким образом, в подпространстве выбранных k главных компонент получаем h точек с координатами, определяемыми выражением (1), и опорную точку с координатами, определяемыми выражением (2). Далее в подпространстве главных компонент определяется евклидово расстояние между каждой из h точек, характеризующих оцениваемое орудие, и опорной точкой MAX (Dmax). Комплексный эксплуатационный показатель предлагается рассчитывать как величину, обратную значению Dimax:
Щ = (3)
Чем выше значение KP, тем ближе в координатном пространстве главных компонент к точке MAX располагается точка, характеризующая оцениваемое орудие, а следовательно, тем ближе к наилучшим значениям находятся исходные параметры испытываемых МТА. В качестве средств компьютерной математики, используемых при решении задачи, применялись табличный процессор MS Excel и интегрированный математический пакет Matlab [14].
Результаты и обсуждение. Оценка глыбисто-сти почвы после проведения основной обработки орудиями при различной исходной влажности пахотного слоя (табл. 1) показала значимое возрастание количества глыбистых агрегатов более 10 мм при безотвальных способах обработки в сравнении с отвальной обработкой плугом ПЛН 5-35 с повышением влажности пахотного
1. Содержание глыбистых фракций более 10 мм при различных способах обработки почвы, %
Орудия основной обработки Влажность почвы Ш, % Средняя
9,2 14,0 19,5
Плуг ПЛН-5-35 61,5 51,1 54,5 55,7
Плуг со стойками СибИМЭ 63,7 52,1 56,7 57,5
Плуг со стойками «Параплау» 67 55,6 59,8 60,8
Плуг ПЧ-4,5 70 58,1 60,9 63,0
НСР05 = 1,15 %; ^ф = 91,2 > = 4,8
8 10 12 14 16 18 20
Влажность почвы, %
- Плуг ПЛН-5-35
----Плуг со стойками СибИМЭ
— • — • Плуг со стойками «Параплау» ^ Чизельный плуг ПЧ-4,5
Рис. 1 - Содержание глыбистых фракций почвы при основной обработке
слоя от 14,0 до 19,5 %, при обработке плугом со стойками «Параплау» - на 4,5 и 5,3 %, при обработке чизельным плугом ПЧ-4,5 - на 7,0 и 6,4 % соответственно (рис. 1).
Высококачественная обработка чернозёмных почв при наименьшем тяговом сопротивлении осуществляется при влажности почвы 15 - 18 % [15]. Анализ значений КЭП при различной влажности пахотного слоя показал, что в зоне глыбообразования (13,5 - 14 %) чизельный плуг ПЧ-4,5 и плуг со стойками «Параплау» имеют наибольшие значения - 0,497 и 0,499 соответственно, при большей величине глыбообразования - 55,6 и 58,1 % соответственно. С увеличением влажности почвы до 19,5 % отмечается нарастание значения КЭП при отвальной вспашке до 0,269 и чизелевании - до 0,604, однако увеличение глыбистости при безотвальной чизельной обработке составляет 5,3 % (табл. 2). В зоне залипа-ния почвы (влажность пахотного слоя 20,6 % и выше) значения КЭП при вспашке и чизельной обработке снижаются до значений 0,239 и 0,549
2. Комплексный эксплуатационный показатель при обработке почвы различной влажности
Орудия основной обработки Эксплуатационные показатели КЭП
производительность, га/ч удельное тяговое сопротивление, кН/м2 удельный расход топлива, кг/га
Влажность почвы в слое 0 - 20 см - 14,0 %
Плуг ПЛН-5-35 1,14 83,5 21,4 0,237
Плуг со стойками СибИМЭ 0,99 73,3 20,3 0,231
Плуг со стойками «Параплау» 1,38 47,8 13,4 0,497
Плуг ПЧ-4,5 1,47 57,6 14,2 0,499
Влажность почвы в слое 0 - 20 см - 18,4 %
Плуг ПЛН-5-35 1,29 39,7 15,3 0,265
Плуг со стойками СибИМЭ 1,03 40,0 16,2 0,218
Плуг со стойками «Параплау» 1,37 30,0 12,9 0421
Плуг ПЧ-4,5 1,47 40,7 16,1 0,591
Влажность почвы в слое 0 - 20 см - 19,5 %
Плуг ПЛН-5-35 1,27 87,7 19,2 0,269
Плуг со стойками СибИМЭ 1,05 89,0 21,7 0,215
Плуг со стойками «Параплау» 1,40 61,1 15,4 0,409
Плуг ПЧ-4,5 1,54 57,4 13,8 0,604
Влажность почвы в слое 0 - 20 см - 20,6 %
Плуг ПЛН-5-35 1,23 113,4 24,0 0,239
Плуг со стойками СибИМЭ 1,05 110,0 24,4 0,214
Плуг со стойками «Параплау» 1,40 71,1 16,0 0,482
Плуг ПЧ-4,5 1,52 72,8 17,4 0,548
с 0,65 I
fT>
0,6
0,55 0,5 0,45 0,4 0,35 -0,3 0,25 -0,2
N
13
15
17
19 21
Влажность почвы, %
Плуг ПЛН-5-35
----Плуг со стойками СибИМЭ
— • Плуг со стойками «Параплау» ^ Чизельный плуг ПЧ-4,5
Рис. 2 - Значения КЭП работы МТА при обработке почвы с различной влажностью пахотного слоя
соответственно, что связано с высоким удельным тяговым сопротивлением орудий - 113 и 72,8 кН/м2. При этом установлено повышение значения КЭП при обработке почвы стойками «Параплау» до 0,482 в связи с оригинальными конструктивными особенностями орудия (рис. 2).
Вывод. Исходя из выбора условий лучшего качества обработки почвы, наиболее приемлемым является способ основной обработки отвальным плугом ПЛН-5-35 при влажности пахотного слоя в диапазоне 14 - 16 % с наименьшим количеством глыбистых фракций (51,1 %). Меньшие эксплуатационные затраты установлены при обработке чизельным плугом ПЧ-4,5 (КЭП = 0,604) при влажности почвы до 19,5 %. При этом повышенное содержание глыбистых фракций до 60,9 % потребует дополнительных технологических затрат.
Список источников.
1. Скорляков В.И. Обоснование повышения рабочей скорости почвообрабатывающих и посевных агрегатов // Техника и оборудование для села. 2019. № 4 (262). С. 24 - 28
2. Селиванов Н.И. Совершенствование классификации и использование энергонасыщенных тракторов // Вестник КрасГАУ 2016. № 4. С. 113 - 118.
3. Карабаницкий А.П., Левшуков О.А. Теоретическое обоснование параметров энергосберегающих машинно-тракторных агрегатов. Краснодар: Изд-во КубГАУ, 2014. 104 с.
4. Алексеев В.В., Максимов И.И., Сякаев И.В. Энергетическая оценка механического воздействия на почву почвообрабатывающих машин и орудий // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2012. № 3 (28). С. 70 - 72.
5. Российская технология обработки почвы и посева на основе собственных конкурентоспособных инновационных машин / Н.К. Мазитов, Я.П. Лобачевский,
P.C. Рахимов и др. // Достижения науки и техники АПК. 2014. № 7. С. 68 - 70.
6. Кузыченко Ю.А. Топливно-энергетические показатели работы МТА при различных агрофизических условиях в пахотном слое почвы // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2019. № 1 (75). С. 13 - 15.
7. Характеристика внешних воздействий на работу машинно-тракторных агрегатов / С.И. Камбулов, В.Б. Рыков, М.В. Божко и др. // Тракторы и сельхозмашины. 2017. № 9. С. 45 - 51.
8. Бурченко П.Н. Механико-технологические основы почвообрабатывающих машин нового поколения. М.: ВИМ, 2002. 212 с.
9. Старовойтов С.И., Старовойтова Н.П., Чемисов Н.Н. О крошении суглинистой почвы // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2014. № 3. С. 30 - 34.
10. Кузыченко, Ю.А. Технологические аспекты обработки почвы в пропашном звене севооборота в зоне Центрального Предкавказья // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2020. № 3 (83). С. 169 - 172. https://doi.org/10.37670/2073-0853-2020-83-3-169-172.
11. Прикладная статистика. Классификация и снижение размерности / В.М. Айвазян, И.С. Бухштабер, Л.Д. Енюков и др. М.: Финансы и статистика, 1989. 607 с.
12. Дубров А.М. Обработка статистических данных методом главных компонент. М.: Статистика, 1978. 136 с.
13. Principal Manifolds for Data Visualization and Dimension Reduction [Электронный ресурс] / A. Gorban, B. Keg, D. Wunsch et al. URL: http://pca.narod.ru / (дата обращения: 30.01.2022)
14. Компьютерные технологии в научных исследованиях. Учебное пособие / Е.Н. Косова, К.А. Катков, О.В. Вельц и др. Ставрополь: Изд-во СКФУ, 2015. 241 с.
15. Бахтин П.А. Физико-механические и технологические свойства почв. М.: Знание,1971. 64 с.
References
1. Skorlyakov V.I. Justification of increasing the working speed of tillage and sowing aggregates. Machinery and Equipment for Rural Area. 2019; 4 (262): 24-28.
2. Selivanov N.I. Improvement of classification and use of energy-saturated tractors. The Bulletin of KrasGAU. 2016; 4: 113-118.
3. Karabanitsky A.P., Levshukov O.A. Theoretical substantiation of parameters of energy-saving machine-tractor units. Krasnodar, 2014. 104 p.
4. Alekseev V.V., Maksimov I.I., Syakaev I.V. Energy assessment of mechanical impact on soil of tillage machines and implements. Agricultural Science Euro-North-East. 2012; (28): 70-72.
5. Russian technology of tillage and sowing on the basis of own competitive innovative machines / N.K. Mazitov, Ya.P. Lobachevsky, PC. Rakhimov et al. Achievements of science and technology AIC. 2014; 7: 68-70.
6. Kuzychenko Yu.A. Fuel and energy indicators of MTA operation under various geophysical conditions in the arable soil layer. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2019; 1 (75): 13-15.
7. Characteristics of external influences on the operation of machine-tractor units / S.I. Kambulov, V.B. Rykov, M.V. Bozhko et al. Tractors and agricultural machinery. 2017; 9: 45-51.
8. Burchenko P.N. Mechanical and technological foundations of new generation tillage machines. M.: VIM, 2002. 212 p.
9. Starovoitov S.I., Starovoitova N.P., Chemisov N.N. On the collapse of loamy soil. Agricultural Machinery Agricultural and Technologies. 2014; 3: 30-34.
10. Kuzychenko Yu. A. Technological aspects of soil cultivation in the tilled link of crop rotation in the zone of the Central Ciscaucasia. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2020; 83(3): 169-172. https://doi. org/10.37670/2073-0853-2020-83-3-169-172.
11. Applied statistics. Classification and dimension reduction / V.M. Ayvazyan, I.S. Bukhstaber, L.D. Enyukov et al. M.: Financeand Statistics, 1989. 607 p.
12. Dubrov A.M. Processing of statistical data by the method of principal components. M.: Statistics, 1978. 136 p.
13. Principal Manifolds for Data Visualization and Dimension Reduction [Electronic resource] / A. Gorban, B. Keg, D. Wunsch et al. URL: http://pca.narod.ru / (dateofap-plication: 30.01.2022)
14. Computer technologies in scientific research. Textbook / E.N. Kosova, K.A. Katkov, O.V. Velts et al. Stavropol: NCFU, 2015. 241 p.
15. Bakhtin P.A. Physico-mechanical and technological properties of soils. M.: Znanie, 1971. 64 p.
Юрий Алексеевич Кузыченко, доктор сельскохозяйственных наук, доцент, [email protected], https://orcid.org/0000-0002-6394-2447
Константин Александрович Катков, кандидат технических наук, доцент, [email protected], https://orcid.org/0000-0003-4734-8656
Yuri A. Kuzychenko, Doctor of Agriculture, Associate Professor, [email protected], https://orcid.org/0000-0002-6394-2447
Konstantin A. Katkov, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, [email protected], https://orcid.org/0000-0003-4734-8656
Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Contribution of the authors: all authors have made an equivalent contribution to the preparation of the publication. The authors declare no conflict of interests.
Статья поступила в редакцию 11.03.2022; одобрена после рецензирования 31.03.2022; принята к публикации 31.03.2022.
The article was submitted 11.03.2022; approved after reviewing 31.03.2022; accepted for publication 31.03.2022. -♦-
Научная статья УДК 62-585.13
doi: 10.37670/2073-0853-2022-94-2-138-143
Улучшение динамики разгона тракторов типа К-7 применением гидроаккумулятора постоянного давления разрядки и рабочей жидкости, легированной реметаллизантом
Олег Станиславович Володько, Александр Павлович Быченин,
Николай Павлович Крючин
Самарский государственный аграрный университет, Самара, Россия
Аннотация. Цель исследования - обеспечить повышение эксплуатационных свойств тракторов типа К-7 реализацией ускоренного процесса разгона после переключения передач. При эксплуатации тракторов, оснащённых гидромеханическими коробками передач, существует актуальная проблема повышения их эксплуатационных свойств за счёт улучшения динамики разгона. Обоснованы теоретические предпосылки уменьшения затрат полезного крутящего момента двигателя на преодоление инерционных сил вращающихся деталей и сил взаимного торможения фрикционов переключаемых передач. Представлены методика и результаты экспериментальной оценки динамики разгона трактора при использовании штатного гидроаккумулятора и гидроаккумулятора постоянного давления разрядки и рабочей жидкости, легированной реметаллизантом. Установлено, что ускорение трактора при переключении передач на втором режиме составило 1,15 и 1,18 м/с2 соответственно в базовом и экспериментальном вариантах гидроаккумулятора; на третьем режиме - 1,40 и 1,42 м/с2; на четвёртом режиме - 0,89 и 0,95 м/с2. Наиболее значительно гидроаккумулятор постоянного давления разрядки и рабочая жидкость, легированная реметаллизантом, влияют на процесс переключения передач на четвёртом режиме (разница 0,06 м/с2 (6,3 %). По результатам исследований гидроаккумулятор постоянного давления разрядки и рабочая жидкость, легированная реметаллизантом, рекомендуются к использованию в гидромеханических коробках передач тракторов типа К-7.
Ключевые слова: гидроаккумулятор, давление, реметаллизант, разгон, динамика.
Для цитирования: Володько О.С., Быченин А.П., Крючин Н.П. Улучшение динамики разгона тракторов типа К-7 применением гидроаккумулятора постоянного давления разрядки и рабочей жидкости, легированной реметаллизантом // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2022. № 2 (94). С. 138 - 143. https://doi.org/10.37670/2073-0853-2022-94-2-138-143.
