Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,931

ADAPTATION OF TECHNOLOGIES TO WHEELED TRACTOR TILLAGE

Selivanov N.I. 1 Makeeva Yu.N. 1
1 Krasnoyarsk state agrarian University
Проведен анализ цельнозамкнутых технологий обработки почвы и посева разных групп с обоснованными значениями номинальной скорости и полями ее двухстороннего допуска в условиях вероятностного характера тяговой нагрузки. Показано, что технологическая адаптация колесных тракторов общего назначения с установленными техническими характеристиками к режиму рабочего хода отдельной группы родственных операций почвообработки обеспечивается изменением эксплуатационной массы путем балластирования для достижения оптимального значения основного показателя технологичности – удельной материалоемкости. В качестве критерия эффективности использования тракторов с переменной массой в зональных технологиях почвообработки принято максимальное значение тягового КПД, определяющее удельную производительность агрегата. Установлена функциональная взаимосвязь удельной материалоемкости и критерия эффективности, обоснованы ее рациональные значения и интервалы изменения с учетом занятости в зональных технологиях почвообработки агропромышленного комплекса Красноярского края.
The analysis alesanty technologies of tillage and sowing of different groups with reasonable values of the rated speed and its fields of bilateral tolerance in terms of the probabilistic nature of traction load. It is shown that technological adaptation wheeled tractors utility with established technical specifications to the mode of working of the progress of individual groups of related operations tillage is provided by the change in operating weight by ballasting to achieve the optimal value of the main index of the technology - specific material. As a criterion of the effectiveness and use of tractors with variable mass in the zonal tillage technologies adopted maximum value of the tractive efficiency that determines the specific productivity of the unit. Established functional relationship between specific energy consumption and efficiency criterion is justified her rational values and change intervals on the basis of employment in the zonal tillage technologies of agro-industrial complex of Krasnoyarsk region.
technology of a pochvoobrabotka
weight
ballasting
adaptation
specific material capacity
efficiency.
Для возделывания зерновых, кормовых и технических культур применяются в основном три вида цельнозамкнутых технологий обработки почвы и посева с разной энергоемкостью при установленных значениях номинальной скорости и полей ее двухстороннего допускав условиях вероятностного характера тяговой нагрузки [1; 2; 4]: традиционная с осенней зяблевой вспашкой приминимальная с осенней безотвальной глубокой обработкой почвы с; минимальная с поверхностной обработкой почвы и нулеваяс одновременной поверхностной обработкой и посевом при  Каждыйвид указанных технологий основной обработки почвы образует группу из ряда родственных по энергоемкости и агротехническим требованиям операционных технологий, которая характеризуется осредненным значением удельного сопротивления при скоростиего приращением в зависимости от скорости и коэффициентом вариации

Основу современного рынка тракторов общего назначения составляют унифицированные разных типоразмеров мобильные энергетические средства с колесной формулой 4к4и изменяющимися в широком диапазоне мощностью двигателяи эксплуатационной массой

            Сущность технологической адаптации таких тракторов заключается в обосновании удельной материалоемкости[3] для каждой из установленных групп родственных операций почвообработки с учетом природных условий и их конструкционных особенностей, обеспечивающих применение следующих основных принципов адаптации и адаптеров [2]:

            - регулирование мощности двигателя изменением массового расхода топлива и номинальной частотой вращения

            - изменение эксплуатационной массы путем балластирования, установки сдвоенных колес и применения догружающих устройств.

            Адаптация тракторов с установленными техническими характеристиками к режиму рабочего хода отдельной группы родственных операций почвообработкипредполагает [1] изменение эксплуатационной массы для достижения.Поэтому актуальным является оценка эффективности использования колесных тракторов с переменной массойв технологиях почвообработки.

Настоящее исследование проводится с целью сравнительной оценки эффективности использования колесных 4к4 тракторов с разной удельной материалоемкостью в технологиях основной обработки почвы.

            Для достижения поставленной цели предусматривается решение следующих задач:

            1) обосновать критерии эффективности использования тракторов на операциях почвообработки;

            2) дать сравнительную оценку эффективности тракторов с разной удельной материалоемкостью на родственных операциях почвообработки установленных групп;

            3) определить рациональный интервал изменения удельной материалоемкости колесных тракторов с учетом занятости в технологиях почвообработки.

Методы исследования в настоящей работе основаны на принципах системной адаптации мобильных энергосредств к производственным условиям.Рациональный тяговый диапазон трактора ограничен с одной стороны режимом допустимого буксования при максимальном значении коэффициента использования веса для выполнения первой, наиболее энергоемкой, группы операций со скоростью и режимом максимального тягового КПД соответствующим для третьей, наименее энергоемкой, группы операций приДля выполнения родственных операций второй группы  на скорости

            Диапазонусоответствует интервал изменения удельной материалоемкости от максимальной до минимальной соотношение которых не должно превышать максимально допустимое увеличение наименьшего (базового) значения массы трактораза счет балластирования, [3]

(1)

            При известном соотношении  значения удельной массы общего балласта для каждой группы операций выразятся как:

(2)

Основным показателем эффективности трактора с разными значениями на операциях почвообработки является удельная производительность

(3)

Используя соотношение основных параметров трактора [3]

(4)

уравнение (3) примет вид

(5)

            Таким образом, удельная производительность,при прочих равных условияхпрямо пропорциональна тяговому КПД трактора.

            При известных значениях КПД трансмиссии сопротивления качению и буксования тяговый КПД трактора [5] в диапазоне выразится как

(6)

            Зависимостьпри определяется характером изменения буксования  На всех режимах при одинаковых значениях, независимо от величины , тяговый КПД остается неизменным Однако уменьшение приводит к соответствующему повышению скорости из условия

            Работа трактора с разной на скоростихарактеризуется взаимосвязью удельной материалоемкости и параметров тягового режима

(7)

            Поэтому уменьшение всегда сопровождается возрастанием и буксования с одновременным повышением  что формирует в конечном итоге значение тягового КПД трактора.

            Удельные затраты мощности на перемещение трактора в интервале рабочих скоростей

(8)

            КПД сопротивления качению при этом выразится как

(9)

            Из зависимостей (8) и (9) следует, что затраты мощности на перемещениепри и снижение  пропорциональны удельной материалоемкости и номинальнойскорости трактора. Тяговый КПД трактора, с учетом (9), определится по формуле

. (10)

            Номинальное значение рабочей скорости для родственных операций с двухсторонним контрольным допуском в условиях вероятностного характера тяговой нагрузки можно выразить как [1]

(11)

            Контрольный допуск представляет собой интервал средних значений скорости, ограниченный  и  При равенстве коэффициентов вариации частоты вращения и момента сопротивленияна коленчатом валу для дизеля постоянной мощности (ДПМ)

(12)

где и – верхняя и нижняя границы контрольного допуска.

            Вероятность нахождения среднего значения скорости в зоне двухстороннего допуска при нормальном законе распределения определится из выражения

(13)

где – функция Лапласа; – аргументы функции Лапласа.

            Среднее значение тягового КПДтрактора и соответствующая ему удельная производительность при вероятностном характере скорости движения определятся как [5]

(14)

            Влияние характеристики распределения скоростина энергетические и технико-экономические показатели трактора оценивается коэффициентом адаптации

Результаты исследования и их обсуждение. Использование экспериментальных зависимостей [3] позволило обосновать оптимальные значения тракторов 4к4а на одинарных и сдвоенных колесах для установленных групп родственных операций почвообработки (табл.1).

Таблица 1

Оптимальные значения  для операций основной обработки почвы

Группа операций

,м/с

(км/ч)

Одинарные колеса

Сдвоенные колеса

 

 

,кг/кВт

(кг/л.с.)

 

 

,кг/кВт

(кг/л.с.)

1

2,20

 (8,0)

0,625

64,47

(47,40)

0,692

68,21

(50,15)

2

2,65

(9,5)

0,634

59,49

(43,74)

0,707

66,31

(48,76)

3

3,33

(12,0)

0,638

52,80

(38,82)

0,710

62,11

(45,67)

 

            Рациональным тяговым диапазонам использования трактора на операциях почвообработки разных групп с одинарными  и сдвоенными колесами соответствуют  что согласуется с условием (1) при

            Оптимальныезначения  трактора с одинарными колесами при достигаются изменением удельной массы общего балласта от минимальной  до максимальной  что составляет  (табл.2).

На сдвоенных колесах  обеспечивается за счет изменения дополнительной удельной массы  включающей удельные массы второго комплекта задних и передних колес  и балластных грузов  от  до  При  общая масса балластных грузов для первой группы операций на сдвоенных колесах  остается практически неизменной. На операциях 2 и 3 групп удельная масса балластных грузов существенно повышается до 10,73 и 6,53 кг/кВт соответственно (табл. 2).

Таблица 2

Параметры балластных грузов колесных 4к4а тракторов для технологий почвообработки

 

Группа операций

Одинарные колеса

Сдвоенные колеса

кг/кВт

кг/кВт

кг/кВт

1

0,45

12,89

0,250

0,47

16,63

12,63

0,245

0,41

20,02

0,388

0,41

27,22

23,22

0,450

2

0,41

7,91

0,153

0,41

14,73

10,73

0,208

0,41

7,91

0,153

0,41

14,73

10,73

0,208

3

0,37

1,22

0,024

0,35

10,53

6,53

0,127

0,38

0

0

0,41

4,5

0

0

 

При использовании в качестве основного тягового режима для всех групп родственных операций величина достигает 1,388 на одинарных и 1,450 на сдвоенных колесах (табл. 2), что недопустимо по условиям балластирования [6]. Это требует компромиссного варианта балластированиядля операций первой группы, в основе которого целесообразно использовать тяговый режим при и предлагаемые условия балластирования для его достижения.

            При этом установлено, что характеристики буксования и тягового КПД трактора  остаются неизменными при разных значениях  (рис.1). При работе на постоянной скоростиуменьшение приводит к увеличению  и буксования движителя с одновременным повышением что определяет характер изменения Относительные потери мощности на перемещение трактора пропорциональны скорости движения и удельной материалоемкости (рис. 2). КПД сопротивления качению имеет обратную зависимость.

Рис.1.Зависимости трактора 4к4а при разной удельной материалоемкости (фон – стерня)

Рис.2. Зависимости трактора 4к4а при разной удельной материалоемкости (фон – стерня)

Характер изменения тягового КПДв пределах контрольного допуска определяет эффективность использования трактора с заданной удельной материалоемкостью.На операциях первой группы наивысшие показатели эффективности достигаются при  которой соответствует диапазон изменения от 0,600 до 0,636. Уменьшение эксплуатационной массы до  иприводит к смещению тягового режима в зону больших значений  припревышающем допустимоебуксовании,что существенно снижает номинальное и осредненное значения тягового КПД трактора.

На операциях второй группы номинальное и среднее значения тягового КПД достигают максимума при  Увеличение удельной материалоемкости до  сопровождается смещением тягового режима в зону меньших значений  что несколько компенсирует затраты мощности на перемещение трактора.

            Наивысшую эффективность на операциях третьей группы обеспечивает. Увеличение удельной материалоемкости до и смещает режим работы в левую часть потенциальной тягово-динамической характеристики с более низкими значениями тягового КПД.

В условиях вероятностного характера распределения скорости рабочего хода с установленными допусками по зависимости (14) определены средние значения показателей эффективности использования трактора на операциях почвообработки разных групп при изменении удельной энергоемкости от  до.

            К первой группе операций наиболее адаптирован трактор с  при и  Уменьшение удельной материалоемкости до и снижает коэффициент адаптации до 0,956 и 0,906 соответственно при относительной производительности0,980 и 0,932.Эффективность использования трактора с  ограничивается скоростью (рис. 3).

На второй группе операций в интервале рабочих скоростей от 2,50 до 3,05м/с наиболее эффективен трактор с  прии  Показатели адаптации и эффективности трактора с  достигают 0,994 и 0,990 соответственно. При их снижение составляет 2,5-2,8%.

При наивысшие показатели имеет трактор с  Повышение  до снижает их на 2,5%.

Рис.3. Показатели эффективности колесного 4к4а трактора на операциях почвообработки разных групп:;;

Полученные результаты позволяют установить рациональный интервал изменения удельной материалоемкости колесного трактора 4к4а с учетом занятости в зональных технологиях почвообработки для АПК Красноярского края в пределах на одинарных и  на сдвоенных колесах.

Выводы

            1. Основным показателем сравнительной оценки эффективности колесных 4к4а тракторов с переменной массой и установленной характеристикой двигателя на операциях почвообработки разных групп являются номинальные и средние значения тягового КПД.

            2. Наиболее адаптированным к зональным технологиям почвообработки является трактор с удельной материалоемкостью ,равной 59,49 кг/кВт на одинарных и 66,31 кг/кВт на сдвоенных колесах.

            3. Рациональный интервал изменения удельной материалоемкости колесных 4к4а тракторов,с учетом занятости в зональных технологиях почвообработки АПК Красноярского края, находится в пределах 58-62кг/кВт на одинарных и 63-67 кг/кВт на сдвоенных колесах, при использовании на операциях 2-3 группсоставляет соответственно 54-58и 62-66 кг/кВт.

Рецензенты:

Ушанов В.А.,д.т.н., профессор, зав.каф.эксплуатации и ремонта машинно-тракторного парка ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет», г.Красноярск.

Меновщиков В.А.,д.т.н., профессор, зав.каф.технологии машиностроения ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет», г.Красноярск.