Scientific journal

Modern problems of science and education

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

Введение

В Восточно-Сибирской агрозоне 6.2 Сибирского федерального округа (СФО) около половины пашни составляет участки площадью до 30 га при средней длине гона 600-1000 м. Более 53% полей имеют площадь более 30 га с длиной гона свыше 1000 м. Среднее удельное сопротивление дерново-подзолистых почв составляет 65 кН/м2 [1, 5].

Для возделывания зерновых и кормовых культур используются в основном три вида цельно замкнутых технологий обработки почвы и посева: традиционная с осенней зяблевой вспашкой; минимальная с осенней безотвальной глубокой или поверхностной обработкой почвы; нулевая (прямой посев) с одновременной поверхностной обработкой и посевом по стерне. При этом все технологии основной (первой) обработки почвы разделены на три группы, включающие родственные по энергоёмкости и агротехническим требованиям операции.

Для объективной оценки и снижения энергозатрат необходимо обосновать рациональные тягово-скоростные режимы рабочего хода и массоэнергетические параметры тракторов на родственных операциях каждой группы при установленном классе длины гона.

Основу технического обеспечения операционных технологий почвообработки и посева в агрозоне 6.2 составляют колесные тракторы типов 4К4а и 4К4б с изменяющимися массоэнергетическими параметрами и многооперационные комбинированные рабочие машины, и комплексы секционного типа. Поэтому адаптация тракторов к природным условиям (длина гона) и технологиям обработки почвы предполагает знание интервалов изменения этих параметров и возможность их регулирования до начала рабочего хода.

Настоящее исследование проводится с целью обоснования эксплуатационных параметров колесных тракторов для совокупности технологий основной обработки почвы и превалирующих классов длины гона в агрозоне 6.2 СФО.

Для достижения поставленной цели предусматривается решение следующих задач:

1. обосновать оптимальные значения показателей технологичности колесных тракторов типов 4К4 для разных групп родственных операций основной обработки почвы;
2. определить рациональные интервалы изменения эксплуатационных параметров тракторов для совокупности технологий основной обработки почвы и превалирующих классов длины гона.

Методы исследования, применяемые в настоящей работе, основаны на принципах системной адаптации мобильных энергосредств к природно-производственным условиям [2, 4].

Каждую группу родственных операций основной обработки почвы характеризуют осредненное удельное тяговое сопротивление при скорости V0 = 1,4 м/с Коi, его приращение в зависимости от скорости ,коэффициент вариации , номинальное значение и рациональный по энергозатратами агротребованиям интервал рабочей скорости .При этом максимальная скорость соответствует наивысшей производительности из условия , а минимальная - наименьшим удельным затратам при В основу определения оптимального значения рабочей скорости положен компромиссный вариант, учитывающий характер зависимостей , , .

Номинальное значение скорости рабочего хода для родственных операций второй и третьей группы с двухсторонним контрольным допуском в условиях вероятностного характера тяговой нагрузки определяется как . С учетом незначительного интервала изменения рабочей скорости на операциях первой группы целесообразно использовать односторонний контрольный допуск с нижней предельной границей и .

В основу оптимальной адаптации(оптимизации) параметров тракторов с механической ступенчатой трансмиссией положено обеспечение чистой производительности агрегатов , установленной по экономическим критериям оптимальности [2] для каждой технологической операции и соответствующего класса длины гона при функционировании в интервале допустимых значений рабочей скорости и тяговом диапазоне, соответствующем .

При этом на операциях каждой группы должно соблюдаться общее для всех типов энергомашин соотношение между основными параметрами-адаптерами, определяющее их энергонасыщенность и удельную материалоёмкость

(1)

Влияние длины гона и вида обработки почвы на эксплуатационную мощность и массу трактора определяется величиной чистой производительности , характеристикой удельного тягового сопротивления агрегата , номинальными значениями рабочей скорости , тягового КПД , коэффициентов использования веса трактора и мощности двигателя

, (2)

. (3)

В общем случае, при изменении природно-производственных условий и тягово-скоростных режимов работы, соотношения потребной мощности и массы трактора определяются из выражений [3]

, (4)

. (5)

Если трактор предполагается использовать, в основном, на родственных операциях обработки почвы одной группы и превалирующей длине гона в составе соответствующих агрегатов, значения и , целесообразно выбирать для интервала этой группы и тягового режима, соответствующего

.

При этом, соответствует режиму допустимого буксования . В этом случае, проблема энергосбережения на разных технологиях почвообработки и классах длины гона решается за счет создания и использования типоразмерного ряда тракторов, отличающихся указанными параметрами. Такой подход наиболее рационален при разработке системы машин для отдельных регионов и комплектовании тракторного парка крупных предприятий зернового направления.

Наиболее экономичным вариантом решения проблемы энергосбережения является использования мобильных энергосредств с управляемыми массоэнергетическими параметрами, обеспечивающих образование требуемого типоразмерного ряда путём комбинирования мощностью и массой. Величину шага и общее количество типоразмеров мощностей следует выбирать с учётом конструктивных, экономических и других соображений.

Полученные по результатам моделирования, с использованием экспериментальных зависимостей тягового КПД и буксования трактора , , значения показателей технологичности и (табл. 1) определяют оптимальные соотношения массоэнергетических параметров колесных тракторов типов 4К4 для разных групп родственных операций. Для тракторов с установленной мощностью и характеристикой двигателя указанные показатели являются основой для выбора эксплуатационной массы и балластирования на конкретных операциях основной обработки почвы.

В табл. 2 представлены осредненные интервалы эксплуатационных параметров колесных тракторов типов 4К4 для разных групп технологических операций и превалирующих классов длины гона агрозоны 6.2 СФО при минимальных приведенных затратах. Для длины гона более 1000 м на всех операциях по своим параметрам наиболее эффективны тракторы 6 класса с одинарными колесами и оптимальными показателями технологичности, а так же 8 класса со сдвоенными колесами (кроме 1 группы операций). Поэтому в краткосрочной перспективе тракторы типов 4К4б с шарнирной рамой следует рассматривать как основные для указанных условий использования.

Таблица 1. Рациональные значения показателей технологичности колесных
тракторов типов 4К4 для основных групп родственных операций почвообработки

Таблица 2. Интервалы эксплуатационных параметров колесных тракторов типов 4к4 при минимальных приведенных затратах

В основу комплектования парка тракторов общего назначения при превалирующей длине гона 600-1000 м следует принять колесные тракторы типов 4К4б и 4К4а с улучшенной классической компоновки с регулируемыми массоэнергетическими параметрами, позволяющими использовать их в 5-6 классов.

Указанные в табл. 2 оптимальные по затратам значения массоэнергетических параметров тракторов пропорциональны изменению удельного сопротивления агрегата К0. Однако стремление увеличить мощность и массу трактора при оптимальном значении и неизменном К0 для повышения производительности за счет ширины захвата приводит к снижению коэффициента использования времени смены и росту эксплуатационных затрат. Повышение скорости на операциях 2 группы до (14%) приводит к возрастанию энергонасыщенности и потребного энергетического потенциала в среднем на 13 %, приближая последний к оптимальным значениям для операций 3 группы.

Заключение. Установлены оптимальные значения показателей технологичности и определены интервалы изменения эксплуатационных параметров колесных тракторов типов 4К4 для каждой группы родственных операций основной обработки почвы и превалирующих классов длины гона в Восточно-Сибирской агрозоне 6.2 СФО, соответствующие минимальным приведенным затратам.

Рецензенты:

Петровский Э.А., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой технологических машин и оборудования нефтегазового комплекса, ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», г. Красноярск.

Минеев А.В., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой бурения нефтяных и газовых скважин, ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», г. Красноярск.