Результаты экспериментальных исследований плуга для агрегатирования с тракторами тягового класса 3

Полный текст

ВВЕДЕНИЕ

Для выращивания сельскохозяйственных культур широко применяется технология основной отвальной обработки почвы. На нее затрачивается более 40% энергетических ресурсов [1–3], что обусловлено тяговым сопротивлением рабочих органов плугов общего назначения [4–6]. Технологический процесс вспашки такими органами, от создания плуга и по настоящее время, исторически не претерпел особых изменений. Подрезание почвенного пласта осуществляется лемехом, крошение и оборот отвалом, устойчивость движения корпуса обеспечивается полевой доской [3, 5–8]. При этом на долю сопротивления полевой доски приходится до 20% суммарной составляющей тягового сопротивления корпуса плуга [7, 8]. Улучшению энергетических показателей работы лемешно-отвального корпуса посвящено много исследований [9–15]. Изменялась форма и геометрия лемеха, сплошной отвал заменялся полосовым, уменьшалась площадь полевой доски. Для снижения тягового сопротивления в Саратовском ГАУ разработан корпус плуга, у которого полевая доска отсутствует. Устойчивость движения корпуса выполняет левый лемех, закрепленный со стороны необработанной части почвы [16, 17]. Корпус (рис. 1) состоит из стойки 1, правого лемеха 2, отвала 3 и левого лемеха 4. Новые корпуса устанавливаются на плуги серии ПБС (рис. 2) и предназначены для выполнения основной технологической операции – подрезания, крошения и оборота пласта почвы [17]. Боковой левый лемех, установленный вместо полевой доски, подрезает необработанный слой почвы, обеспечивая горизонтальную устойчивость плуга. Экспериментальный плуг ПБС-5М по своим характеристикам предназначен для отвальной обработки почв под зерновые и технические культуры на глубину до 30 см, не засоренных плитняком, камнями и другими препятствиями, с удельным сопротивлением до 0,14 МПа, твердостью почвы до 4 МПа и влажностью до 30%.

 

Рис. 1. Корпус плуга: 1 – стойка; 2 – правый лемех; 3 – отвал; 4 – левый лемех.

Fig 1. Plow body: 1 – leg; 2 – right plowshare; 3 – blade; 4 – left plowshare.

 

Рис. 2. Навесной плуг ПБС-5М в агрегате с трактором Т-150К: 1 – рама; 2 – навеска; 3 – опорное колесо; 4 – корпус.

Fig 2. The PBS-5M pickup plow, coupled with the T-150K tractor: 1 – frame; 2 – lift hitch; 3 – support wheel; 4 – body.

 

Конструкция плуга ПБС-5М (рис. 2) включает в себя следующие основные механизмы и узлы: раму 1 с навеской 2, реечные механизмы регулировки глубины обработки с опорными пневматическими колесами 3 и пять корпусов 4, закрепленных на основном брусе рамы 1.

Технологический процесс работы плуга ПБС-5М осуществляется следующим образом. Агрегат с отрегулированным на заданную глубину плугом переводится из транспортного положения в рабочее на краю поля и трактор выполняет рабочий ход. Слой почвы подрезается правым лемехом, проходя через крыло отвала корпуса, крошится и оборачивается, заделывая пожнивные остатки и сорные растения, находящиеся на поверхности. После завершения рабочего хода оператор трактора переводит агрегат в транспортное положение, выполняет холостой ход с разворотом для совершения следующего рабочего хода с чередованием способов движения всвал и вразвал.

Цель работы – исследование на тяжелосуглинистых почвах тягово-эксплуатационных показателей лемешно-отвального плуга ПБС-5М для агрегатирования с тракторами тягового класса 3 [19, 20].

МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ

Лабораторно-полевые испытания проводились на опытном участке поля, расположенном в подзоне тяжелосуглинистых почв ООО «Парус АгроГруп» Новокубанского района Краснодарского края. Энергетические испытания выполнялись с помощью тягового тензозвена и измерительно-регистрирующей аппаратуры. Условия характеризовались следующими показателями: влажность почвы в обрабатываемом горизонте от 0 до 30 см составляла от 16,4 до 19,7%, твердость почвы – от 1,86 до 2,74 МПа. Масса растительных и пожнивных остатков на учетной площадке составляла в среднем 185 г/м², а высота сорных растений в среднем была 10,8 см. Обрабатываемое поле имело ровный рельеф и микрорельеф. Зачетные делянки, на которых проводились измерения, были разбиты на ровном горизонтальном участке поля. Определение производительности плуга в опытах обеспечивалось изменением поступательной скорости машинно-тракторного агрегата. Импульсы времени движения, тягового сопротивления и расхода топлива регистрировались с момента входа агрегата в зачетную делянку с установившейся скоростью и выхода агрегата из нее. Энергетические показатели машины рассчитывались по результатам первичных данных энергооценки по ГОСТ Р 52777-2007.

РЕЗУЛЬТАТЫ

В лабораторно-полевых исследованиях, в процессе которых определяли тягово-эксплуатационные показатели, использовали серийный трактор тягового класса 3 Т-150К [21] и плуг ПБС-5М [17]. Конструктивная ширина захвата плуга составляла 3,0 м. Энергетическую оценку проводили на отвальной обработке почвы после дискового лущения стерни озимого ячменя (рис. 3) в двух вариантах. В первом варианте вспашка выполнялась на установочную глубину 22 см плугом ПБС-5М в пятикорпусной комплектации. Во втором варианте – на установочную глубину 30 см плугом ПБС-5М в четырехкорпусной комплектации.

 

Рис. 3. Вспашка поля агрегатом Т-150К+ПБС-5М.

Fig 3. Field plowing with the T-150K+PBS-5M unit.

 

В первом варианте режим движения Т-150К+ПБС-5М изменялся в диапазоне рабочей скорости от 7,27 до 9,2 км/ч, показатели тягового сопротивления 32,5–32,08 кН практически не изменялись и составляли 90,28–89,0% от номинального тягового усилия энергосредства 36 кН [20, 21]. Мощность трактора, затрачиваемая на преодоление тягового сопротивления плугом на выполнение техпроцесса, составила 65,63–81,98 кВт или 66,97–67,2% эффективной мощности двигателя. При буксовании колес трактора по дискованному фону в диапазоне 6,9–14%, общая загрузка двигателя Т-150К составила 78,02–97,13% от эксплуатационной мощности трактора. Отвальная обработка почвы на глубину 22 см на третьей передаче трактора Т-150К, соответствующей рабочей скорости движения 9,2 км/ч, экспериментальным плугом ПБС-5М при рабочей ширине захвата 2,83 м, производительность получена за время основной работы агрегата 2,6 га/ч, а погектарный расход топлива – 11,94 кг/га.

Исследования тягово-эксплуатационных показателей по второму варианту показали, что агрегат Т-150К+ПБС-5М, оснащенный четырьмя корпусами при обработке почвы на глубину 30 см, в сопоставимых условиях, может работать на одной скорости – 5,72 км/ч. Мощность трактора, затрачиваемая на преодоление тягового сопротивления плугом, составила 69,62 кВт, а с учетом затрат мощности на самопередвижение трактора без плуга – 125,5 кВт от расходуемой мощности двигателя, что практически равняется эксплуатационной мощности двигателя Т-150К, лишь с некоторым запасом мощности 0,1%. В этом режиме движения (рабочая скорость движения 5,72 км/ч, первая передача трактора) отвальная обработка почвы на глубину 30 см и при рабочей ширине захвата плуга 2,27 м, возможна с производительностью (время основной работы) агрегата 1,3 га/ч и погектарным расходом топлива – 24,35 кг/га.

На основании вышеизложенного установлено, что энергоемкость пятикорпусного плуга ПБС-5М при данных условиях и режимах работы соответствует показателям тяговой и мощностной характеристикам трактора тягового класса 3 [10] с небольшим запасом мощности 2,87%, которого не достаточно для работы агрегата на скорости свыше 9,0 км/ч и глубине более 22,0 см.

Анализ данных составляющих баланса мощности двигателя трактора Т-150К в агрегате с четырехкорпусным плугом ПБС-5М по второму варианту показал, что мощность необходимая для работы плуга, почти равна эксплуатационной мощности двигателя и трактор может выполнять технологический процесс отвальной обработки почвы только на первой передаче с некоторым запасом мощности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате экспериментальных исследований пахотного агрегата Т-150К+ПБС-5М при обработке дискованного поля после уборки озимого ячменя установлено, что плуг может агрегатироваться тракторами тягового класса 3. Рациональный режим работы плуга в пятикорпусном исполнении обеспечивается при скорости движения 7–8 км/ч и глубине хода рабочих органов 22–21 см. Производительность за время основной работы агрегата составила 2,1–2,3 га/ч, расход топлива 12,9–12,7 кг/га. Удельные энергозатраты агрегата 47,5–46,78 кВт·ч/га, а плуга 31,26–31,4 кВт·ч/га. Загрузка двигателя при буксовании движителей трактора 6,9–9,7% составила 78–86%, При увеличении скорости движения агрегата и увеличении глубины хода рабочих органов значения показателей удельных энергозатрат агрегата и плуга увеличиваются. В полевых исследованиях установлено, что для агрегатирования плуга при скорости до 10 км/ч и глубине вспашки до 30 см в данных агротехнических условиях необходимо применение энергосредства более высокого тягового класса.

ДОПОЛНИТЕЛЬНО

Вклад авторов. В.М. Бойков – научное руководство, постановка задачи, критический анализ и доработка решения. С.В. Старцев – определение методологии исследования, сбор и анализ практических материалов по теме исследования, формирование общих выводов, критический анализ и доработка решения. А.В. Павлов – организация экспериментальных исследований, обработка результатов исследований. Е.С. Нестеров – анализ научных источников по теме исследования, обработка результатов исследований, анализ и доработка текста.

Все авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли равноправный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи).

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Источник финансирования. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.

ADDITIONAL INFORMATION

Authors’ contribution. V.M. Boikov is responsible for scientific guidance, problem statement, critical analysis and revision of the solution. S.V. Startsev is responsible for definition of research methodology, collection and analysis of practical materials on the research topic, formation of general conclusions, critical analysis and revision of the solution. A.V. Pavlov is responsible for organization of experimental research, processing of research results. E.S. Nesterov is responsible for analysis of scientific sources on the research topic, processing of research results, analysis and revision of the text. All authors certify that they meet the ICMJE international criteria for authorship.

Competing interests. The authors declare no any transparent and potential conflict of interests in relation to this article publication.

Funding source. This study was not supported by any external sources of funding.

Об авторах

Василий Михайлович Бойков

Саратовский государственный аграрный университет

Email: kingofscience@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-6933-8216
SPIN-код: 4235-8531

профессор, доктор технических наук, профессор кафедры «Техническое обеспечение АПК»

Россия, Саратов

Сергей Викторович Старцев

Саратовский государственный аграрный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: kingofscience@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3310-0035
SPIN-код: 4856-1685

профессор, доктор технических наук, профессор кафедры «Техническое обеспечение АПК»

Россия, Саратов

Андрей Владимирович Павлов

Саратовский государственный аграрный университет

Email: andrej.pavloff2015@yandex.ru
SPIN-код: 2916-7482

доцент, кандидат технических наук, доцент кафедры «Техническое обеспечение АПК»

Россия, Саратов

Евгений Сергеевич Нестеров

Саратовский государственный аграрный университет

Email: nesterov21@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0870-7516
SPIN-код: 9820-4786

доцент, кандидат технических наук, доцент кафедры «Техническое обеспечение АПК»

Россия, Саратов

Список литературы

Дополнительные файлы