The properties of machine-tractor unit (MTU) regarding soil preparation with bed ridging

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Один из главных критериев оценки выполненных работ – производительность. Она зависит от ряда показателей: сопротивления на крюке, оптимального использования энергии, применяемых технических средств, приспособленности средств к условиям работ и др.

Для установления закономерностей влияния указанных показателей на эффективность работ, требуется проведение экспериментальных исследований. В связи с этим была поставлена задача проведения теоретических расчетов и практических наблюдений за выполнением нарезки гряд под картофель, как наиболее энергозатратной операции при подготовке почвы.

Результаты наблюдений и последующих расчетов показали, что в Свердловской области большинство предприятий базируется на тяжелых и средних почвах по механическому составу. Такое положение влияет на состав агрегата и скорости движения, от значения которых зависят технико-экономические показатели процесса. Все это диктует необходимость проведения поиска и разработки параметров технических средств для обеспечения эффективного использования МТА, в том числе при нарезке гряд перед посадкой.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

Анализ технологии производства картофеля показывает, что основные проблемы возделывания картофеля заключаются в несоответствии параметров имеющейся техники для эффективного использования энергии, заложенной в энергосредствах. Оптимизировать состав агрегатов для соответствующих условий выполнения работ возможно через соотношение скорости и ширины захвата агрегата, подбор энергосредства, создание комбинированных машин и агрегатов.

В задачи настоящего исследования входила оценка состава агрегата для выполнения технологического процесса и использование агрегата, позволяющего обеспечивать состояние клубненесущего слоя для применения комбайновой уборки урожая.

Опыт использования агрегатов показывает: главными критериями оценки операций процесса производства являются производительность и экономичность. Эти показатели зависят в основном от организации работ и оптимального использования применяемых технических средств и размеров полей (особенно длины гона). По данным нормативной станции, для зоны Урала средняя длина гона полей составляет 845 метров.

Проведенные экспериментальные исследования показали, что длина пути поворота трактора МТЗ-80 с навесной машиной составляет 50 м. Скорость движения на повороте ограничена устойчивостью агрегата и примерно равна 1,67 м/с.

Для определения рациональной скорости агрегата предложена формула [2]

$V_{\text{р}}=\sqrt{{\left(\frac{L}{t_{\text{п}}}\right)}^2+\frac{аL}{вt_{\text{п}}}}-\frac{L}{t_{\text{п}}},$ км/ч, (1)

где L – длина гона, км; t_п – время поворота, ч; а – параметр; в – коэффициент.

Если в формуле (1) длину гона подставить в метрах, а время поворота в секундах, то скорость движения получим в м/с.

Ширина захвата определяется по крюковой мощности, взятой из тяговой характеристики трактора на соответствующем фоне:

${В}_{\text{р}}=\frac{\mathrm{3,6}{N}_{\text{кр}}}{КV_{\text{р}}},$ м, (2)

где N_кр – мощность на крюке, кВт; V_р – рабочая скорость, км/ч; К – удельное сопротивление, кН/м, взятое из экспериментальных данных с учетом изменения его в зависимости от скорости при рекомендуемой глубине хода рабочих органов. N_кр, V_р определяются из тяговой характеристики трактора;

Для определения значений а и в использован метод наименьших квадратов.

В результате расчетов получены значения а = 4,55; b = –0,69. В этом случае, зависимость ширины захвата В_р от скорости движения V_р примет вид

${В}_{р}=\mathrm{4,55}–\mathrm{0,69}\cdot V_{р}$ м, (3)

где V_р – рабочая скорость, м/с.

Теоретическая и экспериментальная зависимость ширины захвата от скорости движения агрегата при полном использовании его мощности представлена на рис. 1.

 

Рис. 1. Зависимость ширины захвата МТА от скорости движения (по передачам трактора МТЗ-80).

Fig. 2. Productivity of the MTU according to gears of the MTZ-80 tractor.

 

Расчеты показывают, что ошибка при определении ширины захвата по приведенной выше формуле (2) согласно данным, полученным по тяговой характеристике, составляет не более 3,0% для скорости движения до 8,5 км/ч, и –не более 5,69% для скорости свыше 9 км/ч.

По графику или по формуле (3) можно вычислить ширину захвата агрегата В = 2,31 м. Ближайшая передача трактора – восьмая. Рабочая скорость на этой передаче 3,08 м/с, ширина захвата для этой скорости должна составлять 2,42 м. Это значение достаточно близко к значению для агрегата с модернизированной фрезой КФМ-2,8.

Для шестой передачи – V_р = 2,5 м/с, В_р = 2,82 м. Мощность трактора имеет некоторый запас при работе с КФМ-2,8. Использование мощности несколько не совпадает с оптимальным значением по ширине захвата и скорости движения.

С увеличением длины гона скорость движения увеличивается, а ширина захвата, соответственно, – уменьшается. На каждые 100 м длины гона от принятого расчетного значения 845 м скорость изменяется примерно на 0,65%. При варьировании длины гона от 400 до 1300 м ошибка в определении скорости будет находится в пределах ±3%.

При междурядной обработке преимущественно применяется петлевой поворот. Для агрегата с навесной машиной длина пути поворота зависит, в основном, от характеристик трактора и в расчетах может быть принята постоянной. Скорость поворота ограничивается устойчивостью трактора и может быть принята постоянной. В связи с этим, время поворота, с некоторым допущением, можно считать постоянной величиной.

Величина коэффициента $в$  зависит, в основном, от показателей тяговой характеристики трактора и, в малой степени, от варьирования удельного сопротивления в функции скорости. Поскольку, для одного и того же фона тяговая характеристика постоянна, то и коэффициент $в$  для практических расчетов можно принять постоянным.

Анализ полученных результатов показал, что величина параметра  $а$, в значительной степени, зависит от удельного сопротивления почвы и тяговой характеристики трактора. Для конкретного трактора величина такого параметра зависит только от удельного сопротивления почвы.

Установив связь между удельным сопротивлением почвы и параметром  $а$, можно определить рациональное соотношение между скоростью и шириной захвата агрегата для различных значений удельного сопротивления.

Зная удельное сопротивление и крюковую мощность трактора (номинальную) при заданной скорости параметр   можно вычислить согласно формуле:

$а=\frac{75\cdot {N_{\text{к}}}^{\text{'}}}{{К}^{\text{'}}\cdot {V_{\text{р}}}^{\text{'}}}+в\cdot {V_{\text{р}}}^{\text{'}}$, (4)

где N_к´ – номинальная мощность трактора на крюке при скорости движения V_р´, л. с.; К´ – удельное сопротивление машины при скорости движения V_р; V_р´ – скорость движения, м/с; в – найденный раннее коэффициент.

Определив параметр $а$  и приняв остальные параметры, входящие в формулу (1) постоянными, рассчитаем, с некоторым приближением, для различных значений удельного сопротивления рациональную скорость движения агрегата и ширину захвата.

Для практического пользования в таблице (1) приведены данные расчетов для трактора МТЗ-80.

 

Таблица 1. Рекомендуемая ширина захвата МТА с трактором МТЗ-80

Table 1. Recommended operating width of the MTU with the MTZ-82 tractor

Удельное сопротивление, кН/м	а	Ширина захвата агрегата, м	Количество обрабатываемых рядков	Скорость движения, км/ч	Передача трактора
3,42 3,57 3,75 3,81 3,95 4,02	4,51 4,63 4,69 4,77 4,55 4,47	3,52 3,35 3,08 3,05 2,56 2,34	5 4 4 4 3 3	5,16 6,7 8,4 9,0 10,4 11,1	3 4 5 6 7 8

 

Результаты приведенных расчетов показывают, что совмещение операций обработки посадок с формированием гряд целесообразно выполнять фрезерным культиватором, оборудованным рабочими органами для сдвигания гребней.

При удельном сопротивлении 3,5–4,0 кН/м следует применять четырехрядный формирователь (на две гряды), например КФМ-2,8М. Отметим, что трактор МТЗ-80 успешно справляется с данной операцией.

На седьмой и восьмой передачах обработка может вестись только трехрядным агрегатом, что нерационально по многим причинам (конструктивным особенностям рабочей машины, агрегатированию, производительности).

Для анализа производительности, полученной по экспериментальным и теоретическим данным, построена зависимость ее от скорости движения агрегата (рис. 2).

 

Рис. 2. Производительность МТА по передачам МТЗ-80.

Fig. 2. Productivity of the MTU according to gears of the MTZ-80 tractor.

 

Максимальное несовпадение теоретических и экспериментальных данных (5,9%) имеет место при скорости движения 2,5 м/с. Это вполне приемлемо при использовании методики расчета в практической деятельности.

Приведенные в таблице 1 данные расчетов можно использовать на практике при формировании агрегата.

ВЫВОДЫ

В основе технологического комплекса машин по возделыванию картофеля вместо гребневого профиля клубненесущего слоя с междурядьем 70 см должен лежать обоснованный профиль в виде гряды с соответствующими параметрами.

Результаты проведенного исследования показывают, что формирование гряд целесообразно выполнять фрезерным культиватором, оборудованным рабочими органами для сдвигания почвы. При удельном сопротивлении 3,5–4,0 кН/м следует применять формирователь на две гряды (например КФМ-2,8М с трактором класса 14 кН).

За счет достаточной ширины междугрядья уменьшается уплотнение гряды ходовым аппаратом агрегата, снижается его ресурсопотребление и затраты на единицу продукции, повышается эффективность производства картофеля.

ДОПОЛНИТЕЛЬНО

Вклад авторов. Авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией). Наибольший вклад распределён следующим образом: Б.Л. Охотников — технология производства картофеля, обзор литературы, сбор и анализ литературных источников, написание текста статьи; Ю.Н. Строганов — обзор литературы, сбор и анализ литературных источников, подготовка и написание текста статьи; В.Н. Егоров — обзор литературы, написание текста и редактирование 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. B.L. Okhotnikov — potato production technology, search for publications, collection and analysis of literary sources, writing the text of the manuscript; Yu.N. Stroganov — search for publications, collection and analysis of literary sources, preparation and writing of the text of the manuscript; V.N. Egorov — search for publications, writing and editing the text of the manuscript. The authors confirm the compliance of their authorship with the international ICMJE criteria (all authors have made a significant contribution to the development of the concept, research and preparation of the article, read and approved the final version before publication).

Competing interests. The authors declare that they have no competing interests.

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

About the authors

Boris L. Ochotnikov

Ural State Agrarian University

Email: bochotnikov@mail.ru
ORCID iD: 0009-0002-8261-8359
SPIN-code: 2568-4811

Professor, Dr. Sci. (Tech.), Professor of the Metal Technology and Machine Repair Department

Russian Federation, Yekaterinburg

Vasily N. Egorov

Ural State Agrarian University

Author for correspondence.
Email: evn-star@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0008-9586-128X
SPIN-code: 2099-3830

Associate Professor of the Metal Technology and Machine Repair Department

Russian Federation, Yekaterinburg

Yury N. Stroganov

Ural Federal University named after the first president of Russia B.N. Yeltsin

Email: yurij.stroganov@mail.ru
ORCID iD: 0009-0007-4203-6748
SPIN-code: 8709-8981

Associate Professor, Cand. Sci. (Tech.), Head of the Automotive and Tractor Fields educational programs

Russian Federation, Yekaterinburg

References

Supplementary files