Analysis of operational factors determining the efficiency of fuel economy of machine and tractor unit


Cite item

Full Text

Abstract

The article analyzes the operational factors and determines their effect on efficiency factors of fuel economy of machine and tractor unit.

Full Text

Основой агропромышленного комплекса (АПК) служит тракторный парк. Эффективность его эксплуатации в значительной степени влияет на производительность труда в полеводстве и животноводстве и на экономику отрасли в целом. Эффективность эксплуатации тракторного парка определяется в основном производительностью МТА и расходом топлива на единицу произведенной работы. В свою очередь, производительность МТА зависит не только от рабочей скорости, ширины захвата и других эксплуатационных факторов, но также и от стажа работы механизатора, его квалификации и технического состояния трактора [1]. Механизатор выполняет целый ряд функций от подготовки МТА к работе до его технического обслуживания и ремонта. С повышением сложности и мощности с.-х. техники его квалификация должна непрерывно возрастать. Однако затянувшиеся кризисные явления в экономике и промышленности привели к демографическому кризису на селе и сокращению трудоспособного населения, занятого в с.-х. производстве. Так, с 2000 по 2010 г. общая численность рабочих, занятых на предприятиях АПК, сократилась на 2,593 млн человек, или на 64,9% [2]. Предприятия АПК испытывают нехватку кадров, которая сказывается на возрастном составе механизаторов. По состоянию на 01.06.2013 [1] средний возраст механизатора составлял 44 года, 25% от общей численности имели возраст до 35 лет, 34% - 35-50 лет, и 41% - более 50 лет, из них 12% старше пенсионного возраста. Налицо старение кадров, которое в совокупности с их дефицитом не способствует повышению квалификации. Кризисные явления в промышленности заметны и на уровне материально-технического обеспечения АПК. Начиная с 1986 г. наблюдается устойчивая тенденция снижения численности тракторного парка страны. Ежегодное сокращение составляет примерно 6% при коэффициенте обновления 3,6%, тогда как минимальное значение этого коэффициента должно составлять в среднем 10%. Вследствие этого более 83,2% тракторного парка эксплуатируется дольше 9 лет [3]. Старение тракторного парка неизбежно приводит к уменьшению производительности МТА и увеличению расхода топлива, что в совокупности со снижением квалификации механизаторов не способствует повышению эффективности производства в аграрном секторе. Расход топлива при выполнении с.-х. операций при прочих равных условиях зависит от режима работы МТА, который устанавливается механизатором с учетом конкретных условий эксплуатации. Поскольку нормативно-техническая документация на выполнение механизированных работ, разработанная в конце 1980-х гг. [4], не соответствует техническому состоянию тракторного парка и не включает данные по новым с.-х. машинам, выбор режима эксплуатации производится механизаторами на интуитивном уровне, исходя из опыта работы и квалификации. Практика показывает, что при работе опытного механизатора погектарный расход топлива при прочих равных условиях на 12-20% ниже, чем у механизатора с низкой квалификацией. В связи с непрерывным увеличением стоимости дизельного топлива на первый план выходят экономические показатели эффективности работы МТА. Для обоснования наиболее экономически эффективного режима работы МТА в конкретных условиях эксплуатации необходимо провести анализ эксплуатационных факторов и определить степень их влияния на показатели эффективности работы. Основные показатели эффективности работы МТА: рабочая скорость Vр ; ширина захвата Вр ; часовая Wчас и сменная Wсм производительности; часовой Gчас , сменный Gсм и погектарный Gга расходы топлива. Обобщенный показатель экономической эффективности работы МТА - погектарный расход топлива Gга , л(кг)/га, который оценивается расходом топлива на единицу выполненной работы и определяется выражением: . (1) Критерий экономической эффективности работы МТА: Gга → min, что возможно при условии Gчас → min и Wчас → max. Часовой расход топлива определяется мощностью двигателя, затрачиваемой на выполнение определенной работы: , (2) где Ne - мощность двигателя, необходимая для выполнения определенной работы; ge - удельный расход топлива. ; , (3) где Ркр - сила тяги на крюке трактора; Vр - рабочая скорость движения агрегата. Следовательно, для снижения часового расхода топлива необходимо снижать силу тяги на крюке Ркр. Однако Ркр - полезная сила, необходимая для выполнения с.-х. операций, которая зависит от ширины захвата агрегата и удельного сопротивления почвы: Ркр = Вр τп , (4) где τп - удельное сопротивление почвы на единицу ширины захвата агрегата. Она реализуется через касательную силу тяги на ведущих колесах трактора: Ркр = Рк - G f , (5) где Рк - касательная сила тяги трактора; G - масса трактора; f - коэффициент сопротивления качению. Касательная сила тяги Рк определяется по выражению: , (6) где Мдв - крутящий момент двигателя, который определяется его регуляторной характеристикой и зависит от частоты вращения коленчатого вала; ηо - общий КПД трактора. Таким образом, . (7) Поскольку при выполнении определенной с.-х. операции в конкретных условиях эксплуатации G и f остаются практически постоянными величинами, выражение (7) можно представить в виде: , (8) где Ккр - коэффициент реализации силы тяги на крюке. Рабочая скорость Vр диктуется агротехническими требованиями на выполняемую операцию. Удельный расход топлива ge определяется регуляторной характеристикой двигателя и зависит от частоты вращения коленчатого вала, которая, в свою очередь, влияет на рабочую скорость агрегата: , (9) где nдв - частота вращения коленчатого вала двигателя; Rк - теоретический радиус колеса; iтр - передаточное отношение трансмиссии; ηδ - КПД буксования. Следовательно, . (10) Часовая производительность агрегата при прочих равных условиях определяется рабочей скоростью Vр и шириной захвата агрегатируемой машины Вр : Wчас = Vр Вр Кw , (11) где Кw - коэффициент перевода. Из выражения (11) следует, что для снижения погектарного расхода топлива необходимо увеличивать рабочую скорость Vр и ширину захвата Вр . Это противоречит выражениям (3) и (4), так как увеличение рабочей скорости и ширины захвата приводит к увеличению часового расхода топлива и силы тяги на крюке. Решив совместно выражения (10) и (11), получим аналитическую зависимость влияния эксплуатационных факторов на погектарный расход топлива: . (12) Факторы, входящие в данное выражение, можно разделить на постоянные, не изменяющиеся при выполнении конкретной технологической операции, и переменные. К постоянным факторам следует отнести тяговый КПД трактора ηо , теоретический радиус колеса Rт , КПД трансмиссии ηтр , коэффициент использования силы тяги на крюке Ккр ; к переменным факторам - крутящий момент двигателя Мдв , передаточное отношение трансмиссии iтр , удельный расход топлива gе , КПД буксования ηδ , ширину захвата агрегата Вр . Крутящий момент Мдв и удельный расход топлива gе - характеристики двигателя, имеющие функциональную зависимость от частоты вращения его коленчатого вала (рис. 1), которая устанавливается механизатором с учетом конкретных условий эксплуатации. Передаточное отношение трансмиссии iтр также устанавливается механизатором с учетом конкретных условий эксплуатации в рамках агротехнических требований на выполняемую операцию. КПД буксования ηδ зависит от ряда факторов, однако при прочих равных условиях - от силы тяги на крюке Ркр. Анализ тяговых характеристик отечественных тракторов [5] показывает, что в рабочем диапазоне силы тяги на крюке, необходимой для выполнения конкретной с.-х. операции, величина буксования изменяется незначительно. Следовательно, с известной долей погрешности в конкретных условиях эксплуатации ηδ можно рассматривать как постоянную величину: ηδ = const. Таким образом, выражение (12) принимает вид: Gга = Ка Мдв iтр ge , (13) где Ка - коэффициент индивидуальной характеристики агрегата. . (14) Для проверки адекватности полученной аналитической зависимости проведено расчетно-теоретическое обоснование с численной реализацией влияния эксплуатационных факторов на топливно-экономическую эффективность МТА. Для этого в выражение (12) были введены значения постоянных факторов, характерных для пахотного агрегата, состоящего из трактора К-701 с двигателем ЯМЗ-240Б и плуга ПЛН-9-35. На основании данных регуляторной характеристики двигателя Д-240 проведена аппроксимация (рис. 2) зависимостей ge = f(nдв) и Мдв = f(nдв). Определена вспомогательная функция Мдв ge = f(nдв), график которой представлен на рис. 3. Выражение (14) принимает вид: Gга = Ка nдв iтр . (15) В данном выражении nдв и iтр - независимые переменные управляемые факторы. На основании данных, полученных при расчетах в программе Excel, построена поверхность отклика (рис. 4) в функции погектарного расхода топлива от эксплуатационных факторов nдв и iтр, а также ее сечения (рис. 5). Анализ полученных графиков показывает, что: - полученные численные зависимости погектарного расхода топлива соответствуют фактическим величинам; - функция не имеет экстремума; - оба фактора значимы и оказывают существенное влияние на погектарный расход топлива; - с помощью вариации передаточного отношения iтр и частоты вращения коленчатого вала двигателя nдв можно получить минимальный расход топлива для конкретного случая эксплуатации МТА.
×

About the authors

Yu. A Kotsar

Saratov State Agrarian University

S. V Pluzhnikov

Saratov State Agrarian University

Email: aaa11152@yandex.ru

V. S Mavzovin

Saratov State Agrarian University

A. Yu Kharitonov

Saratov State Agrarian University

A. I Kadukhin

Saratov State Agrarian University

References

  1. Дульзон С.В. Роль технико-технологического обеспечения в углублении профессионально-квалификационного разделения труда в сельском хозяйстве // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2013, №4(102).
  2. Красиков Н.А. Динамика развития АПК зависит от кадрового потенциала // Профессиональное образование и рынок труда. - 2013. - Спецвыпуск Аграрное образование.
  3. Полухин А.А. Тракторный «падеж» // Агротехника и технологии. - 2012, №3(31).
  4. Типовые нормы выработки и расхода топлива на механизированные полевые работы в сельском хозяйстве. Т. 1. Обработка почвы. Посев и посадка. - М.: ВО Агропромиздат, 1990.
  5. Тяговые характеристики сельскохозяйственных тракторов: Альбом-справочник. - М.: Россельхозиздат, 1979.

Copyright (c) 2015 Kotsar Y.A., Pluzhnikov S.V., Mavzovin V.S., Kharitonov A.Y., Kadukhin A.I.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies