# Calculation of nominal values of the main indicators of agricultural tractor

## Abstract

As optimal values of the main indicators of tractor (energy intensity, power, operating weight, traction force, working speed) their nominal values are taken. Their calculation is a critical task of tractor theory. The aim of the study is to determine the nominal values of main indicators of tractor for maximum of propulsive coefficient and minimum of energy consumption. The objects of research are a wheel tractor with front steering wheels of smaller diameter than the rear ones and a caterpillar tractor. The main research method is calculation using computer programs with change of indicators by dichotomy method with given step in cycle. Low value of nominal energy intensity is determined by minimizing the function of specific power consumption that is the relationship of energy consumption during cultivating of a unit of area to a unit of performance and a unit of working speed. Low nominal values of power, operating weight, traction force and working speed are determined by the low value of nominal energy intensity, maximum propulsive coefficient and minimum energy consumption corresponding to tractor operation with permissible slipping. To determine the high values of nominal energy intensity a generalized non-dimensional coefficient of tractor efficiency is used, that is geometric mean values of partial non-dimensional coefficients of tractor efficiency on the operating weight, propulsive coefficient, fuel consumption per unit of area, performance, fuel consumption per unit of performance. With increasing of energy intensity the performance of tractor increases, but its efficiency on other indicators reduces. As upper limit of nominal energy intensity, a value is taken in which the reduction of generalized coefficient of tractor efficiency does not exceed 5%. At that the performance increases on 11-19%. Using the adopted optimality criteria, the intervals of changing of the nominal energy intensity of tractors are determined: 15,69-20 W/kg for wheeled tractors; 18,63-26 W/kg for caterpillar ones. For these intervals the nominal values of power, operating weight and working speed of wheeled and caterpillar tractors of 3-6 drawbar categories are determined.

## Full Text

Введение К основным показателям трактора относятся: эффективная мощность двигателя Nе, Вт; эксплуатационная масса m, кг; энергонасыщенность Э = Nе /m, Вт/кг; тяговое усилие Ркр, Н; рабочая скорость v, м/с. В качестве оптимальных значений основных показателей принимаем их номинальные значения Nн, mн, Эн, Ркрн, vн, которые достигаются при максимальном тяговом КПД и минимальных энергозатратах трактора. В этом случае обеспечивается максимальная производительность машинно-тракторного агрегата с трактором заданного тягового класса. Определение номинальных значений основных показателей трактора - актуальная задача теории трактора. Ее решение дает возможность найти для любого тягового класса оптимальное сочетание номинальной мощности и эксплуатационной массы трактора, что повышает эффективность его работы. Цель исследования Цель исследования заключается в разработке методики расчета номинальных значений основных показателей трактора: Эн - по минимуму энергозатрат при обработке единицы площади; Nн, mн, Ркрн, vн - по максимуму тягового КПД ηт max и минимуму энергозатрат с использованием Эн. Материалы и методы Методику расчета номинальных показателей рассмотрим на примере тракторов тягового класса 3 (фон - стерня): колесного 4К4а (типа МТЗ-82) и гусеничного. В качестве исходного материала используем: алгоритм минимизации нелинейной функции методом дихотомии; уравнение мощностного баланса трактора; функцию буксования; зависимость удельного тягового сопротивления рабочей машины от скорости; пределы изменения тягового усилия, установленные для каждого тягового класса трактора; коэффициенты, характеризующие тягово-сцепные свойства трактора. Основной метод исследования: расчет с использованием компьютерных программ при изменении показателей методом дихотомии и с заданным шагом в цикле. Результаты и их обсуждение В работе [1] в качестве критерия оптимальности при расчете энергонасыщенности предложена выпуклая функция, [Вт/(м2/с)]/[(м2/с)(м/с)]: → min, (1) где εN - коэффициент загрузки двигателя по мощности (принимаем εN = 1); В - ширина захвата, м. Физический смысл критерия (1): минимум энергозатрат εN Nн /Bv трактора при обработке единицы площади (εN Nн /Bv - аналог расхода топлива на единицу площади), приходящихся на единицу производительности Bv и единицу скорости v, - минимум удельных энергозатрат. Функция (1) имеет локальный минимум, определяющий номинальную энергонасыщенность Эн. Преобразуем критерий (1), заменив B = Ркр /ka: где → min . (2) Здесь eу - коэффициент удельных энергозатрат, 1/(Вт∙м/с); ka - удельное тяговое сопротивление рабочей машины при v > 1,4 м/с (v > 5 км/ч), Н/м; k0 - удельное тяговое сопротивление рабочей машины при v = 1,4 м/с, Н/м; µ = 1 + Δk(v - 1,4) - безразмерный коэффициент, учитывающий увеличение ka при возрастании v; Δk - табличный коэффициент, учитывающий увеличение ka при возрастании v, с/м [2]. При k0 = const критерий (2) эквивалентен критерию (1). Коэффициент μ(v) = 0,052v2 + 0,9 для стерни (вспашка) получен в работе [1] при допущении, что Δk(v) - линейная функция: Δk(v) = 0,052v + 0,072. Критерий (2) определяет нижний предел номинальной энергонасыщенности Эн1. Для расчета Эн1 принимаем функцию буксования в виде [3]: δ = a φкр / (b - φкр), (3) откуда φкр = b δ / (a + δ), (4) где a, b - эмпирические коэффициенты; φкр - коэффициент использования силы тяжести трактора для создания тягового усилия. Для определения ηт max и соответствующего ему номинального буксования δн используем функцию: ηт = ηм ηδ ηf, (5) где ηм - КПД трансмиссии (принимаем ηм = 0,9); ηδ = 1 - δ - КПД, учитывающий потери энергии на буксование трактора; ηf = φкр / (φкр + f) - КПД, учитывающий потери энергии на самопередвижение трактора (f - коэффициент сопротивления качению трактора). На основании выражений (4) и (5) получены функции φкр (δ) и ηт (δ) (табл. 1) при исходных данных: для трактора 4К4а - а = 0,394; b = 1,449 [3]; f = 0,1 [4]; для гусеничного трактора - а = 0,0089; b = 0,777 [3]; f = 0,08 [4]. Коэффициент использования силы тяжести зависит от типа движителя: для трактора 4К4 φкр = 0,4…0,45; для гусеничного трактора φкр = 0,5…0,6 [4]. В табл. 2 представлены номинальные значения δн и φкрн при ηт max, взятые из экспериментальных тяговых характеристик тракторов [5]. Средние экспериментальные и расчетные значения δн и φкрн близки, т.е. формула (3) достаточно точно отражает характер буксования. Таблица 1 Функции φкр(δ) и ηт(δ) тракторов на стерне Трактор 4К4а δ 0,15 0,145 0,14 0,135 0,13 0,125 0,12 φкр(δ) 0,3995 0,3898 0,3799 0,3698 0,3595 0,349 0,3383 ηт(δ) 0,6118 0,6124 0,6127 0,6128 0,6126 0,6121 0,6113 Гусеничный трактор δ 0,05 0,045 0,04 0,035 0,03 0,025 0,02 φкр(δ) 0,6596 0,6487 0,6356 0,6195 0,6 0,573 0,5377 ηт(δ) 0,7625 0,7651 0,7674 0,7691 0,7702 0,7699 0,7677 Таблица 2 Номинальные значения φкрн и δн по экспериментальным тяговым характеристикам тракторов при ηт max (фон - стерня) Модель трактора Ркрн, Н m, кг φкрн δн Колесные тракторы 4К4 МТЗ-82 14 028 3780 0,3782 0,13 К-150К 37 278 9300 0,4086 0,12 К-701 58 860 13 690 0,4298 0,132 Средние значения 0,4055 0,127 Гусеничные тракторы ДТ-75М 31 392 6460 0,4553 0,014 ДТ-75 31 392 5960 0,5369 0,04 ДТ-74 30 411 5600 0,5535 0,057 Т-4 43 164 8410 0,5232 0,04 Т-150 38 769 7660 0,5159 0,013 Т-130 65 236 12 542 0,5358 0,021 Средние значения 0,5258 0,031 Энергонасыщенность Эн1 (нижний предел номинальной энергонасыщенности Эн) определяем c учетом данных табл. 1: для трактора 4К4а - при φкрн = 0,4 (соответствует допустимому буксованию δд = 0,15); для гусеничного трактора - при φкрн = 0,6 (соответствует ηт max = 0,7702 и номинальному буксованию δн = 0,03). Алгоритм расчета Эн1 (алгоритм 1): δ - по формуле (3); ηδ = 1 - δ; ηf = φкр/(φкр + f); v = ηм ηδ εN (1 - ηf)Э/gf; μ; m = Nн/Э; Ркр = mgφкр; ηт = Ркр v/εN Nн; еу (задаем φкр, a, b, ηм, εN, f, Nн). Алгоритм 1 реализуем минимизацией функции (2) при изменении методом дихотомии текущего значения энергонасыщенности Э в интервалах 14-15, 15-16 и т.д. Поскольку Эн1 не зависит от Nн, то условно для расчета принимаем Nн = 100 000 Вт. Результаты расчета функций еу (Э*) для стерни представлены в табл. 3. Значение Э* соответствует минимуму еу (Э*) в каждом интервале. Энергонасыщенность Эн1 = Э* определяем по наименьшему из минимальных значений коэффициента удельных энергозатрат еу min: для трактора 4К4а Эн1 = 15,69 Вт/кг; для гусеничного трактора Эн1 = 18,63 Вт/кг. Таблица 3 Функции еу(Э*) тракторов на стерне Трактор 4К4а Гусеничный трактор Интервалы изменения Э, Вт/кг Э*, Вт/кг еу∙10-7 Интервалы изменения Э, Вт/кг Э*, Вт/кг еу∙10-7 13-14 14 161,1769 16-17 17 101,5111 14-15 15 160,2161 17-18 18 101,1042 15-16 Эн1 = Э* = 15,69 160,1848 18-19 Эн1 = Э* = 18,63 101,0913 16-17 16 160,3261 19-20 19 101,1661 17-18 17 161,38 20-21 20 101,6492 Алгоритм расчета показателей трактора при Эн1 (алгоритм 2): φкр = bδ/(a + δ); ηδ = 1 - δ; ηf = φкр/(φкр + f); v = ηм ηδ εN (1 - ηf)Эн1/gf; m = Ркр/gφкр; Nн = Эн1 m; μ; ηт = Ркр v/εN Nн; eу (задаем a, b, δ, ηм, εN, f, Эн1, Ркр). Алгоритм 2 реализуем при изменении Ркр в цикле с шагом ΔРкр, кратном 250 Н, в интервале 27 000-36 000 Н. В табл. 4 представлены три варианта расчета показателей: вариант 1 - при допустимом буксовании δд; вариант 2 - при максимальном тяговом КПД ηт max; в варианте 3 показатели определены при ηт max и коэффициенте энергозатрат eу варианта 1. Таблица 4 Варианты показателей тракторов тягового класса 3 при допустимом δд и номинальном δн буксовании Показатели Трактор 4К4а (Эн1 = 15,69 Вт/кг) Гусеничный трактор (Эн1 = 18,63 Вт/кг) Вариант 1 (δд = 0,15) Вариант 2 (δн = 0,135) Вариант 3 (δн = 0,135) Вариант 1 (δд = 0,05) Вариант 2 (δн = 0,03) Вариант 3 (δн = 0,03) Nн, Вт 144 111 155 708 144 895 103 650 114 092 100 939 m, кг 9185 9924 9235 5564 6124 5418 Ркр, Н 36 000 36 000 33 500 36 000 36 000 31 850 v, м/с 2,45 2,65 2,65 2,19 2,44 2,44 μ = 0,052v2 + 0,9 1,212 1,265 1,265 1,15 1,21 1,21 ηт 0,6119 0,6128 0,6128 0,7625 0,7702 0,7702 ег = μ/ηт 1,981 2,065 2,065 1,509 1,571 1,571 kп 72 754 75 410 70 173 68 688 72 632 64 259 еу∙10-5 1,111 1,033 1,111 1 0,886 1 km 1,005 0,925 1 0,973 0,868 1 kη 0,998 1 1 0,99 1 1 kег 1,041 1 1 1,039 1 1 kkп 1,038 1,075 1 1,07 1,13 1 kеу 1 1,069 1 1 1,114 1 kэф 1,016 1,012 1 1,014 1,018 1 Сравним варианты 1, 2 и 3 по эффективности, для определения которой используем следующую методику расчета. Эффективность трактора максимально характеризуют эксплуатационная масса, тяговый КПД, производительность П = Bv, энергозатраты Е на единицу обрабатываемой площади, энергозатраты Еп на единицу производительности. Производительность, м2/с, определим с учетом тяговой мощности: Ркр v = ka B v = k0 μ П, откуда П = kп/k0, где kп = Ркр v/μ - коэффициент производительности, Вт. При любом постоянном значении k0 коэффициент kп эквивалентен производительности. Энергозатраты на единицу площади (аналог расхода топлива на единицу площади, кг/м2), Дж/м2 : E = εN Nн / B v = εN Nн ka / Pкр v = k0 ег , где ег = μ/ηт - безразмерный коэффициент энергозатрат на единицу площади (коэффициент расхода топлива при обработке единицы площади). Энергозатраты на единицу производительности (аналог расхода топлива на единицу производительности, (кг/м2)/(м2/с)), (Дж/м2)/(м2/с): где еп = ег/kп - коэффициент энергозатрат на единицу производительности (коэффициент расхода топлива на единицу производительности), Вт-1. При любом постоянном значении k0 коэффициенты ег и еп эквивалентны соответственно энергозатратам Е и Еп. Эффективность любого трактора Тi (сравниваемого) с показателями m, ηт, ег, kп, еп по отношению к трактору Тэ (с которым сравнивают) с показателями mэ, ηтэ, егэ, kпэ, епэ оценим по обобщенному безразмерному коэффициенту эффективности - среднему геометрическому значению (дает наиболее точный результат осреднения по сравнению с другими средними): kэф = (km kη kег kkп kеп)1/5, (6) где km = 2 - m/mэ; (7) kη = ηт/ηтэ; (8) kег = 2 - ег/егэ; (9) kkп = kп/kпэ; (10) kеп = 2 - еп/епэ . (11) Здесь km, kη, kег, kkп, kеп - частные безразмерные коэффициенты эффективности Тi по сравнению с Тэ соответственно по массе, тяговому КПД, расходу топлива на единицу площади, производительности, расходу топлива на единицу производительности (у трактора Тэ все коэффициенты эффективности принимаем равными единице). При сравнении варианты 1 и 2 - это тракторы Тi, вариант 3 - трактор Тэ. В формуле (6) вместо kеп используем kеу = 2 - еу/еуэ - безразмерный коэффициент эффективности по удельным энергозатратам. При расчете коэффициентов эффективности тракторов Тi в вариантах 1 и 2 коэффициенты km, kη, kеу, kэф трактора Тэ в варианте 3 принимаем равными единице. Результаты расчета по формулам (6)-(11) представлены в табл. 4. Из сравнения вариантов 1 и 2, у которых коэффициенты kэф незначительно превышают единицу, с вариантом 3 следует: для трактора 4К4а вариант 1 менее эффективен по тяговому КПД (kη < 1), вариант 2 менее эффективен по массе (km < 1); для гусеничного трактора вариант 1 менее эффективен по массе и тяговому КПД (km < 1; kη < 1), вариант 2 менее эффективен по массе (km < 1). Таким образом, для тракторов 4К4а и гусеничного в качестве номинальных принимаем их показатели в варианте 3 при номинальной энергонасыщенности соответственно 15,69 и 18,63 Вт/кг. Из сравнения вариантов 1-3 следует вывод: нижние номинальные значения основных показателей Nн, mн, Ркрн трактора определяются нижним пределом номинальной энергонасыщенности Эн1, максимальным тяговым КПД и минимальными удельными энергозатратами, соответствующими допустимому буксованию. Верхний предел Эн2 номинальной энергонасыщенности определим из сравнения при δн и ηт max эффективности тракторов с энергонасыщенностью Эн из интервала Эн1 ≤ Эн ≤ Эн2 и трактора с энергонасыщенностью Эн1. Показатели трактора при заданных Nн, m и Ркр рассчитываем по следующему алгоритму (алгоритм 3): φкр = Ркр /gm; δ = a φкр /(b - φкр); ηδ = 1 - δ; Рк = Ркр + m g f; v = ηм ηδ εN Nн / Ркр; μ; ηт = Ркр v / εN Nн ; kп; ег; еп (задаем a, b, ηм, εN, f, Ркр, Nн, m). При сравнении в качестве тракторов Тэ принимаем: 4К4а с Эн1 = 15,69 Вт/кг, гусеничный с Эн1 = 18,63 Вт/кг. С тракторами Тэ сравниваем по эффективности тракторы Тi с энергонасыщенностью из интервала Эн1-Эн2. Результаты расчета представлены в табл. 5 и 6, в которых показатели Nн, mн, Ркрн определены по алгоритму 2, показатели vн, μ, ег, kп, еп - по алгоритму 3, коэффициенты km, kег, kkп, kеп, kэф - по формулам (6)-(11). Таблица 5 Номинальные показатели и коэффициенты эффективности трактора 4К4а тягового класса 3 при Эн ≥ Эн1 (δн = 0,135; ηт max = 0,6128) Показатели Значения показателей Эн, Вт/кг Эн1 = 15,69 17 18 19 20 Nн, Вт 144 895 158 164 168 708 179 390 190 534 mн, кг 9235 9304 9373 9442 9527 Ркрн, Н 33 500 33 750 34 000 34 250 34 500 vн, м/с 2,65 2,87 3,04 3,21 3,38 μ = 0,052v2 + 0,9 1,265 1,329 1,381 1,436 1,495 ег = μ/ηт 2,065 2,168 2,253 2,343 2,441 kп, Вт 70 173 72 934 74 873 76 569 78 068 еп∙10-1 = ег/kп 2,942 2,973 3,009 3,06 3,126 km 1 0,992 0,985 0,977 0,968 kег 1 0,95 0,909 0,865 0,818 kkп 1 1,039 1,067 1,091 1,112 kеп 1 0,989 0,977 0,96 0,937 kэф 1 0,992 0,983 0,97 0,953 Таблица 6 Номинальные показатели и коэффициенты эффективности гусеничного трактора тягового класса 3 при Эн ≥ Эн1 (δн = 0,03; ηт max = 0,7702) Показатели Значения показателей Эн, Вт/кг Эн1 = 18,63 20 21 22 23 24 25 26 Nн, Вт 100 939 109 723 116 102 122 567 129 116 135 750 142 470 149 274 mн, кг 5418 5486 5529 5571 5614 5656 5699 5741 Ркрн, Н 31 850 32 250 32 500 32 750 33 000 33 250 33 500 33 750 vн, м/с 2,44 2,62 2,75 2,88 3,01 3,14 3,27 3,41 μ = 0,052v2 + 0,9 1,21 1,257 1,294 1,332 1,372 1,414 1,458 1,503 ег = μ/ηт 1,571 1,632 1,68 1,729 1,781 1,836 1,893 1,952 kп, Вт 64 259 67 226 68 122 70 868 72 470 73 933 75 265 76 472 еп∙10-1 = ег/kп 2,444 2,428 2,43 2,44 2,458 2,483 2,515 2,553 km 1 0,987 0,979 0,972 0,964 0,956 0,948 0,94 kег 1 0,961 0,931 0,899 0,866 0,831 0,795 0,757 kkп 1 1,046 1,076 1,103 1,128 1,15 1,171 1,19 kеп 1 1,007 1,006 1,001 0,994 0,984 0,971 0,955 kэф 1 1 0,996 0,991 0,983 0,974 0,962 0,95 Из табл. 5, 6 видно, что при увеличении энергонасыщенности повышается производительность трактора (коэффициент kп), но при этом увеличиваются эксплуатационная масса, расход топлива на единицу площади (коэффициент ег), расход топлива на единицу производительности (коэффициент еп), т.е. снижается эффективность трактора (коэффициенты km, kег, kеп, kэф). На основании этого принимаем следующее ограничение: верхнему пределу энергонасыщенности соответствует значение Эн2, при котором снижение обобщенного коэффициента эффективности трактора по сравнению с единицей не превышает 5%: sэф = (1 - kэф)∙100% ≤ 5%. (12) Ограничение (12) выполняется для трактора 4К4а при Эн2 = 20 Вт/кг (sэф = 4,7%, см. табл. 5), для гусеничного трактора при Эн2 = 26 Вт/кг (sэф = 5%, см. табл. 6). При этом по сравнению с Эн1 производительность трактора 4К4а повышается на 11,2%, гусеничного трактора - на 19% (коэффициент kkп). В табл. 7 представлены интервалы номинальных значений основных показателей тракторов разных тяговых классов (рассчитаны по алгоритму 2), соответствующие интервалам номинальной энергонасыщенности 15,69-20 Вт/кг для трактора 4К4а и 18,63-26 Вт/кг для гусеничного трактора. Таблица 7 Интервалы номинальных значений основных показателей тракторов разных тяговых классов Показатели Значения показателей Тяговый класс 3 (27-36 кН) 4 (36-45 кН) 5 (45-54 кН) 6 (54-72 кН) Трактор 4К4а (Эн = 15,69…20 Вт/кг; δн = 0,135; ηт max = 0,6128; vн = 2,65…3,38 м/с) Nн, Вт 144 895-190 534 180 578-238 452 217 342-286 693 288 708-381 799 Ркрн, Н 33 500-34 500 41 750-43 250 50 250-52 500 66 750-69 250 mн, кг 9235-9527 11 509-11 923 13 852-14 335 18 401-19 090 Гусеничный трактор (Эн = 18,63…26 Вт/кг; δн = 0,03; ηт max = 0,7702; vн = 2,44...3,41 м/с) Nн, Вт 100 939-149 274 125 976-186 869 151 330-224 465 202 037-298 649 Ркрн, Н 31 850-33 750 39 750-42 250 47 750-50 750 63 750-67 500 mн, кг 5418-5741 6762-7187 8123-8633 10 845-11 483 Таблица 8 Сравнительные показатели тракторов ДТ-175М3, Тэ, ДТ-175М4 Показатели ДТ-175М3 (тяговый класс 3, Эн = 20 Вт/кг) Тэ (тяговый класс 3, Эн = 20 Вт/кг, номинальный вариант) ДТ-175М4 (тяговый класс 4, Эн = 19,4 Вт/кг, номинальный вариант) Nн, Вт 132 000 109 723 132 000 m, кг 6600 5486 6804 Ркр, Н 32 250 32 250 40 000 v, м/с 3,12 2,62 2,54 μ = 0,052v2 + 0,9 1,407 1,257 1,236 δ 0,016 0,03 0,03 ηт 0,7631 0,7702 0,7702 ег = μ/ηт 1,844 1,632 1,605 kп 71 577 67 226 82 258 еп∙10-5 = ег/kп 2,576 2,428 1,951 km 0,797 1 0,969 kη 0,991 1 1,009 kег 0,87 1 1,13 kkп 1,065 1 1,149 kеп 0,939 1 1,243 kэф 0,928 1 1,095 Энергонасыщенность, значение которой входит в номинальный интервал, имеет гусеничный трактор ДТ-175М тягового класса 3 (обозначим этот вариант как ДТ-175М3): Nн = 132 000 Вт, m = 6600 кг, Эн = 20 Вт/кг. Сравним его эффективность с гусеничным трактором Тэ тягового класса 3 с номинальными показателями из табл. 6 при Эн = 20 Вт/кг, коэффициенты эффективности km, kη, kkп, kеп, kэф которого принимаем равными единице. Сравнительные показатели ДТ-175М3 и Тэ представлены в табл. 8. Из нее видно, что при большей производительности (на 6,5%, коэффициент kkп) и меньшем тяговом КПД эффективность ДТ-175М3 ниже, чем у Тэ: в целом (коэффициент kэф) на 7,2%; по массе (коэффициент km) на 21,3%, т.е. на 21,3% больше уплотняющее воздействие на почву; по расходу топлива на единицу площади (коэффициент kег) на 13%; по расходу топлива на единицу производительности (коэффициент kеп) на 6,1%. Из сравнения следует, что номинальной энергонасыщенности Эн = 20 Вт/кг трактора ДТ-175М3 не соответствует сочетание его номинальной мощности и эксплуатационной массы. Для повышения эффективности использования ДТ-175М скорректируем его тяговое усилие и массу до номинальных значений тягового класса 4 (обозначим этот вариант как ДТ-175М4) при той же номинальной мощности Nн = 132 000 Вт. Из интервалов Ркрн = 39 750…42 250 Н; mн = 6762…7187 кг (см. табл. 7) интерполированием получим: Ркрн = 40 000 Н; mн = 6804 кг. Этим показателям соответствуют энергонасыщенность Эн = 19,4 Вт/кг и коэффициент балластирования 1,031, т.е. эксплуатационную массу ДТ-175М3 необходимо увеличить на 3,1%. При сравнении ДТ-175М4 (трактор Тi) и ДТ-175М3 (трактор Тэ) коэффициенты эффективности последнего принимаем равными единице. Номинальные показатели ДТ-175М4 и его коэффициенты эффективности, рассчитанные соответственно по алгоритму 3 и формулам (6)-(11), представлены в табл. 8. Из сравнения следует, что трактор ДТ-175М4 с увеличенной на 3,1% массой целесообразно использовать в тяговом классе 4 с номинальным тяговым усилием 40 000 Н. В этом случае его эффективность существенно выше, чем у ДТ-175М3: в целом (коэффициент kэф) на 9,5%; по расходу топлива на единицу площади (коэффициент kег) на 13% (расход топлива уменьшается на 13%); по производительности (коэффициент kkп) на 14,9% (производительность увеличивается на 14,9%); по расходу топлива на единицу производительности на 24,3% (расход топлива уменьшается на 24,3%). Выводы 1. С использованием принятых критериев оптимальности (минимум энергозатрат и максимум тягового КПД) определены интервалы Эн1-Эн2 изменения номинальной энергонасыщенности тракторов: 15,69-20 Вт/кг для трактора 4К4а, 18,63-26 Вт/кг для гусеничного трактора. 2. При изменении энергонасыщенности от Эн1 до Эн2 производительность тракторов 4К4а и гусеничных тракторов увеличивается на 11-19% при снижении их обобщенного коэффициента эффективности на 5%. 3. Для интервалов Эн1-Эн2 определены номинальные значения мощности, эксплуатационной массы и рабочей скорости тракторов 4К4а и гусеничных тракторов тяговых классов 3-6.
×

### V. A Samsonov

Scientific journal “Mechanization and Electrification of Agriculture”, Independent non-profit organization

Email: mehelagro@mail.ru
DSc in Engineering Moscow, Russia

## References

1. Самсонов В.А., Лачуга Ю.Ф. Оптимальная энергонасыщенность сельскохозяйственного трактора // Тракторы и сельхозмашины. 2015, № 11. С. 13-16.
2. Иофинов С.А., Бабенко Э.П., Зуев Ю.А. Справочник по эксплуатации машинно-тракторного парка. М.: Агропромиздат, 1985. 271 с.
3. Зангиев А.А. Оптимизация состава и режимов работы машинно-тракторных агрегатов по критериям ресурсосбережения: Дис. … д-ра техн. наук. М., 1987. 520 с.
4. Кутьков Г.М. Тракторы и автомобили. Теория и технологические свойства. М.: КолосС, 2004. 504 с.
5. Антонов А.П., Антышев Н.М., Банник А.П. и др. Тяговые характеристики сельскохозяйственных тракторов. Альбом-справочник. М.: Россельхозиздат, 1979. 240 с.