Technical characteristics and agrotechnical indices of work of tillage machines

Full Text

Введение Машинно-тракторные агрегаты - сложные многомерные динамические системы [1-3], условия функционирования которых носят вероятностный характер. Поэтому наиболее полную и достоверную информацию об их характеристиках и показателях работы можно получить только на основе экспериментальных данных. Цель исследования Цель представленного исследования - выявление основных технических характеристик и агротехнических показателей работы применяемых в полеводстве тракторов и почвообрабатывающих орудий. Материалы и методы Исследование проводилось в два этапа. На первом этапе был проведен сбор и анализ информации фирм-производителей [4-10] об основных технических характеристиках 156 колесных и 36 гусеничных отечественных и зарубежных тракторов. При этом основное внимание уделялось зависимости массы m и мощности -/Удвс двигателей современных тракторов от их номинального тягового усилия. На втором этапе был проведен анализ протоколов испытаний 221 отечественной машины и орудия, проходивших сертификацию на машиноиспытательных станциях страны с 2000 года [10]. При этом, были рассмотрены следующие технические средства (ед.): отвальные плуги - 53; дискаторы и дисковые бороны - 40; паровые культиваторы -34; стерневые и тяжелые культиваторы - 26; комбинированные орудия - 18; плоскорезы-глубокорыхлители, чизельные культиваторы и агрегаты для глубокой обработки почвы - 18; чизельные плуги - 16; пружинные (зубовые) бороны - 8; дисковые лущильники - 3; «крото-ры» - 3; игольчатые бороны-мотыги - 2. Результаты и их обсуждение Некоторые усредненные эмпирические данные о массе m и мощности / двигатедвс лей современных тракторов в зависимости от их расчетного номинального тягового усилия представлены на рис. 1 и 2. следует отметить, что промышленностью практически не производятся гусеничные тракторы ниже класса 3, поэтому в приводимый анализ подобные машины включены не были. Анализ данных рис. 1 и 2 показал, что зависимости и массы тракторов и мощности их двигателей от тягового усилия с точностью 96,2-99,6 % могут быть выражены линейными уравнениями. При этом следует отметить высокую вероятность использования на сельскохозяйственных тракторах двигателей мощностью 180-200 квт, приведшую к перегибу соответствующих функций в диапазоне номинальных тяговых усилий 40-60 кН. в среднем масса гусеничных тракторов на 11 %, а мощность двигателей на 27 % меньше, чем у колесных тракторов соответствующего тягового класса. Это обусловлено более высоким тяговым КПД гусеничных тракторов по сравнению с колесными, что обеспечивает их производительную и экономичную работу. Они меньше уплотняют почву, более проходимы, но менее маневренны, не могут двигаться по улучшенным дорогам, менее универсальны и, главное, менее эргономичны, что сдерживает их широкое применение в сельскохозяйственном производстве. Рис. 1. Зависимости массы тракторов от номинального тягового усилия §9 и II И 80 Рис. 2. Зависимости мощности двигателя от номинальной силы тяги трактора Приведенные в табл. 1 данные позволяют охарактеризовать показатели работы агрегатов, не зависящие от тягового класса используемых тракторов. Так, например, можно заключить, что вопреки распространенному мнению чизелевание является почти на 10 % более энергоемкой операцией, чем отвальная вспашка (с учетом разницы глубины обработки). Также из данных таблицы видно, что применение роторных культиваторов («крото- ров») в сравнении с классическими паровыми культиваторами позволяет снизить удельный расход топлива на 9,7 % и при этом увеличить рабочую скорость агрегата на 14,4 %. Кроме того, данные таблицы позволяют проводить сравнительную качественную оценку работы какого-либо конкретного почвообрабатывающего агрегата. Последующая аппроксимация полученных исходных данных [10] позволила с точностью 0,93-0,99 выявить зависимости усредненных значений ширины захвата сельскохозяйственных машин (орудий), их удельной массы и удельного приведенного расхода топлива при выполнении некоторых основных почвообрабатывающих операций от тягового класса тракторов, с которыми они агрегатируются (табл. 2). С использованием данных таблицы 2 были определены среднестатистические расчетные значения масс почвообрабатывающих орудий, агрегатируемых с тракторами различного тягового класса, и производительность соответствующих агрегатов за час эксплуатационного времени (табл. 3 и 4). Совместный анализ табл. 2 и 3 позволил заключить, что с увеличением тягового класса трактора удельная металлоемкость агрегатируемого с ним орудия возрастает. Например, удельная металлоемкость дисковой бороны к трактору класса 1,4 составляет около 660 кг/м, а бороны к трактору восьмого класса - 1078 кг/м. Разница особенно заметна на примере комбинированных орудий и «кроторов», для которых переход от трактора класса 1,4 к трактору класса 8 привел к возрастанию удельной материалоемкости в 3,7 и 3,4 раза соответственно. Кстати, возвращаясь к сравнительному анализу характеристик паровых культиваторов и «кроторов», - удельная материалоемкость роторных культиваторов оказалась в 1,82 раза больше, чем у классических. Приращение производительности при увеличении класса трактора происходит нелинейно (табл. 4) - в большинстве случаев с запаздыванием. Так, например, для большинства агрегатов увеличение тягового класса в 4 раза (от второго к восьмому) привело к увеличению производительности в 3,1-3,6 раза. Исключение составили чизельные плуги, паровые культиваторы и пружинные бороны, у которых производительность выросла в 4,1-4,3 раза. Совместный анализ табл. 2, 3 и 4 позволяет заключить, что единственным преимуществом применения в производстве широкозахватных агрегатов является сокращение необходимого количества операторов. По остальным показателям, опять же вопреки распространенному мнению, широкозахватное орудие не имеет преимуществ перед группой орудий идентичной суммарной ширины захвата. Среднестатистические показатели качества работы некоторых почвообрабатывающих орудий представлены в табл. 5. Данные табл. 5 свидетельствуют, что в целом усредненные показатели работы современных почвообрабатывающих орудий соответствуют критериям, предусмотренным агротехническими требованиями. Выводы Проведенный анализ характеристик современных тракторов и почвообрабатывающих орудий позволил сделать следующие выводы: • зависимости массы тракторов и мощности их двигателей от тягового усилия могут быть с высокой точностью описа■ ны линейными уравнениями. В среднем масса гусеничных тракторов на 11 %, а мощность двигателей на 27 % меньше, чем у соответствующих колесных. Однако при более высоком тяговом КПД и низком давлении на почву гусеничные тракторы менее маневренны, универсальны и, главное, менее эргономичны, что сдерживает их широкое применение; при рациональном агрегатировании такие характеристики работы почвообрабатывающих агрегатов, как рабочая скорость, удельный расход топлива, коэффициент использования времени смены, фактически не зависят от тягового класса трактора. Наиболее энергоемкой является операция «чизелевание», наименее энергоемкой - обработка пружинными боронами. В целом полученные данные позволяют проводить сравнительную качественную оценку показателей работы орудий в производственных условиях; с увеличением тягового класса трактора удельная металлоемкость агрегатируе-мого с ним орудия возрастает. Разница особенно заметна на примере комбинированных орудий и «кроторов», для которых гипотетический переход от трактора класса 1,4 к трактору класса 8 привел к возрастанию расчетной удельной материалоемкости в 3,7 и 3,4 раза соответственно. Приращение же производительности при увеличении класса трактора в большинстве случаев происходит с запаздыванием. Это позволяет заключить, что единственным преимуществом внедрения широкозахватных агрегатов является сокращение необходимого количества операторов. По остальным показателям агрегат с широкозахватным орудием не имеет преимуществ перед группой агрегатов с орудиями идентичной суммарной ширины захвата; • усредненные показатели работы современных почвообрабатывающих орудий в основном соответствуют агротребова-ниям.

About the authors

A. Yu Nesmiyan

Azov-Black Sea Engineering Institute of Don State Agrarian University

PhD in Engineering

References

Supplementary files