Method of determining the rational composition of arable unit

Full Text

Цель исследования Разработка методики определения рационального состава пахотного агрегата, включающей экспериментальное определение тягового сопротивления плуга при различных глубине обработки почвы и скорости движения. Методы и средства проведения исследования Для повышения производительности пахотных агрегатов на базе нового рабочего органа [1] шириной захвата 60 см в ФГБОУ ВО Саратовский ГАУ был разработан прицепной отвальный плуг общего назначения ПБС-10П (рис. 1). Техническая характеристика плуга представлена в табл. 1. Рис. 1. Плуг общего назначения ПБС-10П Таблица ١ Техническая характеристика плуга ПБС-١٠П № п/п Наименование показателя Значение 1 Ширина захвата, м 6,0 2 Рабочая скорость, км/ч до ١٢ 3 Глубина обработки, см до ٣٠ 4 Количество корпусов, шт 10 5 Ширина захвата корпуса, см 60 6 Масса, кг 4200 7 Габаритные размеры, мм длина ширина высота 12088 5990 1762 В результате проведенных экспериментальных исследований прицепного плуга на почве чернозем среднесуглинистый с влажностью по глубине обработки 0-30 см 18-23 % и твердостью 1,9-3,8 МПа, были получены определенные зависимости (рис. 2). Эти зависимости были аппроксимированы методом наименьших квадратов с величиной достоверности R2 = 0,99. На основании аппроксимации зависимостей получены следующие эмпирические формулы: В) ; Г) , (1) где Rп - тяговое сопротивление плуга, кН; υ - скорость движения трактора, м/с. При нехватке отечественных тракторов Российская Федерация в большом количестве производит закупки иностранных энергонасыщенных тракторов следующих марок: 1) Case Magnum 340; 2) New Holland 9020; 3) Challenger MT 835; 4) John Deer 9120; 5) Versatile 375; 6) Versatile 400; 7) New Holland Т9030; 8) Claas Xerion 4500 (табл. 2). Для ориентировочного определения тягового усилия этих тракторов воспользуемся методом, изложенным в ГОСТ 27021-86 (СТ СЭВ 628-85), по которому номинальное тяговое усилие трактора и тяговый класс трактора определяются как , (2) где А - коэффициент, устанавливаемый в зависимости от вида трактора (А = 3,92); mэ - эксплуатационная масса трактора, кг. Максимальная сила сцепления трактора с почвой рассчитывается по формуле [2]: , (3) где μ - коэффициент сцепления движителей с почвой; Gсц - сцепной вес трактора, кН. Анализ табл. 2 показывает, что при различной мощности двигателя и массе трактора тяговое усилие тракторов по ГОСТу находится в пределах 55,8-76,72 кН и относится к тяговому классу тракторов 6-8. Тяговое усилие тракторов по сцеплению находится в пределах 99,65-137 кН. Следовательно, принять истинную величину тягового усилия трактора и зависимость его от скорости движения по известным методикам затруднительно. Поэтому для объективной оценки зависимости тягового усилия трактора от скорости движения агрегата воспользуемся данными, полученными при испытании тракторов лабораторией Nebraska Tractor Test США при работе на стерневом фоне, и равенством мощностей трактора Nкр = Nкр max [3]. Результаты исследований и их обсуждение На основании аппроксимации результатов испытаний тракторов (табл. 1) с величиной достоверности R2 = 0,99 были получены следующие эмпирические формулы, определяющие тяговое усилие трактора от скорости движения: (4) где Ркр - крюковая сила трактора, кН; υ - скорость движения трактора, м/с. На рис. 3 представлены зависимости тягового усилия трактора от скорости движения. Анализ зависимостей (рис. 3) показывает, что тяговое усилие трактора при увеличении скорости движения изменяется по нелинейной закономерности. На действительный диапазон изменения тягового усилия значительное влияние оказывают масса и мощность двигателя трактора. К примеру, у тракторов Versatile 375 и Versatile 400 масса одинаковая, а мощность двигателя разная (табл. 1), тяговое усилие изменяются при скорости от 1,5 до 3,0 м/с на 8,6 %. Рис. 3. Зависимость тягового усилия трактора от скорости движения: 1 - Case Magnum 340; 2 - New Holland 9020; 3 - Challenger MT 835; 4 - John Deer 9120; 5 - Versatile 375; 6 - Versatile 400; 7 - New Holland Т9030; 8 - Claas Xerion 4500 Известно [2], что при движении пахотного агрегата должно выполняться следующее условие (5): Pкр = Rп и υ = υп, (5) где υп - скорость движения плуга, м/с. Решение уравнений (4) с учетом условия (5) графоаналитическим методом представлено на рис. 4. Из графиков видно, что в местах пересечения зависимостей тягового сопротивления плуга В, Г и тягового усилия трактора будет выполняться условие (5). Следовательно, точки пересечения будут показывать оптимальную скорость движения пахотного агрегата с прицепным плугом ПБС-10П. По агротехническим требованиям высокое качество основной обработки почвы обеспечивается в диапазоне скоростей от 2,5 до 3,0 м/с. В этом диапазоне технологический процесс обработки почвы на глубину 25 см выполняется тракторами New Holland 9020, Versatile 375, Versatile 400, New Holland Т9030, Claas Xerion 4500. При обработке почвы на глубину 21 см тракторами Versatile 400, New Holland Т9030, Claas Xerion 4500 качество обработки не соответствует агротехническим требованиям. Поэтому в указанном диапазоне скоростей технологический процесс обработки почвы с высоким качеством на различной глубине будет выполняться пахотными агрегатами, состоящими из прицепного плуга ПБС-10П и тракторов New Holland 9020 и Versatile 375. При глубине 21 см производительность агрегатов составляет 6,2 га/ч, при глубине 25 см - 5,3 га/ч. Из табл. 1 следует, масса трактора New Holland 9020 ниже массы трактора Versatile 375 на 14 %, что снижает его тягово-сцепные свойства в составе пахотного агрегата. Заключение На основании вышеизложенного можно заключить, что методика определения рационального состава пахотного агрегата должна включать: экспериментальное определение тягового сопротивления плуга при различной глубине обработки почвы и скорости движения; определение тягового усилия трактора при максимальной тяговой мощности трактора; аппроксимацию полученных результатов в виде эмпирических формул; построение графических зависимостей по эмпирическим формулам; при условии равенства тягового сопротивления плуга тяговому усилию трактора на графике определяется оптимальная скорость движения пахотного агрегата; по установленной скорости движения рассчитывается производительность пахотного агрегата. Заключение Рассмотрев тягово-сцепные свойства вышеуказанных марок тракторов и тяговое сопротивление прицепного плуга ПБС-10П, было установлено, что агрегат, состоящий из трактора Versatile 375 и плуга ПБС-10П, является рациональным пахотным агрегатом. Таблица ٢ Эксплуатационные характеристики тракторов № п/п Марка трактора Мощность двигателя, кВт Масса трактора, кг Расчетное номинальное тяговое усилие по ГОСТ 27021-86, кН Тяговый класс Сила сцепления движителей трактора с почвой, кН 1 Case Magnum 340 238,8 14238 55,8 6 99,65 2 New Holland Т9020 213,1 14569 57,11 6 101,98 3 Challenger MT 835 271,4 15300 60 6 107,1 4 John Deer 9120 182.4 16046 62,9 6 112,3 5 Versatile 375 225.7 16930 66,4 6 118,5 6 Versatile 400 246,78 16930 66,4 6 118,5 7 New Holland Т9030 238,76 18872 73,98 8 132,1 8 Claas Xerion 4500 310 19572 76,72 8 137,0 Рис. 2. Зависимость тягового сопротивления прицепного плуга ПБС-10П от скорости движения: В - при глубине 25 см; Г - при глубине 21 см Рис. 4. Зависимость тягового усилия трактора и тягового сопротивления плуга ПБС-10П (В, Г) от скорости движения: 1 - Case Magnum 340; 2 - New Holland 9020; 3 - Challenger MT 835; 4 - John Deer 9120; 5 - Versatile 375; 6 - Versatile 400; 7 - New Holland Т9030; 8 - Claas Xerion 4500

About the authors

V. M Bojkov

Saratov State Vavilov Agrarian University

Email: kingofscience@yandex.ru
DSc in Engineering

S. V Starcev

Saratov State Vavilov Agrarian University

Email: kingofscience@yandex.ru
DSc in Engineering

A. V Pavlov

Saratov State Vavilov Agrarian University

Email: kingofscience@yandex.ru

E. S Nesterov

Saratov State Vavilov Agrarian University

Email: kingofscience@yandex.ru

A. V Lavrent'ev

Saratov State Vavilov Agrarian University

Email: kingofscience@yandex.ru

References

Supplementary files