Evaluation of the technical level of the agricultural tractor TK-3-180 when it is included in the robotic complex

Full Text

Введение Технический уровень сельскохозяйственных тракторов является одним из основных факторов, определяющих их конкурентоспособность и потребительские качества. Отечественные тракторы в основном соответствуют требованиям российских машинных технологий по функциональным возможностям, диапазону рабочих скоростей и тягово-сцепным качествам. В то же время технический уровень отечественных тракторов в целом значительно ниже лучших зарубежных моделей [1, 2]. Рассматривая конкурирующие модели, необходимо учитывать показатели технического уровня, влияющие на сменную производительность. Показатели технического уровня сельскохозяйственных тракторов определяют производительность тракторов. Цель исследования Целью данного исследования является проведение теоретических расчетов часовой сменной производительности трактора ТК-3-180 с учетом показателей технического уровня и сравнение полученных результатов с экспериментальными данными, полученными в результате полевых испытаний [3, 4]. Материалы и методы На основании проведенных исследований [5, 6, 7] сконструирован робототехнический комплекс на базе колесного сельскохозяйственного трактора общего назначения (ТК-3-180Д) (рис. 1), которым является является совместной разработкой предприятий: ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, ПАО «Промтрактор», ООО «МИКОНТ». Трактор на 80 % состоит из узлов и деталей отечественного производства. Машина оснащена различными системами автоматизации и интеллектуализации, которые повышают эффективность ее применения. Принципиальная схема роботизации колесного трактора класса 3 представлена на рис. 1. Трактор ТК-3-180Д Колесный сельскохозяйственный трактор общего назначения тягового класса 3 классической компоновки ТК-3-180 с дизельным двигателем номинальной мощностью 184 л.с. предназначен для выполнения комплекса работ (см. рис. 1) в почвенно-климатических зонах с умеренным климатом по основной и предпосевной обработке почвы (пахота, безотвальное рыхление, боронование, сплошная культивация), сева зерновых, проведения уборочных и транспортных работ, лущевания стерни и дискования почвы, внесения удобрений, снегозадержания, закрытия влаги и других работ в агрегате с навесными, полунавесными и прицепными гидрофицированными машинами и орудиями. Кроме того, трактор может эксплуатироваться с оборотными плугами, комбинированными машинами, в том числе с активными рабочими органами полного набора машин и орудий к тракторам тягового класса 2 и 3, в почвенно-климатических зонах 1…10, 18 и 19, а также в агрегате с машинами и орудиями, предназначенными для легких дорожных, строительных и мелиоративных работ. Технические характеристики трактора представлены в таблице 1. Система точного земледелия «Агропилот-1» «Агропилот-1» - Бортовая информационно-управляющая система (БИУС) - автоматическая система точного вождения, использующая навигационную систему GPS/ГЛОНАС; предназначена для управлением движением трактора по полю по заданным траекториям («авторуль»). Система обеспечивает точность решения навигационной задачи путем приема платных поправок по каналу GSM/GPRS от стационарных базовых станции коррекции (режим RTK) не хуже 0,02 м±0,01 м/км. Без использования поправок алгоритм программной коррекции определения координат позволяет обеспечить точность не хуже (м) ±0,05 м в автономном режиме, за счет применения одной или нескольких контрольных точек. Модульная унифицированная система технического зрения «Эдельвейс» Робототехнический комплекс (РТК) комплектуется модульной, унифицированной системой технического зрения «Эдельвейс», разработанной ИПМ им. М.В. Келдыша РАН. Основу алгоритмического обеспечения системы составляет программный каркас СТЗ реального времени. Открытая программно-аппаратная архитектура «Эдельвейса» позволяет оперативно наращивать как вычислительные, так и сенсорные средства RGB. В зависимости от круга решаемых задач информационного обеспечения подвижного средства СТЗ может дополняться различными регистрирующими блоками и бортовыми вычислительно-управляющими модулями, включаемыми в состав системы управления автономной многофункциональной роботизированной платформой. Автоматическая система управления переключением передач и диапазонов Водитель может выбрать один из трех режимов работы «автомата»: полный автомат (переключение диапазонов и передач в автоматическом режиме); полуавтомат (автоматическое переключение 6 передач внутри выбранного диапазона); ручной режим. В режиме пахоты система автоматически переключится на режим автоматического переключения передач внутри выбранного водителем диапазона. Бортовая информационно-управляющая система верхнего уровня Система предназначена для автоматического управления комплексом трактор - сельскохозяйственное орудие в беспилотном режиме на всем протяжении сменной работы (машинный парк - транспорт - работа в поле - транспорт - машинный парк). Система обеспечивает автоматизацию процессов при развороте в конце полосы (разворот в конце полосы с минимальным участием водителя): - управление сельскохозяйственным орудием - плуг оборотный 4-корпусный; - управление задней рычажной системой трактора; - управление переключением передач и скоростью двигателя; - управление траекторией движения трактора. На основании анализа конструкции робототехничкого комплекса и рекоментаций по оценке влияния показателей технического уровня на сменную производительность [8, 9, 10] дана обобщенная оценка влияния показателей технического уровня РТК на его сменную производительность (табл. 2). Результаты исследования и их обсуждение Для оценки эффективности трактора ТК-3-180 в производственных условиях на МИС проводились полевые испытания, результаты которых представлены в протоколах [4]. При испытаниях трактора в комплектации с 4 корпусным оборотным плугом определялась часовая сменная производительность как основного, так и технологического времени. Теоретические расчеты часовой сменной производительности с учетом показателей технического уровня проводились по методике, разработанной сотрудниками ФГБНУ ФНАЦ ВИМ [4]. Результаты экспериментальных и теоретических исследований приведены в таблице 3. Анализ полученных данных показывает, что расчитанная часовая сменная производительность без учета и с учетом влияния показателей технического уровня имеет относительную погрешность с результами испытаний на МИС - 35 и 7,1 %, соответственно, что подтверждает адекватность предложенной методики. Используя разработанную методику, произведен расчет производительности в час сменного времени трактора Агромаш ТК-3-180. Результаты сравнены с протоколом полевых испытаний рассматриваемого трактора на Кубанской государственной зональной МИС. Выводы 1. В результате теоретических исследований установлено, что производительность колесного трактора ТК-3-180 без учета показателей технического уровня составляет 1,4 га/ч, а с учетом показателей технического уровня - 1,7 га/ч. 2. В результате анализа полученных данных выявлено, что производительность до 37,2 % можно достигнуть за счет изменения конструктивных особенностей трактора: тип трансмиссии, отношения передаточных чисел, автоматизации управления поворотом, расположения поста управления, минимального радиуса поворота, коэффициента запаса крутящего момента. 3. Для полной оценки трактора ТК-3-180 необходимо провести сравнительную оценку технологического уровня в сравнении с существующими моделями тракторов, энергостоимостной анализ и анализ, технико-экономической эффективности на примере модельного хозяйства. 4. Предлагаемый метод оценки технического уровня сельскохозяйственных тракторов позволит грамотно комплектовать машинно-тракторный парк сельскохозяйственных предприятий, а также более обоснованно выбирать направления развития конструкции трактора. Рис. 1. Принципиальная схема роботизации колесного трактора класса 3 Таблица ١ Технические характеристики базового трактора ١٨٠ л.с. Модель ТК-3-180 Колесная формула 4х4 Номинальная сила тяги, кН (т) от 27,0 до 36,0 (от 2,7 до 3,6) Двигатель кВт(л.с.): 135 (184) Масса трактора, кг, не более: - конструктивная; 6400±200 - эксплуатационная масса трактора (без дополнительных грузов при полной заправке); 6900±200 - эксплуатационная масса трактора (с дополнительными грузами при полной заправке); 9600±200 - максимально допустимая масса трактора, в агрегате с дополнительными грузами, навесными машинами и заполненными технологическими емкостями 10800±300 Основные размеры, мм: - длина 5165±150 - ширина 2450 - высота по крыше кабины 3070 Агротехнический просвет, мм, не менее 490 Радиус поворота минимальный, м 5,9 Таблица ٢ Обобщенная оценка влияния показателей технического уровня РТК на сменную производительность МТА Показатель Базовые значения Влияние в % при постоянных: мощности, массе и прочих показателях технического уровня Vр τсм Wчас смены Коэффициент запаса крутящего момента 30 % +9,0 +4,5 +14,0 Тип трансмиссии АПНХ +5,2 +8,3 +14,0 Отношение передаточных чисел 1,15 0 0 0 Автоматизация управления поворотом Имеется - +4,0 +4,0 Расположение поста управления По центру - +7,0 +7,0 Минимальный радиус поворота (max угол поворота) (35о) - 0 0 Таблица ٣ Результаты экспериментальных и теоретических исследований Показатель Эксперементальные данные Расчетные данные с учетом показателей технического уровня Расчетные данные Относительная погрешность с показателем технического уровня, % Относительная погрешность без показателей технического уровня % Рабочая скорость, км/ч 8,7 8,78 7,53 0,9 13,4 Производительность, га за 1 час основного времени 1,73 1,79 1,32 3,4 23,7 Производительность, га за 1 час сменного времени 1,4 1,52 0,93 7,1 35 Коэффициент сменности 0,8 0.85 0,65 6,1 18,7

About the authors

A. V Lavrov

Federal Scientific Agroengineering Center VIM

Email: vlshev@mail.ru. fic51@mail.ru
PhD in Engineering Moscow, Russia

V. A Zubina

Federal Scientific Agroengineering Center VIM

Email: vlshev@mail.ru. fic51@mail.ru
Moscow, Russia

V. G SHevcov

Federal Scientific Agroengineering Center VIM

Email: vlshev@mail.ru. fic51@mail.ru
PhD in Engineering Moscow, Russia

T. Z Godzhaev

Federal Scientific Agroengineering Center VIM

Email: vlshev@mail.ru. fic51@mail.ru
Moscow, Russia

M. V Vyaznikov

Limited Liability Company «MIKONT»

Email: vlshev@mail.ru. fic51@mail.ru
PhD in Engineering Cheboksary, Russia

References

Supplementary files