Адаптация параметров колесного трактора к зональным технологиям почвообработки

Введение. Требования ресурсосбережения и высокой производительности при реализации технологий возделывания зерновых и кормовых культур в условиях рыночной экономики предполагают необходимость максимальной адаптации энергонасыщенных колесных тракторов, как основных мобильных энергосредств, к природнопроизводственным условиям [1]. Основным адаптируемым параметром энергонасыщенного колесного трактора с установленной характеристикой двигателя, регулируемым до начала технологического процесса, является величина распределения по осям эксплуатационной массы m_э . Ее регулируют установкой съемных балластных грузов, заполнением жидкостью шин, оснащением сдвоенными колесами [2]. Предельный уровень балластирования (отношение максимальной массы трактора к минимальной) достигает 1,40, причем только за счет съемных грузов на одинарных и сдвоенных колесах до 1,25–1,30.

Условия балластирования колесных 4К4а тракторов определяются рациональным диапазоном тяговых усилий и интервалом рабочих скоростей в современных технологиях почвообработки. Поэтому обоснование рационального тягово-скоростного диапазона и массоэнергетических параметров колесных 4К4а тракторов для зональных технологий почвообработки является актуальным и существенно важным для реализации системы ресурсосбережения в отрасли растениеводства.

Цель работы . Обоснование тягово-скоростного диапазона и удельных параметров колесного 4К4а трактора для зональных технологий почвообработки.

Задачи исследований : установить рациональный тяговый диапазон использования трактора; обосновать эксплуатационные параметры тракторов для реализации ресурсосберегающих технологий почвообработки.

Материалы и методы исследований. Решение задач исследований проводилось с учетом технической характеристики трактора John Deere 8310R и условий комплектации съемными балластными гру- зами. Комплект балласта включает грузы для задних и передних колес с максимальной массой соответственно 635 и 280 кг. На переднем кронштейне могут б ы т ь размещены грузы массой до 1000 кг. Эксплуатационная мощность двигателя, согласно стендовой характеристике, составляет в номинальном режиме Neэ= 205 кВт, максимальная мощность дизеля ^e max= 226 кВт. При определении параметров трактора и его тяговой характеристики учитывались требования для разных групп технологических операций основной обработки почвы по рабочей скорости движения агрегата [3]:

• 1)    отвальная вспашка и глубокое рыхление с номинальным значением и интервалом Vн ^∗ = 2,2± 0,25 м/с;

• 2)    послеуборочная безотвальная комбинированная обработка (сплошная культивация), дискование и чизелевание Vн ^∗ = 2,7±0,3 м/с;

• 3)    поверхностная послеуборочная обработка (лущение стерни), предпосевная обработка, обработка и посев по нулевой технологии Vн ^∗ =3,3± 0,5 м/с.

Сопоставление расчетных массоэнергетических параметров трактора с различной эксплуатационной массой m_э при выполнении всех трех групп операций позволило установить наиболее рациональные значения удельной массы m_у ^∗ _д при обоснованных тягово-скоростных режимах.

Расчетные значения m_у ^∗ _д (кг/кВт) определялись по соотношению [4]

∗ = Т ∙10³

m уд ⁼ g ^∙

^∗ р ∙^ н ^∗

где g_Т – тяговый КПД; g – ускорение силы тяжести; (p_к ^∗ _р – коэффициент использования сцепного веса; \_н ^∗ – номинальная скорость движения агрегата, м/с.

Оптимальная величина эксплуатационной массы трактора m_э ^∗ на одинарных (1К) и сдвоенных (2К) колесах без балласта и с балластными грузами, соответствующая значениям _у ^∗ _д , рассчитывалась по формуле [5]

m_э ∗ = m у ^∗ д ^∙ N еэ ∙ ^ ^∗ , (2)

где N_еэ – эксплуатационная мощность дизеля трактора, кВт; ^∗ – оптимальная степень использования мощности двигателя.

Буксование δ и другие основные параметры потенциальной тяговой характеристики трактора для различных значений

кр

устанавливали по выражениям:

a ∙( V кр-d )

( b-

) ^;

ЛТ=Лтр ∙(1-8) —;(4)

Т    тр           ( кр +)

кр = тэ∗∙д∙ <ркр∙10-3,(5)

дТ∙10-³

н=(д∙ <р кр ∙ т у∗д);(6)

N кр =(тэ∗∙дТ)/ту∗д,(7)

где a, b, d – расчетные коэффициенты (a = 0,163; b = 0,979; d=0,04 для 2К); д_тр – КПД трансмиссии; f – коэффициент сопротивления качению (для 1К – f = 0,08; для 2К – f = 0,06); I_кр – сила тяги, кН; N кр – тяговая мощность трактора, кВт.

Результаты исследований и их обсуждение. По результатам полевого и вычислительного экспериментов дана оценка тягово-сцепных свойств трактора JD-8310R с одинарными и сдвоенными колесами на стерне колосовых (рис., табл.). Полученные графические зависимости дт, δ = ((р_кр) позволили определить рациональные тяговые диапазоны ( <р кр min - (р кр max) трактора, ограниченные минимальным 8min= 0,08 и максимальным 8щах=0,15 буксованием. На одинарных колесах этот диапазон находится в пределах 0,32–0,465, а на сдвоенных несколько смещен (0,34–0,475) в сторону больших значений (ркр^.

С вероятностью функционирования трактора не менее 0,90 в пределах указанного диапазона обос- нованы средние значения номинальных тяговых режимов: для выполнения наиболее энергоемких операций почвообработки первой группы при V н∗ = 2,20 м/с, (р кр н 1=0,45; на операциях второй группы с Vн∗ = 2,70 м/с, (р кр н 2=0,41; для наиболее энергоемких операций третьей группы при V н∗ ? = 3,30 м/с, (р кр н 2= 0,37 соответствует режиму максимального тягового КПД.

Снижение коэффициента сопротивления передвижению с /1=0,08 на одинарных колесах до ^2 =0,06 на сдвоенных колесах обеспечило повышение тягового КПД д_т в пределах рационального тягового диапазона на 6,7 %. Оптимальные значения удельной массы для каждой группы операций увеличились при этом адекватно повышению дт^.

Анализ расчетных данных по значениям эксплуатационных параметров трактора с различной величиной т_э^∗(табл., рис.) позволяет сделать следующие выводы.

При выполнении отвальной вспашки (операции первой группы) в тяговом диапазоне, ограниченном буксованием 0,08 ≤ δ ≤ 0,15, наиболее эффективен трактор с удельной массой т уд 1 = 68,44 кг/кВт и комплектацией 1К. Диапазон буксования трактора δ = 0,08–0,15 позволяет максимально использовать возможности колесной схемы 4К4 за счет оптимального распределения удельной и, соответственно, эксплуатационной массы. Для других операций первой группы предпочтительно использовать в составе агрегата трактор с удельной массой 73,08 кг/кВт на сдвоенных колесах при одинаковом значении <р кр н -у=0,45. Величина номинального тягового КПД при этом увеличивается с 0,667 до 0,709 (табл.).

Оптимальные параметры трактора для основных групп операций обработки почвы

Группа операций	н∗, м/с	Комплектация	∗ ф кр н	д т∗н	∗ т уд, кг/кВт	т э∗, кг	(^min - ^тах)∗, м/с
1	2,2	1К	0,45	0,664	68,44	15467	2,12–3,14
		2К	0,45	0,709	73,08	16516	1,94–2,96
2	2,7	1К	0,41	0,673	62,04	14021	2,34–3,46
		2К	0,41	0,717	66,09	14936	2,27–3,27
3	3,3	1К	0,37	0,676	56,49	12768	2,57–3,8
		2К	0,37	0,721	60,26	13619	2,49–3,59

Характеристики л Т, δ = f((р_кр) трактора «John Deere 8310R» с одинарными (1К) и сдвоенными (2К) колесами

На операциях почвообработки второй группы трактор John Deere 8310R в комплектации 1К наиболее эффективен с удельной массой т уд₂ =62,04 при буксовании δ = 0,126. Установка сдвоенных колес позволяет при этой же величине балластных грузов снизить δ до 0,106 и увеличить тяговую мощность N _кр от 150 до 162 кВт.

На операциях третьей группы максимальная энергетическая эффективность достигнута при удельной 60,26 кг/кВт и, соответственно, эксплуатационной массе т_э= 13619 кг и сдвоенных колесах.

Трактор с комплектацией т уд з= 56,49 кг/кВт 1К может быть использован для выполнения операций третьей группы и транспортных работ.

С удельной массой т уд₂ = 62,04 кг/кВт на одинарных колесах рассматриваемый трактор имеет наилучшие (для данной комплектации) показатели на операциях второй и третьей группы.

Комплектация 1К с удельной массой т уд⁼ 68,44 кг/кВт, при необходимости, может быть использована, кроме вспашки, на операциях первой и второй групп. Но она менее предпочтительна по сравнению с трактором на сдвоенных колесах при т _у∗_{д ±}= 73,08 кг/кВт.

Трактор с минимальным балластированием (ту∗д= 60,26 кг/кВт), оснащенный сдвоенными колесами, имеет тяговую мощность до 163 кВт в диапа- зоне ((р кр min – ч>кр max). Однако установленный для данной комплектации интервал рабочих скоростей (^min - ^тах)∗=2,49–3,59 м/с не позволяет использовать его на операциях первой группы.

При выполнении всех трех групп операций почво-обработки в составе различных мобильных агрегатов для трактора John Deere 8310R наиболее рациональное значение т_у∗_д 2 = 66,09 кг/кВт (т_э= 14936 кг) на сдвоенных колесах. Данный вариант адаптирующих воздействий на эксплуатационные параметры трактора наиболее приемлем, исходя из параметров тяговой характеристики и допустимого диапазона рабочих скоростей (^min - ^тах)^∗трактора.

Максимальное балластирование (т_у∗_д⁼ 73,08 кг/кВт) в комплектации 2К дает трактору ощутимое преимущество при выполнении первой группы операций с учетом скорости V_н^∗=2,2 м/с и тяговой мощности трактора N_кр= 160 кВт по сравнению с комплектацией 1К и т_у^∗_д= 68,44 кг/кВт (Nкр = 150 кВт). Однако использование указанной комплектации на операциях второй и третьей групп не дает преимуществ.

Выводы

• 1.    С учетом ограничений на буксование δ = 0,08– 0,15 рациональный тяговый диапазон ((р кр min –

  фкр max) для комплектаций трактора JD-8310R с одинарными и сдвоенными колесами составил соответственно 0,320–0,465 и 0,340–0,475.

• 2.    Наиболее рациональной для выполнения всех трех групп операций почвообработки является масса трактора т_э= 14936 кг при т_у^∗_д= 66,09 кг/кВт на сдвоенных колесах. При такой величине т_этрактора тяговые агрегаты разного технологического назначения имеют наивысшие показатели энергетической эффективности в пределах номинального тягового диапазона (А<ркр.н= 0,370–0,450).