Определение часовой сменной производительности робототехнического комплекса на базе трактора ТК-3-180

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 тоже 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.

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] разработан робототехнический комплекс на базе колёсного сельскохозяйственного трактора общего назначения (ТК-3-180Д) (рисунок 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.

Колёсный 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 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 т. ч. 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 лёгких дорожных, строительных и мелиоративных работ.

Технические характеристики трактора представлены в таблице 1.

Рисунок 1 - Робототехнический комплекс на базе колёсного сельскохозяйственного трактора общего назначения (ТК-3-180Д)

Система точного земледелия «Агропилот-1».

Система обеспечивает точность решения навигационной задачи путём приема платных поправок по каналу GSM/GPRS от стационарной базовой станции коррекции (режим RTK), не хуже 0,02м±0,01м/км. Без использования поправок, алгоритм программной коррекции определения координат позволяет обеспечить точность, не хуже (м) ±0,05м в автономном режиме, за счет применения одной или нескольких контрольных точек.

«Агропилот-1» - Бортовая информационно управляющая система (БИУС) - автоматическая система точного вождения, использующая навигационную систему GPS/ГЛОНАС и предназначенная для управления движением трактора по полю по заданным траекториям («авторуль»).

Модульная унифицированная система технического зрения «Эдельвейс». РТК комплектуется модульной, унифицированной системой технического зрения «Эдельвейс» разработки ИПМ им. М.В. Келдыша РАН.

Таблица 1 - Технические характеристики базового трактора 180 л.с.

Модель	ТК-3-180
Колесная формула	4х4
Номинальная сила тяги, кН (т)	27,0 - 36,0 (2,7 - 3,6)*
Двигатель кВт(л.с.):	135 (184)
Масса трактора, кг, не более: -     Конструктивная -     Эксплуатационная масса трактора (без дополнительных грузов при полной заправке) -     Эксплуатационная масса трактора (с дополнительными грузами при полной заправке)	6400±200 6900±200 9600±200
Максимально допустимая масса трактора, в агрегате с дополнительными грузами, навесными машинами и заполненными технологическими ёмкостями	10800±300
Основные размеры, мм: -    длина -    ширина -    высота по крыше кабины	5165±150 2450 3070
Агротехнический просвет, мм, не менее	490
Радиус поворота минимальный, м	5,9

Основу алгоритмического обеспечения системы составляет программный каркас СТЗ реального времени. Открытая программноаппаратная 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 трёх режимов работы "автомата": полный автомат (переключение диапазонов и передач в автоматическом режиме), полуавтомат (автоматическое переключение 6-ти передач внутри выбранного диапазона) и 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 всём 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-х 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] дана обобщенная оценка влияния показателей технического уровня РТК на его сменную производительность (таблица 2).

Таблица 2 – 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
		V р	τ см	час 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

Результаты и обсуждения. Для оценки эффективности трактора ТК-3-180 в производственных условиях на МИС проводились полевые испытания, результаты которых представлены в протоколах [№07-140-2013 (9070186)]. При испытаниях трактора в комплектации с 4-х 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.

Таблица 3 – Результаты экспериментальных и теоретических исследований

Показатель	и ё 3	Рн ° ж я (L> CL> Ю 11 & d со О со[ cd и у к Л С О ® ч Р Н 2 У V О S гни О о х сз г у Рн >. н	Рн S И Ч S ё сЗ Рн	К s ° 1 и Р л S р н О 9 5 ч g н к р Р S 3 Й Е 5 v со S § & и S О с с н	СО     S н о Й 9 5   ч g н к   Р § в Й Е Р    со S S   S 5 О с с н
Рабочая скорость, км/ч	8,7	8,78	7,53	0,9	13,4
Производительность за 1 час основного времени	1,73	1,79	1,32	3,4	23,7
Производительность 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

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 на Кубанской государственной зональной МИС рассматриваемого трактора.

Выводы:

• 1.    В результате теоретических исследований установлено, что производительность колесного трактора ТК-180-3 составляет без учета показателей технического уровня составляет 1,4 га/ч, а с учетом показателей технического составлеяет 1,7 га/ч.

• 2.    В результате анализа полученных данных выявлено, что прирост к производительности до 37,2% можно достигнуть за счет изменения конструктивных особенностей трактора: тип трансмиссии, отношение передаточных чисел, автоматизация управления поворотом, расположение поста управления, минимальный радиус поворота, коэффициент запаса крутящего момента.

• 3 .    Для полной оценки трактора ТК-3-180 необходимо провести

• 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.

сравнительную оценку технологического уровня в сравнении с существующими моделями тракторов, провести энергостоимостной анализ, и анализ технико-экономической эффективности на примере модельного хозяйства.

DETERMINATION OF THE WATCH REPLACEMENT