Параметры-адаптеры колесных тракторов и агрегатов к зональным технологиям почвообработки

Основу обновления тракторного парка сельских товаропроизводителей составляют модельные ряды универсальных и общего назначения энергонасыщенных колесных тракторов улучшенной классической 4к4а и нетрадиционной 4к4б компоновок на единой элементно-агрегатной базе [1–3]. Эффективное функционирование в составе почвообрабатывающих агрегатов разного технологического назначения при максимальной реализации потенциальных возможностей обеспечивает адаптация (приспособление) их параметров и тягово-скоростных режимов к природно-производственным условиям.

Обобщение отечественных [4–6] и зарубежных [7–8] разработок по указанной проблеме позволило обосновать структуру и содержание общей системы адаптации тракторов с использованием совокупности основных параметров-адаптеров, критериев оптимизации и ограничений. Полученные по результатам моделирования и экспериментов оптимальные соотношения и значения указанных параметров колесных тракторов могут быть положены в основу формирования алгоритма адаптации энергетических средств к условиям производственной эксплуатации Восточно-Сибирской агрозоны Сибирского федерального округа [9].

Цель работы – формирование системы адаптации колесных тракторов и агрегатов к зональным технологиям почвообработки.

Объекты исследования – параметры-адаптеры колесных тракторов и агрегатов к зональным технологиям основной обработки почвы.

Достижение цели предусматривало решение следующих задач:

• 1)    разработать структуру системы технологической адаптации тракторов и агрегатов;

• 2)    обосновать модели взаимосвязей параметров-адаптеров с факторами воздействия на потенциальные возможности тракторов;

• 3)    сформулировать алгоритм оптимизации и установить рациональные соотношения параметров-адаптеров при использовании тракторов в зональных технологиях поч-вообработки.

Материалы и методы

При решении задач учитывали обоснованные ранее [4–6] условия, параметры, критерии, ограничения и методы многоуровневой системы технологической адаптации колесных тракторов:

• –    основным фактором воздействия природных условий эксплуатации является класс длины гона 'г W определяющий оптимальное значение чистой производительности почвообрабатывающих агрегатов И/* (м/с²) разного технологического назначения при минимальных приведенных затратах С_п -» тіп ;

• –    производственные факторы агрозоны представляют осредненные характеристики удельного сопротивления рабочих машин (K₀,AK,v_k0) , определяющие номинальные значения и интервалы технологической скорости ( V* + ЛУ ) для разных по энергоемкости операций почвообработки трех установленных групп: 2,20 ± 0,20; 2,70 ± 0,30; 3,30 ± 0,30;

• –    рациональный тяговый диапазон трактора С^кр тіп ^кр max ) на стерне колосовых, соответствующий интервалу изменения коэффициента использования веса (фкр min ^kpmax) при тяговом КПД^=(0,975- 1,00).^^, ограничен режимами минимального Smh = 0,07и максимально допустимого 6„.« = 0,15 буксования колес основного ведущего моста;

• –    установленные значения удельной массы т^(ет/кВт) определяют оптимальные соотношения массоэнергетических параметров тракторов разной комплектации при использовании на операциях почвообработки каждой группы.

Результаты исследований

Для формирования общей системы адаптации колесного трактора к зональным условиям почвообработки разработана структурно-логическая схема поэтапной оптимизации параметров и режимов работы агрегатов (рис. 1).

Первый этап содержит оценку воздействия природных условий агрозоны и производственных факторов на оптимальные значения чистой производительности и интервалы технологической скорости почвообрабатывающих агрегатов. Анализу подлежат адаптированные к природным условиям технологии, состав и обновление парка тракторов и почвообрабатывающих машин.

Рис. 1. Структура системы адаптации колесных тракторов и агрегатов к зональным технологиям почвообработки

Особое внимание следует уделить модельному ряду тракторов основных производителей, их базовой комплектации и параметрам технической характеристики. Выходными параметрами-адаптерами являются номинальные значения рабочей скорости ^Ні и чистая производительность агрегатов W* на операциях почвообработки разных групп, которые одновременно представляют входные факторы второго этапа оптимизации.

Обоснование типоразмера мощности и диапазона регулирования массы трактора, а также ширины захвата агрегатов разного назначения до начала технологического процесса (адаптеры первой группы) предусматривает второй этап оптимизации. В качестве адаптеров к технологиям почвообработки целесообразно использовать удельные параметры: массу трактора ^уд (кг/кВт), энергозатраты ^п (кДж/м2) и ширину захвата ^УД (м/кВт) или обратную ей величину ^УД (кВт/м):

Г^уд = Птн/(9 Ф^^иУ ^10-3 ;

• < ^П ⁼ ^ ■ Р-к/^тн»

Вуд ⁼ "Птн/ (^0 "  Ик • Ц/);

= ^ЕП ■ ^VH"                                            (1)

Потребная мощность тракторного двигателя для операций почвообработки соответствующей группы и основного (характерного) класса длины гона выразится как где

С учетом соотношения площадей №. ғ₂- 5) и занятости по времени T_t = Fj w* на операциях разных групп при Т^^ среднее значение потребной мощности:

У трактора с механической трансмиссией, при вариации тяговой нагрузки ^VKQ ^{86 V}MC ⁼ ОДО [13], оптимальный уровень использования мощности двигателя ^7 определяет величина коэффициента приспособляемости по моменту :

^ = 0,755 + 0,550 (К_м - 1).                        (4)

Рациональный типоразмер мощности серийного трактора при известном Км вы- бирают из условия

^вэ — ^ вр^^S "                                   (5)

Оптимальные значения эксплуатационной массы трактора для операций почвооб-работки каждой из трех групп и соответственно диапазон ее регулирования:

Г m^ = m_3mQX = m^_i • ^ • N_e3;

л m35 = ”1эт£я = 7П^з ■ ^ • NeV, тэ2 ^ 0,5(тэта;), +тпэтіП) — тпуд2 " f,v " ^вэ'

^этах = (тэт=х ~ тэтпіП) = (^д, ~ тта3) '

При известной массе трактора базовой комплекции ^с минимальная эксплуатационная масса тэо = (1,05 — 1,06) • т0. Тогда величина съемного балласта (твердого и жидкого) соответственно:

/Шс =;

) тс = 771с    = 777а — 777, ;

'-тБ2 тЭ2 тЭ0-

Для наиболее применяемых схем установки твердого балласта на колесные 4к4а (рис. 2, а) и 4к4б (рис. 2, б) тракторы оптимальное распределение массы по осям Оп и Ок и соответственно статические реакции почвы на передние “ лет и задние ^кст колеса зависят от относительной абсциссы центра масс :

пег - тэ " 9 " ^ці

пег = тэ " 9 ‘ (1 ~ ^ц)-

Для каждой технологии оптимальную величину ^Ці при базе L определяют с учетом приведенной к оси Ок ординаты точки прицепа ^кр [10], оптимального распределения массы (веса) трактора по осям в режиме рабочего хода ^ПР ^— ^п/^э, коэффициента сопротивления перекатыванию ƒ, радиусов передних ^п и задних ^Г3п: колес, значения и угла наклона номинальной силы тяги ^Ркрн = ™Э ■ 9 • Фкрн к опорной поверхности γ, по зависимости

^Ш = °ш /^L = ^прС¹ + ФкрНі ■ $™г) + [^ • ФкрНі • cosy + о,5/(г_дп + Г_дк)]/1. (9)

Оптимальному распределению тв по осям в режиме рабочего хода соответствует Л^р = 0,50 (4к4б) и ЯПР = (°'35 - °-40) (4к4а) [6,10]. При агрегатировании с прицепными машинами у ^ 0 град. и Лц = Л^р + (0,05 - 0,08). Для навесных и полунавесных орудий у = 5 - 10 град., поэтому Лц = Л^р + (0,13 - 0,15).

Рис. 2. Схема балластирования колесных тракторов: а – 4к4а; б – 4к4б

При установленных значениях параметров трактора для каждой технологии ^:<1 -- и известных условий базовой комплектации "<< массу съемных балластных грузов определяют решением соответствующей системы уравнений. Для трактора 4к4а при "'<- = - - _ - <•; -" _;-_:. (кг):

(тБП ~ (тЭ " ^Ц ШБП ^ЭО ■ ^цо)/^П*

! J-/;          • ./; - \ .1       .-Ь. ,       г/; . ¹ : 1       /Г-.-- , ■■■ <;_; - ¹ І Л--       1                                 (|0)

Применительно к трактору 4к4б при '< :. =  2 2 Б - - Б 2 л .",._:

(твп = (тэ ■ ЛЦ - тЭ0 ■ ^ЦО - тБК ■ ^К + Чк ' Л^Мй

:.-Чк = ["Ч З--—-”-              - 1 -■-•;■ ~ <7 -^:---^_ ^--^:-V (II)

где -^n — (^ + ^п)/^ ' ^цо — ^ацо /^' ^ц — °ц/^" ^к — ^kJ^ ' ^к — ^ак/^-

Количество балластных грузов п_Гі зависит от их массы m_ri:

ГПГП = ^Бп/тГП<

• < Т1р_К = THg_K/m_rK;

■ :г:- = ■ = :- С-                                           (12)

При комплектовании агрегата оптимальную ширину захвата рабочей машины определяют по величине удельной мощности -'у- — “ :: :

= "    ■ .  -  .                                          -13-

Управление тягово-скоростным режимом рабочего хода на третьем этапе адаптации предусматривает обеспечение оптимальных номинальных значений скорости ) буксования ■'■ и загрузки двигателя У: ."- по двум схемам - ручной и автоматической -в зависимости от оснащенности трактора бортовой компьютерной системой. При этом используют управляющие воздействия второй группы (глубина обработки), третьей (передаточное число трансмиссии) и четвертой (изменение ширины захвата агрегата)

[6; 11].

Оценка технологических свойств трактора на заключительном четвертом этапе адаптации включает определение чистой производительности W, удельных топливных затрат ; ^г гл и обобщенного показателя агротехнических свойств .-- на операциях почвообработки каждой группы [5]:

r^ =^-NeVEni-,

9wt⁼ 2,77 ■ д_ен • E_ni;

-^rot ⁼       ■ djk®,

I V                                (14)

где - ■ -Ч' "■' - коэффициенты весомости и уровня единичных показателей.

Установленные по результатам моделирования и экспериментов [5–6] оптимальные значения удельных параметров-адаптеров (табл. 1) служат основой формирования алгоритма практической адаптации колесных 4к4 тракторов разной комплектации (на одинарных 1к и сдвоенных 2к колесах) и агрегатов на их базе к природно-прои-водственным условиям региона или отдельных товаропроизводителей.

Для трактора любой комплектации алгоритм адаптации содержит: определение потребной мощности на отдельных операциях почвообработки .< ;! (формула (2)) и ее средней величины :< , (формула (3)) для превалирующего класса длины гона с учетом занятости в течение года; выбор типоразмера мощности трактора 2 V. (формула (5)) при установленных показателях двигателя (KM и ден кг/(кВт^ч)); обоснование эксплуатационной массы трактора для технологий почвообработки разных групп и основных ком- плектаций (опций) г- (формула (6)); определение массы (формулы (10; 11)) и установка съемных балластных грузов - в соответствии со схемой расположения; выбор параметров рабочей машины - ' (формула (13)) и комплектование агрегата; оптимизацию режима рабочего хода трактора в составе тягового агрегата при управлении буксованием движителей 5 и действительной скоростью движения Vp; оценку обобщенных показателей технологических свойств трактора Wi, gwi, ATOi (формула (14)) на операциях почвообработки.

Таблица 1 Удельные параметры-адаптеры колесных тракторов к технологиям почвообработки

Группа и название операции	, кН/м	с/м	V». м/с	Комплектация	АЦ		^д, кг/кВт	Ед , кДж/м2	V4 , кВт/м
					4к4а	4к4б
1. Отвальная вспашка, глубокое рыхление	13,65	0,13	2,20	1к	0,50*	0,58*	67-68	27,7	59-61
				2к	0,50	0,57	73-74	26,4	58-59
2. Безотвальная обработка, чизеле-вание	5,20	0,09	2,70	1к	0,43	0,57	60-61	11,3	30-31
				2к	0,43	0,56	67-68	10,8	29-30
3. Поверхностная обработка, прямой посев	3,90	0,06	3,30	1к	0,40	0,56	55-56	8,70	28-29
				2к	0,40	0,55	62-63	8,36	27-28

= 0,55(4к4а), 0,65(4к4б) - относительная абсцисса центра масс трактора на операциях первой группы с навесными почвообрабатывающими машинами.

Соотношение удельных параметров-адаптеров тракторов разной комплектации (1к и 2к) для каждой группы операций почвообработки (табл. 1) обеспечивает неизменность условий их балластирования и комплектования агрегатов. При этом параметры-адаптеры режима рабочего хода (табл. 2) также остаются практически неизменными.

Таблица 2

Параметры-адаптеры режима рабочего хода колесных тракторов

Группа операции	F, %	1у*, м/с	5*		^ , кг/ч	н", мин 1
1	15	2,00-2,40	0,12-0,15	(0,710-0,720) КМ	(0,18-0,20) .V .	(0,85-0,93) пн
2	40	2,40-3,00	0,09-0,12	(0,720-0,730) КМ	(0,19-0,21) Ne3	(0,85-0,95) пн
3	45	3,00-3,60	0,07-0,09	(0,720-0,730) КМ	(0,19-0,21) Ne3	(0,85-0,95) пн

^:-.3 = 085пн - для дизелей постоянной мощности при КМ > 1,40.

Приведенные значения удельных параметров и режимов рабочего хода могут быть положены в основу разработанного алгоритма технологической адаптации для превалирующих классов длины гона разных типоразмеров колесных тракторов отечественного и иностранного производства на уровне региональных дилеров и инженерной службы товаропроизводителей.

Выводы

Разработана структурная схема системы поэтапной адаптации колесных тракторов и агрегатов к природно-производственным условиям с использованием удельных параметров-адаптеров к технологиям почвообработки. Обоснованы модели взаимосвязей параметров-адаптеров с производственными и природными факторами воздействия на потенциальные возможности тракторов. Сформирован алгоритм оптимизации, установлены рациональные значения и соотношения удельных параметров-адаптеров трак- торов и агрегатов при использовании в зональных технологиях почвообработки, независимо от класса длины гона.

N.I. Selivanov, Yu.N. Makeeva, V.V. Averyanov

Krasnoyarsk State Agrarian University, Krasnoyarsk

Parameters-adapters of wheeled tractors and units to zonal soil treatment technologies

The purpose of the work is the formation of the adaptation system of wheeled tractors and units to the zonal tillage technologies. Achieving this goal envisaged the development of the structure, models and algorithm of the system for adapting energy-rich wheeled tractors in the composition of soil-cultivating units to the natural production conditions of the East Siberian agrozone of the Siberian Federal District. According to the results of modeling and testing, the structure and content of the main stages of the system of practical adaptation of wheeled tractors and aggregates to the zonal technologies of the main tillage using the set of parameters-adapters, optimization criteria and constraints were formed. As the base factor of the impact of natural conditions, the rut length class was used, which determines the value of the net productivity of tillage units of various technological purposes with minimal reduced costs as a generalized indicator of adaptation. According to the averaged characteristics of the resistance of the working machines and the established nominal values of the working speed of 2.20, 2.70 and 3.30 m/s for three different groups of tillage operations and main tractor configurations differing in terms of energy intensity, specific adapters were justified: tractor mass ^уд (kg/kW), energy ^п (kJ/m²) and the width of the unit 5уд (m/kW). Optimal values of specific parameters, and rational traction-speed modes of operation, limited by 7–15% skidding, were used as the basis for the structure and content of the developed practical adaptation algorithm for domestic and foreign wheeled tractors 4k4a and 4k4b on single and dual wheels of different configuration to zone technologies tillage taking into account the prevailing rut length classes for use at the level of regional dealers and engineering service of commodity producers.