Повышение эффективности работы машинно-тракторного агрегата мехатронной системой рулевого управления

Наряду с этим, применение зарубежных систем автоматического управления движением МТА, в частности систем подруливания, на отечественной сельскохозяйственной технике затруднено вследствие несогласованности конструктивных параметров, высокой стоимости и зависимости от зарубежных сервисов (возможность удаленного отключения) [1].

Существующие отечественные системы параллельного вождения позволяют машинисту-механизатору управлять движением по курсоуказателю (агронавигатору), однако отсутствуют системы, обеспечивающие движение колесных машин без участия машиниста-механизатора [8]. С учетом этого разработка отечественных систем параллельного вождения колесных машин в агропромышленном комплексе является актуальной задачей.

Целью исследования является повышение эффективности выполнения 226                 Агротехника и энергообеспечение. – 2025. – № 4 (49)

сельскохозяйственных операций путем разработки и применения мехатронной системы рулевого управления для параллельного вождения машинно-тракторным агрегатом. Задачей исследования является определение эффективности мехатронной системы мехатронной системы рулевого управления.

Условия, материалы и методы.

Структурная схема разработанной мехатронной системы рулевого управления состоит из следующих элементов: электропривод подруливающего устройства, датчики наклона и угла поворота колес, приёмник GPS/ГЛОНАСС, программы управления МТА [2,5,7].

Рисунок 1 - Структурная схема системы параллельного вождения МТА

Алгоритм работы выполняется в следующей последовательности: сначала устанавливается маршрут, после чего МТА начинает движение, и система непрерывно осуществляет следующие действия. Сигналы со спутников принимаются GPS/ ГЛОНАСС – приёмником (4) и передаются в программу управления движением МТА, расположенную в электронном блоке управления (2) (рисунок 2).

Рисунок 2 - Мехатронная система рулевого управления для параллельного вождения МТА

Сигнал с датчика угла поворота управляемых колес (3) идёт на аналого-цифровой преобразователь (АЦП), затем в программу управления движением МТА. На их основании программа вычисляет скорость, направление движения, величину отклонения от задаваемой траектории, а затем, по закону управления движением реализует маневры приближения текущей траектории к необходимой. При этом генерируются сигналы, которые пройдя через цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), в виде напряжения поступают на электропривод руля (1) на базе электродвигателя постоянного тока с рабочим напряжением 12 В, который поворачивает рулевое колесо МТА на необходимый угол посредством зубчатой передачи [2,4]. Такая система обеспечивает более высокую точность движения по курсу без вмешательства оператора.

Для определения эффективности мехатронной системы была произведена одна из наиболее распространенных сельскохозяйственных операций, требующая высокой точности – внесение жидких минеральных удобрений (ЖМУ).

Почва опытного участка – чернозем выщелоченный. Испытания проводились на озимой пшенице с внесением ЖМУ при помощи опрыскивателя «Заря» с шириной захвата 21м и трактора Беларус 82.1 (Рисунок 3, а).

а)                                                 б)

Рисунок 3 – Полевые испытания мехатронной системы а) Внесение ЖМУ (Беларус 82.1+опрыскиватель «Заря»);

б) Варианты опытов на озимой пшенице

Площадь обработки 200 Га, размещение систематическое (рисунок 3, б). В качестве подкормки вносили смешанный с водой Бионекс-Кеми жидкий (NPK 10:10:10, стимулятор роста) производства НВП «Башинком».

Схема внесения ЖМУ:

• 1.    Контроль (традиционная технология) NPK 5л/га+200 л воды

• 2.    При помощи агрнонавигатора – NPK 5л/га +200 л воды

• 3.    При помощи разработанной мехатронной системы рулевого управления МТА – NPK 5л/га +200 л воды

  Результаты и обсуждение . Мехатронная система рулевого управления для параллельного вождения МТА повышает количество продуктивных стеблей, длину колоса, массу 1000 зерен, и соответственно увеличивает урожайность пшеницы (таблица 1). Максимальная урожайность озимой пшеницы получена на варианте с разработанной мехатронной системой рулевого управления МТА и составила 2,55 т/га, что больше на 0,2 т/га, чем при внесении удобрений традиционным способом. Применение агронавигатора (курсоуказателя) позволило увеличить урожайность на 0,15 т/га, что показывает преимущества применения современных систем параллельного вождения, но более эффективнее оказалась разработана мехатронная система. Результат обеспечен благодаря наименьшим перекрытиям, количеству пропусков и повышенному вниманию машиниста-механизатора к технологии внесения ввиду отсутствия задачи по поддержанию МТА движения по заданному курсу.

Таблица 1 - Влияние дозы жидких удобрений на урожайность озимой пшеницы

Благодаря минимальному отклонению стало возможным уменьшить эксплуатационные затраты (удобрения и топливо), снизить утомляемость оператора и увеличить производительность труда (возможность работы в дневное и ночное время, а также в условиях плохой видимости).

Выводы. Себестоимость мехатронной системы рулевого управления для параллельного вождения МТА составляет 184,99 тыс.руб. (в ценах на 01.11.2023г.), а ее применение позволяет сэкономить 42,00 руб с 1 га при пятикратной листовой подкормки ЖМУ, согласно технологической карте возделывания озимой пшеницы. Общий экономический эффект, при годовом условном объеме 1000 га единицы наработки равен 42,00 тыс. руб., а срок окупаемости составит 4,4 года. При этом эксплуатационные затраты снизились на 3,3%, производительность МТА (га/смена) возросла на 7,7% при выполнении сельскохозяйственной операции, а урожайность (т/га) на 8,5%. Повышение эффективности выполнения сельскохозяйственных операций при параллельном вождении МТА мехатронной системой рулевого управления достигается снижением утомляемости оператора и увеличением производительности труда (возможность работы в ночное время, а также в условиях плохой видимости) и уменьшением эксплуатационных затрат.