Рациональное использование трактора «Беларус-1523» на операциях почвообработки

Введение. В последние годы на российском и региональных рынках широко представлены модельные ряды зарубежных и отечественных сельскохозяйственных тракторов колесной формулы 4к4а улучшенной классической компоновки с увеличенным диаметром передних управляемых колес [1, 2]. Доля продаж этих тракторов достигла 93 % при повышении верхней границы мощности до 280-300 кВт (380400 л.с.).

В АПК Красноярского края, который относится к агрозоне 6.2, преобладают колесные тракторы фирмы «Беларус» 1,4-3,0 классов (кл.), составляющие около 45 % численности тракторного парка региона. Тракторов «Беларус-1523» в 2015–2016 гг. приобретено 12 ед., или

• 13 % от общего количества. Эти тракторы должны до 2025 г. составить основу энергетических средств 2–3 кл. тракторного парка сельских товаропроизводителей.

При возделывании зерновых и кормовых культур сельхозпредприятия края применяют три вида цельнозамкнутых технологий обработки почвы и посева (традиционная, минимальная и нулевая) агрегатами на базе отечественных и зарубежных тракторов общего назначения и универсальных, выбор которых определяется агроэкологическим состоянием поля, наличием технических средств и материальных ресурсов.

С учетом характеристик удельного сопротивления рабочих машин К_о и A K , интервалов рабочих скоростей V * ± A V операции основной обработки почвы разделены на три группы [3-5]:

• 1)    отвальная вспашка и глубокое рыхление на глубину 0,21–0,23 м и 0,40–0,50 м соответственно при К₀₁=11,0-14,0кН/м, AK₃ =0,13-0,18 с²/м² и V*₁=2,20±0,20m/c ;

H1

• 2)    послеуборочная безотвальная комбинированная обработка (сплошная культивация) и чизелевание на глубину 0,14-0,16 м и 0,200,30 м соответственно при К₀₂=4,70-6,50кН/м, AK=0,09 с² /м 2 и V* =2,70±0,30 м/с ;

2 H2

• 3)    послеуборочная поверхностная обработка (лущение стерни), предпосевная обработка, обработка и посев по нулевой технологии на глубину 0,06-0,12 м при К_оз=3,1О-5,1ОкН/м, AK₃=0,06 с²/м 2 , и V* =3,33±О,5О м/с.

3 H3

Для адаптации к технологиям почвообработ-ки разных по энергоемкости групп на всех моделях энергонасыщенных колесных тракторов, в т.ч. и «Беларус-1523», с установленной мощностью двигателя применяется регулирование эксплуатационной массы и ее рациональное распределение по осям путем использования разного количества съемных балластных грузов, размещенных неподвижно в передней части остова, на дисках задних и передних колес [6].

Неоднозначность рекомендаций в инструкциях по эксплуатации, а также недостаточный опыт практического использования отдельных модификаций трактора «Беларус-1523» в зо- нальных технологиях почвообработки не позволяют установить рациональные условия их балластирования для адаптации к разным по энергоемкости операциям основной обработки почвы.

Цель работы. Повышение эффективности использования энергонасыщенного колесного трактора «Беларус-1523» в зональных технологиях почвообработки.

Задачи : обосновать модели и алгоритм адаптации трактора к технологиям почвообработки; установить рациональные интервалы изменения и распределение по осям массы трактора для разных технологий почвообработки.

Материалы и методы исследования. При решении поставленных задач учитывались параметры технической характеристики трактора «Беларус-1523» разных модификаций. Базовой модели и комплектации трактора с установленной мощностью двигателя N_e3 = 116кВт при номинальной частоте вращения коленчатого вала п_н = 2100мин 1 и коэффициенте приспособляемости по моменту К_м = 1,25 соответствует эксплуатационная масса 5750 кг на одинарных колесах без съемного балласта и продольная база L = 2,76м [7]. Передними балластными грузами массой 500 кг трактор оснащается для выполнения энергоемких операций почвообработки первой и второй групп в оптимальном диапазоне рабочих скоростей от 2,0 до 3,0 м/с . Оценка тягово-сцепных свойств трактора проводилась на основе экспериментальных зависимостей тягового КПД и буксования от коэффициента использования сцепного веса -_кр : ц Т , 5 = f( - KP ) при установленных значениях КПД трансмиссии ц ТР , коэффициента сопротивления перекатыванию f и постоянных величин a и b [1]

вы с обоснованными интервалами изменения рабочей скорости достигается регулированием эксплуатационной массы съемным балластом для обеспечения оптимальных значений показателя технологичности – удельной массы m уд( кг / кВт ) в номинальном тяговоскоростном режиме m^, = Птн / Фкрн • VH • g •10-3. (2)

Номинальные значения коэффициента

• ^{- KPHi} для уменьшения общей массы съемного балласта на операциях первой и второй групп выбирались из условия: - _kphi = - _KPmax при допустимом     буксовании      5 = 0,14 - 0,15;

• ^— KPH 2 = ⁰ , ^{5( —} KPmax + ^— KPopt )  и   ^— KPH3 = ^— KPopt

при максимальном значении тягового КПД П max [6, 8].

Оптимальные значения эксплуатационной массы трактора m^* _Э (кг) и номинальное тяговое усилие P_КРH,кН для операций почвообра-ботки каждой группы определялись по формулам [6, 8, 9]

**   *

^т-  ^Г ^Nеэ •

**

_ ^PKPHi = ^m3i ’ ^g ’ ^— KPHi^.

Значение коэффициента использования мощности тракторного двигателя в зависимости от коэффициента вариации момента сопротивления на валу v_MC при v_MC== 0,10 и v _MC2 = ^v mg = 0,07 и K М = 1,25 устанавливалось по уравнению [6]

П т = П тр

—кр

⁽ - КР ^{+ f)}

1 - а -

IL в ^- — р

Эффективное использование трактора с заданными параметрами двигателя ( N ,K ) и установленным тяговым диапазоном ( - Kppot -- крmax) на разных по энергоемкости группах родственных операций обработки поч-

С = - 0,964 + 1,80 • K m - 0,40 • K² m + 0,023 / Vm_G . (4)

Для обеспечения оптимальной нагруженно-сти передних колес в режиме рабочего хода Л_пр = Уп /Gs = 0,30 - 0,35 с тяговой нагрузкой Р KPH абсцисса центра масс трактора на операциях почвообработки всех установленных групп определялась из условия

а ц — ^ ПР ■ ^L + ^hKP ’ ^P KPH + 0,5 ^f ’ ^(гдк + ^ГдП ). (5)

У трактора базовой комплектации с минимальной транспортировочной массой брутто тэ0 = тэз полная масса съемного балласта для операций первой и второй групп mБПi находилась как тБП1 = тБ mux = тЭ1 - тЭ0; .тБП2 = тЭ2 - тЭ0-

центра масс а съемными грузами, установленными впереди остова G _Б1 , на дисках передних G _БK и задних G _Б2 колес, представлена на рисунке 1. Массы передних m _Б1 и m _БК и заднего m _Б2 балластов для получения рекомендуемого (оптимального^*) распределения веса трактора в статике определялись решением уравнений моментов относительно осей передних О 1 и задних О 2 колес

Г У пст = [G ₃₀ ■ а _ц0 + G БK ■ L + G Б 1 (L + и)]/L; к,

^УKCT ' = ^[G30^{(L  и}ц0 ) ^{+ G}Б2 ' ^{L  G}Б1 ' ^Un^]/L -

Он	^БК	^ЭО — G3B	(-'Б!
пп	пет L	^0 J кет

Рис. 1. Расчетная схема определения массы переднего и заднего балластов тракторов 4к4а

Общая схема балластирования трактора базовой комплектации с эксплуатационным весом G₃ б⁼ G3o> продольной базой L и абциссой

Обозначив относительные величины абцисс центра масс трактора базовой (с транспортировочной массой) и рабочей комплектаций как Ацо = а_ц oL ^{L и} А = а_ц / L , а также переднего балласта А_п = (L + а_п)/L , получили выражения для определения т*₁ и т_Б2 при т_Бк = 0 :

^тБ 1 = ^{( т}Э ’ ^АЦ ^тЭ0 ’ ^АЦ0 ) / ^Ап^;              (8)

. ^тБ 2 = ^(тЭ ^{- т}Э0 ) ^{- (т}Э А ^{- т}Э0 А0 )/ ^Ап ■

При этом абцисса центра масс А для оптимальной нагруженности передних колес трактора в номинальном тяговом режиме и заданном значении Л пр

А ^— ^ ПР ⁺ [h KP ■ ⁽PkPH ^{+ 0},^5f(r dK ^{+ Г} дП ^)] / L. (9)

Алгоритм оптимизации и рационального распределения массы трактора с установленной характеристикой двигателя по осям для каждой группы операций почвообработки включает [8]: определение зависимостей Пт , 8 = ПФ кр) в интервале буксования задних колес от 7 до

20 % по (1); установление p_KPHi и соответствующих им значений тягового КПД ц_ТШ и удельной массы m^*_удi для разных групп операций по (2); расчет А * по (4), эксплуатационной массы m ^* и номинального тягового усилия P трактора по (3) при номинальной рабочей скорости V ^* ; определение а и А _ц ^* по (5) и (9) при заданной Л_ПР ; расчет У^Б_пст и У^Б_кст по (7), определение массы полного т_БП , переднего т*_Б] и заднего тБ₂ балластов по (6) и (8).

Результаты исследования. По результатам моделирования обоснован рациональный тяговый диапазон трактора ⁽ Р кр т^ - р^ ) = Лр^ н , ограниченный    р _КРтах при 8 _д <  0,15 и

P KPopt = 0,38 при Пт тих = ^0,638 (рис. 2).

Установлены номинальные тяговые режимы для операций почвообработки разных групп: ^Р КРН1 ~ ^р крmax ; ^Р КРН 2 ~ ⁰,^{5( р} кр max ^{+ P} KPopt ) ; ^Р КРН3 ~ ^P KPopt ^(табл.).

Таблица 1

Значения тягового КПД трактора и его составляющих в рациональном тяговом диапазоне (фон – стерня)

ϕ КР	η TP	η f	ηδ	η T	g KPH = g eH П , кг /( кВт • ч )
0,38 (φ кр opt )	0,90	0,792	0,895	0,638	0,345
0,41(φ кр н )	0,90	0,804	0,880	0,637	0,345
0,45(φ кр max )	0,90	0,818	0,859	0,632	0,348

Рис. 2. Зависимость тягового КПД и буксования трактора от коэффициента использования веса

Рациональному тяговому диапазону трактора при λVHmax =VH3/VH1 =1,514 соответствует интервал изменения удельной массы от m∗ = 51,40 до m∗ = 65,08кг / кВт и λmЭmax =m*уд1/m*уд3 =1,266. С учетом значений ν и ξ* эксплуатационная масса трактора на операциях 1-й и 2-й групп остается практически неизменной m* ≈ m* = 6730 кг и превышает массу базовой комплектации для операций почвообработки 3-й группы m* = m = 5900 кг в среднем на 830 кг (табл. 2). Указанная разность обеспечивается установкой переднего съемного балласта мас- сой m = 498 кг при АП = 1,145 и двух кольцевых грузов массой m = 165-170 кг на дисках задних колес.

Трактор базовой комплектации с P = 22,0 кН по ГОСТ-7057-81 относится КРH3

ко 2 кл., а с установленным балластом – к 3 кл. при P _{КРH 1} = 29,7 кН .

Несущественное отличие фактической эксплуатационной массы трактора базовой комплектации без съемного балласта от расчетной позволяет использовать его в скоростном диапазоне 3,0–3,6 м/с с наивысшей эффективностью на операциях почвообработки третьей группы.

Таблица 2

Эксплуатационные параметры трактора «Беларус-1523» для разных групп операций почвообработки

Группа операций	Ф крн	V h , м/с	* mуд кг/кВт	* * N	т э , кг	р 1 KP ’ кН	АЦ	т Б 1 , кг	т Б 2 ’ кг
1	0,45	2,20	65,08	0,891	6726	29,7	0,430	498	332
2	0,41	2,70	58,66	0,990	6736	27,1	0,430	498	332
3	0,38	3,33	51,40	0,990	5900	22,0	0,394	0	0

Однако установка только передних грузов массой 500 кг снижает номинальное тяговое усилие и, соответственно, эффективность трактора на 7–8 % при выполнении операций почво-обработки первой и второй групп в скоростном диапазоне от 2,0 до 3,0 м/с. Распределение ве- са трактора в статике при этом У/УУсс =0 0,454/0,546 обеспечивает не-ПСТ   KCT желательную разгрузку задних колес на 0,70 кН.

Выводы

• 1.    Обоснованы модели и алгоритм адаптации колесного трактора 4к4а «Беларус-1523» к зональным технологиям почвообработки с установлением оптимальных значений основного показателя технологичности – удельной массы.

• 2.    Адаптация трактора «Беларус-1523» на одинарных колесах к технологиям почвообра-ботки достигается использованием базовой комплектации без съемного балласта при удельной массе т уд = 51 - 52кг / кВт в диапазоне рабочих скоростей от 3,0 до 3,8 м/с на операциях почвообработки третьей группы; установкой переднего балласта массой 500 кг и двух грузов по 165–170 кг на дисках задних колес при использовании в скоростном диапазоне от 2,0 до 3,0 м/с на операциях почвообработки первой и второй групп.