Рациональное использование трактора Versatile 2375 в технологиях почвообработки

Введение. Российский рынок сельскохозяйственных тракторов в последнее время приобрел достаточно устойчивый характер, что обусловлено широким внедрением зональных ресурсосберегающих технологий почвообработки. В сегменте продаж на колесные 4к4б тракторы общего назначения мощностью 240–320 кВт приходится около 18,5 % , основную часть которых составляет продукция ЗАО «Петербургский тракторный завод» (модельный ряд тракторов К-744Р ) и ООО «Ростсельмаш» (Versatile-2375). В структуре обновления тракторного парка сельских товаропроизводителей Красноярского края их доля в натуральном исчислении достигла 35,0 и 7,0 % соответственно [1].

Главным условием эффективного использования колесных тракторов в зональных технологиях поч-вообработки является соответствие эксплуатационных параметров и режимов рабочего хода требованиям ресурсосбережения. К основным параметрам-адаптерам трактора относятся значение эксплуатационной мощности Ne _Э , величина и распределение по осям массы m _Э в статике, устанавливаемые до начала технологического процесса [1], тяговоскоростные режимы, управляемые в процессе рабочего хода.

Неоднозначность рекомендаций в инструкции по эксплуатации, а также ограниченный опыт использования в зональных технологиях почвообработки не позволяют установить рациональные значения указанных параметров-адаптеров трактора Versatile 2375 для разных по энергоемкости операций почво-обработки. Поэтому актуальным является адаптация режимов работы и параметров этого трактора к операционным технологиям обработки почвы.

Цель исследования : обоснование рациональных тяговых режимов и параметров трактора Versatile 2375 для зональных технологий почвообработки.

Поставленная цель достигалась решением следующих задач :

• 1)    установить рациональный тяговый диапазон использования трактора;

• 2)    определить интервалы регулирования и распределение по осям эксплуатационной массы

трактора для основных групп родственных операций почвообработки разных групп;

• 3)    дать оценку эффективности использования трактора в зональных технологиях почвообработки.

Условия и методы исследования. Решение поставленных задач проводилось с учетом параметров трактора Versatile 2375 базовой комплектации, а также установленных ранее допущений и ограничений на тягово-скоростные режимы его использования [2–3]:

• 1)    базовая комплектация трактора с шестицилиндровым рядным двигателем Qummins QSM-11 эксплуатационной мощностью Ne Э =240 кВт по ГОСТ 18509-88 [4] при n _Н = 2100 мин-¹ и коэффициентом приспособляемости по моменту К_М=1,49 включает механическую трансмиссию, сдвоенные колеса 710/70R38, стандартный тяговый брус. Имеет массу 11 690 кг без топлива в баке, оператора, дополнительного оборудования и балласта (твердого и жидкого) с распределением 65–67 % на переднюю ось и на 33–35 % на заднюю;

• 2)    рациональный тяговый диапазон трактора ограничен значениями коэффициента использования веса, ^КР min -

  КР max , которым соответствуют режим минимального ^min = 0,07 и максимально допустимого ^max = 0,15 буксования;

• 3)    для наиболее энергоемких операций почво-обработки первой группы (отвальная вспашка и глубокое рыхление) и наименее энергоемких операций третьей группы (поверхностная обработка почвы) номинальные значения (p К^∗РН_x< ф КР max и (p К^∗РН3> (p КР min устанавливают при вероятности нахождения эксплуатационных допусков на тяговую нагрузку в пределах ( (p КР min - (p КР max ) не менее 0,88–0,90. Для операций второй группы (безотвальная комбинированная обработка и чизелевание) (p К^∗РН2 =0,5 ·( (P К^∗РН1⁺ (P К^∗РН3) ;

• 4)    по требованиям изготовителя оптимальное значение эксплуатационной массы трактора базовой комплектации, с учетом ГОСТ 18509-88, определяется из условия m _Э^∗=43,1·1,36 ·1,15 · Ne Э= = 67,41 · Ne _Э ( кг ) при распределении по осям в статике: с прицепными рабочими машинами 55 % на переднюю и 45 % на заднюю; с навесными машинами 65 и 35 % соответственно, что обеспечивает их одинаковую нагрузку 50 на 50 % в режиме рабочего хода.

При продольной базе трактора L = 3,35 м установка переднего балласта массой mБП=0-1300 кг и АП= aП/L = 0,71 обеспечивает догрузку передней оси AУПСТ=1,71 · (mБП · g) и разгрузку задней AУКСТ = -0,71 · (m БП · g) (рис. 1). Увеличение массы (веса) трактора равно массе (весу) балласта. Установка промежуточного заднего балласта тБК = 0 - 1100 кг при АК = K//L = 0,16 увеличивает общий вес с распределением дополнительной нагрузки по осям  ЛУКСТ = 0,84 • (тБк • д),

УПСТ = 0,16 · ( БК ·  ). Распределение веса топлива в баке СТ по осям определяется соотношением Л УПст/ЛУКСТ = (0,58/0,42) • СТ.

Поставляемый потребителям трактор базовой комплектации оснащен тяговым брусом для прицепных машин с установленными передним ( т _БП = 850 кг) и промежуточным задним ( т _БК = 1100 кг) балластами.

Задний нижний балласт тБК = тБк является основным для увеличения и рационального распределения массы (веса) трактора между мостами. Этот балласт не может быть установлен при работе с трехточечной навеской или с валом отбора мощности. Его воздействие на реакции задних и передних колес определяется из условий: УКСТ = 1,16 × х (тБк • 9), Л упст = -0,18 •( ^Бк • д).

Задний вспомогательный балласт _БК=0-738 кг является дополнительным для увеличения и сбалансированного распределения массы (веса) трактора между мостами. Может быть установлен только при работе с ВОМ и прицепными машинами. Его воздействие на реакции задних и передних колес определяется из условии: У_КСТ = 1,16 × ^(тБк • 5 ) , ^{Л у}пст =^-0,1⁶ • ^(тБк • 5 ) •

Рис. 1. Схема балластирования трактора Versatile 2375

Оснащение трактора трех основных опций дополнительным оборудованием оказывает влияние на общий вес и нагрузку осей: ВОМ (тВ = 454 кг) ЛУкст = 1,09 • (тв • д),   Л Упст = -0,90 х х (тв • д ); 3 точечная навеска (т Н = 714 кг) ЛУкст = 1,18 • (тн •д ), Л УПСТ = -0,18 х х (тН • д); быстрая сцепка   (тс = 181 кг)

ЛУкст == 1,40 • (тс • д),  Л Упст = -0,40 х х (тс • д).

Равномерно распределенный по колесам жидкий тВП и твк балласт добавляют как дополнительный, что позволяет снизить давление воздуха в диагональных шинах до 83 кПа без значительного сокращения срока службы. Максимальный уровень за- полнения не должен превышать 78 % объема шины [3].

Результаты исследования и их обсуждение. В таблице 1 приведены осредненные характеристики удельного сопротивления ( К₀ , Лк₀ , гк ₀ ), установленные по критериям ресурсосбережения номинальные значения и интервалы рабочих скоростей ( УН ± Л У )* почвообрабатывающих машин и агрегатов для родственных операций каждой из трех групп технологий с фактическим соотношением ( , , ) их площадей [1]. Указанные параметры положены в основу определения рациональных тяговых режимов и интервалов регулирования эксплуатационной массы трактора при изменении номинальных значений рабочей скорости от Ун ! = 2,2 м/с до УН ₃ = 3,30 м/с [5].

Таблица 1

Характеристики удельного сопротивления и рабочие скорости почвообрабатывающих агрегатов для родственных операций разных групп

Технологии и родственные операции	F , %	К , кН/м	К , с2/м 2	к	н∗ ±      , м/с
Традиционная, отвальная вспашка (h = 0,20– 0,25 м) и глубокое рыхление (h = 0,40–0,50 м)	15	13,0	0,13	0,10–0,12	2,20  0,20
Минимальная, безотвальная комбинированная обработка, дискование (h = 0,14–0,18 м) и чизелевание (h = 0,20–0,30 м)	30	5,5	0,09	0,07–0,10	2,70  0,30
Минимальная и нулевая, поверхностная обработка (h = 0,06–0,12 м) и посев по нулевой технологии	55	4,5	0,06	0,07–0,10	3,30  0,30

Алгоритм оптимизации основных параметров-адаптеров трактора содержит обоснованные этапы и соответствующие модели.

На первом этапе выполнена оценка тяговосцепных свойств трактора с определением зависимостей буксования и тягового КПД , Т = ƒ( КР) в диапазоне, соответствующем буксованию движителя от 0,05 до 0,20 (рис. 2). Это позволило установить номинальные значения К∗РН и Т∗Н для операций почвообработки разных групп (табл. 2).

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

Рациональные тягово-скоростные режимы и удельная масса трактора для операций основной обработки почвы

Таблица 2

Группа операций	н , м/с	∗ КР н	δ	Т н	у∗д н , кг/кВт
1	2,20	0,45	0,122	0,708	72,90
2	2,70	0,41	0,099	0,719	66,23
3	3,30	0,37	0,081	0,725	60,57

Второй этап включал определение оптимальных значений удельной    _У ^∗ _Д (кг/кВт) эксплуатационной

Э∗ (кг) массы трактора и номинального тягового усилия Р∗КР  (кН) для каждой технологии почвооб- работки с использованием зависимостей [1].

_m∗  ₌     ТН ·       _;

· Н · КРН

m∗Э = ξ∗  · Ne Э · m∗УД ;(2)

ξ∗ =0,755+0,550 ·(КМ-1) ;(3)

Р∗КРН = m∗Э ·g · φКРН .(4)

Для оптимального распределения массы трактора по осям в режиме рабочего хода относительную абсциссу центра масс АЦ = аЦ / L на операциях почвообработки разных групп определяли из условия

А_Ц= λ_ПР ·L+ һ_КР · φ_КР+ ƒ · r_Д / , (5)

где ℎ_КР – ордината точки прицепа; ƒ – коэффициент сопротивления качению; Д – динамический радиус колеса.

Полную массу съемного балласта  Б∗ , а также переднего  Б∗П груза для каждой группы операций устанавливали при известных значениях Э и Ц трактора базовой комплектации:

Чистую производительность    (м /с) и удель ные энергетические затраты (кДж/м ), а также рабочую ширину захвата агрегата Вр (м) для каждой технологии почвообработки оценивали на третьем этапе по формулам [1]

=     ·     · ТН /( К · К) ;

П=     ·     /    ;                 (7)

ВР =     ·     · ТН /( К · К ·   Н∗) , где К=[1 + К ( Н - 1,96)].

В таблице 3 представлены значения эксплуатационной массы э и номинального тягового усилия КРН для операций почвообработки разных групп при ξ∗ = 1,02. Максимальное увеличение массы от Э∗ = 14,82т до  Э∗ = 17,85 т переводит трак тор из шестого в восьмой тяговый класс с незначительным возрастанием абсциссы центра массы Ц. При Э = 12,42т и Ц = 0,65 (без балласта) полная масса балласта возрастает от 2,40т ( Э∗ ) до 5,43т ( Э∗ ). Для оптимального распределения общей массы (веса) трактора по осям на всех операциях почвообработки с прицепными машинами необходимо установить БК = 1100 кг и БК = 1100 кг. Задний вспомогательный груз БК =738 кг необходим только на операциях первой и второй групп. Для увеличения нагрузки на передней мост и общей массы (веса) трактора оптимальное значение БП изменяется от 130 (3 гр.) до 1 300 кг (1 гр.)

__*

_Б ^∗ _П = Э

^∗ Б =    Э ^∗ - Э ;

+ _БК) max. ()

- Б -( БК + _БК

Эксплуатационные параметры трактора Versatile 2375 базовой комплектации для разных групп операций почвообработки

Таблица 3

Группа операций	Э , т	Р КРН кН	Ц , м	__* Б∗ , т	∗ БП , т	БК , т	ВК , т	, м/с	ЕП кДж/м	В Р , м
1	17,85	78,8	0,581	5,43	1,30	0,738	1,19	9,69	25,26	4,4
2	16,21	65,2	0,575	3,79	0,85	0,738	0	21,61	11,32	7,84
3	14,82	54,0	0,568	2,42	0,13	0	0	26,25	9,32	7,95

Максимальная величина m Э^∗_г = 17,85 т на операциях первой группы может быть достигнута только с использованием жидкого балласта m _ВК=1190 кг, т. е. по 280 кг на одно заднее колесо. Замену жидкого балласта обеспечивает установка прицепа рабочей машины (силы тяги) под углом 10–12 градусов к поверхности поля.

По чистой производительности и удельным энергозатратам на операциях второй и третьей групп трактор наиболее эффективен в шестом классе длины гона при ℓ_Г= 600–1000 м.

Выводы

• 1.    Рациональный диапазон тяговых усилий трактора на стерне колосовых нормальной влажности, соответствующий тяговому КПД Л т=(0,977-1,00) Л _т max   ограничен <р КРН з = 0,37 при

• 2.    Оптимальным значениям удельной массы m УД ₃ = 60,57 кг/кВт и m _У^∗_Д= 72,90 кг/кВт соответствует интервал регулирования эксплуатационной массы от m _Э min =   э^∗ 2 = 14,82 т до

• 3.    При минимальной эксплуатационной массе трактора базовой комплектации m _Э Q = 12,42 т и A Ц Q = 0,65 потребная масса балласта от 2,4 до 5,43 т обеспечивается установкой съемных грузов m БК=1100 кг, m БК=1100 кг , m БК=738 кг (1 и 2 групп операций), регулированием m _БП от 130 до 1300 кг и добавлением воды по 280 кг в шины колес (первая группа операций).

• 4.    По показателям чистой производительности на операциях почвообработки второй и третьей групп трактор следует использовать при длине гона ℓГ= 600–1000.

6 _Нз = 0,081 для операций третьей группы с V Нз = 3,30 м/с и ср КРН i = 0,45 при δ_Нi = 0,122 для первой группы операций с V_Н^∗j = 2,20 м/с.

m Э max =  э^∗ 1 = 17,85 т при m Э= m Э^∗ =

= 16,21 т с распределением 56,8 и 58,1 % на переднюю ось, что позволяет использовать трактор в шестом восьмом тяговых классах.