Рациональное использование тракторов серии К-744Р на основной обработке почвы

Введение. Основными показателями технического уровня современных тракторов общего назначения являются производительность П , удельные топливные g w и прямые эксплуатационные С э затраты почвообрабатывающих агрегатов разного технологического назначения на их базе, определение которых производится с учетом согласования потенциальной тягово-динамической характеристики трактора и характеристики удельного тягового сопротивления рабочей машины или орудия К а ( v ). Для обеспечения минимальных удельных затрат g w >min и C_y>min среднее значение номинальной скорости трактора У н , соответствующее тяговому диапазону р _{кр opt} <  (р _крн <  0,5(<р _{кр opt} + (р _{кр тах}) [1], должно находиться в пределах рационального интервала рабочих скоростей V*_{pt L}<У _н <  Vj ma _xi для установленных групп родственных операций основной обработки почвы.

В статье представлены результаты сравнительной оценки адаптации отечественных тракторов высокой мощности (колесной формулы 4к4б) серии К-744Р к зональным технологиям основной обработки почвы, как наиболее энергоемкой и затратной операции при возделывании сельскохозяйственных культур.

С учетом энергоемкости применяемых технологий и технического обеспечения родственные операции основной обработки почвы условно разделены [1] на три группы:

• 1)    отвальная вспашка и глубокое рыхление на глубину 0,21-0,23 м и 0,40-0,50 м соответственно при удельном тяговом сопротивлении K_0i =11-14 кН/м, приращении удельного тягового сопротивления в зависимости от скорости ^K _i =0,15-0,18 с²/м², коэффициенте вариации v ^ot = 0,10 и рациональном интервале рабочих скоростей (V* _pt - к т _ах) =1,80-2,10 м/с;

• 2)    послеуборочная безотвальная комбинированная обработка (сплошная культивация), дискование и чизелевание на глубину 0,14-0,16 м и до 0,18-0,30 м соответственно при K _0i =4,70-6,50 кН/м, ^K _i =0,10 с²/м², V Roi = 0,07 и (V Zp _t - У тахХ =2,10-2,80 м/с;

• 3)    послеуборочная поверхностная обработка (лущение стерни), предпосевная обработка, обработка и посев по нулевой технологии при K_0i =3,10-5,10 кН/м, &K _0i =0,06 с²/м², v ^ _oi = 0,07 и (v_o * _pt - Утах} .=2,80-3,80 м/с ;

I тал

Цель работы - оценка адаптации тракторов серии К-744Р к использованию на операциях основной обработки почвы.

Для достижения поставленной цели предусматривалось решение следующих задач:

• 1)    обосновать эксплуатационные допуски на скорость рабочего хода почвообрабатывающих агрегатов для основных групп родственных операций;

• 2)    установить рациональные тягово-скоростные режимы использования разных моделей тракторов серии К-744Р на почвообрабатывающих операциях основных групп;

• 3)    дать сравнительную оценку эффективности использования тракторов разных моделей на основной обработке почвы;

• 4)    определить условия агрегатирования тракторов разных моделей с основными типами почвообрабатывающих машин и орудий.

Условия и методы исследования. Обоснование основных (базовых) значений и интервалов регулирования рабочей скорости трактора производится на заключительном уровне общей системы адаптации с использованием предложенных [1] математических моделей и алгоритмов оптимизации параметров мобильного энергетического средства для конкретных природно-производственных условий.

В условиях вероятностного характера тяговой нагрузки главной выходной координатой трактора как динамической системы является скорость поступательного движения, допустимые значения которой определяют зону его эффективного функционирования при выполнении технологических операций в составе агрегата.

К основным количественным характеристикам эксплуатационных допусков на рабочую скорость трактора относятся [2] установочный допуск на уровень настройки и контрольный допуск или предельные границы скорости рабочего хода (двухсторонние и односторонние).

Номинальное значение рабочей скорости для родственных операций с двухсторонним контрольным допуском можно определить как

У?» = №vt + ^)./2.(1)

Установочный допуск на уровень настройки по номинальной скорости ДУ _{Н i} равен алгебраической разности математического ожидания номинальной скорости трактора У н _i и величины У^

ДУН i = 1У-Ун |. = HF-^K |..(2)

Контрольный допуск ДУ представляет собой интервал средних значений скорости, ограниченный У 0 _pti и ^vmaxi при v_v = v мс , определяется по формуле

△У = 0,5\УAaх-Уopt\i^ Ifc^v I, где   УАах1 = VHi + △У. — верхняя граница допуска;

• У 0 _pti = У A — △ K _i — нижняя граница допуска;

• ±ДУ . - поле двухстороннего допуска;

• v - среднее квадратичное отклонение.

Для операций первой группы, с учетом незначительного интервала изменения рабочей скорости (У тах — V op _t )_r = (2,10 - 1,80) = 0,3 м/с, целесообразно использовать односторонний контрольный допуск с нижней предельной границей У 0 _pt1 и У_н * = У Аал-

ДУ 1 = У Аах1 -У 0рп * 3^ -                             (4)

Вероятность нахождения среднего значения скорости У в зоне двухстороннего допуска при нормальном законе распределения определяется из выражения

Рд = Ф^1) - Ф(t2), где   Ф(Р) - функция Лапласа;

• ^ 1 = ^(Утах ^{- У )/} ° v ;

• h = (У o_Pt - У _н * )/^_v — аргументы функции Лапласа.

Результаты исследования и их обсуждение. В таблице 1 приведены эксплуатационные допуски на скорость рабочего хода трактора для выделенных групп родственных операций основной обработки почвы при вероятности ее нахождения в установленных границах не менее 0,95. Измеряемыми и управляемыми в процессе рабочего хода являются частота вращения коленчатого вала n , буксование движителей δ и передаточное число трансмиссии i _тр .

Таблица 1

Эксплуатационные допуски на скорость рабочего хода почвообрабатывающих агрегатов

Группа родственных операций	V* Vopt , м/с	V* v max, м/с	V м/с	AV , м/с	v v	^ V , м/с	t	P a
1	1,80	2,10	2,10	–0,30	0,05	0,10	2,30	0,95
2	2,10	2,80	2,45	±0,35	0,07	0,171	2,05	0,95
3	2,80	3,80	3,30	±0,50	0,07	0,231	2,16	0,95

Критериями оценки адаптации трактора с механической ступенчатой трансмиссией к определенной технологии обработки почвы является обеспечение установочного и контрольного допусков на скорость рабочего хода при условии (f)кр opt <  (р _К рн <  (ркр — 0,5(<р кр opt; + (ркр max' ) .

Результатами моделирования (табл. 2) установлены наиболее рациональные режимы работы тракторов серии К-744Р на родственных операциях основной обработки почвы разных групп. Для первой группы родственных операций наиболее адаптированным является трактор К-744Р 1 , значения номинальной скорости которого V — V _opt на одинарных и сдвоенных колесах (2,09/2,07 м/с) практически соответствует скорости К /1 =2,10 м/с, а контрольный допуск AV 1 =0,30 м/с обеспечивается при работе в режиме р _кр « р _кр . Вторая передача второго режима (II-2) является основной на этих операциях.

Номинальная скорость тракторов К-744Р 2 /Р з на режиме р _кр =0,41 на 6-7% превышает скорость V 1 , а контрольный допуск (-AV 1 ) обеспечивается при р _кр > р _{кр max} с превышением допустимого (15%) буксования. Использование этих тракторов при V >  V 1 существенно повышает удельные топливные затраты.

Тракторы К-744Р 2 М/Р 3 М в заданном тяговом диапазоне не обеспечивают установленный для операций первой группы скоростной режим работы. Превышение скорости V — V ^ _кр номинальной V 1 составляет 27 и 38% соответственно. Располагая высоким энергетическим потенциалом они не приспособлены к выполнению этих операций. Одним из возможных вариантов их адаптации является использование двигателя на частичном скоростном режиме при п _н =1400-1450 мин^-1.

Рациональные режимы работы тракторов К-744Р на основной обработке почвы

Таблица 2

Группа и вид родственных операций	Показатель	Значения показателей на одинарных / сдвоенных колесах
		К-744Р 1	К-744Р 2	К-744Р 2 М	К-744Р 3	К-744Р 3 М
1. Традиционная технология
1.1.    Вспашка отвальная ( h =0,21–0,25 м) 1.2.    Глубокое рыхление ( h =0,40–0,50 м)	р крн	0,37/0,37	0,41/0,41	0,41/0,41	0,41/0,41	0,41/0,41
	Р крн , кН	54,1/61,3	63,1/71,5	61,2/69,7	70,4/80,1	68,3/78,4
	V , м/с	2,09/2,07	2,24/2,21	2,66/2,61	2,26/2,22	2,89/2,77
	i тр opt	66,5/68,0	62,1/63,8	47,9/50,0	61,5/64,3	44,9/47,3
	Режим	II-2/ II-2	III-2/ III-2	III-3/ III-3	III-2/ II-2	II-4/ II-4
	Передача
2. Минимальная технология
2.1.    Безотвальная сплошная обработка ( h =0,14–0,18 м) 2.2.    Дискование стерни ( h =0,14–0,18 м)	р крн	0,35/0,35	0,37/0,37	0,41/0,41	0,37/0,37	0,41/0,41
	Р крн , кН	51,2/58,0	56,9/64,5	61,2/69,7	63,5/72,6	68,3/78,4
	V H , м/с	2,42/2,40	2,70/2,68	2,81/2,77	2,73/2,68	3,00/2,93
	^ тр opt	56,6/59,6	53,5/55,2	46,4/48,3	52,9/53,9	43,5/45,6
	Режим	II-3/ III-2	II-3/ II-3	II-4/ III-3	II-3/ II-3	II-4/ II-4
	Передача
3. Минимальная и нулевая технологии
3.1.    Поверхностная сплошная обработка стерни ( h =0,08–0,12 м) 3.2.    Поверхностная сплошная обработка стерни и посев ( h =0,014–0,18 м)	р крн	0,30/0,30	0,37/0,35	0,37/0,37	0,37/0,35	0,37/0,37
	Р крн , кН	43,9/49,7	56,9/61,0	61,2/69,7	63,5/68,7	61,7/70,8
	V , м/с	2,78/2,78	2,70/2,83	3,13/3,19	2,73/2,81	3,34/3,28
	i тр opt	51,1/52,6	53,5/52,3	46,1/46,1	52,9/52,3	40,9/42,9
	Режим	III-3/ III-3	II-3/ III-3	II-4/ II-4	III-3/ III-3	III-4/ III-4
	Передача

На операциях второй группы наиболее эффективными являются тракторы К-744Р 2 /Р з , эксплуатационные параметры которых обеспечивают их функционирование в скоростном интервале ( V _H * 2 + А^) при р крн = р кр opt . Недостаточный удельный энергетический потенциал трактора К-744Р 1 позволяет использовать его только в диапазоне тяговых нагрузок при р _кр < р _{кр opt} . В то же время тракторы К-744Р 2 М/Р 3 М из-за повышенной энергонасыщенности не обеспечивают установленный скоростной интервал ( у *2 ± AV 2 ) при Р _кр н = Р _кр без использования частичных скоростных режимов двигателя.

Для операций третьей группы наиболее адаптированными являются тракторы К-744Р 2 М/Р з М с использованием в номинальном тяговом режиме при р _крн = р _{кр opt} . Передачи II-4 и III-4 этих тракторов являются основными. Остальные модели тракторов (особенно K-744P i ) обладают недостаточным для этих операций удельным энергетическим потенциалом. Поэтому их рабочая скорость выходит за пределы эксплуатационного допуска ( У _н *₃ - AV3 ). Для обеспечения установленного интервала рабочих скоростей эти тракторы приходится использовать на повышенных скоростях (II-4, III-4) в левой части тягово-динамической характеристики при тяговых усилиях, соответствующих р _кр <  р _{кр opt} .

Таблица 3