Рациональные типоразмеры колесных тракторов и агрегатов для зональных технологий почвообработки

Красноярский край располагает площадью пашни 1920 тыс. га и входит в состав агрозоны 6.2 Сибирского федерального округа. Около половины пашни представлено участками с площадью до 30 га (при средней длине гона 600–1000 м и удельным сопротивлением дерново-подзолистых почв 65 кН/м2) [1, 2]. Площадь более 30 га с длиной гона свыше 1000 м – у 53% полей.

При возделывании зерновых и кормовых культур в регионе применяют три вида технологий обработки почвы и посева: традиционную с осенней зяблевой вспашкой (15%); минимальную с осенней глубокой или поверхностной безотвальной обработкой почвы под зябь (40%); нулевую (посев по стерне) с одновременной поверхностной обработкой почвы (45%). Указанные технологии образуют три группы родственных по энергоемкости и агротехническим требованиям операций почвообработки.

Повышение эффективности почвообработки предполагает обоснование рабочей скорости, массоэнергетических параметров трактора и ширины захвата агрегата для каждой группы родственных операций и превалирующих классов длины гона с учетом технической оснащенности и перспективы формирования технологически необходимого машиннотракторного парка агрозоны.

Основу технического обеспечения технологий почвообработки и посева в регионе составляют тракторы с колесными формулами 4к4б и 4к4а отечественного и зарубежного производства с переменной за счет балластирования эксплуатационной массой и многооперационные рабочие машины секционного типа с изменяющейся шириной захвата, адаптация ко-

торых к условиям функционирования предполагает знание интервалов регулирования и установку оптимальных значений этих параметров до начала работы.

Целью работы является обоснование совокупности типоразмеров мощности колесных тракторов и интервалов ширины захвата почвообрабатывающих агрегатов на их базе для природно-производственных условий региона.

Предполагается решение задач:

• 1)    определить оптимальные значения удельной материалоемкости тракторов разной конфигурации для каждой группы родственных операций основной обработки почвы;

• 2)    обосновать рациональную совокупность основных типоразмеров тракторов и агрегатов для технического обеспечения зональных технологий основной обработки почвы.

Методы исследования

Основаны на принципах системной адаптации мобильных энергосредств и почвообрабатывающих агрегатов к природно-производственным условиям [3, 4] с использованием в качестве основного критерия ресурсосбережения минимума приведенных затрат.

Для каждой группы родственных операций основной обр а ботки почвы характерны: ос-редненное удельное тяговое сопротивление рабочей машины K _{0 i} при скорости V ₀ = 1,4 м/с, его приращение от скорости ц_Кі = [1 + A K 0 i • (V H - V 02 )] и коэффициент вариации v_K 0 i ; рациональный по агротребованиям и энергозатратам интервал изменения рабочей скорости ( V *.„ ^ V * ^ V L ) и ее номинальное значение.

min H max i

Обоснование основного показателя технологичности трактора – удельной материалоемкости m ^* _удi для каждой группы операций следует выполнять при его функционировании с номинальной скоростью V Hi в тяговом диапазоне Ф_KPopt <  Ф_крН <  Ф_кр max , ограниченном режимами максимального тягового КПД n_T max ( ф_KPopt ) и допустимого буксования 6 . ( ф_кр max ) . Должно соблюдаться общее для всех типов энергомашин соотношение между основными параметрами-адаптерами, определяющее их удельную материалоемкость [5]

m ydi = ^П ТНI g "  ^ф КРН " V H " ¹⁰ .                                          ⁽¹⁾

Влияние природно-производственных факторов на эксплуатационную мощность Nе*эi и массу mэ*i трактора фиксируется величиной чистой производительности Wi* [5, 6], установленной по критерию ресурсосбережения для каждого класса длины гона и вида обработки почвы, характеристиками удельного сопротивления рабочих машин (К0 • цк )i и соотношением номинальных значений параметров-адаптеров в уравнении (1) с учетом коэффициента использования мощности двигателя ξ

С. = W. * • K 0i- Ц кі Һ тн • ^ N , m *i = m \di -⁽ ^ N • ^N_eэ ⁾ * .

Зависимость коэффициента использования мощности тракторного двигателя при оптимальном нагрузочном режиме от его динамических свойств (коэффициента приспособляемости по моменту K_M ) и вероятностного характера распределения момента сопротивления V MC * V K ₀ имеет вид [3]

^N = -0,964 +1,80Km - 0,40KM + 0,023/Vmc .(4)

Интервалы регулирования эксплуатационных параметров трактора при изменении природно-производственных условий и тягово-скоростных режимов работы определяют

*

• 2.    = -е^1 = 2 . • ^ • К      • К. ,(5)

N еэ        *       W    K0 µK ηTH ξ еэi

*

X = -эі±1 = X • к. • Л = к • к • кик  • X

mэ m *        mуд     ξ _N ^*     N е ^* э      η TH     ξ _N ^*     N е ^* э     ϕ KPH     V H

При обосновании ширины захвата B_P ^* почвообрабатывающего агрегата или рабочей машины, особенного секционного типа, следует руководствоваться удельными затратами мощности

N *д = NJB p. .

Результаты исследования

По результатам экспериментальных исследований и моделирования [2, 4] обоснованы номинальные тягово-скоростные режимы и удельная материалоемкость тракторов разной конфигурации для установленных групп родственных операций почвообработки (табл. 1). При операциях 1-й и 2-й групп номинальному тягово-скоростному режиму работы тракторов с одинарными и сдвоенными колесами соответствуют V_H ^*₁ = 2,20 м/с и V_H ^*₂ = 2,65 м/с при Ф_№Н = 0,5 • ((P KPopt + T Kp max ) и буксовании 12,5 и 10%. Для операций 3-й группы V H3 = 3,3 м/с и

Ф_КРН = V KPopt при буксовании 10 и 7%, это позволяет уменьшить — * д ₃, по сравнению с — * _д1 1 , не более чем в 1,36 раза и обеспечить указанное соотношение регулированием степени балластирования трактора.

Таблица 1

Номинальные тягово-скоростные режимы и удельная материалоемкость колесных тракторов для основных групп родственных операций почвообработки

Группа родственных операций	K 0 , кН/м	* VH , м/с	Конфигурация-1 (одинарные колеса)			Конфигурация-2 (сдвоенные колеса)
			ϕ KP H	η TH	* mуд , кг/кВт	ϕ KP H	η TH	* mуд , кг/кВт
1-я	13,65	2,20	0,41	0,634	71,65	0,41	0,707	79,90
2-я	5,60	2,65	0,41	0,634	59,60	0,41	0,707	66,67
3-я	4,50	3,33	0,37	0,638	52,53	0,37	0,710	58,74

Оптимальные значения эксплуатационных параметров тракторов для разных групп технологических операций при X N -1,0 и превалирующих классов длины гона, обеспечивающие минимальные приведенные затраты, изменяются в широком интервале (табл. 2) и образуют рациональную совокупность основных типоразмеров мощности. При длине гона более 1000 м наиболее эффективны тракторы 6-го класса ( — э = 13,58 - 18,46 m ) , типоразмера 6.1 ( N еэ = 201 - 243 кВт ) на операциях 1-й группы и типоразмера 6.2 ( N_еэ = 244 - 320 кВт ) [7] на операциях 2-й и 3-й групп. Сдваивание колес увеличивает m ^* _уд для всех групп операций в среднем на 11% из-за повышения тягового КПД и обеспечивается установкой дополнительного балласта с учетом удельной массы второго комплекта передних и задних колес ( — дк = 3,5 - 4,0 кг/кВт ) [2]. В краткосрочной перспективе тракторы с колесной формулой 4к4б на единой элементно-агрегатной базе приведенных типоразмеров мощности с регулируемой степенью балластирования следует рассматривать как основные энергосредства для указанных условий использования.

За основу комплектования почвообрабатывающих агрегатов при превалирующей длине гона 600–1000 м следует принять тракторы 4к4а с регулируемым балластированием для эффективного использования в 5–6-х классах. Для операций 1-й группы целесообразно применять тракторы типоразмера 5.1 при —_э = 11,5 - 13,6 т и N = 151 - 200кВт. При операциях 2-й и 3-й групп наиболее эффективны тракторы типоразмеров 6.1 на сдвоенных и 6.2 – на одинарных колесах.

Таблица 2

Группа операций	W * , м2/с	Конфигурация	k^ N ■ Nеэ ) * , кВт	* mэ , т	PKP H , кН	Типоразмер
Длина гона lr > 1000 м
1-я	7,50	1/2	222/201	16,0	64,4	6.1
2-я	23,14	1/2	298/267	17,7	71,4	6.2
3-я	28,55	1/2	311/280	16,4	59,2	6.2
Длина гона lr = 600–1000 м
1-я	5,78	1/2	172/155	12,3	49,3	5.1
2-я	19,69	1/2	253/227	15,1	60,7	6.2/6.1
3-я	24,08	1/2	263/236	13,8	55,6	6.2/6.1

Основные типоразмеры мощности колесных тракторов разной конфигурации для зональных технологий почвообработки

При эксплуатации колесных тракторов следует обратить особое внимание на регулирование степени балластирования с использованием съемных грузов. У тракторов разных типоразмеров и конфигураций размеры переднего (тБ 1) и заднего (тБ2) балластов для каждой группы операций должны выбираться из условий обеспечения оптимального значения эксплуатационной массы m* и ее рационального распределения по осям передних (т*п/тэ), задних (тК/т**) колес (табл. 3). В противном случае существенно ухудшаются тягово- сцепные свойства трактора, снижая производительность и топливную экономичность агрегата. Так, отличие массы трактора от оптимального значения mэ* на 1,0 т приводит к перерасходу топлива на 0,7–1,0 л/ч.

Таблица 3

Рациональное распределение массы колесных тракторов по осям передних и задних колес

Группа операций	Тракторы 4к4б		Тракторы 4к4а
	* / * mП mЭ	* / * mm КЭ	* / * mП mЭ	* / * mm КЭ
1-я	0,60–0,63	0,37–0,40	0,50–0,55	0,45–0,50
2-я	0,53–0,57	0,43–0,47	0,45–0,47	0,53–0,55
3-я	0,53–0,55	0,45–0,47	0,40–0,45	0,55–0,60

Рациональные эксплуатационные параметры при использовании трактора на операциях разных групп с учетом занятости по времени составляют в среднем: для l_r > 1000 м N* ^ = ( 260 ( 2 К ) - 290 ( 1 К ) кВт ) и т Э = 16,8 т; при l r = 600 - 1000 м N* ^ = ( 220 ( 2 К ) - 240 ( 1 К ) кВт ) и m_э ^* = 14,1 т, что соответствует типоразмерам мощности 6.2 и 6.1.

Таблица 4

Рациональные интервалы изменения ширины захвата почвообрабатывающих агрегатов при минимальных затратах

Группа операций	Конфигурация трактора	Nу * д , кВт/м	B P * , м
			lr > 1000 м	lr = 600–1000 м
1-я	1/2	66–66/51–53	3,35–3,75	2,60–2,90
2-я	1/2	36–37/28–29	8,0–9,5	7,0–8,0
3-я	1/2	31–32/28–29	10,0–11,0	8,0–9,0

В табл. 4 приведены рациональные интервалы изменения ширины захвата почвообрабатывающих агрегатов разного технологического назначения для основных классов длины гона агрозоны. Удельные значения потребной мощности N_у ^* _д получены по результатам эксплуатационных испытаний [3] с учетом рекомендаций отечественных и зарубежных производителей почвообрабатывающей техники.

Выводы

Таким образом, на основании полученных результатов исследования определены оптимальные значения удельной материалоемкости колесных 4к4 тракторов разной конфигурации в обоснованном интервале изменения номинальной рабочей скорости почвообрабатывающих агрегатов разного технологического назначения. Установлены рациональные типоразмеры мощности колесных тракторов и интервалы изменения ширины захвата почвообрабатывающих агрегатов на их базе, соответствующие минимальным приведенным затратам, для основных групп родственных операций обработки почвы и превалирующих классов длины гона агрозоны 6.2 Сибирского федерального округа.