Технологическая потребность в высокомощных колесных тракторах

Введение . Меньшие затраты мощности и топлива при наивысшей производительности с конечной оценкой себестоимости продукции являются главными критериями технического обеспечения операционных технологий обработки почвы. Поэтому внедрение ресурсосберегающих технологий почвообработки в АПК Восточной Сибири ориентировано на использование широкозахватных почвообрабатывающих и посевных комплексов с высокомощными (свыше 205 кВт (280 л.с.)) отечественными и зарубежными тракторами колесной формулы 4К4б, которые относят к 6–8 тяговым классам по ГОСТ 27021-86 и IV категории по стандарту

ИСО. Максимальная операционная масса этих тракторов ведущих зарубежных фирм, представленных на рынке Российской Федерации (Case, NewHolland, JohnDeere, Buhler) со сдвоенными колесами и балластом, превышает 25,0 т при энергонасыщенности Э=16-18 Вт/кг. Эксплуатационная мощность их двигателей достигает 496 кВт (675 л.с.) при запасе крутящего момента 35–50 %.

Данные параметры обусловлены мировым опытом развития тракторной энергетики, которое в условиях конкуренции идет в направлении улучшения её потребительских свойств. При этом в тракторостроении наблюдаются три основных тенденции [1]:

• 1)    основным типом сельскохозяйственных тракторов остаются колесные, объём производства которых значительно больше, чем гусеничных;

• 2)    крупносерийное производство ведущими тракторостроительными фирмами унифицированных семейств (типоразмеров) тракторов с колёсной формулой 4К4а и 4К4б и с изменяющимися в широком диапазоне мощностью двигателя и эксплуатационной массой;

• 3)    постоянный рост мощности тракторных двигателей.

В отношении наблюдающейся тенденции повышения мощности и массы тракторов у зарубежных и отечественных специалистов есть [1] разные мнения. Одни считают, что если мощная техника приносит более высокие доходы, то она будет приобретаться предпринимателями. Формирование этого мнения определяют факторы увеличивающегося дефицита высококвалифицированных трактористов-механизаторов и рост затрат на оплату их труда, а также стремление крупных сельскохозяйственных предприятий к повышению производительности и экономической эффективности ведения производства. Однако количество таких приобретений незначительное, и в большинстве своем высокомощные тракторы будут изготовляться небольшими партиями или штучно, возможно на заказ.

Другие считают, что наиболее огранивающими факторами являются надежность и наличие фирменного сервисного обслуживания. Простои, связанные с неисправностью такой сложной и крупногабаритной техники в сезон полевых работ, чреваты невыполнением технологических операций в оптимальные сроки и, следовательно, могут привести к недобору или полной потере урожая. Поломки могут быть более затратными для ремонта и обслуживания.

Мнения большинства специалистов в отношении использования мощной техники сводятся к экономической проблеме, определяемой возрастанием её стоимости и затратами на обслуживание и ремонт.

Соглашаясь с аргументированностью указанных выше мнений, необходимо отметить, что эффективность высокомощных тракторов в эксплуатации определяется также адаптированностью к природнопроизводственным условиям и возможностью комплектования с рабочими машинами-орудиями, соответствующими их тягово-мощностным параметрам. В противном случае, не обеспечивается оптимальная загрузка двигателя, что увеличивает в первую очередь погектарный расход топлива и соответственно удельные эксплуатационные затраты по сравнению с тракторами меньшей мощности [2].

Для повышения эффективности использования высокомощных тракторов необходимо установить их рациональные массоэнергетические параметры при выполнении разных групп родственных операций основной обработки почвы и определить нормативную потребность в отдельных агротехнических зонах и регионах страны.

Цель исследований . Обоснование рациональных значений показателей технологичности и нормативов потребности в высокомощных колесных тракторах для агротехнической зоны 6.2 Сибирского федерального округа (СФО) и АПК Красноярского края.

Задачи исследований :

• 1)    обосновать рациональные соотношения эксплуатационных параметров колесных 4К4б тракторов для отдельных групп родственных операций основной обработки почвы;

• 2)    определить нормативную потребность в высокомощных колесных тракторах для зоны 6.2 с учетом внедрения ресурсосберегающих технологий почвообработки;

• 3)    дать оценку количественного и качественного состава парка высокомощных колесных тракторов в АПК Красноярского края для прогнозирования их технологической потребности на перспективу.

Материалы и методы исследований . По энергоемкости, агротребованиям и техническому обеспечению операции основной обработки почвы разделены на три группы [2], которые характеризуют удельное тяговое сопротивление рабочих машин при скорости V 0 =1,4 м/с К оi , приращение в зависимости от скорости ∆К i , коэффициент вариации ^KOi , рациональный по энергозатратам, производительности и агротребованиям, интервал рабочей скорости ( V, ^∗ Dt -И ^∗ ax ) и её номинальное значение Hi (табл. 1).

В основу обоснования рациональных значений показателей технологичности трактора – удельного энергетического потенциала (f — ∙ Э)∗ и удельной материалоемкости mу∗д =103 /(f — ∙ Э) – для каждой группы родственных операций положено его функционирование в интервале рабочей скорости VHi ±Δ ^i и тяговом диапазоне, соответствующем

_ g ^∗ v кр ∗ у

Э = еэ mэ

g Т ∗       ^.

ТN

Таблица 1

Характеристика удельного сопротивления и интервалы рабочих скоростей почвообрабатывающих машин для разных групп родственных операций (технологий)

Родственная операция (технология)	K 0 , Н/м	∆ K , с2/м2	νК 0	( V. ∗ Pt - и∗ ax ) , м/с	VH , м/с
1-я группа Отвальная вспашка (h=0,20-0,25 м) и глубокое рыхление (h=0,40-0,50 м)	11,0-14,0	0,15	0,100,12	1,90-2,20	2,20
2-я группа Безотвальная комбинированная обработка, дискование (h=0,14-0,18 м) и чизелевание (h=0,20-0,30 м)	4,7-6,5	0,10	0,070,10	2,10-2,84	2,45
3-я группа Поверхностная обработка (h=0,06-0,12 м) и посев по нулевой технологии	3,1-5,1	0,06	0,070,10	2,83-3,83	3,30

Для оценки указанных показателей использованы результаты стендовых и лабораторно-полевых испытаний разных типоразмеров тракторов серии К-744Р [3, 4, 5], которые позволили установить оптимальные, соответствующие максимальному тяговому КПД *1 т max и допустимые по буксованию, значения коэффициента использования веса трактора на одинарных (Ф крoptl = 0,37,

Лт = Лтр { (pкр ^⁄ [ (p кр + /о + C ∙( V ^- Vo ]}∙[1-Г ^∙ ^ кр ; ].                 (3)

Нормативы потребности в высокомощных колесных тракторах рассчитывались с учетом реального тракторного рынка и превалирующего использования в регионах ресурсосберегающих (2-й и 3-й групп) операционных технологий основной обработки почвы.

Результаты исследований и их обсуждение. Полученные по результатам моделирования с использованием формулы (1) значения показателей технологичности колесных 4К4б тракторов (табл. 2) имеют практически линейную зависимость от скорости рабочего хода из-за несущественного изменения тягового КПД в используемом скоростном интервале. В тяговом режиме, соответствующем

Таблица 2

Рациональные интервалы показателей технологичности колесных 4К4б тракторов для основных групп родственных операций почвообработки

Группа родственных операций	VH , м/с	Одинарные колеса сркр =0,37-0,41		Сдвоенные колеса ^ кр =0,35-0,41
		(f- • ЭУ, Вт/кг	туд , кг/кВт (кг/л.с.)	(f- • ЭУ, Вт/кг	туд , кг/кВт (кг/л.с.)
1	2,20	12,68-14,05	78,86-71,70 (57,99-52,30)	10,64-12,46	93,98-80,26 (69,10-59,0)
2	2,45	14,12-15,90	70,82-62,89 (52,07-46,24)	11,93-13,90	83,82-71,94 (61,63-52,90)
3	3,30	19,32-21,40	51,76-46,73 (38,06-34,36)	16,28-19,00	61,42-52,63 (45,17-38,70)

В таблице 3 приведены нормативы потребности высокомощных тракторов в эталонных и физических единицах на 1000 га пашни для Восточной (6.2) агрозоны СФО [5]. В качестве эталонного принят гусеничный трактор ТЭ-100 мощностью 73,5 кВт (100 л.с.). С учетом регионального и федерального рынков высокомощных тракторов и тенденций формирования их парка в сельскохозяйственных предприятиях нормативы потребности пересчитаны для колесных машин, включая нормативную потребность в гусеничных тракторах.

Нормативная потребность составляет 0,66 эталонных и 0,285 физических тракторов на 1000 га пашни при среднем значении коэффициента перевода К пер =П эт /П физ =2, 316. При этом потребность в физических тракторах 6 кл., включающих три типоразмера с энергонасыщенностью Э от 13,16 до 23,56 Вт/кг, является превалирующей и достигает 90,9 % от общей при основной комплектации одинарными колесами. Тракторы указанных типоразмеров наиболее адаптированы к технологиям почвообработки следующих групп: 6.1 – 1-, 2-я группы, 6.2 – 2-я группа, 6.3 – 3-я группа.

По своим массоэнергетическим параметрам тракторы 8 кл. характеризуются комплектацией сдвоенными колесами, переменной балластировкой и наивысшей адаптированностью к операциям обработки почвы 2-й и 3-й групп.

Нормативы потребности на 1000 га пашни в эталонных и физических колесных тракторах 6–8 тяговых классов для зоны 6.2 СФО

Таблица 3

Тяговый класс	n эт /1000 га, ед.	К пер = n эт /n физ	n физ /1000 га, ед.	N e, , кВт	т э , кг	Э, Вт/кг
6.1	0,52	2,19	0,237	201-243	13580-18460	14,80 13,16
6.2	0,04	2,71	0,0148	244-320	13580-18460	17,97 17,33
6.3	0,02	3,10	0,0065	320-397	13580-18460	23,56 21,51
8	0,08	3,10	0,0258	320-397	18460-27690	17,33 14,34
Итого	0,66	2,316	0,285	-	-	-

По результатам анализа установлено, что на всю площадь пашни Восточной зоны СФО (6324·103 га) по существующим нормативам необходимо иметь свободными 1800 колесных тракторов 6 и 8 тяговых клас- сов. Для АПК Красноярского края с площадью пашни 1900·103 га нормативная потребность составляет 540 ед. в т.ч. 491 – 6 кл., 49 – 8 кл.

На 01.01.2014 г. сельское хозяйство Красноярского края располагало 237 высокомощными колесными тракторами 4К4б. Среди них 107 ед. (45 %) отечественных тракторов серии К-744Р ЗАО «Петербургский тракторный завод», включающих 71 ед. К-744Р2, 23 ед. К-744Р1 и 130 ед. (55 %) иностранных тракторов ведущих зарубежных фирм (рис.).

(Case)

Состав парка высокомощных колесных тракторов в АПК Красноярского края

Нормативная потребность АПК Красноярского края в тракторах 6–8 кл. составляет 1254 эталонных и 540 ед. физических. С учетом внедрения на 80 % площади пашни минимальной и нулевой зональных технологий почвообработки указанная потребность снижается на 40,0 % до 752 и 311 ед. соответственно (табл. 4).

Фактическое количество тракторов 6–8 кл. 237 ед. (626 эт.ф.) обеспечивает технологическую потребность на 50,0 и 83,2 % соответственно. При этом наблюдается особо низкая обеспеченность технологических операций 1-й и 2-й групп (23,3 и 47,3%) энергосредствами типоразмера 6.1, который формировался до недавнего времени исключительно за счет тракторов К-744Р1 и К-744Р2. В последнее время они заменяются зарубежными и отечественными тракторами улучшенной классической компоновки мощностью 200–240 кВт. В то же время имеются существенные излишки энергетических средств 8 кл. (48,9 %) и особенно типоразмера 6.3 (104 %), которые компенсируют недостаток тракторов типоразмера 6.1. Их наивысшая эффективность на операциях 1-й и 2-й групп достигается уменьшением цикловой подачи топлива для получения мощности еэ ≈ 243 кВт.

Таблица 4

Оценка количественного состояния парка высокомощных колесных тракторов в АПК Красноярского края

Тяговый класс	Технологическая потребность, ед.		Фактическое количество, ед.		Технологическая обеспеченность
	n эт	n физ	n физф	n этф	±n эт , ед	n этф /n эт , %
6.1	988/486*	451/222*	105	230,0	-758/-256*	23,3/47,3*
6.2	76,0	28	34	92,2	+16,2	121,3
6.3	38,0	12	25	77,5	+39,5	204,0
8	152,0	49	73	226,3	+74,3	148,9
Всего	1254/752*	540/311*	237	626	-628/-126*	50,0/83,2*

‘С учетом фактических объемов внедрения минимальной и нулевой технологий почвообработки.

Выводы

• 1.    Обоснованные значения параметра оценки тягово-сцепных свойств (0,35–0,37) ≤ (pкрн ≤ 0,41 позволили установить рациональные интервалы показателей технологичности колесных 4К4б тракторов для основных групп родственных операций почвообработки на одинарных и сдвоенных колесах.

• 2.    С учетом фактического и перспективного рынка нормативная потребность в колесных тракторах разных типоразмеров 6 и 8 кл., адаптированных к используемым технологиям почвообработки, для агрозоны 6.2 Сибирского федерального округа составляет 0,660 эт. и 0,285 физ. ед. на 1000 га пашни. При внедрении на 80 % площади пашни минимальной и нулевой технологий почвообработки указанная потребность снижается до 0,396 эт. и 0,164 физ. ед. тракторов.

• 3.    Фактический состав парка высокомощных колесных тракторов в АПК Красноярского края включает 107 ед. (45 %) отечественных серии К-744Р и 130 ед. (55 %) зарубежных. Обеспеченность технологической потребности составляет 50,0 % для установленных и 82,3 ^*% для скорректированных нормативов.

• 4.    Полученные результаты позволили определить следующие приоритеты формирования и использования парка высокомощных тракторов в АПК Красноярского края на перспективу до 2020 г.:

• •    типоразмер 6.1 для операций первой группы ( m_у ^∗ _д =71,7-78,8 кг/кВт) – отечественные колесные тракторы 4К4б К-744Р1 и К-744Р2, а также улучшенной классической компоновки 4К4а (TERRION ATM-7360, Бе-ларус 3022/3522) и зарубежные (New Holland серии Т.8, John Deere серии 8030, Case 1H серии MX Magnum, Class AXION);

• •    типоразмеры 6.2, 6.3 и 8.0 для операций второй ( m_у ^∗ _д =62,9-70,8 кг/кВт) и третьей ( m_у ^∗ _д =46,8-51,8 кг/кВт) групп – отечественные колесные тракторы 4К4б (К-744Р2М, Р3, Р3М, К-9000) и зарубежные (New Holland серии Т.9, Case STX, John Deere серии 9030). На сдвоенных колёсах показатель m уд ₂ должен составлять для операций 1–2-й и 3-й групп соответственно 71,9–83,8 и 52,6-61,4 кг/кВт.