employee
UDK 631.331 Посевные машины и орудия (сеялки)
The article deals with the issues of operation of a machine-tractor unit with a soil-cultivating sowing complex. Improving the efficiency of using machine-tractor units and the most complete realization of the technical potential inherent in them can be carried out on the basis of the development of automated control systems and monitoring the implementation of technological processes both by the tractor and the implement, as well as by the unit as a whole. The traction-power balance of a tractor with a soil-cultivating sowing complex when working under given conditions is considered. It is shown that the performance during operation can change by reducing the power loss to overcome the forces of rolling resistance. Theoretical dependences for determining the power and speed parameters of the machine-tractor unit during sowing with tillage and fertilization are given.
machine-tractor unit, soil-cultivating and sowing complex, power balance, traction balance of the tractor, productivity of the machine-tractor unit
Введение. Современное растениеводство ведется на основе внедрения новых энергосберегающих прогрессивных технологий возделывания сельскохозяйственных культур и одновременно направлено на сохранение и повышение плодородия почвы [1]. Повсеместно применяются комбинированные агрегаты, которые за один технологический проход выполняют комплекс агротехнических операций. Повышение эффективности использования и наиболее полная реализация заложенного в них технического потенциала может производиться на основе развития автоматизированных систем управления и контроля за выполнением технологических процессов как трактора, так и агрегататируемых модулей, а также в целом машинно-тракторного агрегата (МТА) [2…5].
Совмещение операций предпосевной обработки почвы и посева сельскохозяйственных культур в настоящее время находит наибольшее применение. Для обработки почвы и посева в принятых севооборотах используются современные, высокопроизводительные, комбинированные и универсальные машины, ширина захвата и производительность которых обоснованы для тракторов различного класса тяги. Почвообрабатывающе-посевные комплексы (ППК), как правило, построены по блочно-модульному принципу и состоят из прицепа-бункера семян и удобрений, непосредственно почвообрабатывающей, посевной и прикатывающих секций и пр. Последовательность расположения модулей агрегата может быть различной [6].
Производительность МТА во многом зависит от правильного комплектования агрегатов с учетом наиболее полного использования мощности двигателя, назначения машин, конкретных условий эксплуатации. Так как в технологический процесс объединено одновременное выполнение нескольких операций, ограничение скорости движения МТА определяется агротехническими требованиями (качеством работы) той операции, где рекомендуемая максимальная скорость является самой низкой из всех операций. Состав МТА, как правило, известен и его расчёт сводится к выбору скоростного режима и соответствующей передачи трактора с учетом возможных ограничений [5].
Вместе с тем следует заметить, что полное тяговое сопротивление ППК даже на однородном поле с одинаковым физико-механическим составом почвы не остается постоянным. Объясняется это тем, что в продолжении технологического процесса работы вес прицепа-бункера уменьшается, и как следствие, снижается сила сопротивления качению. При дифференцированном внесении удобрений в соответствии с агрохимической картой поля, изменение веса будет носить нелинейный характер. При снижении тягового усилия уменьшается буксование трактора, что приводит к возрастанию рабочей скорости МТА. В отдельных случаях, например, при посеве мелкосемянных культур, которые имеют низкую объемную плотность и малую норму высева (в кг/га), следует ожидать незначительное изменение веса ППК в процессе работы и, соотвественно, малое влияние на общее тяговое сопротивление.
Методика исследований. В общем случае при работе МТА в составе трактора и ППК на горизонтальном участке поля однородного состава и выполнении операций посева для некоторого упрощения составления математической модели работы можно допустить, что мгновенные колебания рабочей скорости не оказывают существенного влияния на среднюю скорость МТА (Vp≈ const) и не принимать во внимание затраты мощности на мгновенные ускорение или замедление.
Рисунок. Схема машинно-тракторного агрегата в составе трактора и почвообрабатывающе-посевного комплекса.
В настоящее время на тракторы в большинстве своем устанавливаются двигатели постоянной мощности, которые обеспечивают на выходе с коленчатого вала постоянную мощность в широком диапазоне частоты вращений [7].
В этой связи эффективную мощность двигателя Nе можно принять равной номинальной мощности NН и постоянной
где ƞд – коэффициент загрузки двигателя при заданном тяговом усилии (0.95…1,0).
В общем случае уравнение мощностного баланса для установившегося режима можно записать как:
(1)
где Nе – эффективная мощность двигателя трактора, кВт;
Nтр –мощность потерь в трансмиссии, кВт;
Nf – мощность потерь на сопротивление качения, кВт;
Nδ – мощность потерь на буксование, кВт;
Nкр – крюковая мощность трактора, кВт.
Мощность потерь в трансмиссии
(2)
где ƞтр ≈ const - КПД трансмиссии, для заданной передачи можно принять постоянной величиной.
Мощность потерь на сопротивление качения
(3)
где - Pf – сила сопротивления качению, кН;
Vp – рабочая скорость движения МТА, м/с;
mg – вес, передающийся к колесам, кН;
f – коэффициент сопротивления качению, для заданного агрофона можно принять f ≈ const.
Мощность потерь на буксование
, (4)
где Nк – мощность, подведенная к ведущим колесом трактора, кВт;
δ – коэффициент буксования.
Крюковая мощность трактора
, (5)
где Pкр – крюковое усилие трактора, кН.
Крюковое усилие затрачивается на преодоление сил сопротивления качению ППК и сил сопротивления обрабатывающих орудий.
Сила сопротивления качению ППК является переменной величиной, т.к. в процессе работы МТА вносятся семена и удобрения и снижается вес, приходящийся на колеса. Силы сопротивления обрабатывающих орудий можно принять постоянной величиной. В этой связи интерес представляет анализ изменения силы сопротивления качению ППК в процессе посева. Можно представить выражение для определения сил сопротивления качению МТА в определенный момент времени t, который прошел с начала работы после полной заправки ППК.
Полная масса элементов МТА, передающихся на колеса трактора и комплекса ППК, определяется при полной загрузке бункеров
где mтр – эксплуатационная масса трактора, кг;
mППК – эксплуатационная масса почвообрабатывающе-посевной части с бункером ППК, семенами и удобрениями в нем, кг.
Эксплуатационная масса ППК
где mk – конструктивная масса бункерной части ППК, кг.
V1 и V2 – объемы бункеров соответственно семян и удобрений, м3;
ρ1 и ρ2 – плотность семян и удобрений, кг/ м3.
Приняв во внимание, что изменение скорости в процессе посева монотонно возрастает в течение достаточно долгого времени опорожнения бункеров, можно допустить применение уравнение мощностного баланса для установившегося движения без учета потерь мощности на сообщение ускорению МТА. Тогда при условии загрузки двигателя трактора на постоянную мощность (Nе=Nн=const) соответствующую номинальному значению, можно будет определить изменение скорости МТА в течение этого периода.
Из уравнения мощностного баланса можно определить выражение определения текущего значения Vр:
(6)
где q = q1 + q2 – норма внесения удобрений (q1) и семян (q2) на 1 га, кг/га;
B – ширина захвата посевного комплекса.
Путем преобразований из выражения (6) получим
(7)
Выражение (7) представляет квадратное уравнение.
В общем случае можно рассмотреть систему уравнений с граничными условиями (8…12):
Vp = 
; (8)
(9)
(начальные условия) (10)
(опорожнение бункера семян); (11)
(опорожнение бункера удобрений). (12)
Изменение скорости в процессе работы можно определить, взяв производную с выражения (8).
Анализ и обсуждение результатов. Расчетные исследования по разработанной модели проводились для работы МТА в составе трактора К 744 Р2 (двигатель ТМЗ 8481.10) и посевного комплекса Кузбасс –ТПК – 6.1 (рисунок) на второй передаче третьего режима при посеве озимой пшеницы Скипетр с внесением карбамида после двойного дискования стерни рапса с соблюдением условий методики проведения тяговых испытаний (буксование 8%, коэффициент сопротивления качению 9%, иные данные и коэффициенты приняты из источников [8…11]). Расчеты показали уменьшение силы сопротивления качению МТА при работе на 4,3 кН (с 20,4 кН - полная загрузка бункеров до 16,1 кН - опорожнение бункеров). Таким образом в период работы МТА при загрузке двигателя на постоянную мощность и установившемся крюковом усилии (56 кН) будет наблюдаться рост средней скорости движения. Следовательно, будет возрастать производительность МТА. Период изменения (колебаний) условной средней скорости в процессе работы будет соответствовать периоду опорожнения бункеров семян и удобрений. Предварительно проведенное расчетное исследование проведено для рассмотренного выше случая. Для экспериментального подтверждения адекватности предложенных моделей и расчетных схем для следующего этапа исследований разработана программа испытаний.
Выводы. Повышение эффективности использования машинно-тракторного агрегата с почвообрабатывающе-посевным комплексом может проводиться за счет обоснования рациональных эксплуатационных характеристик в зависимости от условий эксплуатации (агрофон, состояние почва, культура, площадь, внос удобрений и пр.) Производительность МТА в течение периода работы не остается постоянной и зависит от средней скорости МТА. Период изменения (колебаний) условной средней скорости в процессе работы будет определяться скоростью опорожнения бункеров семян и удобрений. Расчетные исследования работы МТА в составе трактора К 744 Р2 (дизель ТМЗ 8481.10) и посевного комплекса Кузбасс –ПК–6.1 на второй передаче третьего режима при посеве озимой пшеницы Скипетр с внесением карбамида после двойного дискования стерни рапса показали увеличение средней скорости МТА с 2,58 м/с до 2,73 м/с или на 5,5 %.
1. Evaluation of the efficiency of mechanized technological processes of agricultural production / Gabitov I.I., Mudarisov S.G., Gafurov I.D., Ableeva A.M., Negovora A.V., Davletshin M.M., Rakhimov Z.S., Khamaletdinov R.R., Martynov V.M., Yukhin G.P. // Journal of Engineering and Applied Sciences. 2018. V. 13. No. S10. pp. 8338-8345.
2. Goltyapin V.Ya. Innovative technologies for direct sowing of grain crops [Electronic resource]: scientific. analyte review / V.Ya. Goltyapin .- M. : FGBNU "Rosinformagrotech", 2019 .- 80 p. : ill. - Auth. listed on the back of tit. l .: Bibliography: p.75-77 .- ISBN 978-5-7367-1518-3 .- Access mode: https://lib.rucont.ru/efd/714392
3. Kolchina L.M. Modern combined wide-cut sowing complexes / Kolchina L.M. // Machinery and equipment for the village. 2012. No. 5. S. 15-18.
4. Saitov V.E. Analysis of the designs of energy-saving sowing complexes / Saitov V.E. Gataullin R.G. // International Journal of Applied and Fundamental Research. 2014. No. 8 (part 4). pp. 85-87.
5. Utkin V.M. Analysis of sowing complexes of domestic production (RF) with strip fertilization / Utkin V.M., Soyunov A.S., Kuzmin D.E., Myalo V.V. // In the collection: Innovative technologies in the agro-industrial complex as a factor in the development of science in modern conditions. collection of the All-Russian (national) scientific-practical conference. 2019, pp. 433-437.
6. Moisture-accumulating technologies, equipment for tillage and the use of mineral fertilizers in extreme conditions / Lachuga Yu.F., Savchenko I.V., Chekmarev P.A., Shogenov Yu.Kh. and others - Ryazan, 2014. - 246 p.
7. Engines TMZ of the family 8481.10 Operation manual 8481.3902150 RE products [Electronic resource]. − Access mode: https://www.paotmz.ru/content/files/production/katalogi_instrukcii_2018/rukovodstva/8481_3902150_re_2020_izd_1.pdf (date of access: 09/15/2022).
8. Sowing complex "KUZBASS" PK-6.1; PC-8.5; PC-9.7; PK-12.2 Instructions for assembly and operation. Catalog of parts and assembly units [Electronic resource]. − Access mode: https://rostagro.com/wp-content/uploads/2021/10/instrukcija-kuzbass.pdf (date of access: 09/15/2022).
9. Site "Handbook of a chemist of the 21st century" [Electronic resource]. − Access mode: https://www.chem21.info/ (date of access: 15.09.2022).
10. Kutkov G.M. Theory of the tractor and the car. - M.: Kolos, 1996 - 287p.
11. Skotnikov V.A. and other Fundamentals of the theory and calculation of the tractor and the car. - M.: Agropromizdat, 1986 -386s.
