Структурная блок-схема примерной пооперационной реализации рассматриваемых технологий представлена на рисунке 2.2.

Машинно-тракторные агрегаты – сложные многомерные динамические системы, условия работы которых носят случайный характер, поэтому наиболее полную и достоверную информацию, характеризующую современные машинно-тракторные агрегаты, можно получить только путем проведения экспериментальных исследований. При этом никакое их множество не может дать исчерпывающей информации о протекании реальных процессов, в связи с чем найденную статистическую характеристику принимают за вероятностную и определяют показатели точности ее оценки.

Ниже приведены результаты анализа  данных об основных технических характеристиках ста пятидесяти шестиколесных и тридцати шести гусеничных отечественных и зарубежных тракторов, а также проведен анализ протоколов испытаний двухсот восьмидесяти пяти различных сельскохозяйственных машин и орудий отечественного производства, включая сорок дискаторов и дисковых борон, три дисковых лущильника, восемнадцать комбинированных почвообрабатывающих орудий, шестнадцать чизельных плугов, восемнадцать чизельных культиваторов, плоскорезов-глубокорыхлителей и агрегатов для глубокой обработки почвы, двадцать шесть стерневых и тяжелых культиваторов, тридцать четыре паровых культиватора, три «кротора», пятьдесят три отвальных плуга, восемь пружинных зубовых борон, две игольчатых бороны-мотыги, пять сельскохозяйственных культиваторов, девять машин для внесения минеральных удобрений, десять сельскохозяйственных сеялок, двенадцать опрыскивателей и один измельчитель сидератов, прошедшие испытания на зональных машиноиспытательных станциях страны с 2000 года.

В нашей стране основным классификационным признаком тракторов, помимо типа ходовой части, является их тяговый класс. Зарубежные производители, как правило, ограничиваются информацией о мощности двигателя. Тем не менее, с учетом массы трактора, используя коэффициенты перевода, зарубежные тракторы также можно распределить по тяговым классам (приложение Г).

Некоторые усредненные эмпирические данные о массе (m) и мощности двигателей (NДВС) современных тракторов в зависимости от их расчетного номинального тягового усилия представлены на рисунках 2.3 и 2.4.

Рисунок 4.1 – Масса колесных и гусеничных тракторов в зависимости от тягового класса


Рисунок 4.2 – Мощность двигателей колесных и гусеничных тракторов

Следует отметить, что промышленностью на сегодняшний день практически не производятся гусеничные тракторы ниже третьего тягового класса, поэтому в приводимый анализ подобные машины включены не были. 

Анализ данных рисунков 4.1 и 4.2 показал, что зависимости и массы тракторов и мощности их двигателей от тягового усилия с точностью 96,2–99,6% могут быть выражены линейными уравнениями. При этом следует отметить высокую вероятность использования на сельскохозяйственных тракторах двигателей мощностью 180–200 кВт, приведшую к перегибу соответствующих функций в диапазоне номинальных тяговых усилий
40–60 кН. В среднем масса гусеничных тракторов на 11%, а мощность двигателей на 27% меньше, чем у колесных тракторов соответствующего тягового класса. Это обусловлено более высоким тяговым КПД гусеничных тракторов по сравнению с колесными, что обеспечивает их производительную и экономичную работу. Они меньше уплотняют почву, более проходимы, но менее маневренны, не могут двигаться по улучшенным дорогам, менее универсальны и эргономичны, что сдерживает их широкое применение в сельскохозяйственном производстве.

Помимо исследования характеристик современных тракторов при выполнении работы была сформирована база данных, характеризующих эксплуатируемые с ними сельскохозяйственные машины и орудия.

В приложении Д приведены данные машиноиспытательных станций РФ о целесообразном составе и характеристиках машинно-тракторных агрегатов при выполнении различных операций сельскохозяйственного производства с использованием тракторов наиболее распространенных тяговых классов. Анализ полученных данных позволил выделить некоторые основные среднестатистические характеристики современных МТА.

Было установлено, что при выполнении почвообрабатывающих операций такие экономические и эксплуатационные характеристики работы МТА как рабочая скорость, удельный расход топлива, коэффициент использования времени смены (таблица 4.1) определяются видом выполняемой операции, глубиной обработки почвы (а, см) и условиями работы и, при рациональном агрегатировании, незначительно зависят от тягового класса используемого трактора.  В таблице 4.1 и последующих использованы следующие обозначения: М – среднее значение показателя; σ – среднеквадратическое отклонение показателя; max – максимальное значение показателя; min – минимальное значение показателя.

 

Таблица 4.1 – Некоторые эксплуатационные характеристики работы МТА

(по данным протоколов испытаний МИС РФ)

Орудия

Средняя глубина а,  см

Пока-затель

Удельный

расход топлива,

кг/га

Рабочая

скорость,

км/ч

Коэффициент

использования

времени смены

1

2

3

4

5

6

1. Плуги отвальные

24

М

15,9

8,1

0,74

σ

3,2

0,9

0,05

max

28,2

12,0

0,96

min

7,2

4,8

0,61

2. Культиваторы чизельные,

плоскорезы

22

М

12,2

8,6

0,73

σ

3,7

1,1

0,04

max

22,6

12,5

0,79

min

6,9

6,5

0,66

3. Плуги чизельные

37

М

17,4

7,2

0,75

σ

2,8

0,9

0,05

max

25,9

9,5

0,83

min

12,6

5,1

0,63

4. Дискаторы и

дисковые бороны

11

М

7,8

10,2

0,74

σ

2,8

1,9

0,05

max

14,8

15,2

0,90

min

3,6

6,7

0,65

5. Комбинированные орудия

(глубина работы до 16 см)

12

М

8,0

9,0

0,70

σ

2,3

1,2

0,07

max

14,8

12,1

0,85

min

3,9

6,9

0,55

6. Стерневые и тяжелые

культиваторы

12

М

7,1

8,7

0,74

σ

1,2

1,4

0,04

max

11,1

11,9

0,81

min

4,2

4,8

0,67

7. Паровые культиваторы

9

М

4,1

9,0

0,73

σ

1,0

1,1

0,04

max

6,9

12,4

0,80

min

2,5

6,0

0,63

8. Роторные культиваторы

9

М

3,7

10,3

0,65

σ

0,6

1,3

0,04

max

4,7

12,0

0,70

min

2,7

8,3

0,59

Окончание таблицы 4.1

1

2

3

4

5

6

9. Бороны-мотыги

4

М

2,2

11,7

*

σ

1,0

1,7

*

max

3,2

13,8

*

min

1,1

10,0

*

10. Бороны зубовые

(пружинные)

5

М

1,7

10,2

0,69

σ

0,7

2,2

0,07

max

4,6

15,0

0,78

min

0,8

6,0

0,54

 

Приведенные в таблице 4.1 данные позволяют охарактеризовать показатели работы агрегатов, не зависящие от тягового класса используемых тракторов. Однако именно класс трактора, с учетом глубины проведения почвообрабатывающей операции и условий работы, определяет рациональную рабочую ширину сельскохозяйственного орудия и, соответственно, производительность агрегата, массу орудия и удельную приведенную энергоемкость операции.

Аппроксимация данных, приведенных в приложении Д  позволила с точностью 0,93–0,99 выявить усредненные значения рациональной ширины захвата сельскохозяйственных машин (орудий), их удельную массу и удельный приведенный  расход топлива при выполнении некоторых основных почвообрабатывающих операций в зависимости от тягового класса тракторов, с которыми они агрегатируются (таблицы 4.2–4.4).

 

Таблица 4.2 – Расчетная ширина почвообрабатывающих орудий, м

Орудия

Средняя глубина а,  см

Зависимость

Тяговый класс трактора

1,4

2

3

4

5

6

8

1. Плуги отвальные

24

у(х)=0,513х+0,397

1,12

1,42

1,94

2,45

2,96

3,48

4,50

2. Культиваторы чизельные, плоскорезы

22

у(х)=0,663х+0,462

1,39

1,79

2,45

3,11

3,78

4,44

5,77

3. Плуги чизельные

37

у(х)=0,784х-0,067

1,03

1,50

2,29

3,07

3,85

4,64

6,21

4. Дискаторы и дисковые бороны

11

у(х)=0,980х+0,725

2,10

2,69

3,67

4,65

5,63

6,61

8,57

5. Комбинированные орудия (до 16 см)

12

у(х)=1,065х+0,987

2,48

3,12

4,18

5,25

6,31

7,38

9,51

6. Стерневые и тяжелые культиваторы

12

у(х)=1,267х+0,659

2,43

3,19

4,46

5,73

6,99

8,26

10,80

7. Паровые культиваторы

9

у(х)=1,886х+1,337

3,98

5,11

7,00

8,88

10,77

12,65

16,42

8. Кроторы

9

у(х)=3,228х+1,055

5,57

7,51

10,74

13,97

17,20

20,42

26,88

9. Бороны-мотыги

4

у(х)=7,687-5,162

5,60

10,21

17,90

25,59

33,27

40,96

56,33

10. Бороны зубовые (пружинные)

5

у(х)=8,562х-1,627

10,36

15,50

24,06

32,62

41,18

49,75

66,87

 

Таблица 4.3 – Расчетная удельная металлоемкость орудий, кг/м

Орудия

Зависимость

Тяговый класс трактора

1,4

2

3

4

5

6

8

1. Плуги отвальные

у(х)=33,86х+606,3

653,7

674,0

707,9

741,7

775,6

809,5

877,2

2. Культиваторы чизельные, плоскорезы

у(х)=46,98х+253,6

319,4

347,6

394,5

441,5

488,5

535,5

629,4

3. Плуги чизельные

у(х)=22,03х+377,7

408,5

421,8

443,8

465,8

487,9

509,9

553,9

4. Дискаторы и дисковые бороны

у(х)=63,37х+571,5

660,2

698,2

761,6

825,0

888,4

951,7

1078,5

5. Комбинированные орудия (до 16 см)

у(х)=128,3х+132,2

311,8

388,8

517,1

645,4

773,7

902,0

1158,6

6. Стерневые и тяжелые культиваторы

у(х)=37,77х+309,3

362,2

384,8

422,6

460,4

498,2

535,9

611,5

7. Паровые культиваторы

у(х)=56,47х+159,2

238,3

272,1

328,6

385,1

441,6

498,0

611,0

8. Кроторы

у(х)=130,7х+173,1

356,1

434,5

565,2

695,9

826,6

957,3

1218,7

9. Бороны зубовые (пружинные)

у(х)=55,21х+26,1

103,4

136,5

191,7

247,0

302,2

357,4

467,8

Таблица 4.4 – Расчетный удельный приведенный расход топлива, кг/(га м)

Орудия

Средняя глубина а,  см

Зависимость

Тяговый класс трактора

1,4

2

3

4

5

6

8

1. Плуги отвальные

24

у(х)=17,91е-0,24x

12,80

11,08

8,72

6,86

5,39

4,24

2,63

2. Культиваторы чизельные, плоскорезы

22

у(х)=19,44е-0,36x

11,74

9,46

6,60

4,61

3,21

2,24

1,09

3. Плуги чизельные

37

у(х)=12,96е-0,20x

9,79

8,69

7,11

5,82

4,77

3,90

2,62

4. Дискаторы и дисковые бороны

11

у(х)=3,07е-0,13x

2,56

2,37

2,08

1,83

1,60

1,41

1,09

5. Комбинированные орудия (до 16 см)

12

у(х)=2,54е-0,11x

1,82

1,57

1,24

0,97

0,77

0,60

0,37

6. Стерневые и тяжелые культиваторы

12

у(х)=4,71е-0,29x

3,14

2,64

1,97

1,48

1,10

0,83

0,46

7. Паровые культиваторы

9

у(х)=1,2е-0,21x

0,89

0,79

0,64

0,52

0,42

0,34

0,22

8. Кроторы

9

у(х)=1,53е-0,38x

0,90

0,72

0,49

0,33

0,23

0,16

0,07

9. Бороны-мотыги

4

у(х)=3,57е-1,31x

0,57

0,26

0,07

0,02

0,01

*

*

10. Бороны зубовые (пружинные)

5

у(х)=0,16е-0,31x

0,10

0,09

0,06

0,05

0,03

0,02

0,01

 

 

Используя данные таблиц 4.2–4.4, определим среднестатистические расчетные значения масс почвообрабатывающих орудий, агрегатируемых с тракторами различного тягового класса, и производительность соответствующих агрегатов за час эксплуатационного времени (таблицы 4.5 и 4.6).

 

Таблица 4.5 – Расчетная масса почвообрабатывающих орудий, кг

Орудия

Тяговый класс трактора

1,4

2

3

4

5

6

8

1. Плуги отвальные

732,1

957,1

1373,3

1817,3

2295,8

2816,9

3947,3

2. Культиваторы чизельные, плоскорезы

443,9

622,1

966,6

1373,1

1846,5

2377,5

3631,9

3. Плуги чизельные

420,8

632,6

1016,3

1430,1

1878,2

2365,8

3440,0

4. Дискаторы и дисковые бороны

1386,5

1878,3

2795,1

3836,2

5001,4

6290,9

9242,4

5. Комбинированные орудия (до 16 см)

773,3

1213,1

2161,5

3388,4

4882,0

6656,8

11018,3

6. Стерневые и тяжелые культиваторы

880,1

1227,6

1884,8

2638,0

3482,1

4426,7

6603,8

7. Паровые культиваторы

948,3

1390,6

2300,3

3419,5

4755,5

6300,0

10032,0

8. Кроторы

1983,4

3263,1

6070,2

9721,7

14217,5

19548,1

32758,7

9. Бороны зубовые (пружинные)

1071,3

2116,2

4613,3

8055,5

12442,9

17779,2

31281,1

 

Таблица 4.6 – Производительность почвообрабатывающих агрегатов

за час эксплуатационного времени (расчетная), га/ч

Орудия

Средняя глубина, а,  см

Тяговый класс трактора

1,4

2

3

4

5

6

8

1. Плуги отвальные

24

0,66

0,83

1,14

1,44

1,74

2,04

2,64

2. Культиваторы чизельные, плоскорезы

22

0,90

1,16

1,59

2,02

2,46

2,89

3,75

3. Плуги чизельные

37

0,55

0,81

1,23

1,65

2,07

2,50

3,34

4. Дискаторы и дисковые бороны

11

1,58

2,02

2,76

3,49

4,23

4,96

6,44

5. Комбинированные орудия (до 16 см)

12

1,55

1,94

2,60

3,27

3,93

4,60

5,93

6. Стерневые и тяжелые культиваторы

12

1,57

2,06

2,88

3,70

4,52

5,34

6,98

7. Паровые культиваторы

9

2,64

3,39

4,64

5,89

7,14

8,38

10,88

8. Кроторы

9

3,72

5,02

7,18

9,33

11,49

13,64

17,96

9. Бороны зубовые (пружинные)

5

7,28

10,90

16,92

22,94

28,95

34,98

47,02

 

Данные, полученные в результате анализа протоколов испытаний современных почвообрабатывающих орудий (таблицы 4.2–4.6) позволяют охарактеризовать энергетические, экономические, технические и маневровые показатели работы соответствующих агрегатов, и могут быть использованы в качестве исходной информации к расчету рационального состава технологических комплексов машин при реализации различных ТВСХК.

Среднестатистические показатели качества работы некоторых почвообрабатывающих орудий представлены в таблице 4.7.

 

Таблица 4.7 – Среднестатистические показатели качества работы

некоторых почвообрабатывающих МТА

Орудие \ Показатель

Средняя глубина

обработки почвы, см

Среднеквадратическое

отклонение от средней

глубины обработки, см

Крошение почвы, %

Гребнистость, см

Измельчение стерни и

растительных остатков, %

Изменение содержания

эроз.-опасных частиц, %

Повреждение культурных растений, %

Сохранение стерни

на поверхности поля, %

Заделка стерни и

растительных остатков, %

1. Плуги отвальные

23,7

1,2

80,7

4,6

*

*

*

*

96,7

2. Культиваторы чизельн, плоскорезы

22,1

2,2

69,2

5,5

*

-3,1

*

68,2

*

3. Плуги чизельные

36,9

1,6

76,3

5,1

*

-1,0

*

70,5

*

4. Дискаторы и дисковые бороны

11,3

2,0

83,6

3,5

50,6

*

*

*

67,0

5. Лущильники дисковые

8,3

1,8

94,8

*

*

*

*

*

*

6. Комбинированные орудия (до 16 см)

12,2

1,6

86,7

2,5

*

*

*

53,9

*

7. Стерневые и тяжелые культиваторы

11,9

1,5

85,8

3,8

*

-0,3

*

60,9

*

8. Паровые культиваторы

9,0

1,1

88,0

2,4

*

*

*

*

*

9. Кроторы

9,3

1,3

85,7

1,7

*

*

*

*

*

10. Бороны-мотыги

4,4

*

94,0

1,6

*

*

1,2

*

*

11. Бороны зубовые (пружинные)

5,2

0,9

87,7

1,6

*

*

1,8

*

*

12. Пропашные культиваторы

6,4

*

95,4

*

*

*

1,6

*

*

 

Следует отметить, что тенденция выпуска отечественной сельскохозяйственной техники к тракторам различных тяговых классов характерна, в основном, при производстве орудий для сплошной обработки почвы. Более сложные машины (пропашные сеялки, пропашные культиваторы, машины для внесения удобрений, для химической защиты растений и ухода за ними, измельчители соломы и сидератов), производимые в Российской Федерации, в подавляющем большинстве выпускаются только к тракторам тяговых классов 1,4–2. Среднестатистические показатели работы соответствующих агрегатов представлены в таблице 4.8.

 

Таблица 4.8 – Среднестатистические показатели работы некоторых МТА

с тракторами тягового класса 1,4–2

Машина

Показатель

Vp,

км/ч

Вр,

м

Wo,

га/ч

Wэ,

га/ч

τ

NП,

кВт

qуд,

кг/га

m, кг

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Культиваторы пропашные

М

7,9

5,2

3,8

2,8

0,71

34,7

2,3

1325

σ

1,6

0,4

1,0

0,6

0,08

10,2

0,6

522

max

10,9

5,6

6,1

4,6

0,84

49,1

3,6

2630

min

4,8

4,2

2,0

1,8

0,54

20,1

1,1

820

Машины для внесения

минеральных удобрений

М

10,5

21,5

27,9

14,8

0,56

13,9

0,4

468

σ

2,9

3,0

9,5

5,5

0,05

7,9

0,1

366

max

17,3

24,5

41,5

24,8

0,63

31,9

0,7

1930

min

6,9

15,5

11,6

8,0

0,49

2,7

0,2

180

Окончание таблицы 4.8

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Сеялки пропашные

М

7,7

5,9

4,7

2,6

0,60

45,1

3,7

1631

σ

0,9

0,5

0,7

0,1

0,02

7,7

1,0

415

max

9,7

8,4

8,2

4,8

0,63

56,0

4,9

2150

min

6,0

5,6

4,1

2,4

0,54

30,1

2,1

1214

Опрыскиватели

М

8,7

17,8

14,6

8,3

0,48

11,0

0,6

1118

σ

2,5

1,8

3,7

5,5

0,10

3,3

0,1

250

max

14,2

22,2

29,2

18,2

0,62

17,8

0,9

1564

min

5,5

12,3

6,9

2,9

0,40

2,6

0,4

452

Измельчители сидератов

М

8,3

3,0

2,5

1,9

0,77

*

7,0

1348

σ

*

*

*

*

*

*

*

*

max

*

*

*

*

*

*

*

*

min

*

*

*

*

*

*

*

*

 

В таблице 4.8 приняты следующие обозначения: Vp – рабочая скорость агрегата, км/ч; Вр – рабочая ширина захвата соответствующего агрегата, м; Wo – производительность агрегата за час основного времени, га/ч;
Wэ – производительность агрегата за час эксплуатационного времени, га/ч;
τ – коэффициент использования времени смены; NП – потребляемая мощ-
ность, кВт; qуд – удельный расход топлива, кг/га; m – масса машины, кг.



в зависимости от тягового класса


Last modified: Thursday, 24 October 2019, 4:33 PM