Повышение эффективности ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТРАКТОРА “Беларусь-1221” НА обработкЕ почвы В УСЛОВИЯХ сЕВЕРО-ЗАПАДА РФ путем ОБОСНОВАНИЯ ЕГО РАЦИОНАЛЬНОГО

На правах рукописи

Нисин Сергей Михайлович

Повышение эффективности ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

ТРАКТОРА “Беларусь-1221” НА обработкЕ почвы

В УСЛОВИЯХ сЕВЕРО-ЗАПАДА РФ путем ОБОСНОВАНИЯ

ЕГО РАЦИОНАЛЬНОГО АГРЕГАТИРОВАНИЯ

Специальность 05.20.01 –

“Технологии и средства механизации сельского хозяйства”

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург– 2007

Работа выполнена в Государственном научном учреждении “Северо-Западный научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук”.

Научный руководитель - кандидат технических наук,

старший научный сотрудник

Клейн Вячеслав Федорович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Попов Александр Александрович;

Санкт-Петербургский ГАУ

кандидат технических наук

Муравьев Алексей Евгеньевич,

Псковский государственный

политехнический институт

Ведущая организация – Санкт-Петербургский ГАУ

Защита состоится “12” ноября 2007 г. в 16 часов на заседании диссертационного совета К 006.054.01 при ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии по адресу: 196625, Санкт-Петербург, п/о Тярлево, Фильтровское шоссе, 3, ауд. 201, факс (812) 466-56-66.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СЗНИИМЭСХ.

Автореферат разослан “ 12 ” октября 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Черей Н.Н

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В связи с требованиями ресурсосбережения необходимо пересмотреть некоторые положения в тракторостроении и трактороиспользовании, перейти от количественных изменений (наращивание мощностей) к качественным конструктивного и организационного характера. Очевидно, что средняя мощность трактора в парке в период кризиса должна быть меньше средней мощности трактора в парке в период устойчивого экономического развития, при этом следует добиваться максимально возможной степени использования энергетических возможностей тракторов (мощности двигателя).

В решении этой задачи возможно два направления: повышение загрузки двигателя на отдельных операциях или увеличение доли работ с высокой степенью загрузки двигателя. Для обеспечения первого необходимо выбрать наиболее рациональную конструкцию и ширину захвата орудия (с учетом допустимого уровня буксования движителей), решить вопрос о рациональной эксплуатационной массе трактора (с учетом допустимого давления движителей на почву) и рациональной рабочей скорости (с учетом агротехнических ограничений) для достижения минимального расхода топлива при соблюдении экологических требований, что делает исследования в данном направлении актуальными. Реализация второго направления приведет к некоторому снижению универсальности трактора. Наилучшие результаты может дать совмещение указанных направлений в обоснованном соотношении.

В сельском хозяйстве России традиционно высок спрос на колесные тракторы средней мощности (тяговых классов 1.4 и 2 с мощностью двигателя 50-100 кВт) производства Минского тракторного завода и использование этих тракторов на энергоемких операциях по обработке почвы, особенно в настоящее время в связи с уменьшением посевных площадей, разукрупнением хозяйств.

Работа выполнена по программе 8Р, задание 02.03.01, работа 3.2/1 (17).

Цель исследования. Повышение эффективности использования трактора “Беларусь-1221” на операциях обработки почвы путем обоснования рациональных параметров и режимов работы почвообрабатывающих агрегатов на его базе.

Объект исследования. Основные параметры и режимы работы почвообрабатывающих агрегатов на базе колесного трактора “Беларусь-1221”.

Научная новизна. Предложена информационная модель повышения эффективности использования колесного трактора в составе почвообрабатывающего агрегата, учитывающая параметры трактора и агрегата, а также ограничения по качеству работы, воздействию на почву и загрузке трактора. Разработана методика определения оптимальных и рациональных параметров почвообрабатывающих агрегатов по показателю удельного расхода топлива. Разработана система информационного и программного обеспечения для компьютерного расчета параметров почвообрабатывающих агрегатов.

Практическая ценность и реализация результатов исследования. Рассчитаны и обоснованы рациональные параметры почвообрабатывающих агрегатов на базе трактора “Беларусь-1221” с учетом ограничений по воздействию движителей на почву для различных технологических операций. Экспериментально исследованы почвообрабатывающие агрегаты с орудиями для обработки каменистых почв, сделаны предложения по эффективному применению трактора. Результаты исследований использованы в ОАО ПЗ “Красногвардейский” Гатчинского района Ленинградской области; при обосновании параметров агрегатирования трактора “Беларусь-1221” с сельскохозяйственными машинами, применяемыми в агропромышленном комплексе Ленинградской области (в рамках Протокола о развитии сотрудничества между правительством Ленинградской области и ПО “Минский тракторный завод”).

Также результаты исследований использованы при обосновании параметров экспериментального образца модульного чизельного плуга для засоренных камнями почв к тракторам классов 2 и 3.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены на международной научно-технической конференции “Техника в продукции растениеводства в перспективе интеграции Польши в Европейский Союз” (Польша) в 2001 году и на научно-практической конференции преподавательского состава и аспирантов ЧГСХА (г. Чебоксары) в 2003-2004 годах.

Экспериментальный образец чизельного плуга прошел приемочные испытания на ФГУ “Северо-Западная государственная зональная машиноиспытательная станция” (Северо-Западная МИС) с оформлением сертификата соответствия.

Публикации. По теме диссертации опубликовано шесть статей.

Структура и объем диссертации. Диссертационный материал изложен на 121 странице основного текста, в котором помещены 21 таблиц, 29 рисунков. Состоит из введения, пяти глав, общих выводов и рекомендаций, списка литературы из 85 наименований, из которых 2 на иностранном языке, и приложений.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы.

В первой главе “Состояние вопроса и задачи исследования” рассмотрено влияние природных условий на выбор параметров почвообрабатывающих агрегатов и эффективность их применения, проведен анализ конструкции и особенностей эксплуатации трактора “Беларусь-1221”, приведена его краткая техническая характеристика.

Работы по определению влияния условий работы на параметры и показатели работы тракторов и почвообрабатывающих агрегатов выполнены М.Г. Догановским, Волковым Б.Г., П.У. Бахтиным, С.А. Иофиновым, В.И Вайнрубом, Х.Г. Барамом, Ю.К. Киртбая, Б.А. Линтваревым, С.Н. Хробостовым и др. На выбор параметров трактора, комплектование МТА и режимы его работы влияют вид производимых работ, размеры и конфигурация полей, физико-механические свойства почвы, погодные условия. Для выполнения различных технологических операций на одном поле или одной операции в различных условиях требуются разные параметры агрегатов.

Колесные тракторы “Беларусь-1221” обладают высокой маневренностью, возможностью двигаться по асфальтовым дорогам при переездах с поля на поле. Также они имеют переменную колею колес и, благодаря мощной гидравлической системе, возможность быстрого перевода орудия из транспортного положения в рабочее и обратно. Это позволяет эффективно использовать их для обработки почвы, особенно на полях небольшой площади. Имеется возможность установки на заднюю ось трактора сдвоенных колес (проставка для сдваивания входит в комплект поставки).

Трактор “Беларусь-1221” предназначен для выполнения работ с машинами и орудиями в тяговом классе 2 (номинальное тяговое усилие не должно превышать 27 кН) и может использоваться как на работах общего назначения, так и на возделывании пропашных культур. С ним также могут агрегатироваться машины и орудия из комплекта к тракторам класса 3, а в неблагоприятных условиях - к тракторам класса 1,4.

Также в этой главе приведен краткий обзор почвообрабатывающих орудий, агрегатируемых с тракторами тяговых классов 2-3.

На основе анализа состояния вопроса и в соответствии с поставленной целью были определены следующие основные задачи исследования:

- предложить информационную модель повышения эффективности колесного трактора и почвообрабатывающих агрегатов на его базе, учитывающую параметры агрегата и условия работы;

- обосновать теоретические предпосылки повышения эффективности использования колесного трактора с учетом требований по снижению негативного воздействия движителей на почву;

- определить рациональные параметры и режимы работы почвообрабатывающих агрегатов на базе трактора “Беларусь-1221” для основных операций;

- экспериментально исследовать особенности работы и эффективность использования почвообрабатывающих агрегатов с трактором “Беларусь-1221”;

- провести экономическую оценку применения рекомендуемых агрегатов;

- дать предложения по эффективному применению трактора “Беларусь-1221” на обработке почвы в условиях Северо-Запада России с учетом экологических требований и изменяющихся условий работы, с доступными в сельском хозяйстве РФ орудиями.

Во второй главе “Теоретические предпосылки повышения эффективности использования трактора в составе почвообрабатывающего агрегата” предложена информационная модель, учитывающая параметры трактора и условия работы, параметры агрегата, а также ограничения по качеству работы и воздействию на почву (рис. 1).

Входными величинами являются условия работы агрегата, влияющие на тягово-сцепные свойства трактора и сопротивление рабочей машины, а также на технико-экономические показатели агрегата: удельное сопротивление k и влажность почвы, объединенные в общем показателе У(t) и длина гона Lг, определяющая размеры полей. В качестве управляющих воздействий приняты сцепной вес трактора Gсц(t), ширина захвата почвообрабатывающего агрегата В(t) и коэффициент сцепления движителей с почвой сц(t). Функционирование системы контролируется возмущающими воздействиями в виде ограничений по: качеству работы Пк (агротехнически допустимая скорость, агротехнические сроки проведения работ, степень крошения почвы, гребнистость поверхности, устойчивость хода рабочих органов по глубине и т.д.) и экологическим требованиям Э (допустимое буксование доп и допустимое давление движителей на почву qдоп).

Выходными параметрами, определяющими эффективность использования трактора, являются степень использования мощности трактора (коэффициент загрузки двигателя) м(t) и удельный расход топлива на гектар Qуд(t).

Критерий оптимизации можно сформулировать следующим образом: повышение коэффициента загрузки двигателя при снижении удельного расхода топлива и соблюдении экологических и агротехнических требований:

м(t) max, при Qуд(t) min, Э и Пк, (1)

Давление ходовых систем qдоп на суглинистую почву при проведении весенней предпосевной обработки при влажности 25-30 % (влажная почва) не должно превышать 0,075 МПа, 17-21 % (нормальной влажности) - 0,125 МПа и при влажности почвы 8-12 % (сухая почва) - 0,15 МПа. Допустимое давление на стерне и супесчаной почве на 20 % больше (ГОСТ 26955-86).

Допустимая нагрузка (кН) на колесо (В.А. Русанов):

, (2)

где К1 – коэффициент, зависящий от диаметра шины; b- ширина шины, мм; u – статический прогиб шины, мм; D- наружный диаметр шины, мм; Hп – высота профиля шины, мм; п – относительная деформация шины.

Допустимый эксплуатационный вес трактора определяется по методике, предложенной В.А. Щербаковым, т.е. с учетом догрузки движителей от действия тягового усилия.

Полезно используемую долю м номинальной мощности двигателя трактора при выполнении им определенной сельскохозяйственной операции в конкретных природно-производственных условиях принято характеризовать коэффициентом загрузки двигателя по мощности.

Для каждой сельскохозяйственной операции объективно существует максимально возможный коэффициент загрузки двигателя трактора по мощности, меньший 1, называемый предельной степенью использования мощности трактора .

Ввиду большого разнообразия сельхозопераций И.И. Трепенненков и В.И. Мининзон предложили рассматривать их группировки по основным видам работ, причем для группы с номером i обозначили предельную степень использования мощности трактора через (табл. 1).

Таблица 1

Ориентировочные значения предельной степени использования

мощности трактора на основных сельхозоперациях

№ i	Сельскохозяйственная операция
1 2 3 4 5 6	Обработка почвы Посев и посадка Уход за посевами Внесение удобрений Уборка сельскохозяйственных культур Транспортирование грузов	0,95 0,90 0,90 0,80 0,80 0,65

С учетом универсальности сельскохозяйственных тракторов степень использования их мощности в течение года определяется среднегодовым показателем, подсчитываемым по формуле:

, (3)

где ki – доля годовой занятости трактора (по времени), приходящаяся на группу сельхозопераций с номером i.

Из формулы (3) видно, что величина мг решающим образом зависит от структуры годовой занятости трактора, тем более что последняя существенно влияет и на уровни мi: у тракторов, лучше приспособленных к выполнению операций в группе с номером i, значение мi ближе к . Структура годовой занятости трактора определяется многими факторами, важнейшими среди которых являются природно-производственные условия, технология механизированных сельхозработ и состав МТП. В табл. 2 приведены расчетные данные В.И. Мининзона об усредненной структуре годовой занятости колесного трактора класса 2 при оптимальном составе перспективного МТП.

Таблица 2

Усредненная структура годовой занятости (ki) колесного трактора класса 2

№ i	Сельскохозяйственная операция	ki
1 2 3 4 5 6	Обработка почвы Посев и посадка Уход за посевами Внесение удобрений Уборка сельскохозяйственных культур Транспортирование грузов	0,25 0,05 0,05 0,10 0,15 0,40