Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Использование трактора ХТЗ-17221 на пахотных работах в условиях адаптивно-ландшафтного земледелия

Мардарьев С.Н., Шаронова Т.В.

Чувашская государственная сельскохозяйственная академия

Аннотация

В XXI веке отвальная вспашка почвы по-прежнему остается самым энергоемким и трудоемким процессом в земледелии. На обработку почвы с помощью плуга для отвальной вспашки расходуется до 30% топлива от общего расхода из всего комплекса работ по выращиванию и уборке сельскохозяйственных культур.

На вспашке обычно используются самые мощные трактора, имеющиеся в хозяйстве. В этой статье речь идет о тракторе ХТЗ-17221 третьего тягового класса, который наиболее распространен на всей территории России и ближнего зарубежья. С точки зрения использования данный трактор весьма интересен на энергоемких процессах, так как, обладая широкими возможностями, он способен работать с плугами для отвальной вспашки в различных изменяющихся условиях функционирования

Ключевые слова: ТВЕРДОСТЬ ПОЧВЫ, МОДЕЛЬ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ МТА, ПОТЕНЦИАЛЬНО-ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА, ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ, УДЕЛЬНЫЕ ЭНЕРГОЗАТРАТЫ

Трактор ХТЗ-17221 - высокопроизводительный сельскохозяйственный трактор, весьма компактный, маневренный и динамичный. Являясь развитием легендарного трактора Т-150К, он призван повторить успех своего предшественника. ХТЗ-17221 - весьма доступный и функциональный трактор с хорошей ремонтопригодностью, доступными запчастями и удобным сервисным обслуживанием. В механизированных полевых работах эффективно используется на вспашке, культивации, бороновании, дисковании, чизелевании, в посеве зерновых и овощных культур, а также на транспортных работах. Данный трактор оборудован полноприводной трансмиссией и механической шестнадцатиступенчатой коробкой передач с блокировкой гидротрансформатора. Ведущие мосты имеют блокировку дифференциалов. Число передач составляет: переднего хода - шестнадцать; заднего - восемь. Переключение передач на ХТХ-17221 - гидромеханическое, без разрыва потока мощности.

Существующая система обработки почвы не всегда учитывает свойства почвы и их изменчивость. Поэтому пахотные орудия необходимо максимально адаптировать к условиям функционирования, так как их неправильное использование приводит к снижению производительности, росту приведенных затрат и перерасходу топлива [1].

В связи с этим составление «правильных» машинно-тракторных агрегатов, максимально адаптивных к изменяющимся почвенно-климатическим условиям зоны, с правильным выбором оптимальных конструктивных параметров обусловливают большую значимость данной темы для АПК страны [2].

Машинно-тракторные агрегаты, скомплектованные на базе таких тракторов, наиболее полно способны к адаптации по режиму работы к условиям функционирования, так как скорость движения у них изменяется в широком диапазоне без разрыва потока мощности, но большинство тракторов имеют классическую компоновку трансмиссии, то есть ступенчатую. В этом случае оптимального режима работы агрегата можно достичь путем изменения скорости движения в узком диапазоне в пределах передачи [3].

Изменения оптимальных параметров работы пахотных агрегатов можно представить в виде графиков потенциально-эксплуатационных характеристик (ПЭХ), которые представляют собой кривые изменения теоретической производительности W и удельного расхода топлива q в зависимости от отдельных параметров и режимов их работы [4].

В общем случае теоретическая производительность (W, га/ч) определяется по формуле:

W = C_w B_к V_т, (1)

где: С_w - коэффициент размерности;

B_к - конструктивная ширина захвата агрегата, м;

V_т - скорость движения агрегата без учета буксования движителей трактора (теоретическая скорость), км/ч.

Конструктивная ширина захвата B_к определяется по формуле:

B_к = , (2)

где: Р_крн - номинальное тяговое усилие трактора, кН;

K - удельное сопротивление плуга, кН/м.

Теоретическую скорость V_т находят по формуле:

(3)

трактор вспашка адаптивный

где: Vрн - рабочая скорость движения агрегата при номинальном тяговом усилии, км/ч.;

Кб - коэффициент буксования движителей трактора.

Наибольших значений W можно ожидать при изменении эксплуатационных параметров трактора по их огибающим кривым. Тогда рабочую скорость V_рн можно выразить через номинальное тяговое усилие трактора Р_крн по огибающей кривой скорости полиномом второй степени:

V_рн = а_v + в_v Р_крн + с_v, (4)

где а_v, в_v и с_v - коэффициенты уравнения регрессии.

Коэффициент буксования К_б определяется через тяговое усилие трактора Р_крн по значениям буксования движителей трактора в виде уравнения регрессии:

К_б = а_б + в_б Р_крн + с_б, (5)

где: а_б, в_б и с_б - коэффициенты уравнения регрессии.

Подставляя (4) и (5) в (3), получаем:

, (6)

В результате проведенных нами экспериментальных исследований на разных типах почв получена обобщенная зависимость, описывающая изменение удельного сопротивления корпуса плуга к_о в зависимости от продольной твердости почвы Т_П:

к_о = а_ко Т_П²+ в_ко Т_П + с_ко, (7)

где: а_ко, в_ко и с_ко - коэффициенты уравнения регрессии.

Связь между удельным сопротивлением корпуса плуга K_кп и вертикальной твердостью почвы Т_В устанавливается зависимостью между вертикальной твердостью Т_В и продольной твердостью Т_П на разных типах почв [5]. По результатам опытов нами предлагается обобщенная зависимость вида:

Т_П = а_Тп Т_В + в_Тп, (8)

где: а_Т1 и в_Т1 - коэффициенты уравнения регрессии.

Продольная твердость Т_П зависит от глубины пахотного слоя h. Нами по результатам опытов установлена зависимость между ними на разных типах почв, которая описывается обобщенной кривой:

Т_П = а_Тп h² + в_Тп h + c_Тп, (9)

где: а_Тп, в_Тп и c_Тп - коэффициенты уравнения регрессии.

Задаваясь значением Р_крн, можно определить теоретическую скорость V_т и конструктивную ширину захвата В_к.

Удельный расход топлива на единицу теоретической производительности q равен:

q =, (10)

где G - часовой расход топлива при номинальной мощности двигателя трактора, кг/га.

По разработанной нами математической модели [6] и вышеуказанным зависимостям (1…10) для определения производительности W и удельного расхода топлива q можно строить графики функционирования пахотного агрегата в трехмерном пространстве в общем виде. Графики представляют ПЭХ и выражают взаимосвязь между твердостью почвы Т_В, шириной захвата В_к, скоростью движения V_т, теоретической производительностью W и удельным расходом топлива q при h= 0,22 м. Данные ПЭХ получены с помощью специально разработанной программы оптимизации параметров и режимов работы [7].

Потенциальная эксплуатационная характеристика пахотного агрегата на базе трактора ХТЗ -17221 представлена на рис. 1.

Из рис. 1 видно, что оптимальные значения теоретической производительности W в рассматриваемом диапазоне изменения вертикальной твердости Т_В при увеличении конструктивной ширины захвата В_к все время возрастают при любой скорости V_т, т.е. оптимума W по ширине В_к не имеется. Это связано с разным характером изменения тягово-сцепных свойств трактора на агрофоне «стерня».

Рис. 1. Потенциальная эксплуатационная характеристика пахотного агрегата с трактором ХТЗ-17221

Максимальная производительность W и минимальный расход топлива q данного агрегата при любых значениях Т_В достигаются при оптимальной скорости V_т= 9,46 км/ч. При этом оптимальный диапазон ширины В_к составляет от 1,87 до 5,49 м [8].

Для данной марки трактора промышленность выпускает следующие марки плугов: ПЛН-4-35, ПЛ-5-35, ПЛН-5-35, ПНИ-5-40, ППЛ-6-35 и ППИ-6-40. Параметры работы трактора с этими плугами приведены в таблице 1.

Таблица 1. Параметры работы трактора ХТЗ-17221 с существующими плугами

Потенциальная эксплуатационная характеристика пахотного агрегата с трактором ХТЗ-17221 показывает, что по сравнению с другими тракторами 3,0 тягового класса [9] он имеет широкий диапазон изменения ширины захвата В_к. Ширина захвата В_к изменяется от 0,5 м до 3,8 м; этим значениям соответствует изменение твердости почвы от 6 МПа до 1 МПа.

Из таблицы 1 видно, что для трактора ХТЗ-17221 существующие плуги с шириной захвата В_к меньше 2,0 м пригодны для работы на тяжелых почвах, а плуги с изменяемой шириной захвата позволяют работать на всех типах почв.

Проведенные исследования показывают, что своевременный выбор оптимальной ширины захвата и скорости движения трактора ХТЗ-17221 в составе пахотного агрегата позволяет достичь эффективной работы МТА. ПЭХ позволяет определить диапазон изменения ширины захвата плуга, оптимальную ширину захвата и скорость движения в зависимости от различных почвенных условий. При использовании ПЭХ нет надобности в больших количествах расчетов, что дает экономию времени при планировании сельскохозяйственных работ, а также есть возможность наглядно представлять совместное влияние твердости почвы, скорости движения и ширины захвата на производительность и удельный расход топлива МТА с учетом принятых ограничений.

Список использованных источников

1. Михайлов А.Н., Максимов И.И., Мардарьев С.Н. К вопросу энергетической оценки механического воздействия на почву ротационных почвообрабатывающих орудий // В сборнике: Научно-образовательная среда как основа развития агропромышленного комплекса и социальной инфраструктуры села. Материалы международной научно-практической конференции (посвященной 85-летию ФГБОУ ВО Чувашская ГСХА). - ФГБОУ ВО «Чувашская государственная сельскохозяйственная академия». - 2016. - С. 450-453.

2. Мишин П.В., Мардарьев С.Н., Хузин В.Х. Повышение эффективности использования пахотных агрегатов путем адаптации их параметров к условиям работы // В сборнике: Экология и сельскохозяйственная техника. Материалы 3-ей Научно-практической конференции. - Санкт-Петербург - Пушкин. - 2002. - С. 89-94.

3. Мардарьев С.Н. Повышение эффективности работы плугов для отвальной вспашки путем адаптации их параметров к изменяющимся условиям функционирования: дис. на соис. уч. степени канд. техн. наук / Чуваш. гос. сельск. хозяйст. академия. - Чебоксары. - 2002. - 154 с.

4. Степанов В.Г., Петров П.К., Капитонов Ф.В., Мардарьев С.Н. Энергосбережение механизированных технологических процессов растениеводства // В сборнике: Продовольственная безопасность и устойчивое развитие АПК. Материалы Международной научно-практической конференции. - Чебоксары. - 2015. - С. 636-641.

5. Мишин П.В. Повышение эффективности работы почвообрабатывающих агрегатов путем их адаптации к условиям функционирования. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук / Санкт-Петербургский государственный аграрный университет. - Санкт-Петербург. - 2001.

6. Мардарьев С.Н., Михайлов А.Н., Петров П.К., Митягин Д.С., Юнкеров А.Н. Модель функционирования машинно-тракторного агрегата и программы для расчета его оценочных показателей // АгроЭкоИнфо. - 2017. - №2 (28). - http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2017/2/st_224.doc.

7. Свидетельство Роспатента об официальной регистрации программы для ЭВМ 20016102006 Р.Ф. Оптимизация параметров и режимов работы почвообрабатывающих агрегатов / Мишин П.В., Хузин В.Х., Мардарьев С.Н. и др. - Опубл. 26.02.2001.

8. Петров П.К., Мардарьев С.Н. Оптимальные параметры и режимы работы энергоемких почвообрабатывающих агрегатов в условиях адаптивного земледелия // В сборнике: Энергоэффективные и ресурсосберегающие технологии и системы. Cборник научных трудов международной научно-практической конференции, посвященной памяти доктора технических наук, профессора Ф.Х. Бурумкулова. Институт механики и энергетики. - Саранск. - 2016. - С. 355-360.

9. Мардарьев C.Н. Основные параметры работы пахотных агрегатов на базе тракторов Т-150 и Т-150 К в условиях адаптивно-ландшафтного земледелия // В сб: Актуальные направления технологического, экономического и экологического развития сельского хозяйства. - Екатеринбург. - 2017. - С. 79-84.

Размещено на Allbest.ru