ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГОНАСЫЩЕННЫХ ТРАКТОРОВ НА ОБРАБОТКЕ ПОЧВЫ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГОНАСЫЩЕННЫХ ТРАКТОРОВ НА ОБРАБОТКЕ ПОЧВЫ

Научная статья

Щитов С. В.¹, Кузнецов Е.Е.², Слепенков А.Е.^3, *, Кузнецова О.А.⁴, Вторников А.С.⁵, Марков С.Н.⁶

^{1, 2} ORCID: 0000-0002-1825-0023;

^{3, 4, 5, 6} ORCID: 0000-0002-1825-0097;

^{1, 2, 3, 4, 5, 6} Дальневосточный государственный аграрный университет, Благовещенск, Россия

* Корреспондирующий автор (slepen555[at]mail.ru)

Аннотация

Механизированная обработка является необходимым процессом качественной предпосевной подготовки почвы. Использование энергонасыщенных тракторов и высокопроизводительных машинно-тракторных агрегатов в технологии агропроизводства позволяет современному сельскому хозяйству добивается высоких показателей. При этом одним из перспективных способов является перераспределение сцепного веса в звене «трактор сельскохозяйственная машина». Проведенные в реальных условиях эксплуатации экспериментальные исследования показали, что использование устройства для перераспределения сцепного веса позволяет увеличить производительность на бороновании на 7,2…9,3 % в сравнении с серийным машинно-тракторным агрегатом.

Ключевые слова: почва, сельскохозяйственная машина, трактор, обработка, плодородие.

IMPROVING THE EFFICIENCY OF ENERGY-RICH TRACTORS IN TILLAGE

Research article

Shchitov S. V.¹, Kuznetsov E.E.², Slepenkov A.E.³, Kuznetsova O.A.⁴, Vtornikov A.S.⁵, Markov S.N.⁶

^{1, 2} ORCID: 0000-0002-1825-0023;

^{3, 4, 5, 6} ORCID: 0000-0002-1825-0097;

^{1, 2, 3, 4, 5, 6} Far-Eastern State Agrarian University, Blagoveshchensk, Russia

* Corresponding author (slepen555[at]mail.ru)

Abstract

Mechanized processing is a necessary for quality pre-planting soil preparation. The use of energy-rich tractors and high-performance machine-tractor units in the technology of agricultural production allows modern agriculture to achieve high efficiency. At the same time, one of the most promising methods is the redistribution of coupling weight in the link “tractor-agricultural machine.” Experimental studies conducted under actual operating conditions have shown that the use of a device for redistribution of coupling weight allows increasing the productivity at harrowing by 7.2 ... 9.3% in comparison with a serial machine-tractor unit.

Keywords: soil, agricultural machine, tractor, processing, fertility.

Основная задача, стоящая перед агропроизводителями при проведении механизированной обработки почвы, заключается в создании  наиболее благоприятных условий для роста и развития сельскохозяйственных растений [1, С. 64], [2, С. 178]. В результате исследований [3, С. 216] установлено, что обработка почвы должна обеспечивать: оптимальную плотность сложения обрабатываемого слоя, уничтожение сорных растений, сохранение плодородия, создание благоприятного водного и воздушного режимов. Вопросу обработки почвы посвящены работы многих ученых, которые в своих исследованиях отмечают, что залог будущего урожая начинает формироваться уже на стадии обработки почв [4, С. 328].

Если проследить весь исторический путь развития способов почвообработки  и применяемых агротехнологий, то можно проследить значимые изменения от простых форм механического воздействия на почву до наиболее современных, к которым относятся: отвальная, безотвальная, плоскорезная, нулевая, при этом всегда главным оставался вопрос эффективности их использования применительно к различным почвенно – климатических условиям.

Особенно актуален этот вопрос для зон так называемых «рискованного земледелия», где почвенно-климатические факторы значительно отличаются от условия других регионов Российской Федерации. К таким зонам относится Амурская область, где главной отличительной особенностью является наличие твердого подстилающего слоя в виде мерзлоты и выпадение большого количества осадков при проведении основных с.-х. работ [5, С. 153].

Тягово-сцепные свойства любого мобильного энергонасыщенного средства во многом зависят от сцепного веса, то есть от веса, приходящегося на его ведущие колеса, формирующие касательную силу тяги. В стабильных почвенно-климатических условиях этом вопрос решается применением балласта или догружателей ведущих колес. Увеличение балласта дает возможность повысить сцепной вес, а, следовательно, и тяговое усилие трактора, но влечет за собой повышение нормального давление на почву. Это способствует продавливанию верхнего слоя почвы до подстилающего слоя в виде мерзлоты, потере проходимости на ранневесенних полевых работах и увеличению сопротивления движению трактора, что, как следствие, уменьшает коэффициент полезного действия (КПД) трактора и эффективность машинно-тракторного агрегата (МТА).

Исследования по рассматриваемой тематике показывают, что стабилизации курсовой устойчивости и повышения тягово-сцепных свойств колёсного энергетического средства можно достичь перераспределением веса между его осями, что влечёт коррекцию вертикальной нагрузки на движители и изменение положения центра масс трактора [10, С. 48], [11, С. 47-50]. Применение этого способа позволяет достичь следующих результатов (рисунок 1).

При использовании МТА с сельскохозяйственными агрегатами, имеющими высокое тяговоесопротивление, предлагаемые методы дают возможность перераспределить сцепной вес между энергетическим средством и сельскохозяйственной машиной, что позволяет решить задачу кратковременного снижения силы сопротивления движению агрегата без изменения параметров и качества обработки, а, следовательно, увеличить производительность и эффективность применения колёсных энергетических средств в сельском хозяйстве, расширив функциональность использования их тягового класса [8, С. 88-95], [9, С. 31-34].

Как было отмечено ранее, в настоящее время нашло широкое применение безотвальная обработка почвы, в частности использование с.-х. машин, где в качестве рабочего органа используются диски.

Рис. 1 – Ожидаемые результаты от применения устройств, корректирующих сцепной вес в звене «энергетическое средство-прицепной агрегат»

 

Дисковые рабочие органы не только движутся поступательно вместе с рамой машины или орудия, но и вращаются под действием реакции почвы, что в конечном итоге влияет на характер подрезания почвенного пласта рабочей кромкой диска. Изменение траектории перемещения почвенной массы по поверхности диска, обеспечивает уменьшение забиваемости растительными остатками рабочих органов, снижая при этом энергоемкость процесса и глыбистость почвы. Для обеспечения оптимальной глубины обработки почвы такими с.-х. машинами их также догружают балластом, положение которого сложно корректировать в процессе работы агрегата [2, С. 178], [4, С. 328], [6, С. 271].

Учитывая перечисленные условия, а также конструкционные недостатки размещения балластирования, нами предлагается устройство, позволяющее изменять сцепной вес за счет его перераспределения между энергетическим средством и с.-х. машиной [8, С. 88-95]. Предлагаемое устройство способно работать в следующих режимах:

-нейтральное (статичное), когда вес в звене «энергетическое средство-сельскохозяйственное орудие (машина)» не перераспределяется;

-режим перераспределения веса с энергетического средства на с.-х. орудие (машину);

-режим перераспределения веса с с.-х. орудия (машины) на ведущие колеса энергетического средства.

В случае перераспределения веса с с.-х. машины на ведущие колеса энергетического средства тяговое усилие энергетического средства определится по выражению

   (1)

где φ - коэффициент использования сцепного веса; G - сцепной вес, Н; R от перераспределения сцепного веса между с.-х. машиной и энергетическим средством, Н; 

Предлагаемая формула производительности МТА равна[5]:

    (2)

где β_p - рабочая ширина захвата сельскохозяйственной машины, м;  V_p - рабочая скорость движения МТА, м/с;  τ - коэффициент использования времени смены.

Решая совместно уравнения 1 и 2 получим формулу для определения производительности с учетом дополнительного усилия от перераспределения сцепного веса

Учитывая, что      (3)

где β – коэффициент использования ширины захвата сельскохозяйственной машины; P_кр – крюковое усилие, развиваемое трактором, Н; К – удельное сопротивление сельскохозяйственной машины, Н; К_кр – коэффициент использования тягового усилия для трактора, формула (2) принимает вид:

   (4)

Решая совместно уравнения (1) и (4) получим формулу для определения производительности с учетом перераспределения сцепного веса

   (5)

Анализируя формулу (5) необходимо отметить, что производительность МТА при перераспределении сцепного веса повышается за счёт увеличения крюкового усилия, развиваемого трактором.

Теоретические предпосылки и полученные математические выражения были проверены при внедрении пилотного образца предлагаемого устройства в технологии производства сельскохозяйственной продукции ООО «СОЮЗ» Амурской области, при этом проведенные экспериментальные исследования в реальных условиях эксплуатации показали, что использование устройства для перераспределения сцепного веса позволяет увеличить производительность на бороновании на 7,2…9,3 % в сравнении с серийным МТА.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Белов Г. Д. Уплотнение почвы и урожайность зерновых / Г. Д. Белов, А. П. Поделько. – Минск, 1985. – 64 с.
2. Беляев В. И. Ресурсосберегающие технологии возделывания зерновых культур в Алтайском крае: монография / В. И. Беляев, В. В. Вольнов. - Барнаул: Алт.ГАУ, 2010. - 178 с.
3. Блохин В. Д. Научные основы земледелия на Дальнем Востоке России / В. Д. Блохин, А. А. Моисеенко, В.М. Ступин. – Владивосток: Дальнаука, 2011. – 216 с.
4. Козырев Б. М. Почвообрабатывающие машины с коноидальными ротационными рабочими органами / Б.М. Козырев. – Казань, 2001. – 328 с.
5. Кузнецов Е. Е. Использование многоосных энергетических средств класса 1,4: монография / Е. Е.Кузнецов // ДальГАУ. – Благовещенск. – 2013. – 153 с.
6. Трепененков И. И. Эксплуатационные показатели сельскохозяйственных тракторов. – М.: Машгиз. – 1963. – 271 с.
7. Щитов С. В. Влияние перераспределения сцепного веса между мостами трактора на ширину захвата, буксование и производительность машинно-тракторного агрегата / С. В. Щитов, Е. .Е. Кузнецов, Е. С. Поликутина // АгроЭкоИнфо. – 2017, №1.
8. Щитов С. В. Перераспределение сцепного веса в составе машинно-тракторного агрегата при проведении предпосевной обработки/ С. В. Щитов и др. // Дальневосточный аграрный вестник. -2017.-№1(41). -С.88-95.
9. Щитов С. В. Увеличение пустоты колесных тракторов / С. В. Щитов, П. В. Тихончук, И. В. Бумбар и др. // Журналмашиностроения.-1752.41(2)
10. Щитов С. В. Исследование свойств сцепления и сцепления колесных тракторов Класс 1.4 Оборудовано устройством распределения тягового веса / С. В. Щитов, П. В. Тихончук, И. В. Бумбар и др. ISSN 0798 1015 Vol. 38 (№ 48) Год 2017. 35 c.
11. Исследование влияния нагрузки на крючок неустойчивого характера при работе в дикаторах энергетических сред / С. В. Щитов, И. В. Бумбар, В. А. Сенников и др. // Журнал исследований и разработок в машиностроении ISSN: 1024-1752. 41 (3) (2018). C. 47-50

Список литературы на английском языке / References in English

1. Belov G. D. Uplotnenie pochvy i urozhajnost' zernovyh [Soil compaction and grain yield] / G. D. Belov, A. P. Podelko. - Minsk, 1985. - 64 p. [in Russian]
2. Belyaev V. I. Resursosberegayushchie tekhnologii vozdelyvaniya zernovyh kul'tur v Altajskom krae: monografiya [Resource-saving technologies of cultivation of grain crops in the Altai Territory: monograph] / V. I. Belyaev, V. V. Volnov. - Barnaul: Alt.GAU, 2010. - 178 p. [in Russian]
3. Blokhin V. D. Nauchnye osnovy zemledeliya na Dal'nem Vostoke Rossii [The scientific basis of agriculture in the Far East of Russia] / V. D. Blokhin, A. A. Moiseenko, V. M. Stupin. - Vladivostok: Dal'nauka, 2011. - 216 p. [in Russian]
4. Kozyrev B. M. Pochvoobrabatyvayushchie mashiny s konoidal'nymi rotacionnymi rabochimi organami [Tillage machines with rotary rotary working bodies] / B. M. Kozyrev. - Kazan, 2001. - 328 p. [in Russian]
5. Kuznetsov E. E. Ispol'zovanie mnogoosnyh ehnergeticheskih sredstv klassa 1,4: monografiya [The use of multi-axis power means of class 1.4: monograph] / E. E. Kuznetsov [and others] // DalSAU. - Blagoveshchensk. - 2013. - 153 p. [in Russian]
6. Trepenenkov I. I. Ehkspluatacionnye pokazateli sel'skohozyajstvennyh traktorov [Performance indicators of agricultural tractors]. - M .: Mashgiz. - 1963. - 271 p. [in Russian]
7. Schitov S. V. Vliyanie pereraspredeleniya scepnogo vesa mezhdu mostami traktora na shirinu zahvata, buksovanie i proizvoditel'nost' mashinno-traktornogo agregata [Influence of the redistribution of coupling weight between tractor bridges on the width of the grip, skidding and performance of the machine-tractor unit] / S. V. Schitov, E. E. Kuznetsov, E. S. Polikutina // AgroEcoInfo. - 2017, №1. [in Russian]
8. Schitov S. V. Pereraspredelenie scepnogo vesa v sostave mashinno-traktornogo agregata pri provedenii predposevnoj obrabotki [Redistribution of coupling weight in the composition of the machine-tractor unit during the pre-sowing treatment] / S. V. Schitov. [et al.] // Far Eastern Agrarian Bulletin. -2017.-№1 (41). -P. 88-95. [in Russian]
9. Schitov S. V. Uvelichenie pustoty kolesnyh traktorov [Increasing The Shallowness Of The Wheeled Tractors] / S. V. Shchitov, P. V. Tikhonchuk, I. V. Bumbar and others // Journal of Mechanical Engineering. - 1752. 41 (2) (2018) P. 31-34. [in Russian]
10. Schitov S. V. Issledovanie svojstv scepleniya i scepleniya kolesnyh traktorov Klass 1.4 Oborudovano ustrojstvom raspredeleniya tyagovogo vesa [Research in Traction and Coupling Properties of Wheeled Tractors Class 1.4 Equipped with a Trailing Weight Distribution Device]/ V. Shchitov, P. V. Tikhonchuk, I. V. Bumbar and others.// Revista ESPACIOS. ISSN 0798 1015 Vol. 38 (Nº 48) Year 2017. 35 p. [in Russian]
11. Schitov S. V. Issledovanie vliyaniya nagruzki na kryuchok neustojchivogo haraktera pri rabote v dikatorah ehnergeticheskih sred [Research Of The Influence Of The Hook Load Of The Unstable Character On The Operating In dicators Of The Energy Means]/ S. V. Shchitov, I. V. Bumbar, V. A. Sennikov // Journal of Mechanical Engineering Research and Developments ISSN: 1024-1752. 41(3) (2018).P. 47-50. [in Russian]