Эксплуатационные параметры колесных тракторов для зональных технологий почвообработки

Выводы. С подъёмом передней части гусеничной машины на вертикальную стенку увеличивается угол наклона машины, при этом уменьшаются необходимые для этого подъёма тяговые усилия гусениц.

При определённых конструктивных параметрах гусеничной машины и реальных коэффициентах сцепления гусениц подъём на вертикальную стенку передней части гусениц возможен.

Литература

1. Лабзин В.А., Холопов В.Н. Лесные сочленённые гусеничные машины. - Красноярск: Изд-во СибГТУ, 2006. - 248 с.

2. АгейкинЯ.С. Проходимость автомобилей. - М.: Машиностроение, 1981. - 232 с.

3. Малкин М.А. Метод повышения профильной проходимости полноприводного автомобиля за счёт применения регулируемого силового привода колёс: автореф. дис. ... канд. техн. наук. -М., 2011.

4. Смирнов Г.А. Теория движения колёсных машин. - М.: Машиностроение, 1990. - 352 с.

5. Танк / А.С. Антонов, Б.А. Артамонов, Б.М. Коротков [и др.]. - М.: Воен. изд-во Министерства обороны СССР, 1954.

УДК 629.114.2 Н.И. Селиванов, Ю.Н. Макеева

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ПАРАМЕТРЫ КОЛЕСНЫХ ТРАКТОРОВ ДЛЯ ЗОНАЛЬНЫХ

ТЕХНОЛОГИЙ ПОЧВООБРАБОТКИ

Предложены модели и алгоритм адаптации колесных 4к4а тракторов к зональным технологиям почвообработки. Обоснованы тягово-скоростные режимы и интервалы изменения их эксплуатационной массы путем балластирования для разных операций основной обработки почвы.

Ключевые слова: адаптация, балластирование, масса, параметры, трактор, тяговый режим, реакция почвы, технология почвообработки.

N.I. Selivanov, Yu.N. Makeeva

OPERATION PARAMETERS OF WHEELED TRACTORS FOR ZONAL TILLAGE TECHNOLOGY

The models and the adaptation algorithm of wheeled 44 tractors to zonal tillage technology are offered. Thetraction-speed modes and intervals oftheiroperating weightchange bymeans of ballastingfor dif-ferentprimary tillage operation sare substantiated.

Key words: adaptation, ballasting, weight, parameters, tractor, traction mode, soil reaction, tillage technology.

Введение. В структурной схеме многоуровневой адаптации колесных тракторов общего назначения к зональным технологиям основной обработки почвы оптимизация массоэнергетиче-ских параметров является главной задачей второго уровня [1]. На этом уровне предусматривается

обоснование энергетического потенциала (^Меэ) и эксплуатационной массы т* трактора для

установленных групп родственных операций [2] основной обработки почвы с учетом природных

условий и современных тенденций развития тракторной техники. В условиях жесткой конкуренции основным типом сельскохозяйственных тракторов общего назначения являются колесные с формулами 4к4а и 4к4б, составляющие основу рынка и тракторного парка агропромышленного комплекса России. Это серии унифицированных тракторов разных типоразмеров с изменяющимися в широком диапазоне мощностью двигателя и массой.

Цель работы. Обоснование эксплуатационных параметров колесных 4к4а тракторов для совокупности технологий основной обработки почвы.

Достижения поставленной цели предполагает решение следующих задач:

1) разработать модели и алгоритм адаптации эксплуатационных параметров тракторов к операционным технологиям почвообработки;

2) обосновать оптимальные значения показателей технологичности тракторов для разных групп родственных операций почвообработки;

3) установить рациональные интервалы изменения массы тракторов на основной обработке почвы.

Условия и методы исследования. При эксплуатационной мощности значение массы тэ трактора определяется тягово-скоростным режимом в процессе рабочего хода при случайном характере тяговой нагрузки с учетом установленных допущений и ограничений:

а) все операции основной обработки почвы по энергоемкости и техническому обеспечению разделены на три группы с рациональными по энергозатратам и агротребованиям интервалами рабочей скорости Vh ± AV;

б) рациональный тяговый диапазон трактора ограничен режимами максимального тягового КПД Пт тах и допустимого буксования бд, которым соответствуют оптимальное фкр opt и максимальное фкр тах значения коэффициента использования веса трактора;

в) КПД трансмиссии Птр и коэффициент сопротивления качению / = /о + C (Vh -Vo) трактора принимаются равными средним расчетным значениям без учета мощности двигателя ^э и угла наклона поверхности поля (а = 0).

Каждую группу родственных операций почвообработки характеризуют осредненное значение удельного тягового сопротивления Ко при скорости Vo = 1,4 м/с, его приращение в зависимости от

скорости ц = [1+AK (V2-Vo2)] и коэффициент вариации vK0. Номинальное значение рабочей скорости для родственных операций каждой группы определяется как среднее VH = 0,5 • (Vmax + Vopt) между максимальной скоростью Vme^ соответствующей наивысшей производительности при KrFV/цк = max, и скоростью Vopt, обеспечивающей условие цЦ / • V2 = min.

В основу адаптации колесного трактора с установленными характеристиками двигателя (^э, Км, Пн), трансмиссии (^tp, Itp) и ходовой системы (ra) к режиму рабочего хода отдельной группы родственных операций обработки почвы положено изменение эксплуатационной массы для достижения оптимальных значений показателей технологичности - удельного энергетического потенциала

Эеэ) или удельной материалоемкости тУд в номинальном тягово-скоростном режиме использования

ЭТ = g(^kp  V/Лт)н'>

. _

my = g • 10 3 .

Тогда эксплуатационная масса трактора для этой группы родственных операций выразится

как

* * л т

т* = т*д Меэ.

При этом для первой, наиболее энергоемкой, группы операций номинальный коэффициент использования веса трактора фкрн1 = фкр тах при допустимом буксовании 5д; для второй и третьей групп операций соответственно фкрн2 = 0,5 (фкр тах + фкр орО и фкрнз = фкр с^. Указанный диапазон изменения фкр позволит за счет балластирования обеспечить оптимальные или близкие к ним значения показателей технологичности для разных групп родственных операций почвообработки.

Соотношение сил реакции опорной поверхности (почвы) на передние Уп и задние У к колеса существенно влияет на тяговые свойства, продольную устойчивость и управляемость трактора. В условиях эксплуатации значения этих реакций определяются расположением центра масс ац относительно продольной базы I трактора, величиной тяговой нагрузки Ркр и ординатой точки прицепа Л пр, а также сопротивлением качению Р? и радиусом ведущих колес га.

Для равномерного движения трактора в составе агрегата по горизонтальной поверхности с параллельным ей направлением Ркр нормальные реакции на передние и задние колеса выразятся как [3, 4].

или

УП = (тэ  ё  ац - РКР  V - Р/  Гдк )/Ь'' \УК = [тз  ё  -ац )+ РКР .^КР + Р/  Гдк ]/Ь,

\УП = тз  ё

\УК = тз  ё

ац -?КР  К - /  Гдк ] Ь - ац +?КР  НКР + /  ГдК ]/Ь

Реакция почвы на колеса неподвижного трактора, свободного от тяговой нагрузки (Ркр = Р/= 0), характеризуется статическими значениями

упст = тз  ё  ац/Ь;

Укст = тз  ё ^ - ац )/р.

Нагруженность передних и задних колес трактора оценивается коэффициентами нагрузки

ЛЯ УПГТ / '

пст

г

кст

Отношение Лп/ Лк = ац / (I - ац) характеризует распределение веса трактора = тэ  ё по осям в статике и его способность к агрегатированию с прицепными и навесными рабочими машинами.

Развесовку по осям тракторов общего назначения колесной формулы 4к4а, при агрегатировании с задним расположением рабочих машин, выбирают из условий обеспечения высокого тягового усилия, развиваемого задними и передними колесами, и сохранения управляемости.

При использовании тракторов на операциях почвообработки всех установленных групп должно соблюдаться условие

РКРН <

Тогда абсцисса центра масс трактора для обеспечения оптимальной нагруженности передних колес в режиме рабочего хода ЛПР = УПР /Оэ с тяговой нагрузкой Ркрн определится как

ац = ЯПР L + hKP-Vkph + f  гдк

Для новых моделей тракторов 4к4а в диапазоне тяговых нагрузок, соответствующих (фкр opt -фкр max), рекомендуется [3] принимать ЯПр = 0,30 - 0,40 (рис.1).

У кН

0

Ук ^^^ к, /___

0 — J i уп -— 1

и >> 1 f-о к Ук Г 1 & с >> 1 г (0,30- 0,40) G » Ркрн Ркр, кН

Рис. 1. Зависимость реакций почвы на передние Уп и задние Ук колеса трактора 4к4а

от тягового усилия

Анализ зависимости (8) и рисунка 1 показывает, что для рекомендуемых значений нагруженности передних колес Япр абсцисса центра масс трактора ац должна быть перемещена в направлении передней оси, тогда

У =

У пст

Япр +

L

g3;

У = G - У

У кст g3 У пст

Для трактора с транспортировочным весом брутто = тэо • %, продольной базой I и абсциссой центра масс ацо, массы переднего тБ1 и заднего тБ2 балластов, для получения эксплуатационной массы тэ*, определяются решением уравнений моментов относительно осей передних О1 и задних О2 колес (рис. 2).

У

ПСТ

L = (L + an )+ G3

J30  ац0 '

или

УКСТ &Б 2 = &3 0 ац 0 ) &Б1 • ап '

У ПСТ = [&Б1 (1 + ап ) + &Э0 • ац0 ] / [(УКСТ = [&30 (1 - ац0 )- &Б1 • ап ]/1 + &Б

Тогда массы переднего и заднего балластов выразятся как

<

(тЭ-<

* i *

' тБ1 = (ПЭ ' аЦ — тЭ0 ' аЦ0

) / ^ + ап >

1тБ 2 =lmЭ

О О1 ОБ1 в Г 1 ОЭ0 \рБ2, У кст п

J ап 4- 1 ь У У пст •4- ац0 <4- -

О

Рис. 2. Расчетная схема определения массы переднего и заднего балластов трактора 4к4а

Соотношения оптимальных значений эксплуатационной массы трактора для разных групп родственных операций и соответствующих им номинальных тяговых усилий можно представить в виде относительных безразмерных величин

л *

I Ащ = щЭ1

/ * * / * Л

пэ1 = пуд, /пуд1 = Апуд;

Л * *

аРкрн = тэ, ' (крн

/ * пЭ1

(ККИ = Апуд  А(Р,

'КРН •

Алгоритм оптимизации эксплуатационных параметров колесного 4к4а трактора с установленным энергетическим потенциалом Ыеэ)* для основных групп родственных операций почвооб-

работки при обоснованных значениях номинальной скорости рабочего хода Ун включает: определение зависимостей т, 5 = {(() в интервале буксования движителей 8= 0,05 - 0,20 и изменения

скорости Ун = 2,2 - 3,8м/с; установление (ркРтса,(кР,(кРор( и соответствующих им значений тт для

определения (нь (крн2, (крнз; расчет по (1) туд* и тэ* по (2) для каждой группы операций; определение ац по (8); расчет Упст и Укст по (9), определение по (12) тБ1 ,и тБ2; соотношения Ятэ и Лркрн по (13) для разных групп родственных операций.

Результаты исследования. Использование разработанных моделей и алгоритма, с учетом результатов экспериментальных исследований взаимосвязей т 8 = I((КР) (рис. 3), позволило обосновать оптимальные значения удельной материалоемкости туд* тракторов формулы 4к4а на одинарных и сдвоенных колесах для совокупности разных групп родственных операций основной обработки почвы [5] (табл. 1).

Рис. 3. Зависимости Цт, 5 = \ (фкр) трактора 4к4а: — - одинарные; ------- - сдвоенные колеса

Таблица 1

Оптимальные значения фкрн и туд* для операций основной обработки почвы

Одинарные колеса Сдвоенные колеса

Группа опе- Ун, м/с туд*, туд*,

раций

1 2,20 0,45 0,625 64,47 0,47 0,692 68,21

2 2,65 0,41 0,634 59,49 0,41 0,707 66,31

3 3,33 0,37 0,638 52,80 0,35 0,710 62,11

Повышению номинальной скорости рабочего хода от Ун1 = 2,20 м/с до Ун3 = 3,33 м/с (на 51%), при установленных значениях фкрн и Птн , соответствует снижение туд* на 21 % для одинарных и на 9 % для сдвоенных колес. Указанные соотношения Я туд*тах = Я тэ*тах, находятся в допустимых пределах изменения [3] и достигаются подбором масс передних и задних балластных грузов при установленных значениях тэо = (0,8-0,9) тэ и ацо ^ ац (табл.2).

Установка сдвоенных колес сопровождается повышением туд* и соответственно тэ* от 5,8 % для первой группы операций до 17,6 % для третьей, что достигается в первую очередь за счет массы дополнительного комплекта задних и передних колес с промежуточными дисками, а также массы соответствующих балластных грузов. Повышение Ркрн* на сдвоенных колесах составляет при этом для всех групп операций 10,5-11,5 %, что обеспечивает соответствующий рост чистой производительности агрегатов.

Таблица 2

Соотношение удельной массы и номинального тягового усилия тракторов 4к4а

на одинарных и сдвоенных колесах

Группа операций IV Одинарные колеса Сдвоенные колеса Сдвоенные Одинарные

Я туд* Л Ркрн Я туд* Л Ркрн Л туд2/1 Л Ркрн 2/1

1 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,058 1,105

2 1,20 0,923 0,841 0,972 0,848 1,115 1,115

3 1,51 0,819 0,673 0,910 0,678 1,176 1,112

На рисунке 4 приведены зависимости эксплуатационной массы тэ от энергетического потен-

fe- N )*

циала v N еэ' трактора 4к4а на одинарных и сдвоенных колесах, которые позволяют обосновать условия их балластирования на операциях основной обработки почвы разных групп.

с* *

Например, для трактора Versatile-280 мощностью = 200 кВт и fe = 1,0 разность тэз* =

тэ*т1п = 10,9т и тэ1* = тэ*тах = 13,3т составляет на одинарных колесах 2,4 т. На сдвоенных колесах

эта разность не превышает (14,1-12,8) = 1,3 т. Аналогично для трактора New Holland Т. 8.390 мощ-

f *

ностью = 276 кВт и fe = 1,03 на одинарных и сдвоенных колесах соответственно дтэ1* =

(17,8-14,6) = 3,2 т, дтэ2* = (18,8-17,1) = 1,7 т.

При известных значениях Сэо, ац0, ап и Ипр любого трактора и заданного соотношения Упст/Укст можно определить массы переднего и заднего балластов, а также количество дополнительных грузов для их обеспечения.

Щэ , т 16 14

12 10

/1гр. / /2гр.

/ 3гр.

тэ , т 18

16

14

12

10

150

200

250

300

150

200

250

300

feNN э )

а

кВт

feNNеэ У б

кВт

Рис. 4. Оптимальные значения эксплуатационной массы тракторов 4к4а для основных групп родственных операций почвообработки: а - одинарные; б - сдвоенные колеса

Выводы

1. Представлены модели и алгоритм адаптации колесных 4к4а тракторов к операционным технологиям обработки почвы для эффективного использования в разных природно-производственных условиях.

2. Обоснованы оптимальные значения показателя технологичности - удельной материалоемкости тракторов на одинарных и сдвоенных колесах для зональных технологий обработки почвы.

3. Определены рациональные интервалы изменения эксплуатационной массы тракторов с установленным энергетическим потенциалом для совокупности разных по энергоемкости и агро-требованиям групп родственных операций почвообработки.

*

*

8

Литература

1. Селиванов Н.И., Кузнецов А.В. Система адаптации колесных тракторов высокой мощности к зональным технологиям почвообработки // Вестник КрасГАУ. - Красноярск, 2014. - № 6. -С. 232-237.

2. Селиванов Н.И. Эксплуатационные параметры колесных тракторов и агрегатов для зональных технологий почвообработки // Вестник КрасГАУ. - 2014. - № 10. - С. 161-165.

3. Селиванов Н.И. Эксплуатационные свойства сельскохозяйственных тракторов: учеб. пособие.

- Красноярск, 2010. - 347 с.

4. Селиванов Н.И., Кузнецов А.В. Структура задач и модели адаптации тракторов высокой мощности к зональным технологиям почвообработки // Вестник Гос. аграр. ун-та Северного Зауралья. - Тюмень, 2014. - № 2 (25). - С. 56-61.

5. Селиванов Н.И., Запрудский В.Н., Макеева Ю.Н. Моделирование скоростных режимов и удельных показателей колесных тракторов на основной обработке почвы // Вестник КрасГАУ.

- 2015. - № 1. - С. 81-89.

УДК 621.314: 681.586 Г.С. Кудряшев, А.Н. Третьяков, О.Н. Шпак

КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД ПРИ ОПТИМИЗАЦИИ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

ПРЕДПРИЯТИЙ АПК

В статье рассмотрены вопросы надежности энергосистем, перспективы увеличения электропотребления, влияния высших гармоник на работу электрооборудования и качества электроэнергии в распределительных сетях АПК, предложен комплексный подход применения активных фильтров.

Ключевые слова: электропотребление, потери электрической энергии, высшие гармоники, активная фильтрация, компенсация реактивной мощности.

G.S. Kudryashev, A.N. Tretyakov, O.N. Shpak

THE INTEGRATED APPROACH IN THE PROCESS OF OPTIMIZATION OF THE ELECTRICAL NET WORKINGMODES IN THE AIC ENTERPRISES

The issues of the power system reliability, the prospects of the energy consumption increase, the influence of higher harmonics on the electrical equipment work and electric power quality in the AIC power distribution networks are considered, the comprehensive approach of the active filter use is offered in the article.

Key words: power consumption, electric power losses, higher harmonics, active filtering, reactive power compensation.

Введение. В настоящее время в электроэнергетике нарастает дефицит мощности и электроэнергии, который пока имеет локальный характер на уровне ряда региональных энергосистем. Это является следствием неравномерных темпов развития экономики различных регионов страны, недостаточных вводов генерирующих мощностей и недостаточных пропускных способностей электрических связей для передачи мощности и электроэнергии из избыточных регионов в дефицитные.