CC BY
50
воздействия движителей на почву. М.: Издательство стандартов, 1986. 22 с.
4. ГОСТ 26953-86. Техника сельскохозяйственная мобильная. Метод определения максимального нормального напряжения в почве. М.: Издательство стандартов, 1986. 22 с.
5. ГОСТ 25641-84. Шины пневматические для тракторов и сельскохозяйственных машин. Основные параметры и размеры. М.: Издательство стандартов, 1984. 21 с.
6. Гуськов В.В. Оптимальные параметры сельскохозяйственных тракторов. М.: Машиностроение, 1966. 196 с.
7. Колобов Г.Г., Парфенов А.П. Тяговые характеристики тракторов. М.: Машиностроение, 1972.153 с.
8. Красовских В.С. Повышение эффективности функционирования тяговых агрегатов за счет оптимизации параметров и эксплуатационных режимов работы в степных и лесостепных районах Западной Сибири: Автореф. дис. докт. техн. наук. СПб.; Пушкин, 1991. 37 с.
9. Кутьков Г.М. Тракторы и автомобили. Теория и технологические свойства. М.: Колос, 2004. 504 с.
10. Чудаков Д.А. Основы теории и расчета трактора и автомобиля. М.: Колос, 1972. 384 с.
УДК 631.171:631.372 В.С. КРАСОВСКИХ,
Н.Н. БЕРЕЖНОВ
ОБОБЩЕННАЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ПОСЕВНОГО АГРЕГАТА НА БАЗЕ ТЯГОВО-ТРАНСПОРТНОГО ЭНЕРГОСРЕДСТВА
Современные тенденции развития средств механизации сельскохозяйственного производства характеризуются стремлением к увеличению производительности, в основном за счет повышения единичной мощности тяговых и тягово-приводных энергосредств, и соответствующему росту ширины захвата сельскохозяйственных машин. Это происходит обычно без глубокого анализа альтернативных путей решения данной проблемы, учитывающих основные аспекты энерго- и ресурсосбережения, которые, особенно в последнее время, являются весьма актуальными.
На сегодняшний день, в условиях аграрных предприятий Алтайского края, все большее распространение стали получать сберегающие технологии возделывания сельскохозяйственных культур, основанные на широком применении посевных почвообрабатывающих комплексов как отечественного (ПК «Кузбасс», ППК), так и зарубежного производства («TorMaster», «ИехьСоП» и др.). Однако зачастую отсутствие системы научно-обоснованных рекомендаций по рациональному агрегатированию имеющихся в наличии на сель-
скохозяйственных предприятиях тяговых средств с современными высокопроизводительными и энергоемкими машинами и орудиями, а то и полное взаимное несоответствие технических характеристик трактора и шлейфа рабочих машин, становится причиной повышения непроизводительных энергозатрат при эксплуатации, роста себестоимости производимой продукции, а также деградации земельных угодий и снижения их эффективного плодородия.
В этих условиях необходимо формирование качественно нового подхода к определению состава и параметров машиннотракторных агрегатов с учетом требований к повышению уровня их технологической универсальности. Такой подход обусловлен реализацией современных индустриальных технологий возделывания сельскохозяйственных культур, сочетающих в себе, наряду с основными приемами интенсивного земледелия, принципы экологической толерантности.
Применение тягово-транспортного энергосредства в составе современного машинно-тракторного агрегата дает возможность расширить круг его технологи-
ческих возможностей, повысить степень загрузки, а следовательно, и эффективность использования МТА. Размещение технологических емкостей на платформе тягового средства и применение навесных и полунавесных технологических модулей позволяют изыскать большой потенциал снижения энергозатрат в области выбора рациональной компоновки машинно-тракторного агрегата. Компоновочная схема МТА влияет на все показатели технологического процесса и на большинство технических характеристик, включая задаваемые и регламентируемые (вес агрегата, давление движителей на почву, буксование), которые впоследствии определяют энергетические и технико-экономические показатели его работы [8].
Для рассмотрения приняты три варианта компоновки машинно-тракторного агрегата, состоящего из трактора с колесной схемой 4К4б, почвообрабатывающего посевного орудия и технологической емкости (бункера), опирающейся на одно-или двухосную ходовую систему. Серийная компоновка агрегата, подразумевающая расположение бункера позади орудия, сравнивается с двумя альтернативными схемами, одна из которых предполагает постановку бункера впереди орудия без изменения способа его агрегатирования, а вторая рассматривает бункер в качестве полунавесного (навесного) транспортного модуля, осуществляющего частичный (полный) перенос собственного веса на ходовую часть трактора-тягача.
В качестве основных критериев сравнительной оценки рассматриваемых компоновочных решений, при работе агрегата на группе полей, приняты математические ожидания средних значений: чистой часовой производительности М (тч) и удельного погектарного расхода топлива М ).
Состав и параметры тягово-транспортного МТА находятся в непосредственной зависимости от воздействия внешней среды, определяемого характером выполняемой работы. Одним из важнейших внешних факторов, определяющих энергоемкость технологического процесса тяго-
вых агрегатов, является математическое ожидание удельного тягового сопротивления машин, кН/м:
_ р
1 Л- кр
k =
Вр
(1)
где Ркр - математическое ожидание тягового усилия на крюке трактора, кН;
Вр - рабочая ширина захвата агрегата,
м.
Значительное влияние на величину удельного тягового сопротивления сельскохозяйственных агрегатов оказывает рабочая скорость движения Vp .
Учет влияния скорости движения ведет к преобразованию выражения удельного сопротивления, кН/м [1]:
к = ко [1 + ё0 (V? - V2)], (2)
где ко - среднее приведенное удельное тяговое сопротивление агрегата соответствующее скорости приведения У0, кН/м;
ёа - среднее значение коэффициента пропорциональности, учитывающего интенсивность прироста тягового сопротивления от увеличения скорости движения, 2/ 2 с /м .
Характер изменения величины удельного тягового сопротивления агрегата при работе его как на отдельном поле, так и в пределах группы полей, является случайным. Диапазон изменения среднего приведенного удельного тягового сопротивления ка тягово-транспортного агрегата при работе на группе полей (рис. 1) ограничивается допустимыми пределами, величины которых при заданных значениях доверительной вероятности в и доверительном интервале Iв определяются по формулам [7]:
катт {ка) ^ в^(к'а); (3)
катах = М(ка )+ Iрг0^ка ), (4)
где катт, катах - соответственно, средние значения минимального и максимального приведенного удельного тягового сопротивления агрегата, кН/м;
М(ка) - математическое ожидание среднего приведенного удельного тягового сопротивления агрегата, кН/м [4];
в їРг - число средних квадратиче- щее диапазон значений среднего приве-
ских отклонений а(к0) от М(к0) при за- денного Удельного тягового сопротивле-
„ ния агрегата [2].
данной доверительной вероятности в и
доверительном интервале Iв, определяю-
Рис. 1. Диапазон изменения среднего приведенного удельного тягового сопротивления
агрегата при работе на группе полей
Связь среднего квадратического отклонения со значением приведенного удельного тягового сопротивления агрегата при работе на группе полей выражается через формулу [2]:
a(ko )=УгпМ (ко), (5)
где Угп - коэффициент вариации математического ожидания приведенного удельного тягового сопротивления агрегата при работе на группе полей [6].
С учетом зависимости (5) формулы (3) и (4) примут вид:
komin (ко )(1 v гп^ ß ) ; (6)
komax — (ко )( + vгп$ß2 ). (7)
Одной из составляющих тягового сопротивления комплекса является математическое ожидание силы сопротивления перекатыванию бункера с технологическим материалом (семена, удобрения, пестициды), уравнение которой с учетом возможности частичного переноса веса на ходовую часть тягача AG имеет вид:
Р„ — и (Gб -AG), (8)
где Gб - вес бункера, кН;
ЛG - математическое ожидание догрузки ходовой части тягача за счет переноса веса бункера, кН;
fб - коэффициент сопротивления качению бункера.
Условия работы посевного почвообрабатывающего агрегата в пределах «множества полей» характеризуются широким диапазоном изменения тягового сопротивления. Поэтому для реализации технического потенциала по основным эксплуатационным показ ателям од нотипный агр е гат должен иметь несколько значений ширины захвата. Для определения рационального состава агрегатов разной компоновки при работе в различных почвенно-климатических условиях воспользуемся двухступенчатой схемой изменения ширины захвата. Возможность работы агрегата с двумя значениями ширины захвата на множестве полей обеспечивает наилучшую его загрузку и достижение высоких технико-экономических показателей, по-
скольку позволяет таким образом «сузить» рассматриваемую область распределения рабочих нагрузок МТА, а следовательно, наиболее достоверно определить рациональный диапазон рабочих скоростей агре-
В
Р
Крта
р mm
гата и тяговых усилий на крюке трактора для конкретных условий эксплуатации.
Принимая во внимание (6), (7) и (8), уравнения для определения минимально и максимально допустимой рабочей ширины захвата агрегата примут вид:
-АО )
б max
B
pmax
M {ко )l + t в Угп )[l + М (єо )Vp2m,n — VO )]
PKpmax — f б {g6 max — A(j )
(9)
(10)
где Ркртах - среднее значение предельно допустимой величины тягового сопротивления агрегата при работе на отдельном поле, кН;
Vpmin - среднее значение минимально допустимой скорости движения агрегата, м/с;
G6max - вес бункера, соответствующий максимальной загрузке, кН.
Максимальный вес бункера высевающей системы, почвообрабатывающего посевного комплекса, будет изменяться в зависимости от принятой компоновочной схемы МТА и определится из выражения, кН:
G6max = ( - Gn.M ) + G тм max , (11)
где G60 - вес собственно бункера с ходовой частью, кН;
GmMmax - максимальный вес технологического материала, загружаемого в бункер, кН;
Gn.M - вес переднего моста бункерной тележки, определяющий снижение веса бункера, за счет упрощения конструкции ходовой части при полунавесном варианте агрегатирования, кН;
Минимальное значение рабочей ширины захвата определяет состав и параметры машинно-тракторного МТА при работе в наиболее неблагоприятных и тяжелых условиях, характеризуемых максимальным значением среднего удельного тягового сопротивления агрегата. Такой агрегат обеспечивает качественное выполнение технологического процесса при работе в пределах всей рассматриваемой почвенно-климатической зоны охватывае-
мой диапазоном удельного тягового сопротивления катт < ка < катах .
Математическое ожидание средней производительности агрегата за час чистого рабочего (основного) времени, га/ч [3]:
(12)
М (gw ) = •
(13)
М(Жч )= 0,36ВрМ(р ), где МV) - математическое ожидание средней скорости агрегата, м/с.
Математическое ожидание среднего удельного погектарного расхода топлива, кг/га [3]:
М (оТ)
м (ЖЧ),
где М (оТ) - математическое ожидание среднего часового расхода топлива, кг/ч.
Количество израсходованного топлива за час рабочего времени, кг/ч [5]:
М (От )= GнМ (Лог), (14)
где Он - номинальный часовой расход топлива, кг/ч.
К варьируемым факторам, оказывающим существенное влияние на выходные характеристики двигателя тягового энергосредства, а следовательно, и эксплуатационные показатели агрегата в целом, при работе на группе полей, следует отнести такие величины, как: среднее значение знаменателя геометрического ряда основного диапазона передач трактора qср, математическое ожидание среднего коэффициента пропорциональности, учитывающего влияние скорости движения агрегата на его тяговое сопротивление М (ёо), коэффициент вариации приведенного удель-
ного тягового сопротивления агрегата угп при работе на группе полей.
Влияние данных факторов на топливно-экономические показатели агрегата отражает математическое ожидание среднего
значения коэффициента использования часового расхода топлива на рабочем ходу агрегата при работе на группе полей, которое выражается зависимостью [6]:
М(Лат)— 99,1 — 4,02^с^ — 3,24Єо — 192,6угп — 154,2qсрVгп — 233,7у,
(15)
Компоновочная схема машинно-тракторного агрегата является фактором, определяющим его состав и параметры при различных условиях эксплуатации.
Математические ожидания средних эксплуатационных показателей агрегата в зависимости от принятой компоновочной схемы приведены в таблице 1.
Таблица 1
Эксплуатационные показатели почвообрабатывающего посевного агрегата К-701 + ПК «Кузбасс» в зависимости от принятой компоновочной схемы
Наименование показателя Компоновочная схема МТА
схема 1 схема 2 схема 3
Рабочая ширина захвата, м 6,12 7,82 11,87 14,67
Транспортная нагрузка, кН - - 31,85
Предельно допустимое тяговое сопротивление агрегата, кН 43,62 43,62 53,91
Предельно допустимое тяговое сопротивление культиваторного модуля, кН 28,22 28,22 43,93
Математические ожидания средних эксплуатационных показателей агрегата
Тяговое сопротивление, кН 28,28 32,29 42,92 49,96
Буксование, % 7,2 8,5 9,0 10,9
Рабочая скорость, м/с 3,84 3,4 2,63 2,29
Тяговая мощность, кВт 108,6 111,8 112,7 114,5
Часовая производительность, га/ч 8,46 9,56 11,22 12,11
Удельный тяговый расход топлива, г/кВт-ч 453,7 440,8 437,2 430,0
Удельный погектарный расход топлива, кг/га 5,82 5,15 4,39 4,07
Условия работы: почва - среднесуглинистый чернозем; агрофон - стерня зерновых; Уа = 1,39 м/с,
М(єо) = 0,043 с2/м2, М(ко)
= 2,98 кН/м, угп = 0,12.
Агрегат серийной компоновки (схема 1), при предельно допустимом тяговом сопротивлении 43,62 кН, ограничиваемом максимальным значением буксования (Зтах = 12%), имеет минимальную ширину захвата - 6,12 м.
Постановка семенного бункера впереди культиватора (схема 2) позволяет снизить общее тяговое сопротивление комплекса за счет снижения силы сопротивления качению семенного бункера. В итоге, при том же значении максимальной тяговой нагрузки минимальная ширина захвата составляет 7,82 м. Вследствие увеличения ширины захвата следует возрастание математических ожиданий производительно-
сти за час основного времени и снижение погектарного расхода топлива на 11,5%.
Для полунавесного варианта бункера (схема 3) при увеличении транспортной нагрузки АО наблюдается расширение диапазона тяговых усилий трактора, которые могут быть реализованы без нарушения агротехнологических требований по буксованию и рабочей скорости.
В зоне высоких тяговых нагрузок недостаток сцепного веса энергосредства компенсируется пропорциональным повышением транспортной нагрузки на его ходовую часть. С учетом взаимного ограничения тяговой и транспортной нагрузок, накладываемого агротехническими требованиями и техническими регламентами,
максимально допустимая догрузка ведущего моста трактора составляет 31,85 кН, а предельное тяговое усилие, реализуемое трактором без нарушения вышеуказанных ограничений, равно 53,91 кН и приближается к пределу, установленному максимальной загрузкой трактора по тяге. Данное сочетание рабочих нагрузок при использовании агрегата с двумя значениями ширины захвата (11,87 и 14,67 м) обеспечивает увеличение показателя производительности и соответствующее снижение расхода топлива на обработанный гектар до 25-30% по сравнению с агрегатом се-
рийной компоновки, при этом полностью удовлетворяя требованиям по нормам агротехнического воздействия на почву.
Динамика увеличения средних значений мощности на крюке и снижения удельного тягового расхода топлива для альтернативных компоновочных решений довольно незначительна и находится в пределах 3-4% по отношению к агрегату базовой компоновки.
Данные по тяговому и скоростному диапазонам работы агрегатов разной компоновочной схемы приведены в таблице 2.
Таблица 2
Рабочий диапазон скорости движения и тягового сопротивления почвообрабатывающего посевного агрегата К-701 + ПК «Кузбасс» в зависимости от принятой компоновочной схемы
Компоно- вочная схема МТА Рабочая ширина захвата ( Вр ), м Транспортная нагрузка ( АО ), кН Тяговое сопротивление РкР, кН Рабочая скорость движения Vp, м/с
Р . * кр тгп М (Ркр ) Р * кр тах Vр тгп М V) Vртах
Схема 1 6,12 - 24,07 28,28 43,62 2,64 3,84 4,34
Схема 2 7,82 - 27,89 32,29 43,62 2,64 3,40 3,90
Схема 3 11,87 31,85 35,68 42,92 53,91 2,13 2,63 3,06
14,67 41,26 49,96 53,91 2,13 2,29 2,71
Схема 3' 13,27 46,46 50,36 53,91 2,13 2,27 2,45
Условия работы те же, что и в таблице 1.
На основе проведенных расчетов (табл. 2) можно сделать выводы, что трактор при агрегатировании с комплексами, скомплектованными по схемам 1 и 2, будет работать с недогрузкой по тяге, а основные рабочие скорости будут лежать за пределами допустимых по требованиям агротехники.
Применение агрегата с компоновочной схемой 3 со значениями ширины захвата 11,87 и 14,67 м дает возможность дополнительно сузить диапазоны рабочих нагрузок и скоростей и таким образом адаптировать его к различным условиям эксплуатации (схема 3'), исключая тем самым неоправданные энергозатраты при работе на почвах с низким удельным сопротивлением.
Значение рабочей ширины захвата серийно выпускаемого посевного агрегата ПК-8,5 «Кузбасс» является несколько завышенной и при эксплуатации на 30% об-
рабатываемых площадей Алтайского края, агрегат будет иметь неудовлетворительные энергетические и агротехнические показатели.
Изменение компоновочной схемы почвообрабатывающего посевного комплекса и сочетание двух значений рабочей ширины захвата агрегата позволяют снизить непроизводительные энергозатраты, связанные с потерями на перемещение рабочей машины и буксование движителей энергосредства, а за счет обоснования рационального нагрузочного и скоростного режимов работы МТА еще и уменьшить энергоемкость обработки почвы и посева. В результате, предлагаемый агрегат имеет более высокие эксплуатационно-технологические показатели по сравнению с аналогами, скомпонованными по серийной схеме. Кроме того, снижается общее отрицательное влияние на агрофизические свойства почвы, оказывае-
мое ходовыми системами и рабочими органами машинно-тракторного агрегата, что обеспечивает сохранение ее естественной структуры и повышение урожайности возделываемых культур.
Библиографический список
1. Анилович В.Я., Водолажченко Ю.Т. Конструирование и расчет сельскохозяйственных тракторов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1976. 456 с.
2. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969. 576 с.
3. Иофинов С.А., Лышко Г.П. Эксплуатация машинно-тракторного парка. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Колос, 1984. 351 с.
4. Карпов Н.Ф. Обоснование рациональных параметров и режимов работы почвообра-
батывающего посевного комплекса: Автореф. дис. канд. техн. наук. Барнаул, 2004. 18 с.
5. Красовских В.С., Красовских Е.В., Си-ногейкин Д.В. Оценка технико-экономических показателей тяговых агрегатов // Вестник АГАУ. Барнаул: Изд-во АГАУ, 2003. № 1. С. 4-8.
6. Красовских В.С. Повышение эффективности функционирования тяговых агрегатов за счет оптимизации параметров и эксплуатационных режимов работы в степных и лесостепных районах Западной Сибири: Автореф. дис. докт. техн. наук. СПб.; Пушкин, 1991. 37 с.
7. Красовских В.С. Основы расчета параметров и режимов работы машинно-тракторных агрегатов: Учебное пособие. Новосибирск, 1982. 55 с.
8. Кутьков Г.М. Тракторы и автомобили. Теория и технологические свойства. М.: Колос, 2004. 504 с.
УДК 654.924 А.В. ГАЛКОВ,
А.Г. ЯКУНИН
К ВОПРОСУ О РАЗРАБОТКЕ АДАПТИВНЫХ ОХРАННЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ЕМКОСТНЫХ ДАТЧИКОВ
В настоящее время все большее число людей приходит к выводу, что усилий только государственных правоохранительных органов для решения такой проблемы, как охрана и обеспечение безопасности собственности, явно недостаточно. Многие частные лица для защиты своей собственности прибегают к охранным сигнализациям, не говоря уже об организациях, подавляющее большинство которых используют охранные системы.
Проблема проектирования и разработки надежных и недорогих систем охранной сигнализации стоит как никогда остро. Работы в этом направлении с переменным успехом ведутся как отечественными, так и зарубежными специалистами, и в настоящее время на рынке присутствует множество предложений охранных систем, основанных на различных физических принципах обнаружения нарушителя, которые подробно описаны в литературе [1, 2].
Основным критерием построения любой охранной системы является вероятность достоверного обнаружения несанкционированного доступа на охраняемый объект. Основной проблемой, возникающей при этом, является возможность ложных срабатываний, обусловленная зависимостью функционирования системы от внешних факторов, которые условно подразделяются на климатические, техногенные и биологические. Уменьшение вероятности ложных срабатываний вызывает усложнение охранной системы, что ведет к увеличению её стоимости и уменьшению надежности, в смысле увеличения вероятности выхода охранной системы из строя. Кроме того, уменьшение вероятности ложных срабатываний обычно вызывает уменьшение вероятности достоверного обнаружения нарушителя.
