Технико-экономические показатели машинно-тракторных агрегатов
При определении состава машинно-тракторного агрегата необходимо исходить из того, чтобы он отвечал следующим требованиям:
Машинно-тракторный агрегат должен обеспечивать выполнение заданных агротехнических требований;
Мощность энергетической машины, приводящей в движение агрегат и рабочие органы сельскохозяйственных орудий, должна обеспечить его устойчивую работу.
При подборе типов и марок сельскохозяйственных машин необходимо учитывать их технологическую взаимосвязь. Так, например, выбор типа или марки культиватора для междурядной обработки определяется типом сеялки и параметрами образуемых междурядий.
К основным технико-экономическим показателям машинно-тракторных агрегатов относятся: производительность агрегата на выполняемой операции; прямые производственные затраты, связанные с работой машинно-тракторного агрегата; затраты труда.
Для более детальной характеристики агрегата используется также ряд других показателей: расход эксплуатационных материалов, затраты механической энергии и др.
Производительность машинно-тракторных агрегатов определяется факторами четырех типов: конструктивными, эксплуатационными, природно-климатическими, организационно-технологическими.
К первому типу факторов относятся: ширина захвата, мощность двигателя, размер агрегата. К эксплуатационным факторам относят-
ся: скорость движения, тяговые мощность, усилие, сопротивление, затраты времени на техническое обслуживание в течении смены. К природно-климатическим факторам относятся: тип и удельное сопротивление почв, ее влажность, агрофон, рельеф местности, размеры и конфигурация полей. К организационно-технологическим факторам относятся: технология выполнения и организация производственного процесса, квалификация механизаторов.
Состав агрегата, его максимально допустимая ширина захвата определяют исходя из соотношения тягового усилия, развиваемого машиной, и тягового сопротивления машинно-тракторного агрегата.
Тяговое сопротивление машинно-тракторного агрегата (кг) определяется по общепринятой методике.
Эффективность каждой технологии нами оценена по величине затрат совокупной энергии на выполнение всего планируемого объема механизированных работ. Целевая функция имеет вид:
 , (3.4)
где Ез – затраты совокупной энергии на реализацию технологии уборки зерновых, МДж/т;
 – затраты энергии, соответственно, на перекатывание, холостой ход, технологических процесс работы, МДж/т;
ЕМУПА – затраты энергии МУПА на изготовление, использование, техническое обслуживание и ремонт агрегата, МДж/т;
ЕНП, ЕП, ЕТЛ – затраты энергии МУПА на изготовление, использование, техническое обслуживание и ремонт агрегата, для транспортировки вороха на стационар, на посев и работу технологической линии, МДж/т.
По этому критерию выбирается технология, машина, комплекс машин, система машин.
В Приложении 1 представлена блок-схема алгоритма оптимизации параметров и режимов работы машин, входящих в уборочно-транспортный процесс на заготовление зерна пшеницы. Уборочное звено представлено многофункциональным агрегатом в составе: прицепной зерноуборочный комбайн, колесный трактор 4х4; зерновая сеялка прямого посева рапса; агрегатируемая вместе с комбайном.
Лекция № 4
УСЛОВИЯ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН, АГРЕГАТОВ И РАБОЧИХ ОРГАНОВ
План лекции
4.1 Общие положения
4.2 Определение условий испытаний почвообрабатывающих машин
4.3 К исследованию условий работы зерновых сеялок
4.4 Влияние природно-климатических факторов на работу машин
4.1 Общие положения
Сельскохозяйственные машины, агрегаты и рабочие органы работают в самых различных условиях, которые определяются природно-экономическими зонами регионов, типом почв, осадками, температурным режимом, урожайностью сельхозкультур, рельефом полей и др. Изучение условий функционирования машин и рабочих органов помогает установить закономерности показателей их работы в конкретных условиях и использовать их для дальнейшего повышения качества работы, производительности и снижения всех видов затрат (энергетических, трудовых, эксплуатационных). Все мобильные сельскохозяйственные операции выполняются в условиях нестабильности высших факторов, что в значительной степени определяет условия работы машин. Сложность процессов и явлений, связанных с организацией работы машин обусловлена устройством сельхозмашин, их огромным разнообразием и многочисленностью, сложностью и изменчивостью условий, в которых они работают, многообразием и сложностью производственных процессов, в которых участвуют машины.
Условия функционирования машин определяются природно-климатическими и организационно-технологическими факторами. К природно-климатическим факторам относятся: тип и удельное сопротивление почв, ее влажность, агрофон, рельеф местности и конфигурация полей. Организационно-технологические факторы
включают: технологическую организацию выполнения производственного процесса, квалификацию механизаторов.
Представляют интерес так называемые эталонные условия работы машинно-тракторных агрегатов (МТА).
В качестве эталонных единиц приняты условные тракторы ТЭ-100 (близкий по параметрам к трактору ДТ-75Д), ТЭ-150 (близкий по параметрам к трактору Т-150-05-09), зерноуборочные комбайны «Нива-Эффект» и «Vector-410), кормоуборочные – КСК-100А-Б и «Дон0680М».
Из перечисленных первые эталонные образцы соответствуют средней мощности и наиболее типичному современному техническому уровню, что позволяет рекомендовать их для проведения расчетов до 2012 г. Вторые эталонные образцы приведены как наиболее соответствующие среднему техническому уровню в ближайшей перспективе и рекомендуются для проведения расчетов после 2012 г.
Для тракторов в качестве эталонного показателя принята производительность пахотного агрегата в час сменного времени в эталонных условиях: площадь поля 50 га, глубина обработки 22-24 см, удельное сопротивление почвы в зависимости от рабочей скорости, базовое значение (55 кПа) при скорости 8 км/ч, коэффициент прироста сопротивления 3,5% на 1 км/ч, длина гона 800 м, фон – стерня по ГОСТ 7057-81, среднее расстояние переезда 5 км.
Классификационные диапазоны тягово-мощностных показателей и технического уровня тракторов, влияющих на эталонный показатель, учитывают эксплуатационную массу, эксплуатационную мощность двигателя, тип трансмиссии, тип движителя, особенность кинематики поворота, расположение поста управления, степень автоматизации управления трактором, приспособленность двигателя к преодолению динамических колебаний сопротивления.
При компьютерном моделировании работы пахотного агрегата его режим определялся положением точки максимального тягового кпд на тяговой характеристике с учетом агротехнического ограничения рабочей скорости 11 км/ч.
Трактор ТЭ-100 – гусеничный, эксплуатационная мощность 73,5 кВт, ширина захвата пахотного агрегата 2,24 м, коэффициент
использования времени смены 0,77, производительность в час сменного времени 1,12 га.
Трактор ТЭ-150 – гусеничный, эксплуатационная мощность 110,3 кВт, ширина захвата пахотного агрегата 2,59 м, коэффициент использования времени смены 0,72, производительность в час сменного времени 1,5 га.
Для зерноуборочных комбайнов в качестве эталонной технологической операции принята прямая уборка зерновых колосовых культур.
Зерноуборочной комбайн «Нива-Эффект»: ширина захвата 4,1-6 м, пропускная способность 5,6 кг/с, мощность двигателя 107 кВт, диаметр барабана 600 мм, вместимость бункера 3 м3, масса (без жатки) 6637 кг.
Зерноуборочный комбайн «Vector -410» ширина захвата 5-8,6 м, пропускная способность 7,7 кг/с, мощность двигателя 154 кВт, диа-метр барабана 800 мм, вместимость бункера 6 м3, масса (без жатки) 9500 кг.
В качестве эталонной технологической операции для кормоуборочных комбайнов принята уборка силосных культур.
Кормоуборочный комбайн KCK-100A-Б: мощность двигателя 147 кВт, производительность в час основного времени 80 т, удельная мощность на единицу пропускной способности 2,1 кВт/т/ч, пропускная способность до 25 кг/с.
Кормоуборочный комбайн «Дон-680М»: мощность двигателя 213 кВт, производительность в час основного времени 109 т.
В основу разработки условных коэффициентов положены типовые нормы выработки на сельскохозяйственные механизированные работы в сельскохозяйственных организациях с учетом природных условий эксплуатации факторов и комбайнов в хозяйствах различных агрозон России.
Условные коэффициенты отражают не только технико-эксплуатационные показатели машин, но и служат главным элементом в определении потребности в технике.
Условные коэффициенты отражают эталонный по структуре и количественному составу парк тракторов, зерноуборочных и кормоуборочных комбайнов, обеспечивающий выполнение всего соответствующего годового объема механизированных работ, преду
смотренного технологией сельскохозяйственного производства и оптимальные сроки с учетом зональных условий.
Коэффициенты перевода физических единиц тракторов, зерноуборочных и кормоуборочных комбайнов в эталонные представлены в Приложении 1-4. Приведенные в них коэффициенты перевода тракторов для тяговых классов с учетом диапазонов эксплуатационной массы и эксплуатационной мощности следует применять для усредненной оценки состояния и перспектив развития тракторного парка в агрозонах, а также в случае наличия на рынке моделей факторов, не представленных в приложении 2.
Для моделей тракторов, зерноуборочных и кормоуборочных комбайнов, по которым условные коэффициенты не определены, но имеются нормы выработки, производится расчет коэффициентов для перевода фактической техники в эталонные единицы с учетом этих норм и имеющихся условных коэффициентов у машин-аналогов.
По колесным и гусеничным тракторам даются их характеристика и по каждому типу усредненный коэффициент. В характеристику тракторов входят тяговый класс, эксплуатационная масса – в кг, мощность – в кBт (л.с.).
4.2 Определение условий испытаний почвообрабатывающих машин
1. Для проведения испытаний машин должен быть подобран типичный для зоны участок, размеры которого должны обеспечить проведение работ на всех запланированных режимах.
2. Тип почвы, название по механическому составу, характеристику засоленности почвы берет из почвенной карты хозяйства или района, где проводят испытания (табл. 4.1, 4.2)
3. Влажность, твердость почвы, высоту и массу растительных и пожнивных остатков, рельеф и микрорельеф поля, характеристику дернового покрова определяют по ГОСТ 20915.
4. Предшествующую обработку почвы (последний вид сельскохозяйственных работ на данном участке) берут их технологической карты хозяйства.
5. Содержание эрозионно-опасных частиц почвы в слое от 0 до 5 см определяют по пробам, отобранным в пяти точках до и после прохода агрегата расположенных по диагонали участка. Масса каждой пробы должна быть не менее 1 кг. Пробы в лабораторных условиях доводят до воздушно-сухого состояния (рассыпают слоем не более 2 см и сушат), затем просеивают через решето диаметром отверстий 1 мм. Массу фракции – проход решета диаметром 1 мм – взвешивают с погрешностью ± 10 г.
Содержание эрозионно-опасных частиц Пэ, %, вычисляют по формуле:
 , (4.1)
где  – масса эрозионно-опасных частиц, г;
 – общая масса пробы, г.
6. Засоренность почвы камнями определяют на пяти учетных площадках размером 1х1 м, расположенных по диагонали участка. Почву на этих площадках перекапывают на глубину обработки, извлекают и учитывают все камни размером более 30 мм. Измерение проводят линейкой по наибольшему поперечнику камня и вычисляют средний диаметр камня и их число на 1 м2. Погрешность измерений ± 1 мм. Результаты записывают в форму (табл. 4.1).
7. Данные по характеристике участка при агротехнической оценке, после обработки записывают в формы.
Таблица 4.1 – Характеристика условий при испытании плугов плантажных, машин и орудий для ярусной обработки почвы и для обработки солонцовых почв при агротехнической оценке
Наименование показателя
|
Значение показателя
|
Дата
|
|
Место испытаний
|
|
Тип почвы и название по механическому составу
|
|
Рельеф
|
|
Микрорельеф
|
|
Продолжение таблицы 4.1
Название и мощность генетических горизонтов:
- надсолонцовый
- солонцовый
- подсолонцовый
|
|
Структура солонцового горизонта (столбчатая, ореховая, глыбистая)
|
|
Глубина засоления, см
|
|
Степень засоления, %
|
|
Влажность почвы, %, в слоях, см:
от 0 до 10 включ.
св. 10 » 20 »
» 20 » 30 »
» 30 » 40 » *
» 40 » 50 » *
» 50 » 60 » *
» 60 » 70 » *
|
|
Твердость почвы, Мпа, в слоях, см:
от 0 до 10 включ.
св. 10 » 20 »
» 20 » 30 »
» 30 » 40 » *
» 40 » 50 » *
» 50 » 60 » *
» 60 » 70 » *
|
|
Масса растительных и пожнивных остатков на 1 м2, г
|
|
Высота (длина) растительных и пожнивных остатков, см
|
|
Предшествующая обработка почвы
|
|
* Определяют при испытании плантажных плугов
|
|
4.3 К исследованию условий работы зерновых сеялок
Известные конструкции рабочих органов зерновых сеялок, заделывающих семена риса на небольшую глубину (1…2 см), не всегда отвечают требованиям агротехники. Чтобы создать рабочий орган, удовлетворяющий указанным требованиям, необходимо тща-
тельно исследовать условия его работы, регистрировать, накапливать и систематизировать эти сведения.
Для исследования семязаделывающего рабочего органа сеялки составлена программа и разработана методика экспериментальных исследований, в задачу которых входят изучение условий работы посевного агрегата (неровности поверхности поля, подготовленного под посев, технологические свойства почвы) и разработка лабораторно-полевой установки.
К особенностям поверхности рисового чека относится случайное, неустановившееся расположение неровностей, совокупности которых и составляет его микропрофиль. Известны многие методы замеров неровностей поверхности. Из них приемлемо определение с помощью лабораторно-полевой установки, разработанной ЛСХИ. Установка (рис. 4.1) состоит из опорной поверхности 6 длиной 6 м, на которой установлен потенциометр КСП-4 1. С помощью потенциометра на перфоленте записываются неровности поверхности чеков и продольная твердость почвы по сигналам, подаваемым соответственно измерительным колесом 2 и тензометрической балкой 3 с проволочными тензодатчиками, сопротивление которых R=200 Ом. Потенциометр питается от электрогенератора 4 мощностью 1 кВт, встроенного в двигатель 5 воздушного охлаждения.
Рисунок 4.1 – Схема лабораторно-полевой установки
Чтобы получить сигнал деформации на вход потенциометра КСП-4 без предварительного усиления, в каждом плече моста имеется два активных (R1 и R4) и два компенсационных (R2 и R3) тензодатчика сопротивлением по 200 ОМ. При измерении напряжения
изгиба тензорезисторы располагают таким образом, чтобы исключить растягивающие и сжимающие напряжения. С учетом чувствительности пассивных тензорезисторов определяют сигнал на выходе моста.
Адаптирование машин УТК учитывает факторы природных и организационных условий, требований к выполняемым работам, а также к составу и способам использования технических средств и технологий. Кроме того, адаптация к природным и организационным условиям предусматривает многовариантность технологических схем машин и оптимизацию эксплуатационно-технологических параметров в зависимости от условий работы. Под многовариантностью технологических схем машин при уборке зерновых колосовых имеется в виду компоновка многофункционального агрегата очесывающим адаптером или сплошного среза, почвообрабатывающим орудием, или сеялкой прямого посева, с выгрузкой вороха в бункер или сопровождающий транспорт и т. д. В зависимости от условий уборки (засоренность, высота, полеглость, урожайность, равномерность созревания (таблица 4.2) определяется способ уборки.
Среднестатистические значения показателей работы зерноуборочных комбайнов в зоне деятельности РосНИИТиМ отражает характерные их условия на подавляющем большинстве уборочных площадей озимой пшеницы в Краснодарском крае. Поскольку УПА одновременно выполняет лущение стерни важным показателем при этом является твердость почвы, доходящая до 3,7 МПа, что затрудняет качество рыхления и заделки соломы. В этом случае лучше агрегатировать с комбайном дискатор БДТМ-7х2.
Основные конструктивные факторы – это геометрические формы рабочих органов, масса и габариты машин, используемые для изготовления машин, материалы и др. При этом на тяговое сопротивление наиболее существенно влияют геометрические формы, которые определяют характер взаимодействия рабочих органов с обрабатываемым материалом.
Таблица 4.2 – Статистические данные значений показателей условий работы зерноуборочных комбайнов
Показатель
|
Среднее арифмет. значение
|
σ, ±
|
ν, %
|
Интервал варьирования
|
Влажность почвы в слое 0–10 см, %
|
19,44
|
4,78
|
24,6
|
10,1–26,2
|
Твердость почвы в слое 0–10 см, МПа
|
1,71
|
0,84
|
49,3
|
0,6–3,7
|
Засоренность посевов, %
|
6,1
|
3,5
|
56,8
|
0–20,9
|
Полеглость растений, %
|
17,9
|
19,6
|
1092
|
0–72,5
|
Урожайность зерна, т/га
|
5,84
|
0,85
|
14,6
|
5,1–8,0
|
Отношение массы зерна к массе соломы над фактической высотой среза
|
1:1 (вероятность 70 %)
(1:0,08)-(1:1,1)
|
Масса 1000 зерен, г
|
39,3
|
0,67
|
1,7
|
33,3–40,0
|
Влажность, %
- зерна
- соломы
|
12,1
38,8
|
1,44
18,2
|
11,9
46,9
|
9,8–14,1
17,9–71,8
|
Высота растений, см
|
87
|
10,6
|
12,2
|
70,3–100,5
|
Высота стерни, см
|
14,3
|
4,51
|
31,5
|
8–22
|
Масса стерни, г/м2
|
368,0
|
21,4
|
5,8
|
300–400
|
Рельеф
|
Ровный
|
Микрорельеф
|
Выровненный
|
Тип почвы и название по механическому составу
|
Предкавказский карбонатный среднесуглинистый чернозем
|
|
