Майже два століття минуло від того часу, коли людство винайшло плуг. Проте, як показує практика, ефективно застосовувати його воно так і не навчилося. Причина цього полягає в тому, що один і той самий плуг в однаковх ґрунтових умовах і за однакової ширини захвату й робочої швидкості руху за використання з різними тракторами може мати (і, як правило, має) різний тяговий опір. Такий результат зумовлено близькими значеннями ширини захвату цього ґрунтообробного знаряддя й шириною ходової системи використовуваного енергетичного засобу. Зазвичай машина/знаряддя, конструктивна ширина захвату якої більша за ширину ходової системи трактора у 1,5 раза і більше, приєднується до нього симетрично. За близьких значень цих параметрів плуг досить часто агрегатується з тяговим засобом асиметрично.
Нині використовують два варіанти навісного (як найбільш розповсюдженого) орного машинно-тракторного агрегата (МТА). Згідно з першим, рушії одного з бортів трактора (як правило, правого) в агрегаті з плугом переміщуються в борозні (рис. 1). За другим варіантом плуг приєднується до трактора так, що рушії останнього рухаються поза борозною (рис. 2). Кожний із варіантів орного МТА має недоліки й переваги, предметний аналіз яких через їхню достатність вивченості не передбачено у цій статті. Натомість ретельніше розглянемо особливості й умови правильного агрегатування плуга за кожним із них.
Варіанти приєднання плуга
На наведених вище рисунках показно приєднання плуга до енергетичного засобу за налаштування його заднього навісного механізму (ЗНМ) за двоточковою схемою. Одна із цих точок (S) є геометричним місцем перетину нижніх тяг ЗНМ трактора. Друга точка розташована в місці приєднання центральної тяги заднього навісного механізму трактора до його рами. За правильного агрегатування плуга ці точки мають бути в одній поздовжньо-вертикальній площині й бажано (як на рис. 1 і 2) на одній вертикальній осі.
Рис. 1. Схема орного агрегата за умови руху трактора в борозні
Крім двоточкової розповсюдженою є триточкова схема налаштування ЗНМ трактора. На мій погляд, їй слід віддавати перевагу.
До поздовжньої осі симетрії трактора X-X точка S як реальна точка приєднання до нього плуга в принципі може бути в трьох положеннях. А саме: (1) бути правіше від осі Х-Х на відстані D (як на рис. 1 і 2); (2) бути на осі симетрії трактора; (3) бути лівіше від цієї осі на відстані D. Перше і третє положення точки S є небажаними. В обох випадках сила опору плуга (позначимо її як Pкр) на плечі D створюватиме небажаний розворотний момент М = Ркр х D. За умови правостороннього розміщення точки S він намагатиметься розвернути трактор за годинниковою стрілкою. Саме це часто бачимо в польових умовах.
За умови лівостороннього положення точка S — розворотний момент М намагатиметься повернути трактор проти ходу годинниковою стрілки. У варіанті симетричного приєднання плуга (тобто коли D = 0) розворотний момент від дії сили тягового опору плуга зникає. Але це відбувається тільки тоді, коли між поздовжніми осями симетрії орного знаряддя (вісь Y-Y) і трактора (вісь Х-Х) відсутній кут у горизонтальній площині.
На практиці такий кут завжди є, оскільки плуг і трактор постійно повертається вліво/вправо один до одного. Через це тяговий опір плуга проявляється у вигляді двох складових: поздовжньої й поперечної. І якщо за симетричного приєднання орного знаряддя до трактора (коли D = 0) поздовжня складова тягового опору плуга не створює розвортного моменту, то поперечна складова це робить. До речі, зменшити (але не до нуля) розворотний момент від дії поперечної складової тягового опору плуга можна застосуванням триточкової схеми ЗНМ трактора. А от зведення до нуля цього моменту можливе тільки за застосування так званого «маятникового» причіпного пристрою. На жаль, конструкцією сучасних тракторів вони практично не передбачені.
Рис. 2. Схема орного агрегата за умови руху трактора поза борозною
З викладеного вище випливає висновок, що оптимальне приєднання плуга до трактора може бути за умови D = 0. За руху трактора поза борозною (рис. 2) цю умову описує таке досить просте рівняння:
D = (B + b + 2A – L – 2C)/2 = 0 (1)
У цьому виразі: В — колія трактора, b — ширина шини задніх коліс енергетичного засобу, А — відстань від крайки шини заднього колеса трактора до стінки борозни, L — відстань між приєднувальними бугелями плугами, С — відстань від правого приєднувального бугеля плуга до кінця лемеша його переднього корпусу. У варіанті руху трактора правими колесами у борозні (рис. 1) умова симетричного приєднання плуга описується ще простішим рівнянням:
D = (B – b – L – 2C)/2 = 0 (2)
Переміщення бугелів
У процесі формування орного МТА умови (1) і (2) можна досягти шляхом підбору параметрів B, A, L i C. Але тут існують проблеми. По-перше, колія багатьох сучасних тракторів змінюється ступінчасто. І часто це заважає розв’язати обговорюване нами завдання. По-друге, конструкція плуга має передбачати можливість поперечного переміщення приєднувальних бугелів (рис. 3).
Рис. 3. Приєднувальний бугель плуга
На жаль, у багатьох плугів такої опції немає. А це, своєю чергою, не дозволяє здійснити правильний вибір параметрів L та С (рис. 1 і 2) і забезпечити тим самим симетричне приєднання орного знаряддя до трактора. Щодо параметра А, тобто відстані від крайки шини заднього колеса трактора до стінки борозни, то методика його вибору така. На механічно слабких ґрунтах величину А рекомендується брати рівною глибині оранки. На думку науковців, це запобігає руйнуванню стінки борозни під час руху орного машинно-тракторного агрегата.
За результатами досліджень автора цієї статті в ґрунтових умовах Півдня України величина параметра А має бути такою, яка б унеможливлювала сповзання коліс правого борту трактора у борозну. Для цього, як свідчить багаторічна практика, значення величини А достатньо витримувати в межах 10–12 см.
Слід наголосити, що симетричне приєднання плуга до трактора — не єдина і не основна проблема ефективного агрегатування цього ґрунтообробного знаряддя. Важливішим є завдання, розв’язання якого мало хто знає і розуміє. Річ у тому, що всі сили, які діють на плуг у горизонтальній площині, умовно можна сконцентрувати в одній точці, яку заведено називати центром опору. Ефективність агрегатування плуга суттєво залежить від місця розташування цього «центра» в горизонтальній площині до поздовжньої осі Y-Y, яка проходить через точку S приєднання орного знаряддя до трактора (рис. 1, 2).
До вказаної осі Y-Y «центр опору» плуга може займати теж три положення: (1) бути правіше від неї (т. 1, рис. 1); (2) лівіше від цієї осі (т. 2, рис. 1); (3) розташовуватися на самій осі Y-Y.
За умови правостороннього розміщення центра опору плуга до осі Y-Y (тобто у т. 1, рис. 1) силу тяги трактора F можна зобразити у вигляді двох складових: поздовжньої F1 і поперечної P1. Перша із цих складових виконує корисну роботу, переміщуючи плуг у поздовжньому (робочому) напрямку. Друга складова (тобто сила Р1) є контрпродуктивною, бо намагається додатково притиснути плуг до стінки борозни. Як показали дослідження, сила тертя польових дощок орного знаряддя об ґрунт збільшується на 15–20%. У підсумку правостороннє поперечне зміщення центра опору плуга призводить до небажаного зростання його тягового опору, збільшення буксування рушіїв трактора і відповідного зростання питомих витрат пального за одночасного зменшення продуктивності роботи орного агрегата.
Коли центр опору плуга розташовано на осі Y-Y (рис. 1), то додаткове притискання плуга до стінки борозни практично відсутнє. Водночас таке положення центра опору орного знаряддя є тимчасовим і нестійким. Адже, як уже наголошувалося вище, між віссю Y-Y і поздовжньою віссю симетрії трактора X-X практично завжди є кут. Через це центр опору плуга займає коливальне положення, переважно знаходячись або правіше, або лівіше від осі X-X.
Можливості розміщення центра опору
Проаналізуємо варіант розміщення центра опору плуга лівіше до осі плуга Y-Y (т. 2, рис. 1). У цьому разі тягова сила трактора F теж розкладається на дві складові. Перша з них (F2) здійснює поздовжнє переміщення плуга, а друга (Р2) намагається відштовхнути плуг від стінки борозни. Сила Р2 здійснює корисну роботу, бо завдяки її дії зменшується сила тертя польових дощок плуга об ґрунт. Завдяки цьому тяговий опір плуга, буксування рушіїв трактора і питомі витрати пального орним МТА зменшуються приблизно на ті самі 15–20%.
З огляду на це за лівостороннього поперечного зміщення центра опору плуга всі його польові дошки, окрім останньої, можна знімати (рис. 4).
Рис. 4. Вигляд плуга з польовою дошкою на його останньому копусі
Як показують результати наших досліджень, стійкість руху плуга в горизонтальній площині не погіршується, а от витрати пального орним агрегатом зменшуються. Таким чином, найефективніше використання плуга можливе за лівостороннього поперечного зміщення його центра опору до поздовжньої осі симетрії трактора. За руху трактора поза борозною (рис. 2) досягти цього можна за умови:
bk х (n + 1) ≥ L + 2C (3)
де bk — ширина захвату одного корпуса плуга, а n — кількість цих корпусів.
У варіанті руху трактора рушіями в борозні (рис. 1) умова (3) є іншою:
bk х (n – 1) ≥ L + 2C (4)
Дотриматися цих умов можна підбором параметрів L і С. Про негаразди, пов’язані із цим вибором, ми уже говорили вище.
Якщо порівнювати між собою умови (1) і (2) — з одного боку, і (3) та (4) — з іншого, то більш визначальними є дві останні. Невиконання умов (1) і (2) призводить до появи розглянутого вище розворотного моменту M = Ркр х D. Тяговий опір плуга й зумовлені ним тягово-енергетичні показники орного МТА суттєво не змінюються. Натомість недотримання умов (3) і (4) призводить до суттєвого погіршення саме тягово-енергетичних показників орного агрегата, що є вкрай небажаним.
З огляду на це методика правильного приєднання плуга до трактора полягає в такому:
• з технічного паспорта обраної марки трактора визначають його колію (В) і ширину шин задніх коліс (b);
• для обраного плуга установлюють: ширину захвату корпуса (bk), кількість корпусів (n), відстань між приєднувальними бугелями (L) і параметр С. Значення останнього вимірюють для обох передбачуваних варіантів налагодження орного МТА (рис. 1 і 2);
• оцінюють можливість виконання вимог (1), (2), (3) і (4);
• у разі неповного виконання або невиконання цих вимог обирають компромісний варіант, віддаючи перевагу умовам (3) і (4).
Для кращого розуміння викладеного продемонструємо застосування ції методики на конкретному прикладі. Розглянемо досить розповсюджені на теренах України вітчизняний трактор серії ХТЗ-170 і навісний плуг ПЛН-5-35. Колія коліс такого енергетичного засобу є незмінною й становить 1860 мм (тобто В = 1,86 м). ХТЗ-170 обладнано шинами 23,1R26. Перша цифра означає ширину шини, а друга — її посадковий діаметр у дюймах. Оскільки один дюйм становить 25,4 мм, то наразі находимо, що ширина шин трактора ХТЗ-170 становить майже 590 мм (тобто b = 0,59 м).
Параметри плуга ПЛН-5-35 є такими: n = 5; bk = 0,35 м. Відстань L є практично незмінною й рівною 0,90 м. Значення параметра С вибирається з наступних логічних міркувань. Оскільки ширина захвату корпуса плуга ПЛН-5-35 становить 0,35 м, а ширина шини трактора ХТЗ-170 дорівнює 0,59 м, то рух останнього своїми колесами в борозні технічно можливий, а от технологічно — із-за цілком зрозумілих причин — категорично ні.
Для варіанта руху цього трактора поза борозною параметр С для плуга ПЛН-5-35 становить 0,75 м. До речі, в останніх варіантах конструкції цих плугів цей параметр, на жаль, є теж технічно незмінним. Щодо величини параметра А, то її беремо рівною 0,10 м. За таких вихідних даних спочатку перевіряємо виконання умови (3). Наразі маємо bk = 0,35 х (5 + 1) = 2,10 м, що є меншим за L + 2 х С = 0,90 +2 х 0,75 = 2,40 м. Тобто, умова (3) не виконується. Через таке приєднання плуга ПЛН-5-35 до трактора ХТЗ-170 центр опору орного знаряддя буде зміщено в поперечному напрямку вправо до осі Y-Y (рис. 2) на величину 2,40 – 2,10 = 0,30 м. Унаслідок цього його тяговий опір стане суттєво більшим з усіма негативними наслідками, що випливають звідси.
Перевірка умови (1) показує, що за такого приєднання розглядуваного плуга до ХТЗ-170 величина D = (1,86 + 0,59 + 2 х 0,10 – 0,90 – 2 х 0,75) ÷ 2 = 0,125 м. Тобто замість симетричного маємо асиметричне агрегатування орного знаряддя. Як уже наголошували вище, це призведе до того, що сила тягового опору плуга (на рівні 30–35 кН) на плечі 0,125 м створить постійний розворотний момент, який намагатиметься повернути трактор за годинниковою стрілкою (тобто в напрямку до зораної частини поля). Усе це вказує на те, що розглянуте приєднання плуга ПЛН-5-35 до трактора ХТЗ-170 є неефективним. Слід додати, що трактор Т-150К, який мав вужчі на 4,5 см шини й колія коліс якого становила 1,68 м проти 1,86 м у ХТЗ-170, краще агрегатувався з розглядуваним плугом. В агрегаті з ним плуг ПЛН-5-35 хоч і мав правостороннє поперечне зміщення центра опору на рівні 0,30 м, але міг приєднувався до трактора практично симетрично.
Практичні дослідження
У Tаврійському ДАТУ ім. Дмитра Моторного (м. Мелітополь) трактор серії ХТЗ-170, обладнано шинами 16,9R38, ширина яких дорівнює 0,43 м. Це дозволяє налаштовувати енергетичний засіб із плугом ПЛН-5-35 для руху правими колесами в борозні. Хоча найкраще для цього придатний плуг, ширина захвату корпусів якого становить 0,40–0,45 м. На рамі плуга ПЛН-5-35 його приєднувальні бугелі переставили так, щоб параметр С (рис. 1) становив 0,25 м. У цьому разі згідно з умовою (4) отримуємо bk = 0,35 х (5-1) = 1,40 м. Це точно відповідає величині L +2 х C = 0,90 + 2 х 0,25 = 1,40 м. У підсумку виконання умови (4) досягнуто.
Далі оцінимо величину параметра D. Згідно з виразом (2) D = (1,86 – 0,43 – 0,90 – 2 х 0,25) ÷ 2 = 0,015 м (тобто 1,5 см). Виходить, що за умовами (2) і (4) плуг ПЛН-5-35 зі зміщеними бугелями можна приєднати до трактора серії ХТЗ-170, обладнаного шинами 16,9R38 практично симетрично.
Випробування орного МТА такого складу (рис. 5) здійснювали на агрофоні, вологість ґрунту якого в шарі 0–25 см становила 18,1%. Плуг ПЛН-5-35 був відрегульований на глибину оранки 25 см. Орний агрегат рухався зі швидкістю 2,3–2,5 м/с. Його робоча ширина захвату становила 1,76 м. Реальне середнє значення глибини оранки змінювалась у межах 24,50±0,30 см. Середнє квадратичне відхилення цього показника (+/-1,7 см) не перевищувало агротехнічно допустиме (±2 см).
Рис. 5. Орний МТА на основі ХТЗ-170 із шинами 16,9 × 38
Продуктивність дослідного агрегата за 1 год основного часу в середньому становила 1,5 га. Буксування рушіїв трактора не перевищувало 11%. Питомі витрати пального були на рівні 14,5 кг/га.
Водночас за використання на одному й тому самому полі трактора ХТЗ-170 зі штатними шинами 23,1R26 і плугом ПЛН-5-35 без переобладнання питомі витрати пального цим орним МТА були на рівні 17,1 кг/га. Тобто майже на 18% більшими. Цей факт однозначно свідчить на користь застосування на практиці викладеної у цій статті методики правильного приєднання плуга до колісного трактора.
Володимир НАДИКТО, член-кореспондент НААН України
Таврійський ДАУ імені Дмитра Моторного
