Трактор їде у завтра

/ Механізація АПК / П'ятниця, 13 вересня 2013 10:20
Анатолій ЛЕБЕДЄВпрофесор, доктор техн. наук
Микола МАКАРЕНКОдоцент
Харківський національний технічний університет сільського господарства ім. П. Василенка
Як при меншій вазі трактора отримати кращі зчіпні якості рушіїв? Відповідь дає інженерна думка, що враховує розвиток технологій сільськогосподарського виробництва і машинно-тракторних агрегатів (МТА) в цілому.

 

Ринок пропонує безліч моделей тракторів різних конструкцій. Яку техніку вибрати? Таку як у сусіда? А якщо він помилився? Із розширенням кількості пропозицій збільшується й шанс придбати новий трактор, який не буде відповідати концепції машиновикористання і, відповідно, не впишеться у майбутні перспективні технології. З метою передбачення потреб завтрашнього дня нині гостро стоїть питання прогнозування напрямів розвитку техніки і технології сільськогосподарського виробництва.
 
Агрегат важчий за тягач?
Перспективу розвитку технічної концепції сільськогосподарського трактора слід прогнозувати, грунтуючись насамперед на розвитку технологій сільськогосподарського виробництва і машинно-тракторних агрегатів (МТА) загалом.
 
altНа першому етапі застосування трактора співвідношення між енергетичною (трактор) і технологічною (сільськогосподарська машина) частинами машинно-тракторного агрегату характеризувалося значно більшою масою трактора. По мірі розвитку технологій вирощування сільськогосподарських культур, підвищення маси технологічної частини МТА (плуга, борони, сівалки тощо) випереджає підвищення маси трактора. Із застосуванням комбінованих агрегатів маса технологічної частини агрегату, що навішується на трактор, зрівнюється із масою енергетичної. Екстраполюючи цю залежність, можна припустити, що в майбутньому маса технологічної частини агрегату буде перевершувати масу енергетичної.
 
Аналіз технологічних і агротехнічних факторів, що визначають концепцію трактора, показує, що їх вимоги суперечливі, тому прагнення підвищити одні властивості призводить до зниження інших. Так, основні вимоги - підвищення продуктивності й енергооснащеності МТА, скорочення кількості механізаторів - можуть бути реалізовані тільки в результаті підвищення потужності двигуна й збільшення сили тяги, а це вимагає підвищення ваги трактора. Хімізація технологічних процесів, застосування начіпних комбінованих агрегатів, які одночасно виконують кілька операцій, також ведуть до підвищення ваги агрегату і, відповідно, до збільшення навантаження на колеса трактора.
 
Агротехнічні вимоги до ходових частин мобільних сільськогосподарських агрегатів полягають насамперед у зниженні тиску рушіїв на ґрунт, застосуванні вузьких ходових систем, що добре вписуються у міжряддя просапних культур, у зменшенні числа проходів по полю.
 
Протиріччя вимог агротехніки та розвитку функціональних властивостей трактора тягової концепції досягло критичного стану та створює об'єктивні труднощі надалі при вдосконаленні їх параметрів, оскільки практично дуже складно поступитися одними вимогами на користь інших. Це можна проілюструвати наступними прикладами.
 
Гранична сумарна вантажопідйомність чотирьох шин, що вписуються у міжряддя просапних культур, відповідає приблизно 60…70 кН при агротехнічно припустимому тиску повітря у них 0,1 МПа. Тоді як експлуатаційна вага універсально-просапних тракторів із двигунами потужністю 110 кВт із умов забезпечення надійності дорівнює приблизно 55 кН. Вага, що навішуються сільськогосподарськими машинами і ємностей з технологічним матеріалом для ефективного використання такого трактора, також становить близько 30…40 кН. Отже, сумарна вага начіпного комбінованого агрегату може сягати близько 100 кН. Таким чином, вантажопідйомність коліс трактора значно нижча за необхідну. Оскільки спостерігається тенденція до збільшення ваги технологічної частини агрегату, то тиск рушіїв на ґрунт буде підвищуватися, а агротехнічні властивості МТА - погіршуватися.
 
Навантаження на ґрунт колісних тракторів загального призначення тягового класу 5 і 6 досягла граничного значення і суттєво обмежує їх застосування на ряді операцій, для виконання яких вони призначені. Подальше підвищення потужності трактора такого типу в рамках тягової концепції неможливе, оскільки вимагає збільшення його експлуатаційної ваги, що веде до перевищення осьового навантаження, регламентованого стандартами.
 
Хто платить за збільшення потужності?
Сучасний трактор-тягач тягової концепції характеризується твердою параметричною залежністю між його вагою й потужністю двигуна. Суворість цієї залежності обумовлена необхідністю реалізації потужності двигуна тільки через силу тяги і в обмеженому (агротехнічними вимогами) діапазоні швидкостей. Якщо потужність двигуна буде перевищувати відповідне їй значення ваги трактора, то вона не буде реалізована на більшості сільськогосподарських операцій через обмеження по технологічних швидкостях. При відхиленні потужності в інший бік трактор працюватиме зі зниженими швидкостями через брак тяги, й МТА не буде мати потенційно можливу продуктивність.
 

alt

Співвідношення між вагою трактора й потужністю його двигуна повинне бути постійним для досягнутого технологічного рівня робочих швидкостей МТА. За останні півстоліття спостерігається залежність, яка характеризує пропорційно підвищенню енергонасиченості (приблизно вдвічі) відповідне підвищення швидкості, з якою працюють трактори в агрегаті із відповідними знаряддями. Але технічна концепція трактора при цьому збереглась попередня - він залишився тягачем.
 
У зв'язку з тим, що робочі швидкості МТА досягли технологічної межі та суттєво підвищуватися навряд чи будуть, питома матеріалоємність (величина, зворотна енергонасиченості) трактора тягової концепції також буде залишатися приблизно на досягнутому рівні. Це означає, що в конструкції трактора припинить реалізовуватися одне з основних напрямів технічного прогресу в машинобудуванні - зниження питомої маси машин.
 
Поряд із цим у міру розвитку та удосконалення технологічних процесів у сільському господарстві маса технологічної частини агрегату неухильно зростає, оскільки з нею в певному взаємозв'язку перебуває продуктивність МТА. Чим більша ця маса, тим більшу потужність двигуна можна реалізувати через рушії, а, відповідно, підвищити продуктивність МТА.
 
Останнім часом спостерігається підвищення енергонасиченості тракторів. Але чи завжди буде використаний запас потужності? Дослідження вказують, що чим більше енергонасиченість трактора перевищує величину, оптимальну для трактора-тягача, тим більше відзначається неузгодженість між діапазоном сили тяги трактора та діапазоном досягнутих технологічних швидкостей, тим менш економічною з точки зору витрат палива буде робота такої машини - при вищій вартості її двигуна.
 
Практично складається ситуація, коли при покупці підвищеної по енергонасиченості машини оплачують надлишок потужності двигуна, який не буде використаний без застосування спеціальних прийомів при агрегатуванні, але постійно служитиме причиною підвищеної витрати палива.
 
То як краще чіпляти?
Протиріччя між необхідністю зниження ваги трактора та збереженням його тягово-зчіпних властивостей можна усунути, якщо в якості зчіпної використовувати вагу всього агрегату, включаючи технологічну частину, а не тільки вагу трактора. Розглянемо різні схеми агрегатування й виділимо ті з них, які щонайкраще задовольняють вирішення поставленої проблеми.
 
Відомі три варіанти з'єднання енергетичної й технологічної частин МТА: причіпний, напівнавісний і навісний. Для сучасних широкозахватних МТА характерні перші два варіанти.
 
Технологічну частину МТА створюють на базі причіпної або напівначіпної зчіпки і, відповідно, причіпних або начіпних вузькозахватних секцій сільськогосподарських знарядь. На відміну від причіпних, напівначіпні зчіпки частиною власної ваги довантажують ходову систему трактора.
 
Збільшення питомої матеріалоємності несучого бруса (або рами) зчіпки або сільськогосподарської машини зі збільшенням ширини захвату технологічної частини призводить до відповідного підвищення опору коченню її опорних коліс. Найбільш відчутне це для причіпної широкозахватної технологічної частини, оскільки вся маса її несучої рами транспортується опорними колесами.
 
З метою зниження витрат енергії частину маси несучої рами технологічної частини МТА доцільно транспортувати ходовою системою трактора, що має менші питомі втрати енергії на кочення в порівнянні з опорними колесами технологічної частини агрегату (останні мають, як правило, менший діаметр і більший тиск повітря у шинах, ніж колеса трактора). Це можна реалізувати при напівначіпній технологічній частині МТА. Оскільки частина ваги напівначіпної зчіпки або машини довантажує ходову систему трактора, то створюється потенційна можливість для зменшення на відповідну величину експлуатаційної ваги трактора.
 
Так, наприклад, у широкозахватному МТА на основі напівначіпної зчіпки в робочому режимі руху при піднятому транспортному опорному колесі до 75% ваги цієї зчіпки та навішених на неї машин довантажують ходову систему трактора через задній начіпний механізм.
 
При аналізі залежностей питомої матеріалоємності технологічної частини зчіпних і беззчіпних просапних і посівних МТА від ширини захвату випливає, що меншу питому матеріалоємність має технологічна частина МТА з напівначіпною зчіпкою та вузькозахватними начіпними секціями сільськогосподарських знарядь. Це пояснюється використанням у якості елемента несучої рами технологічної частини остова трактора, що полегшує зчіпну (на основі напівначіпної зчіпки) технологічну частину в порівнянні з беззчіпною.
 

alt

Кращі можливості з баластування ходової системи трактора мають варіанти напівначіпної технологічної частини, коли сила, що довантажує ходову систему, прикладена поблизу центра ваги трактора, що мало впливає на початковий розподіл зчіпної ваги по осях або котках ходової системи трактора.
 
Довантаження ходової системи трактора через задній начіпний механізм у випадку застосування напівначіпної зчіпки менш ефективне, оскільки при цьому суттєво погіршується розподіл зчіпної ваги по осях або котках ходової системи.
 
Крім того, застосування напівначіпних зчіпок у широкозахватних МТА дозволяє частково знизити тяговий опір і зменшити зростання питомої матеріалоємності МТА в цілому. Позитивний вплив напівначіпної зчіпки на матеріалоємність МТА полягає у збільшенні відносної частки ваги його технологічної частини, що навантажує рушії трактора. Чим вища ця величина, тем меншою може бути вага трактора й матеріалоємність усього агрегату.
 
Радикальний спосіб збільшення відносної частки зчіпної ваги в агрегаті, або активізації ваги МТА - оснащення його технологічної частини ведучими колесами, що приводяться у рух від системи відбору потужності трактора. У цьому випадку тільки частина потужності двигуна реалізується через ходову систему трактора (відповідно, йому не потрібна значна вага), тому його питома матеріалоємність може бути знижена ще більше, ніж при пасивних опорних колесах зчіпки.
 
Модульне агрегатування
Зниження питомої матеріалоємності енергетичної частини МТА можливе лише при комплектуванні агрегатів на основі високоенергонасичених тракторів. У зв'язку з цим виникають труднощі використання таких тракторів на оранці, оскільки активний привід опорних коліс плуга малоефективний внаслідок невеликої його питомої матеріалоємності. Так, відносна частка ваги плуга в орному агрегаті на основі трактора класу 3 становить усього 9…11%. Тому, навіть за умови активізації всієї ваги плуга, приріст сили тяги не перевищить 10…12%, що недостатньо для повного завантаження високопотужного тягача. У цьому випадку доцільно доповнити трактор технологічним візком з активно приводними колесами, які при необхідності можна було б баластувати.
 
При такому способі агрегатування, який називають модульним, усувається вимога суворого узгодження між вагою енергетичного модуля та потужністю двигуна, властива тяговій концепції трактора.
 
Технологічну та енергетичну частини МТА можна вдосконалювати відповідно до потреб, пропонованих до кожної з них, уникаючи протиріччя між ними й поліпшуючи загальні показники трактора і МТА. Метал можна «переміщувати» з енергосилової частини агрегату, якою є трактор, у технологічну частину при збереженні балансу маси МТА, що забезпечує необхідні його тягові властивості. При існуючій тяговій концепції трактора зростання маси технологічної частини незмінно викликає збільшення маси трактора, а отже, і маси всього МТА.
 
При модульній системі побудови агрегату теоретично можна необмежено підвищувати масу технологічної частини агрегату і знижувати масу енергетичної частини при одночасному підвищенні потужності двигуна.
 
Такий підхід до створення перспективних мобільних транспортно-технологічних засобів дозволяє використовувати енергозасоби окремо або у комбінації із наявним шлейфом сільськогосподарських машин.
 12 грудня 2019
Вчора, 11 грудня 2019 року, президент України Володимир Зеленський підписав закон «Про Державний бюджет України на 2020 рік». 
Вчора, 11 грудня 2019 року, президент України Володимир Зеленський підписав закон «Про Державний бюджет України на 2020 рік». 
12 грудня 2019
 12 грудня 2019
У грудневому звіті аналітики Міністерства сільського господарства США (USDA) збільшили прогнози виробництва насіння соняшнику в Україні на 2019/20 МР до 15,5 млн т, що на 3,3% більше від даних за 2018/19 МР та на 13% білше, порівняно з 2017/18.
У грудневому звіті аналітики Міністерства сільського господарства США (USDA) збільшили прогнози виробництва насіння соняшнику в Україні на 2019/20 МР до 15,5 млн т, що на 3,3% більше від даних за 2018/19 МР та на 13% білше, порівняно з 2017/18.
12 грудня 2019
 12 грудня 2019
У Держгеокадастрі планують створити підрозділ, який буде приймати скарги про порушення та матиме повноваження карати працівників служби.
У Держгеокадастрі планують створити підрозділ, який буде приймати скарги про порушення та матиме повноваження карати працівників служби.
12 грудня 2019
 12 грудня 2019
Ічнянський молочно-консервний комбінат першим в Україні почав випускати незбиране концентроване молоко.
Ічнянський молочно-консервний комбінат першим в Україні почав випускати незбиране концентроване молоко.
12 грудня 2019
 12 грудня 2019
Сушка фруктів і ягід наразі знаходиться в тренді здорового харчування, особливо якщо мова йде про сушіння без використання цукру.
Сушка фруктів і ягід наразі знаходиться в тренді здорового харчування, особливо якщо мова йде про сушіння без використання цукру.
12 грудня 2019
 12 грудня 2019
Агросадиба розташована на туристичному зеленому маршруті "Медове коло" на території фермерського господарства "Надія" у с. Шпанів.
Агросадиба розташована на туристичному зеленому маршруті "Медове коло" на території фермерського господарства "Надія" у с. Шпанів.
12 грудня 2019

Please publish modules in offcanvas position.