И самоходных энергетических средств

Постоянное совершенствование тракторов, почвообрабатывающих машин и орудий позволило за последние 50 лет 20-го столетия повысить эффективные скорости движения с 3, 5...7 до 9...15 км/ч. За те же 50 лет мощность двигателей колесных тракторов возросла более чем на 50%, что обеспечило повышение производительности на 25 % при увеличении энергоемкости работ на 20 % (см. рис.6.3).

Необходимо отметить, что повышение энергонасыщенности колесных тракторов не всегда приносит ожидаемые результаты. Так, например, увеличение мощности двигателя тракторов МТЗ класса тяги 14 кН с 40, 4кВт до 59 кВт при неизменной конструкции движителя привело к увеличению удельных энергозатрат. Узко-профильные шины и малая нагрузка на ось универсальных пропашных тракторов с мощным и высокооборотным двигателем не обеспечивают достаточного сцепления с почвой, что делает эти тракторы малоэффективными на пахоте и других низкоскоростных энергоемких работах. Снижение потерь на буксование и уменьшение давления на почву может быть достигнуто путём увеличения площади опоры движителя за счёт применения сменных широкопрофильных или дополнительных шин и колёс. Так, увеличение ширины профиля шин универсального пропашного трактора класса 14 кН с 300 до 800 мм обеспечивает уменьшение буксования с 15 до 3%. Существует опыт переоборудования колесных тракторов на гусеничный ход.

Рис. 6.3. Производительность (G - «») и энергоёмкость по топливу (W - «») гусеничных (1) и колесных (2) тракторов в зависимости от мощности двигателя (N_дв) 1.

Эффективным способом улучшения тяговых характеристик трактора является использование гидроувеличителя сцепного веса. ГСВ – устройство, входящее в состав гидронавесной системы трактора, которое обеспечивает перераспределение усилий в агрегате и догружение задних колёс трактора за счёт усилий, возникающих при работе плуга. Применение ГСВ снижает буксование колёс трактора и повышает производительность агрегата на 8 - 15 % при одновременном снижении расхода топлива на 5-8 %. В тоже время увеличение сцепного веса путем использования ГСВ, дополнительных грузов, наполнения колес водой или за счет увеличения конструкционной массы машин приводит к повышению давления на почву. Так, колёса энергонасыщенного трактора К-701 за один проход разрушают структуру почвы на глубину до 60 см. Поэтому предпочтительнее выглядят меры, направленные не на увеличение сцепного веса, а на увеличение площади контакта движителя с почвой. В данном случае преимущество имеют тракторы на гусеничном ходу.

Гусеничный движитель трактора тягового класса 30 кН обеспечивает увеличение тягового КПД на 25% и повышение производительности при пахоте на 18% по сравнению с колесным при аналогичной мощности двигателя и прочих равных условиях (см. рис.6.4). Затраты топлива при пахоте у гусеничных тракторов ниже на 1...3 кг/га. Кроме того, гусеничный движитель значительно меньше уплотняет почву, чем колесный.

Рис. 6.4. Тяговый КПД (h - «») и часовая производительность (G - «») в зависимости от скорости (V, км/ч) движения гусеничного (1) и колесного (2) тракторов.

В тоже время, увеличение мощности двигателей гусеничных тракторов в среднем на 60% обеспечило повышение производительности лишь на 36% (см. рис. 6.3). При этом удельные энергозатраты возросли на 39%. Из графиков (рис 6.4) видно, что максимум тягового КПД гусеничного трактора близок к его максимальной производительности и находится в интервале скоростей: 7, 5...8, 5 км/ч. Повышение скорости более 8...9 км/ч приводит к резкому снижению эффективности работы в связи с большими потерями.

Ведущие мировые производители выпускают тракторы с резино-тросовыми гусеницами. Новый движитель позволяет повысить эффективную скорость движения и производительность работ без значительного увеличения энергоемкости и, кроме того, обеспечивает возможность передвижения по дорогам с твёрдым покрытием. На Минском тракторном заводе также приступили к производству аналогичных машин.

Тяговый КПД колесного трактора растет в интервале скоростей от 7 до 11 км/ч, а производительность при этом падает. Связано это с тем, что повышение скорости приводит к увеличению тягового сопротивления плуга, которое в соответствии с рациональной формулой В.П. Горячкина представляет собой сумму:

P₁ + P₂ + P₃ = f g + k a b + l r a b v ²,

где f – коэффициент, аналогичный коэффициенту трения; g - сила тяжести плуга, Н; k - коэффициент удельного сопротивления, Па; a, b - размеры сечения пласта, м; l - безразмерный коэффициент, зависящий от формы отвала и свойств почвы; r - плотность почвы, кг/м³; v - скорость, м/с.

Составляющие суммы Р₁ и Р₂ не зависят от скорости и представляют сопротивление передвижению и трению колес и корпусов о почву, а также сопротивление, обусловленное деформацией пласта. Третье сопротивление (Р₃) возникает при сообщении пласту почвы кинетической энергии и связано со скоростью параболической зависимостью. Поэтому необходим правильный выбор рабочей скорости. В тоже время установлено, что при работе энергонасыщенных тракторов правильно выбирают передачу только один-два тракториста из десяти. Пять-семь ошибаются в выборе на одну передачу, два-три на две. Каждый восьмой-десятый агрегат на энергоемких операциях работает с перегрузкой. При этом ошибка только на одну передачу снижает производительность на 8..15% и повышает расход топлива на 6...12%. Использование систем визуального и автоматического контроля уровня загрузки двигателя, скорости агрегата, буксования трактора позволяет снизить расход топлива на 4...20%.

Важнейшим аспектом энергосбережения является правильная загрузка тракторных двигателей, которые должны работать в оптимальном режиме. Предпочтительно применение тракторов, снабженных устройствами, позволяющими изменять передаточное число трансмиссии без разрыва потока мощности (увеличитель крутящего момента, гидромеханический и электрогидравлический механизм переключения передач и др.).

Гидронавесные системы большинства современных тракторов снабжены силовыми регуляторами, которые обеспечивают автоматическое регулирование глубины обработки почвы в зависимости от сопротивления машины. Однако неисправность и неумелое использование этих систем повсеместно приводит к значительному перерасходу топлива, а также снижению ресурса двигателя и трансмиссии тракторов. К неисправности систем силового и позиционного регулирования, как правило, приводит неправильная эксплуатация заднего навесного устройства, которое часто используется на транспортных работах. В результате выходят из строя силовые датчики, нарушаются их механические и электрические связи. В тоже время, большая часть тракторов в хозяйствах не укомплектована тяговыми вилками для работы с тяжелыми прицепами, полуприцепами и тяжелыми прицепными сельскохозяйственными машинами.

Сокращение инвестиционных затрат при возделывании и уборке сельскохозяйственных культур возможно за счет применения комплексов сменных машин, базирующихся на одном энергетическом средстве. Так, универсальное энергетическое средство отечественного производства «Полесье-250» обеспечивает работу кормоуборочного комбайна «Полесье 700» с набором адаптеров (жатка для трав, роторная жатка для кукурузы, подборщик), зерноуборочного комплекса КЗР - 10 «Полесье-ротор» с зерновой и кукурузной жаткой, машин для обработки почвы, транспортировки и погрузки кормов. В отличие от специализированных уборочных машин, «Полесье-250» работает практически весь сезон. Важным резервом сокращения инвестиционных затрат является своевременное техническое обслуживание, ремонт и другие мероприятия, направленные на повышение надежности сельскохозяйственных тракторов. Не заслуженно забыт опыт машинно-тракторных станций и бригад, обслуживающих группу хозяйств. Организация механизированных подразделений для оказания услуг колхозам и фермерам на рыночных условиях обеспечит возможность своевременного проведения уборки и других сельскохозяйственных работ с наименьшими потерями. Необходимо отметить, что инвестиционные затраты не должны снижаться за счет уменьшения количества техники. В настоящее время машинно-тракторный парк многих хозяйств требует обновления. При этом недостаточно выйти на уровень советских времен. Опыт стран – ведущих производителей продукции растениеводства показывает, что для эффективного ведения хозяйства необходимо в несколько раз увеличить энерговооруженность по сравнению с уровнем 1990 г. Только внедрение новой энергонасыщенной техники позволяет снизить удельный расход энергии на проведение большинства сельскохозяйственных работ. В результате овеществленные в машинах энергозатраты окупаются экономией топлива, электроэнергии и снижением потерь урожая.

В целом, повышение эффективности использования самоходных энергетических средств в растениеводстве обеспечивается путем:

· эффективного использования тягово-сцепных свойств тракторов;

· полной и равномерной загрузки тракторных двигателей;

· правильной организацией энергоемких работ;

Достигнуть поставленных задач возможно за счет:

· применения энергонасыщенных тракторов с улучшенными тяговыми характеристиками, в т. ч. гусеничных, а также тракторов, снабженных увеличителями крутящего момента, гидромеханическим и электрогидравлическим механизмом переключения передач, гидроувеличителем сцепного веса и др.;

· правильного подбора сельскохозяйственных машин;

· выбора наиболее экономичных способов и скоростей движения;

· использования систем автоматического управления и контроля работы двигателя и гидронавесной системы;

· применения универсальных энергетических средств;

· своевременного технического обслуживания и т.д.