Содержание к диссертации
Введение
Глава. 1 Состояние вопроса и задачи исследования
1.1 Проблемы технического переоснащения сельскохозяйственного производства 7
1.2 Сезонность сельскохозяйственного производства и методы ее выравнивания 10
1.3 Методы оценки тягово-сцепных свойств колесного трактора 16
1.4 Методы определения состава машинно-тракторного парка 22
1.5 Постановка проблемы и задачи исследования 28
Глава 2. Технико-экономическое обоснование условий эффективного использования пропашного трактора типа РТ-М-160 .
2.1 Универсальность техники в совершенствование механизированных процессов 30
2.2 Влияние сдвоенных колес на изменение тягово-сцепных свойств трактора РТ-М-160 35
2.3 Выбор метода оценки результатов машиноиспользования 45
2.4 Показатели эффективности тракторов типа РТ-М-160 50
Глава 3. Программа и методика экспериментальных исследований
3.1 Определение тягово-сцепных показателей трактора РТ-М-160 57
3.2 Методика проведения хронометражных работ 63
3.3 Методика определения эксплутационно-технологических показателей..65
3.4 Методика определения воздействия движителей тракторов на почву 66
3.5 Методика обработки опытных данных 69
3.6 Методика подготовки исходной информации для решения задачи по определению структуры машинно-тракторного парка 71
Глава 4. Результаты экспериментальных исследований
4.1 Тягово-сцепные показатели трактора РТ-М-160 с одинарными и сдвоенными движителями 74
4.2 Сравнительная эксплуатационно-технологическая оценка машинно-тракторных агрегатов 83
4.3 Оценка воздействия движителей тракторов на почву 87
4.4 Определение состава машинно-тракторного парка с учетом трактора типа РТ-М-160 для хозяйств ОАО «Родник» и ГУ ОПСП «Троицкий» 91
Выводы по главе 96
Глава 5 Экономическая эффективность использования трактора РТ-М-160 98
Общие выводы по работе 107
Список использованной литературы 109
Приложения 120
- Проблемы технического переоснащения сельскохозяйственного производства
- Универсальность техники в совершенствование механизированных процессов
- Определение тягово-сцепных показателей трактора РТ-М-160
- Тягово-сцепные показатели трактора РТ-М-160 с одинарными и сдвоенными движителями
Введение к работе
Актуальность темы. Проведение основных технологических операций при возделывании сельскохозяйственных культур в строго определенные периоды времени обуславливает выраженную сезонность производства. Прерывистое, цикличное выполнение полевых работ вызывает неравномерную загрузку техники и обслуживающего персонала, недоиспользование трудовых и технических ресурсов. В процессе производства остановка тех или иных машин из-за технологической невостребованности снижает их годовую загрузку и эффективность их использования.
В условиях зоны Южного Урала максимальная потребность в тракторах общего назначения приходится на весенний и осенний периоды, пропашных тракторов - на лето, поэтому создание тракторов, способных выполнять работы общего назначения и комплекс операций, предназначенный пропашным тракторам, позволит существенно увеличить их загрузку и повысить эффективность применения.
Исследования и опыт показывают, что в определенных условиях повышение универсальности машинных комплексов является эффективным вариантом машиноиспользования. Это в полной мере относится к трактору РТ-М-160.
Эффективность применения универсальной техники в современных условиях хозяйствования необходимо рассматривать не только с точки зрения экс-плутационных показателей, но и с позиций рационального использования труда наиболее квалифицированных механизаторов на основных полевых работах и изыскания организационно-технических решений, позволяющих снизить выраженную сезонность сельскохозяйственного производства.
В связи с этим актуальность нашего исследования несомненна.
Работа выполнена в соответствии с разделом федеральной программы по научному обеспечению АПК Российской Федерации: шифр 01.02 «Разработать перспективную систему технологий и машин для производства продукции растениеводство и животноводства на период до 2015 г.» Цель работы - повышение эффективности использования трактора РТ-М-160 путем расширения диапазона его применения в условиях хозяйств зерноживотноводческого направления зоны Южного Урала.
Объект исследования. Процесс использования универсально-пропашного трактора РТ-М-160 со сдвоенными колесами при выполнении технологических операций общего назначения.
Предмет исследования. Закономерности, определяющие взаимосвязь технико-экономических показателей использования трактора РТ-М-160 с различными параметрами движителей.
Научная новизна основных положений, выносимых на защиту:
-установлены закономерности, определяющие условия эффективного использования универсальной техники на примере трактора РТ-М-160, с учетом его годовой загрузки;
-определены технико-экономические показатели использования трактора РТ-М-160 на основных технологических операциях;
- обосновано место трактора РТ-М-160 в структуре машинно-тракторного парка типичных хозяйств зерноживотноводческого направления зоны Южного Урала.
Практическая значимость и реализация результатов работы. Повышение тягово-сцепных свойств трактора РТ-М-160 путем установки сдвоенных колес позволило расширить перечень выполняемых им работ, в результате чего стало возможным сокращение состава машинно-тракторного парка и увеличение загрузки механизаторов в течение года.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на научно-технических конференциях ЧГАУ (Челябинск, 2004-2006 гг.), на заседаниях отдела испытаний сельскохозяйственной техники машинно-испытательной станции (МИС) Уральского испытательного центра сельскохозяйственной техники (УИЦСХТ), на аспирантских семинарах кафедры эксплуатации МТП (Челябинск, 2003-2006 гг.). Публикации. По результатам исследований опубликовано семь научных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего в себя 110 наименований, и приложения. Содержание работы изложено на 159 страницах машинописного текста, включая 35 рисунков, 47 таблиц и 7 приложений.
Проблемы технического переоснащения сельскохозяйственного производства
Сельское хозяйство России в последнее время переживает кризис, обусловленный общим социально-экономическим состоянием страны, которое усугубило и без того имеющиеся ранее специфические отраслевые проблемы. Появление различных форм хозяйствования и экономически свободного права в выборе поставщиков материальных ресурсов и покупателей сельхозпродукции, при бесконтрольном формировании цен на агроресурсы и сельхозпродукцию, вызвало негативные экономические изменения, огромный диспаритет цен на продукцию сельского хозяйства и потребляемые промышленные товары и энергоресурсы, низкую платежеспособность сельхозпроизводителей. Это обусловило сокращение машинно-тракторного парка и, как результат, упрощение технологий производства сельскохозяйственной продукции.
По технической оснащенности и энерговооруженности сельское хозяйство России уступает развитым странам более чем в пять раз [49]. По сравнению с 1990 г. наличие тракторов и уборочной техники в парке сократилось в среднем в 1,7-2,7 раза (табл. 1.1).
С учетом технической готовности технологическая потребность сельского хозяйства России удовлетворяется по тракторам на 43%, по комбайнам зерноуборочным на 41%), кормоуборочным на 50% , картофелеуборочным на 12%, кукурузоуборочным на 34%». В целом удельная энергонасыщенность сельского хозяйства России мобильной энергетикой составляет приблизительно 0,3 кВт/га, тогда как в развитых странах ЕС этот показатель равен 2...4 кВт/га, что позволяет им своевременно выполнять сельскохозяйственные работы [49].
Техническое состояние парка машин не соответствует современным требованиям; более 70% техники в России выработало свой ресурс, а степень обновления ее не превышает 1,5...3,0% при реальных темпах списания техники 7...12%) (ниже нормативных). В 2003 г. в сельскохозяйственном парке России доля тракторов и зерноуборочных комбайнов со сроком службы свыше 10 лет составляла соответственно 71 и 64 % , из-за высокой степени износа на полевых работах использовалось 75...80%) техники. Несмотря на почти в два раза сократившийся парк машин, затраты на восстановление изношенной техники ежегодно остаются на прежнем уровне, т.е. в пределах 37.. .40 млрд руб. [58].
Уменьшение парка машин и их низкая надежность привели к сокращению посевных площадей, увеличению длительности выполнения полевых работ и вследствие этого к потерям урожая и снижению выхода валовой сельхозпродукции.
Тенденция снижения технического потенциала сельскохозяйственного производства наблюдается и в хозяйствах Южного Урала. В конце 1980-х годов ставилась задача доведения нагрузки на зерноуборочный комбайн до 120 га (80-100 га на севере, 120-140 га на юге области), и число комбайнов в области превышало 14 тыс. единиц. В настоящее время этот показатель равен 5 тыс. Аналогичное положение и по тракторному парку (27 и 13 тысяч). Сложившаяся ситуация ухудшается тем, что 71% парка зерноуборочных комбайнов, 90%) тракторов, 92% пахотных тракторов выработали свой ресурс, что требует повышенных затрат на поддержание их в работоспособном состоянии [22].
Такие количественные и качественные параметры парка сельскохозяйственных машин привели к значительным сложностям по обработке имеющихся посевных площадей. Обновление парка практически прекратилось из-за ограниченных финансовых возможностей хозяйств, а большая часть машин находится за пределами амортизационного срока. Из-за невозможности своевременно выполнять весь цикл работ зачастую вынужденно упрощаются технологии возделывания сельскохозяйственных культур, что отрицательно сказывается на урожайности.
Вопросы предотвращения спада в техническом обеспечении нашли отражение в областной целевой программе стабилизации сельскохозяйственного производства и функционирования агропромышленного комплекса.
При приобретении новых машин взят ориентир на внедрение энергосберегающих технологий и комбинированных орудий, позволяющих выполнять несколько технологических операций за один проход. Совмещение операций позволяет снизить энергетические затраты, потребность в тракторах и механизаторах, уменьшить вредное воздействие ходовых систем на почву, обеспечить более полную загрузку тракторов на малоэнергоемких технологических операциях.
Выход продукции и качество существенно определяются параметрами шлейфа машин. Уровень затрат зависит от вида технических средств и их загрузки в течение года. Ограниченные финансовые возможности диктуют определенные требования при приобретении техники: производительность агрегатов, возможность с данным техническим средством выполнить работы в опти-мальные сроки, универсальность технического средства, уровень надежности, выполнение экологических требований, приспособленность к природно-производственным условиям, совместимость трактора и шлейфа машин при максимальной реализации потенциальных возможностей энергосредства. От этого в значительной мере зависит выбор из всего многообразия предлагаемых моделей машин и тракторов.
Универсальность техники в совершенствование механизированных процессов
Особая трудность, которая возникла в условиях рыночных отношений у товаропроизводителей сельскохозяйственной продукции, - это выбор типа энергетического средства для конкретного сельскохозяйственного предприятия. Необходимость проведения основных технологических операций при возделывании сельскохозяйственных культур в строго определенные периоды времени обуславливают неравномерную загрузку техники и механизаторов в производстве. В результате в периоды межсезонья машины и обслуживающий их персонал оказываются незагруженными, т.е. имеет место недоиспользование трудового и технического потенциала в сельскохозяйственных предприятиях.
В процессе производства остановка тех или иных машин вследствие технологической невостребованности приводит к замораживанию энергетических мощностей и увеличению доли амортизационных отчислений из-за низкой годовой загрузки. В результате снижаются потенциальные возможности используемой техники, возрастает стоимость выполнения различных видов работ.
Весьма эффективным свойством технических средств для выполнения полного цикла работ по выращиванию разнородных культур является универсальность. Это свойство позволило бы агрегатировать трактор с сельскохозяйственными машинами различных типов и обеспечивать быструю переналадку для выполнения комплекса сельскохозяйственных работ. Универсальность позволит расширить функции трактора, повысить его годовую загрузку, постепенно заменить дорогие самоходные специализированные машины с годовой загрузкой 150-300 ч, обеспечить более высокую эффективность всей системы машин. За рубежом (США, Германия, Франция) ряд фирм уже выпускает такие тракторы, в России ведутся их разработки на базе трактора ЛТЗ-155 (РТ-М-160) [78].
Под универсальностью в технике понимается свойство конструкции машины, характеризующее возможность выполнять определенную совокупность функционально разнородных производственных операций.
Универсализация техники - это деятельность по приданию конструкции свойств универсальности, что дает возможность сократить номенклатуру машин, предназначенных для выполнения определенной совокупности производственных процессов. К наиболее распространенному конструктивному исполнению универсальных машин относятся конструкции с комплектом сменных рабочих органов для выполнения функционально разнородных операций и комбинированные машины, на которых устанавливается одновременно несколько рабочих органов. Особое место занимают универсальные машины (агрегаты), в основу которых заложен принцип блочно-модульного и базового исполнения. Такие машины обычно представляют собой мобильное энергетическое средство, объединяющее двигатель, силовую передачу и пост управления, на базе которого агрегатируется оборудование различного функционального назначения. Целесообразность создания универсальных машин и агрегатов диктуется наличием определенных условий, основными из которых являются [42]: - разновременность работ (операций) по срокам и периодам их выполнения; - выполнение работ в территориально близких объектах, обеспечивающих минимальные затраты времени на переезды машин, с одного объекта на другой; - возможность применения на различных работах общего энергетического средства, определяемого конструкцией и типом привода, двигателя, компоновочной схемой; - простота и нетрудоемкое выполнение монтажно-демонтажных работ со сменными рабочими органами; - возможность совмещения по времени технологических операций (для комбинированных агрегатов); - наличие объема работ, обеспечивающего достаточно высокую загруз ку универсальной машины в течение определенного периода или всего года. Перечисленные условия являются необходимыми, но недостаточными предпосылками для создания универсальной техники. Необходимо, чтобы с точки зрения экономической эффективности, действие факторов, стимулирующих универсализацию технических средств, преобладало над факторами, действующими в противоположном направлении. Универсализация техники оказывает двоякое воздействие на экономические последствия как в сфере ее проектирования и производства, так и в сфере эксплуатации. С одной стороны, универсализация машины усложняет конструкцию, требует обычно более высокой квалификации ее создателей и обслуживающего персонала, что в итоге приводит к ее удорожанию. Универсальные технические средства, как правило, менее производительны, чем специализированные, при осуществлении одноименных операций. Более низким может быть и качество выполнения данной операции с помощью универсальной машины 42]. С другой стороны, универсализация машин сокращает номенклатуру необходимых технических средств. Это позволяет снизить простои энергетических средств в течение года, суммарные затраты на техническое обслуживание, ремонт и хранение техники, общий расход материала (металла) на создание универсальных комплексов по сравнению со специализированными машинами. Вследствие прерывистости сельскохозяйственного производства отдельные машины, их части или рабочие органы можно использовать для выполнения разноименных операций в различные периоды времени или для составления комбинированных агрегатов. Проблема универсализации приобретает все большую актуальность, но четкости в определении этого понятия нет. В это понятие вкладывается различный смысл. Универсальной считается машина: - которая может использоваться в разных зонах; - способная агрегатироваться с сельскохозяйственными машинами различных классов; - выполняющая различные операции при возделывания одной или нескольких культур; - производящая однородные операции для различных культур; -выполняющая несколько операций за один проход; - способная производить различные операции одновременно или в разное время; - способная одновременно выполнять несколько технологических операций.
Определение тягово-сцепных показателей трактора РТ-М-160
В процессе испытаний регистрировались следующие показатели: - тяговое усилие Ркр Н; - продолжительность опыта t, с; - путь, проделанный трактором за опыт S, м; - частота вращения выходного вала двигателя пдв, об/мин; - число оборотов ведущего колеса за опыт По, об.; - масса (объем) израсходованного за опыт топлива mT (VT), кг (л). Определялись также условия испытаний: - рельеф поля; - влажность почвы; - твердость почвы; - плотность почвы; - метеорологические условия. Испытания проводились при атмосферном давлении не менее 96,6 кПА и температуре окружающего воздуха 20 ± 15 С. Основные фоны, на которых проведены испытания, соответствовали следующим требованиям: а) стерня колосовых: - стерня колосовых имела высоту не более 15 см, участок быть очищен от пожнивных остатков и не имел отвальных и развальных борозд; - неплоскостность поверхности фона в пределах габаритов трактора не превышала 20 мм; - уклон плоскости, прилегающей к поверхности фона в пределах габаритов трактора вдоль движения, был не более 2%; поперек движения - не более 6%; - влажность почвы 8-18%; - твердость почвы 1,0-1,5 МПа (10-15 кг/см2); б) поле, подготовленное под посев: - неплоскостность поверхности фона в пределах габаритов трактора не более 20 мм; - уклон плоскости, прилегающей к поверхности фона в пределах габаритов трактора, вдоль движения - не более 2%; поперек движения - не более 6%; - влажность почвы 8-18%; по ГОСТ 20915 [13]; - твердость почвы 0,1-0,7 МПА (1-7 кг/см2) по ГОСТ 20915-75 [13]. Требования, предъявляемые к испытуемому трактору Комплектация трактора с учетом балласта и массы водителя должна соответствовать инструкции по эксплуатации для наиболее энергоемкой по тяговому усилию операции. Трактор до проведения тяговых испытаний должен иметь наработку не менее 150 моточасов. Механизмы и оборудование, не предназначенные для обеспечения работы двигателя и не участвующие в основном процессе работы, должны быть отключены. Методика определения тягово-сцепных показателей МТА Испытания для определения тягово-сцепных свойств проведены в соответствии с требованиями ГОСТ 34745-2001, ГОСТ 7057-2001 [17,18]. Величину коэффициента буксования трактора на различных агрофонах определяли опытным путем непосредственно в поле. На ровном горизонтальном участке поля был отмерен участок длиной 50 м. Во время движения трактора на участке замеряли число оборотов ведущего колеса. При холостом ходе трактора (Ркр = 0) буксование практически равно нулю, то есть приближенно можно считать, что скорость движения трактора равна теоретической скорости VT. Первый проход трактора проходил без нагрузки на прицепном крюке, подсчитывались обороты ведущих колес пхх за время прохождения отмеренного участка. При втором проходе на том же участке трактор движется при заданной (фиксированной) нагрузке на крюке (Ркр= Ркрь РкР2 Ркрз РкР4,---, Ркрп). При этом фиксировались обороты ведущих колес (пр= Пр], пр2, прз, Пр4,..-пРп). При наличии буксования пр пхх. Загрузка трактора во время тяговых испытаний осуществлялась через тен-зометрическое звено класса 7 тонн (рис. 3.1). В качестве регистрационно-измерительной аппаратуры использовался переносной динамометрический комплекс (MIC-400D) со специальным программным обеспечением (рис. 3.2). Питание динамометрической переносной лаборатории осуществляется от двух аккумуляторных батарей 6СТ-75. В качестве коммутационных проводов для тензоузла были использованы кабели, поставляемые в комплекте с регистрирующим прибором. Тарировка тензоузлов производилась перед началом проведения экспериментов на машиноиспытательной станции Уральского испытательного центра сельскохозяйственной техники (УИЦСХТ). Перед испытанием агрегата, согласно заводским инструкциям по эксплуатации, были выполнены все необходимые регулировки машин, входящих в программу испытаний. По окончании опытов производили расшифровку данных. При этом фиксировались продолжительность (начало и конец) опыта, значения регистрируемых параметров. Расход топлива определялся при помощи мерного бачка, подсоединенного в топливную магистраль двигателя трактора (рис 3.3). Включение и выключениє его осуществлялось трактористом по сигналу оператора, оповещающего о начале и конце опыта.
Тягово-сцепные показатели трактора РТ-М-160 с одинарными и сдвоенными движителями
Тяговые испытания трактора РТ-М-160 проводились на различных агрофонах с целью определения его тягово-сцепных показателей при различных параметрах движителей. Комплектация трактора соответствовала инструкции по эксплуатации. Трактор до проведения тяговых испытаний в соответствии с техническими условиями прошел обкатку в полном объеме.
Испытания трактора РТ-М-160 проводили при атмосферном давлении не менее 96,6 кПа и температуре окружающего воздуха 22 С. Фоны, на которых проводились испытания, соответствуют указанным в табл 4.1.
Величину буксования трактора определяли методом динамометрирова-ния посредством тензозвена кл. 7 тонн. Загрузка трактора при определении величины буксования осуществлялась почвообрабатывающей сельскохозяйственной машиной КЛДП-7,2, предназначенной для агрегатирования с трактором кл. 5 тонн. Тяга регулировалась изменением глубины обработки через тензозвено.
На основании экспериментально полученной зависимости буксования движителей трактора РТ-М-160 от усилия на крюке и его скоростной характеристики двигателя была получена потенциально-тяговая характеристика трактора и определена тяговая мощность на различных передачах, различных агрофонах, с одинарными и сдвоенными колесами.
Результаты сравнительных тягово-сцепных показателей трактора РТ-М-160 приведены в приложении 2.
Полученные величины буксования от усилия на крюке и основные показатели тягово-сцепных свойств с различными параметрами движителей с учетом агрофона сведены в табл. 4.2,4.3. Сравнительный анализ основных тяговых показателей проводился на режимах максимальной тяговой мощности и максимальной силы тяги для передач Ш-4, Ш-3, Ш-2, И-4, III-1, И-3 (табл.4.4). Графики зависимости потенциальной тяговой характеристики трактора РТ-М-160 и его тяговой характеристики от передач представлены на рис. 4.1-4.2.
Эффективность трактора РТ-М-160 с одинарными и сдвоенными колесами оценивалась по критерию тяговой мощности NKp, тяговому усилию Ркр, коэффициенту буксования 5 и условному тяговому КПД.
Анализ результатов изменения баланса мощности в зависимости от усилия на крюке, различного варианта движителей и агрофона выявил, что трактор РТ-М-160 на сдвоенных движителях в сравнении с одинарными имеет более высокие тягово-сцепные показатели. Потери мощности на буксование при сдвоенных колесах (наибольшем значении крюковой мощности) значительно меньше, чем при одинарных движителях.
Установка сдвоенных колес позволяет расширить потенциальные возможности трактора. Об этом свидетельствует тот факт, что на одинарных движителях предельное тяговое усилие достигает 37 кН, на сдвоенных усилие составило 45 кН на поле, подготовленном под посев.
Пределом тяговых возможностей трактора на стерневом фоне в случае одинарных движителей является усилие 43 кН, при сдвоенных движителях усилие достигло 50 кН. На поле, подготовленном под посев, максимальная полезная тяговая мощность трактора РТ-М-160 на одинарных движителях может достигать 60 кВт, на стерневом фоне - 70 кВт. Установка сдвоенных колес обеспечивает увеличение полезной потенциальной мощности до 70 кВт на поле, подготовленном под посев, и до 81 кВт - на стерневом фоне.
Результаты оценки тягово-сцепных качеств трактора РТ-М-160 показывают, что установка сдвоенных колес на трактор РТ-М-160 обеспечивает значительное повышение тяговой мощности и снижение буксования в 1,5-1,7 раза в зоне больших тяговых усилий. В зоне малых тяговых усилий тяговая мощность на сдвоенных колесах меньше, чем на одинарных, из-за повышенного сопротивления качению.
Тягово-сцепные показатели трактора РТ-М-160 для передач Ш-4; Ш-3; Ш-2; II-4; III-1; П-3 на режимах максимальной крюковой мощности и максимального крюкового усилия представлены в табл. 4.4.
