Володимир Сиволапов, ст. викладач, Сергій Кислий, магістр, НУБіП, Віктор Марченко, канд. техн. наук, Agroexpert (Україна)
Продуктивність – один із найважливіших техніко-експлуатаційних показників роботи машинних агрегатів, від якого залежить ефективність технології загалом.
Продуктивність польових машинних агрегатів значною мірою залежить від робочої ширини захвату, швидкості руху, номінальної потужності двигуна, тягового зусилля енергетичного засобу, а також від раціонального використання робочого часу. Продуктивність також визначається умовами роботи, зокрема формою та розміром ділянки, глибиною обробітку, гранулометричним складом та питомим опором ґрунту, його щільністю та вологістю, рельєфом місцевості, фізіологічними властивостями рослин, об’ємом технологічних місткостей, маневровими властивостями агрегатів, кваліфікацією оператора тощо.
На продуктивність агрегатів також впливають умови експлуатації машин, що безперервно змінюються, а різкі коливання навантажувального та швидкісного режимів роботи агрегатів протягом року потребують належної працездатності машини та високої кваліфікації механізаторів.
Енергооснащеність робіт
Продуктивність машинних агрегатів зазвичай визначається експлуатаційними властивостями машин і режимами їхньої роботи. Як свідчить досвід експлуатації машинних агрегатів, зростання енергонасиченості тракторів не дає пропорційного приросту продуктивності агрегатів і призводить до збільшення витрати палива на одиницю виконаної роботи. Підвищення продуктивності агрегатів за збільшення потужності тракторного двигуна відбувається завдяки посиленню його тягового зусилля й на основі цього агрегатуванню широкозахватних сільськогосподарських машин, або через збільшення робочої швидкості агрегатів, що супроводжується зростанням питомої витрати палива.
Але потрібно враховувати, що через більшу робочу ширину захвату зростає тяговий опір машини, а для його подолання слід посилювати тягове зусилля трактора. Щоб уникнути при цьому сильнішого буксування, слід збільшувати масу трактора або змінювати конструкцію його ходової системи. А це, своєю чергою, призводить до зростання матеріалоємності та вартості трактора. Тож підвищувати продуктивність машинного агрегату шляхом збільшення тягового зусилля трактора недоцільно, адже це супроводжуватиметься зростанням маси трактора та недовикористанням потужності двигуна.
Аби запобігти надмірному буксуванню конструктори вдаються до збільшення ваги енергозасобів. Але збільшена маса тракторів призводить до підвищення витрат енергії як на їх самопересування, так і на додаткове розпушування ґрунту у зв’язку з його ущільненням. Водночас через зростання робочих швидкостей агрегатів різко збільшується питомий опір сільськогосподарських машин та зменшується тяговий коефіцієнт корисної дії трактора.
Зміна концепції трактора
Підвищення продуктивності тягових агрегатів потребує пропорційного збільшення витрат енергії або зменшення питомого опору робочих органів машини. Одним зі шляхів підвищення тягового коефіцієнта корисної дії трактора та збільшення продуктивності машинних агрегатів є заміна трактора-тягача на трактор тягово-енергетичної концепції із подальшим створенням на його основі тягово-привідних машинних агрегатів. У таких агрегатах противага між потребою зниження ваги трактора і збереженням тягово-зчіпних властивостей усуваються завдяки використанню в якості зчіпного не лише маси трактора, а й ваги всього агрегату, включаючи його технологічну частину. Надвисока потужність двигуна, яка не може бути реалізована через ходову систему енергонасичених тракторів-тягачів, у тягово-приводному агрегаті передається опорним колесам зчіпки, сільськогосподарської машини або її робочим органам.
Фактор швидкості
Підвищення продуктивності польових машинних агрегатів шляхом збільшення робочої швидкості руху є досить перспективним. Але слід зважати, що воно доцільне лише тоді, коли залишається незмінними або поліпшується якість виконання робіт, зменшується тяговий опір робочих машин й витрата палива на одиницю роботи. Якщо хоча б один серед цих показників погіршується, то таке підвищення продуктивності малоефективне.
Використання агрегатів на підвищених швидкостях має низку особливостей, які варто враховувати. Це пов’язано із тим, що у виробничих умовах через розходження у щільності, механічному складі ґрунту й рельєфі полів робота агрегатів супроводжується зміною тягового опору, тому механізатори вдаються до маневрування швидкістю руху агрегатів. Основною умовою при цьому є агротехнічна допустима величина швидкісного діапазону. Під час маневрування швидкісними режимами продуктивність агрегату, з одного боку, збільшується в результаті підвищення робочої швидкості агрегату, а з другого – зменшується через затрати часу під час переходу з однієї швидкості на іншу. Тож особливо ефективними є трактори, обладнані коробкою передач, що забезпечує перемикання передач без зупинки, тобто без розриву потоку потужності від двигуна до елементів трансмісії та ходової системи у період перемикання, що сприяє підвищенню продуктивності агрегатів. Переваги таких коробок передач здебільшого помітні під час виконання операцій основного обробітку ґрунту.
В експлуатаційних умовах значну ефективність забезпечує використання всережимного регулятора, що дає змогу плавно, без затрат часу на перемикання передач, зменшити швидкість руху під час повороту агрегату на кінцях загону й під час переїздів через перешкоди. Найбільший ефект забезпечують всережимні регулятори енергонасичених тракторів, двигуни яких мають великий запас потужності. Вони дають змогу зменшувати швидкість обертання колінчатого вала двигуна, а швидкість руху трактора підтримувати у попередньому режимі включенням вищої передачі. Водночас потужність двигуна залишається постійною, але за меншої швидкості обертання колінчатого вала. Все це сприяє підвищенню економічності агрегату.
Польові випробування машин та відповідні розрахунки свідчать, що зі збільшенням ширини захвату вдвічі продуктивність машинних агрегатів зростає на 80 – 90%, а вдвічі підвищення робочої швидкості руху дає змогу збільшити продуктивність агрегату приблизно на 40 – 50%.
Також потрібно зважати на той факт, що із підвищенням робочої швидкості на 1 км/год питомий опір, залежно від типу машин, зростає на 2–8% порівняно з його значенням за швидкості руху, яка дорівнює 5 км/год, що призводить до збільшення витрат палива.
Слід мати на увазі, що за роботи ґрунтообробних агрегатів на підвищених швидкостях робочі органи спрацьовуються інтенсивніше, що призводить до більших витрат на технічне обслуговування й ремонт машин. Водночас значна частка питомих витрат коштів припадає на витратні матеріали, тож, відповідно, зростання ціни на них відчутно впливатиме на собівартість вирощеної продукції, а збільшення продуктивності агрегатів може лише частково її знижувати.
Велику увагу за використання машинних агрегатів на підвищених швидкостях варто приділяти підготовці поля, зокрема вирівнюванню поверхні. Наявність звальних гребенів, розгінних борозен, западин тощо значно впливають на якість виконання операції.
Коефіцієнт використання робочого часу
Продуктивність польових машинних агрегатів значною мірою залежить від ефективності використання часу робочої зміни. Цей показник є одним серед найвагоміших резервів підвищення продуктивності. У балансі часу зміни налічується велика кількість складових, що характеризують непродуктивні затрати часу, які слід зменшувати, а збільшувати потрібно лише один параметр – час чистої роботи агрегату. Коефіцієнт використання часу зміни визначається як відношення часу чистої роботи агрегату до загального часу робочої зміни.
Оптимальне значення коефіцієнта використання робочого часу залежить від видів виконуваних робіт. Зокрема, для оранки, суцільної культивації, дискування та лущення воно перебуває у межах 0,85 – 0,90; сівби зернових – 0,80, обприскування – 0,75 – 0,80, комбайнового збирання зернових культур – 0,70 – 0,75. За раціонального використання машинних агрегатів на зазначених операціях має забезпечуватися значення цих показників із мінімальними відхиленнями.
Резерви підвищення продуктивності машинних агрегатів
Зважаючи на той факт, що продуктивність машинних агрегатів залежить насамперед від експлуатаційних властивостей двигунів, енергетичних засобів та робочих машин, режимів роботи агрегатів й організації робіт, то найважливішими резервами підвищення продуктивності агрегатів є:
- підтримування протягом усього процесу експлуатації енергетичних засобів високого рівня реалізації потужності на валу двигуна і на гаку завдяки своєчасному й проведеному в належному обсязі технічному обслуговуванню тракторів із використанням засобів діагностування, своєчасного усунення несправностей, виконання відповідних регулювань тощо;
- зниження питомих опорів машин і агрегатів завдяки своєчасному й високоякісному технічному обслуговуванню, використанню комплексних та комбінованих агрегатів у яких загальний опір менший порівняно з сумарним опором машин, які виконують одну операцію, за їхньої роздільної роботи, використанню найраціональніших зчіплень, правильному (відповідно до лінії тяги, без перекосів) агрегатуванні й навішуванні машин, виконанню робіт в оптимальні строки (наприклад щодо механічної стиглості ґрунтів) та ін.;
- оптимальне комплектування агрегатів завдяки найраціональнішій ширині захвату і вибір найліпшого швидкісного режиму (маневрування передачами, використання всережимного регулятора, робота на підвищених швидкостях, використання широкозахватних та комбінованих агрегатів, маркерів і слідопокажчиків), що забезпечують повне використання конструктивної ширини захвату й потужності двигуна, якнайкраще завантаження трактора та забезпечення його роботи з максимальним тяговим коефіцієнтом корисної дії і найбільшою тяговою потужністю;
- підвищення коефіцієнтів використання часу робочої зміни та змінності у результаті кращої організації роботи агрегатів згідно з дво- і тризмінним режимами, впровадження раціональних способів руху для цих умов роботи агрегату, поліпшення підготовки умов роботи агрегату (розбивка поля на загінки оптимальної ширини, відбивка мінімальних поворотних смуг, способів повороту тощо);
- застосування оптимальної логістики, яка б забезпечила своєчасний контроль та облік виконання змінних норм, усунення простоїв агрегатів і повну ліквідацію непродуктивних затрат часу;
- вивчення та розроблення принципово нових, менш енергоємних, процесів деформації ґрунту і створення на їхній основі нових робочих органів комбінованого й активного типів, які дадуть змогу зменшити питомий опір під час обробітку ґрунту і таким чином суттєво зросте робоча швидкість агрегатів;
- організація групової роботи агрегатів із забезпеченням потокових методів виробництва, поліпшення технологічного обслуговування агрегатів, використання засобів механізації під час технологічного обслуговування машин;
- автоматизація регулювання, підтримування постійності технологічних процесів, водіння агрегатів за заданою оптимальною траєкторією із використанням сучасних систем супутникової навігації, регулювання швидкісного режиму тощо.
