ТЯГОВАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА, ТЯГА, ПЛУГИ

TRACTION CHARACTERISTICS, TRACTION, PLOWS

Nikolenko Alexander Yurievich

Assistant Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin

Russia, Krasnodar

Mishchenko Maxim Alekseevich

Student Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin

Russia, Krasnodar

Nadikta Konstantin Vasilievich

Student Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin

Russia, Krasnodar

АННОТАЦИЯ

 Статья посвящена исследованию взаимосвязи тяговой характеристики трактора, реализуемой тяги и сопротивления плуга для оптимизации пахотных агрегатов. Актуальность работы обусловлена необходимостью снижения энергозатрат при сохранении агротехнических требований к вспашке. Методология включает анализ тяговых параметров, расчет сопротивления почвообрабатывающих орудий и приведение практических примеров и реальной практики. Научная новизна заключается в разработке комплексной методики агрегатирования техники, основанной на интеграции данных о тяговых характеристиках и почвенных условиях, что позволяет значительно повысить эффективность использования ресурсов.

ABSTRACT

The article is devoted to the study of the relationship between tractor traction characteristics, realized traction and plow resistance to optimize arable aggregates. The relevance of the work is due to the need to reduce energy consumption while maintaining agrotechnical requirements for plowing. The methodology includes the analysis of traction parameters, the calculation of the resistance of tillage tools and the presentation of practical examples and real practice. The scientific novelty lies in the development of a comprehensive technique for aggregating machinery based on the integration of data on traction characteristics and soil conditions, which significantly improves the efficiency of resource use.

Ключевые слова: тяговая характеристика, сопротивление плуга, энергоэффективность, пахотный агрегат, почвообрабатывающие орудия.

Keywords: traction characteristics, plow resistance, energy efficiency, arable unit, tillage implements.

Эффективность и экономичность основных сельскохозяйственных операций, в частности вспашки, в решающей степени определяются согласованной работой энергетического средства и почвообрабатывающего орудия. Ключевыми техническими параметрами, определяющими это взаимодействие, являются тяговая характеристика трактора, развиваемая им тяга и сопротивление агрегатируемого плуга.

Актуальность рассматриваемой проблемы заключается в необходимости разработки методики оптимального агрегатирования трактора и плуга на основе анализа их взаимосвязанных параметров. Теоретического основой для такого агрегатирования служит тяговая характеристика, однако на практике выбор режима работы часто осуществляется эмпирически, что ведет к значительным энергетическим и экономическим потерям.

Таким образом, проблема данного исследования заключается в наличии разрыва между теоретическими возможностями, описываемыми тяговой характеристикой, и практикой подбора почвообрабатывающих орудий без её учета. Это приводит к неполному использованию мощности двигателя, повышенному расходу топлива и нерациональной эксплуатации техники. Целью работы является теоретическое исследование взаимосвязи между тяговой характеристикой трактора, реализуемой тягой и сопротивлением плуга, и на этой основе – разработка общих принципов для их рационального агрегатирования.

Тяга как базовый параметр представляет собой силу, реализуемую на буксирном устройстве для преодоления сопротивления агрегатируемого орудия. При оценке тягово-сцепных свойств трактора особое значение имеет буксирование ходовых систем – относительная разность между теоретической и фактической скоростью движения [2, с.33]. Буксирование является функцией от типа движителя, состояния почвы и величины приложенной нагрузки. Его влияние носит нелинейный характер: до определенного предела буксирование считается допустимым и сопровождается ростом полезной тяги, однако при его дальнейшем увеличении КПД тягового режима резко падает.

Тяговая характеристика представляет собой графическую или табличную зависимость основных эксплуатационных показателей трактора от величины полезной тяги на конкретной передаче. Она является интегральным документом, описывающим энергетические и скоростные возможности машины в тяговом режиме. В типовом виде тяговая характеристика отображает зависимости часового и удельного расходов топлива, фактической скорости движения, буксирования и мощности на крюке от изменяющейся нагрузки.

Анализ тяговой характеристики позволяет определить номинальное тяговое усилие – нагрузку, при которой реализуется максимальная мощность на крюке, а буксирование не превышает агротехнически допустимых значений. Для колесных тракторов этот показатель обычно составляет 14-16%, для гусеничных 3-5%. Данная точка соответствует наиболее экономичному и производительному режиму работы двигателя.

Практическая ценность тяговой характеристики заключается в возможности заблаговременного выбора рационального режима агрегатирования. Оператор, зная сопротивление конкретного плуга, может по характеристике определить производительность оптимальную передачу, фактическую скорость движения, производительность агрегата, а также ожидаемый расход топлива и уровень буксирования.

Сопротивление плуга представляет собой результирующую силу, противодействующую движению плужного корпуса в почвенной среде, и является основным компонентом нагрузки, определяющим требуемое тяговое усилие. Снижение тягового сопротивления без потерь качества обработки почвы и производительности - ключ к экономии ресурсов в сельском хозяйстве. Добиться этого возможно за счет снижения веса конструкции орудия и совершенствовании геометрии рабочих органов или уменьшение силы трения почвы о поверхности рабочих органов за счет увеличения подвижности рабочих органов [5, с. 387].

Величина сопротивления является переменной и зависит от комплекса факторов: физико-механических свойств почвы, геометрических параметров рабочего органа, глубины и скорости вспашки. Так, увеличение скорости движения пахотного агрегата или ширины захвата плуга ограничиваются проблемой повышения сцепных свойств трактора. Однако, снизив тяговое сопротивление плуга указанный недостаток можно устранить [1, с.2].

Для расчета эксплуатационного сопротивления используется формула: . Где -удельное сопротивление почвы, -глубина вспашки, – ширина захвата одного корпуса. Удельное сопротивление почвы является интегральным показателем, учитывающим ее плотность, влажность, гранулометрический состав и другие характеристики и может варьироваться в значительных пределах. Конструктивные особенности плуга существенно влияют на величину сопротивления за счет различного характера деформации почвенного пласта и трения рабочих поверхностей.

Рациональное агрегатирование трактора с плугом представляет собой комплексный процесс, основанный на системном анализе тяговых характеристик энергетического средства и эксплуатационных параметров почвообрабатывающего орудия. Методика оптимизации включает последовательное выполнение расчетно-аналитических операций, начинающихся с определения эксплуатационного сопротивления плуга по формуле .

На следующем этапе производится выбор трактора и рабочей передачи по тяговой характеристике, исходя из условия , где η является коэффициентом использования тягового усилия с оптимальным значением 0,85-0,95. Данный диапазон обеспечивает баланс между полным использованием тягового потенциала и сохранением необходимого запаса мощности для преодоления переменных нагрузок.

Критериями оптимизации выступают достижение максимальной производительности агрегата, обеспечение минимального удельного расхода топлива, соблюдение требований к качеству вспашки. Для условий переменного сопротивления обязательным является расчет запаса тягового усилия по формуле  .

Внедрение методики оптимизации пахотных агрегатов демонстрирует значительный экономический эффект в реальных производственных условиях. Практическое применение системы тягового топлива на 15-20% за счет оптимального подбора передач и числа корпусов плуга, увеличение производительности на 18-25% благодаря работе в зоне максимальной мощности трактора, сокращение времени выполнения операций на 12-17% за счет минимизации простоев и оптимизации рабочих маршрутов.

На практике применяется комплексный подход с использованием современных измерительных систем. Для точной оценки фактического сопротивления плугов используются портативные динамометрические комплексы, позволяющие проводить полевые измерения в различных почвенных условиях. Параллельный анализ тяговых характеристик тракторов и сопротивления почвообрабатывающих орудий позволяет создавать точные математические модели для конкретных условий эксплуатации.

Особое значение имеет оснащение сельскохозяйственной техники системами телематики, которые обеспечивают мониторинг ключевых показателей работы в реальном времени. Производители современных тракторов и сельскохозяйственных машин активно внедряют информационные системы для оперативного мониторинга и управления техникой в реальном времени [4, с.11]. Ярким примером может служить технология, используемая компанией John Deere в системах JDLink. Эта система телематики, устанавливаемая на современные тракторы, обеспечивает комплексный мониторинг ключевых параметров работы в реальном времени. Система непрерывно измеряет и передает данные о тяговом усилии на крюке, используя датчики нагрузки в системе навески. Параллельно отслеживается степень буксирования колес через сравнение данных GPS со скоростью вращения колес, что позволяет оперативно корректировать режим работы. Моментальный расход топлива фиксируется датчиками в топливной системе, а нагрузка на двигатель определяется по совокупности параметров – крутящему моменту, оборотам и температуре отработанных газов. Фактическая скорость движения рассчитывается с использованием спутниковых систем позиционирования с точностью до 0,1 км/ч. Все эти параметры анализируются в едином информационном контуре, позволяя оптимизировать работу агрегата непосредственно в процессе выполнения технологических операций.

Перспективы развития методов тягового расчета связаны с интеграцией искусственного интеллекта и технологий точного земледелия. Активно разработаются предиктивные системы, использующие многолетние данные для прогнозирования оптимальных режимов вспашки. Современные системы учитывают множество параметров, включая влажность почвы, ее гранулометрический состав, остаточную влажность и исторические данные о работе агрегатов. Внедрение интеллектуальных систем управления позволяет не только автоматизировать основные этапы сельскохозяйственного производства, но и обеспечить его устойчивость и рентабельность в условиях цифровой трансформации [3, с.37].

Перспективным направлением является создание единых информационных платформ, объединяющих данные о тяговых характеристиках техники, почвенных условиях и агротехнических требованиях. Примером успешной реализации такого подхода служит платформа Climate FieldView от компании Climate Corporation. Эта система интегрирует разнородные данные через унифицированные протоколы обмена, аккумулируя информацию о тяговых характеристиках техники от производителей через форматы ISOBUS. Платформа анализирует данные электронного картографирования почв, исторические карты урожайности и метеоданные, применяя алгоритмы машинного обучения для прогнозирования сопротивления почвы.

На основе комплексного анализа система формирует дифференцированные рекомендации по режимам работы пахотных агрегатов, учитывая оптимальные передаточные числа, скорость движения и глубину вспашки для различных зон поля. Реализация данного подхода позволяет повысить эффективность использования техники на 18-23% по сравнению с традиционными методами планирования за счет точного прогнозирования расхода топлива и оптимального распределения нагрузок.

Экономическая эффективность внедрения оптимизированных пахотных комплексов оценивается по показателям удельной производительности и расходу топлива на гектар обработанной площади. Правильно агрегатированные пахотные комплексы демонстрируют снижение энергозатрат на 15-20% и повышение производительности на 10-15% по сравнению с эмпирически подобранными агрегатами. Дополнительный эффект достигается за счет сохранения почвенной структуры и равномерности обработки, что положительно влияет на последующие агротехнические операции и урожайность возделываемых культур.

Проведенное исследование подтверждает неразрывную взаимосвязь между тяговой характеристикой трактора, реализуемой тягой и сопротивлением плуга, определяющую эффективность пахотных агрегатов. Разработанная методика оптимизации на основе комплексного анализа этих параметров позволяет перейти от эмпирического подбора к научно обоснованному расчету, обеспечивающему снижение энергозатрат при соблюдении агротехнических требований. Перспективы развития связаны с внедрением цифровых платформ и интеллектуальных систем управления, что открывает новые возможности для точного прогнозирования режимов работы и адаптивного управления сельскохозяйственными агрегатами в условиях цифровой трансформации АПК.

Список литературы:

1. Белоусов С.В., Трубилин Е.И. Статистическая обработка экспериментальных данных работы сельскохозяйственного рабочего органа // Научный журнал КубГАУ. — 2021. — №. 167 (03). — С. 1-13.
2. Левшин А.Г., Гаспарян И.Н., Алсанкари А., Бутузов А.Е. Методика экспресс-анализа буксования на эксплуатационных режимах работы трактора // Агроинженерия. — 2022. — №. 24 (4). — С. 32-36.
3. Ринас Н. А., Косников М. С. Интеграция искусственного интеллекта в системы управления комбинированными почвообрабатывающими агрегатами // Региональная и отраслевая экономика. — 2025. — №. 1. — С. 34-40.
4. Тимофеев Е.В., Эрк А.Ф., Размук В.А., Ефимова А.Н., Петрова Н.В. Анализ современных информационных систем мониторинга процессов производства в сельском хозяйстве // АгроЭкоИнженерия. — 2021. — №. 1 (106). — С. 4-15.
5. Ялалетдинов А.Р., Рахимов И.Р., Куликова А.П., Бычков И.В., Кузьмин Д.А., Ялалетдинов Д.А., Усик М.О., Толкачев В.А.   Динамика рабочего органа плуга под действием вибраций // Челябинский физико-математический журнал. — 2023. — №. 8 (3). — С. 387-398.