УДК 637. 31

Е.И. Давидсон,

доктор техн. наук.

профессор СПбГАУ

Концепции развития сельхозмашин до 2030 года

       Приветствую читателей моей предыдущей статьи [1] и формулирую название следующей на аналогичную тему о научном прогнозе развития сельхозмашин на следующее десятилетие.

        Но прежде проанализируем концепции предыдущей статьи. Их пять. Первые две концепции об оперативном контроле качества, автоматическом управлении и оценке выполнения задания с помощью моделирования и кибернетики [2,3]. Эти концепции выполняются. Всё больше машин, оснащённых бортовыми микропроцессорами и приборами управления выпускаются фирмами и экспонируются на выставках и ярмарках. Мой прогноз выполняется. Третья концепция о технологической надёжности сельхозмашин с помощью дилерского сервиса исполняется фирмами – производителями машин, но официально не признана. Ныне действующая планово-предупредительная система обслуживания и ремонта не отменена, хотя она будет отменена в пользу современно возможной системы обслуживания и нормального технологического функционирования машин. Соглашаюсь признать, что прогноз этой концепции не попал в цель. Четвёртая концепция о сохранении агроэкосистемы при работе сельхозмашин действует и продолжает развиваться на государственном уровне. Пятая концепция «Получение удовольствия от работы на тракторе», безусловно реализуется. Ставится вопрос о том, чтобы опции в кабинах тракторов были бы не хуже опций в салонах автомобилей эконом-класса и выполнялись автомобилестроительными фирмами.

       Итак, точность прогноза 4 из 5, т.е. 75 %, довольно высокая. Позвольте перейти к прогнозу на следующее десятилетие до 2030 года. Сформулируем научные концепции развития сельхозмашин до 2030 года. Повсеместное развитие цифровых технологий приведёт к созданию и внедрению новых датчиков для регистрации обобщённых комплексных показателей, к разработке новых идентичных моделей сельхозмашин, новых приборов для оценки технологических процессов. Сельхозмашины будут исполнительными рабочими органами в запрограммированной агрокибернетической технологии выращивания и уборки определённых культур на конкретном поле. Значит, алгоритм прогноза: технология –программа – реализация сельхозмашиной.

       Энергетика. Большинство сельхозмашин не имеет собственного двигателя. Для работы сельхозмашину надо протаскивать по полю или прокручивать её ротационные рабочие органы. Тяговое усилие или крутящий момент создаёт трактор, на котором установлен двигатель внутреннего сгорания. При научном прогнозе на перспективу вскроем проблемы, существующие с момента создания ДВС и пути их решения.

       1. Все дизельные тракторы работают на углеводородном топливе. Запасы нефти на земле не бесконечны. Надо переходить на другое, возобновляемое топливо, на электричество. Ведь если обработку почвы в России проводить электротракторами, то можно сэкономить 15 % всей добываемой в стране нефти в год.

       2. Двигатель внутреннего сгорания неустойчиво работает на малых оборотах и не может создавать большого момента. А при трогании с места и при разгоне, при заглублении в почву рабочих органов необходим максимальный крутящий момент и максимальное тяговое усилие. Поэтому приходиться включать шестерёнки и иметь в трансмиссии коробку перемены передач. У электромотора при минимуме оборотов ротора максимальное значение крутящего момента. Можно моторы поставить прямо на колёса. Это значительно упрощает конструкцию.

       Итак, в перспективе просматривается электротрактор и киберагромашина. Первый советский электротрактор ХТЗ-12 появился в 1952 году, когда в стране не хватало тракторного керосина. Изготовитель – Харьковский тракторный завод, разработчики: ВИЭСХ (Всесоюзный НИИ электрификации сельского хозяйства) и НАТИ (Научный автотракторный институт). Трактор был создан на базе серийного трактора АСХТЗ-НАТИ. На тракторе был установлен злектромотор, электричество к нему подводилось кабелем, намотанным на барабан, кабель связывал электромотор с источником тока на краю поля. Этот трактор был маломаневренным, У него быстро изнашивался кабель. Экономически он оказался не выгодным и широкого распространения не получил.

       Проблема создания электротрактора, работающего на злектричестве и перевозящего электроэнергию на своем борту в аккумуляторе, заряжающемся от розетки, сохраняется до сего времени. Нужен аккумулятор, не боящийся ударов, имеющий ёмкость, достаточную для работы хотя бы одну смену, имеющий силу тока, достаточную для вспашки твёрдых глинистых почв на глубину до 25 см. со скоростью 4–6 км/час. Удельная масса АКБ должна быть минимальной.

         Войдём в Интернет с поиском «Современный аккумулятор».

       Открывается Википедия «Литий-ионный аккумулятор». [4] Этот аккумулятор широко распространён в современной бытовой электронной технике и находит своё применение в качестве источника электричества в электромобилях. Аккумулятор состоит из алюминиевого катода и медного анода, между ними пористый сепаратор, пропитанный положительно заряженными ионами лития, которые переносят электрический ток при разряде и заряде. Жидкого электролита нет. Тяжёлого свинца нет. Имеется возможность дальнейшего совершенствования этих аккумуляторов. Авторство литий-ионного аккумулятора принадлежит профессору Техасского Университета США, доктору философии Джону Гуденафу, специалисту в области физики и материаловедения [5], лауреату многих престижных премий.

       Предлагаю в СПбГАУ открыть проблемную лабораторию по созданию и освоению электротракторов с литий-ионными АКБ. Если в США созданы и работают на электроавтомобилях литий-ионные аккумуляторы, значит можно создать АКБ и для электротракторов. Материал сухого электролита в современных аккумуляторах – литий. Это щелочной редкоземельный металл. В России значительные запасы лития имеются в Мурманской области и в Уссурийском крае. Перспектива создания литий-ионных аккумуляторов в России имеется, значит, может появиться и отрасль электротракторов. Фирма Mobel сообщает, что она изготовила электротрактор на базе трактора Беларусь 920 с современным литий-ионным аккумулятором и испытала его на сельскохозяйственных работах. Электротрактор обеспечивает пяти-семикратную экономию средств на стоимости энергоресурсов и техобслуживания. В продаже есть автомобильные литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы. Тракторные литий-ионные аккумуляторы должны иметь большую силу тока для обеспечения электротрактору значительного тягового усилия при вспашке и, особенно, при заглублении корпусов плуга в начале работы.

      Предлагаю простейшее конструктивно-схемное решение электротрактора на базе трактора Беларусь и существующих автомобильных литий-ионных АКБ. Снимаем дизель и в освободившееся подкапотное пространство устанавливаем несколько аккумуляторов, соединяя их так, чтобы сила тока обеспечила требуемую тяговую силу для работы с плугом. Снимаем сцепление, коробку перемены передач, усилитель крутящего момента дифференциал до полуосей задних ведущих колёс. Устанавливаем два электромотора постоянного тока так, чтобы их роторы соединились с полуосями колёс. Третий электромотор должен крутить вал отбора мощности.

       Сформулируем концепцию развития сельскохозяйственных тракторов и самоходных машин до 2030 года. Существующий тракторный парк будет заменяться на электротракторы, если будут создаваться надёжные безопасные аккумуляторы и не возникнет сопротивления нефтедобывающей отрасли. Электротракторы экономичны, бесшумны, экологически чистые, легче управляемы и дешевле.

       В кабине электротрактора будут созданы научно обоснованные оптимальные условия для благоприятной работы с мониторингом состояния работоспособности оператора и рекомендациями по оздоровлению. Аграрий должен получать удовлетворение от работы на электротракторе на своей ферме.

Литература

1. Давидсон Е.И. Концепции развития сельхозмашин до 2020 года. Сб. научных трудов «Технологии и средства механизации сельского хозяйства», СПбГАУ, 2011г., С. 22-24.

2. Давидсон Е.И. Сельхозмашины. Идентификация, моделирование, кибернетика. Монография. Размещена в РИНЦ. СПбГАУ. СПб., 2009 г. – 156 с.

3. Давидсон Е.И. Научные исследования мобильных сельхозмашин. Авторский курс лекций для магистров агроинженерного направления. Монография. Размещена в РИНЦ. СПбГАУ, СПб., 2009 г. – 112 с.

4. https://ru.Wikipedia.org/литий-ионный аккумулятор.

5. https://ru.Wikipedia.org/Гуденаф, Джон.