Енергоефективна електромеханічна система обробітку ґрунту на базі електромотоблока

Abstract

UK: В Україні за останні роки значно збільшилась кількість фермерських господарств, приватних землекористувачів та споруд захищеного ґрунту. Для підвищення ефективності виробництва овочів широке застосування отримали малогабаритні мобільні агрегати у вигляді мотоблоків з двигунами внутрішнього згорання вітчизняного і зарубіжного виробництва. Однак під час роботи мобільних агрегатів з двигунами внутрішнього згорання в теплицях і парниках підвищується рівень шуму і загазованість повітря, які негативно впливають не тільки на людей, але й на рослини. До недоліків мотоблоків з двигунами внутрішнього згорання також слід віднести досить високі питомі витрати рідкого палива, що має високу вартість, складнощі при пуску і зупинці агрегату, а також відносно невисоку надійність роботи двигунів внутрішнього згорання. Більш перспективними для роботи в спорудах захищеного ґрунту є мобільні агрегати з тяговими електродвигунами, що отримали назву електромотоблоків, як екологічно чисті агрегати, що не мають названих недоліків. В роботі наведено основні технічні характеристики експериментального зразку малогабаритного електрифікованого ґрунтообробного мотоблока. Обґрунтовано структурну схему силового енергетичного каналу електромотоблока, що наочно демонструє процеси перетворення енергії в ньому. Отримано рівняння енергетичного балансу електромотоблока та основних енергетичних співвідношень, що визначають властивості тягового електродвигуна в приводі електромотоблока. Обґрунтовано алгоритм оптимального керування тяговим електродвигуном постійного струму за максимумом коефіцієнту корисної дії для двигунів постійного струму послідовного та змішаного збудження. Представлено результати польових випробувань дослідного зразку електромотоблока. Аналіз отриманих результатів експериментальних досліджень електрифікованого ґрунтообробного мотоблока з приводом від двигуна постійного струму послідовного збудження свідчить про зниження питомих енерговитрат на основні види обробітку ґрунту на 12–15 %. RU: В Украине за последние годы значительно увеличилось количество фермерских хозяйств, частных землепользователей и сооружений защищенного грунта. Для повышения эффективности производства овощей широкое применение получили малогабаритные мобильные агрегаты в виде мотоблоков с двигателями внутреннего сгорания отечественного и зарубежного производства. Однако во время работы мобильных агрегатов с двигателями внутреннего сгорания в теплицах и парниках повышается уровень шума и загазованность воздуха, которые негативно влияют не только на людей, но и на растения. К недостаткам мотоблоков с двигателями внутреннего сгорания также следует отнести достаточно высокие удельные расходы жидкого топлива, которое имеет высокую стоимость, сложности при пуске и остановке агрегата, а также относительно невысокую надежность работы двигателей внутреннего сгорания. Более перспективными для работы в сооружениях защищенного грунта являются мобильные агрегаты с тяговыми электродвигателями, получившие название электромотоблоков, как экологически чистые агрегаты, не имеющие названных недостатков. В работе приведены основные технические характеристики экспериментального образца малогабаритного электрифицированного почвообрабатывающего мотоблока. Обоснована структурная схема силового энергетического канала электромотоблока, которая наглядно демонстрирует процессы преобразования энергии в нем. Получено уравнение энергетического баланса электромотоблока и основных энергетических соотношений, определяющих свойства тягового электродвигателя в приводе электромотоблока. Обоснован алгоритм оптимального управления тяговым электродвигателем постоянного тока по максимуму коэффициента полезного действия для двигателей постоянного тока последовательного и смешанного возбуждения. Представлены результаты полевых испытаний опытного образца электромотоблока. Анализ полученных результатов экспериментальных исследований электрифицированного почвообрабатывающего мотоблока с приводом от двигателя постоянного тока последовательного возбуждения свидетельствует о снижении удельных энергозатрат на основные виды обработки на 12–15 %. EN: In Ukraine, the number of farms, private land users and protected soil structures has increased significantly in recent years. To increase the efficiency of vegetable production, small-sized mobile units in the form of motoblocks with internal combustion engines of domestic and foreign production have been widely used. However, during the operation of mobile units with internal combustion engines in greenhouses and hotbeds, the noise level and air pollution increase, which negatively affect not only people but also plants. The disadvantages of motoblocks with internal combustion engines should also include a fairly high specific consumption of liquid fuel, which has a high cost, difficulties in starting and stopping the unit, as well as the relatively low reliability of the internal combustion engine. More promising for work in protected soil structures are mobile units with traction motors, called electric motors, as environmentally friendly units that do not have these shortcomings. The main technical characteristics of the experimental sample of a small-sized electrified soil-cultivating motoblock are given in the work. The structural scheme of the power energy channel of the electric motor unit is substantiated, which clearly demonstrates the processes of energy conversion in it. The equation of energy balance of the electric motor unit and the main energy ratios that determine the properties of the traction motor in the drive of the electric motor unit are obtained. The algorithm of optimal control of a direct current traction motor by the maximum efficiency for direct current motors of serial and mixed excitation is substantiated. The results of field tests of the prototype of the electric motor unit are presented. The analysis of the obtained results of experimental researches of the electrified tillage motor-drive driven by the direct current motor of sequential excitation testifies to the reduction of specific energy consumption for the main types of tillage by 12-15%.