ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ МАШИННО-ТРАКТОРНОГО АГРЕГАТА ДЛЯ ГЛУБОКОГО РЫХЛЕНИЯ ПОЧВЫ
Вестник Курганской ГСХА. 2023. № 4 (48). С. 79–89
Vestnik Kurganskoj GSHA. 2023; (4-48): 79–89
Научная статья
УДК 631.372:504.062.2:303.732.4 EDN: MHAIOK
Код ВАК 4.3.1
ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ МАШИННО-ТРАКТОРНОГО АГРЕГАТА ДЛЯ ГЛУБОКОГО РЫХЛЕНИЯ ПОЧВЫ
Камиль Абдулхакович Хафизов1, Рамиль Наилович Хафизов2, Азат Ахиарович Нурмиев3*,
Ильгиз Гакифович Галиев4, Екатерина Игоревна Байгильдеева5
1, 2, 3, 4 Казанский государственный аграрный университет, Казань, Россия
5 Казанский национальный исследовательский технологический университет, Казань,
Россия
1 Fts-kgau@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-9098-0692
2 ramilajz@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-0739-0817
3 azat-nurmiev@mail.ru*, https://orcid.org/0000-0003-3514-7478
4 drGali@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-0595-1898
5 Baigildeeva_e_i@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-4611-4412
Аннотация. Цель исследований – выявление путей снижения интегрального выброса диоксида углерода в атмосферу за счет опти
мизации параметров техники и режимов её работы. Проведены многочисленные вычислительные эксперименты с использованием ма
тематической модели агрегатов на глубоком рыхлении почвы. Критерий эффективности их эксплуатации – минимальный интегральный
выброс СО2 агрегатом за весь жизненный цикл. Выявлены оптимальные параметры агрегата глубокорыхлителя для заданных условий
их работы: оптимальный вес – 150 кН, мощность двигателя – 477 л.с., ширина захвата – 7 м, рабочая скорость – 9,5 км/ч. При таких
значениях основных параметров трактора и агрегата обеспечивается минимальный выброс в атмосферу СО2 – 423 кг/га. Суммарные
энергетические затраты составят 3247 МДж/га, производительность за 1 час времени смены – 3,77 га/ч, погектарный расход топлива –
13,8 кг/га, условный тяговый коэффициент полезного действия трактора (КПД) – 0,72. Изменение веса трактора в сторону увеличения
или уменьшения приведет к росту удельных суммарных энергетических затрат и количества СО2, выбрасываемого в атмосферу. Опре
делено влияние некоторых факторов (объема работы, планируемой урожайности, удельного сопротивления глубокорыхлителя и др.)
на величину интегрального выброса СО2 при эксплуатации агрегата. Выявлена возможность снижения интегрального выброса диоксида
углерода в пределах от 100 до 2000 кг/га, в зависимости от условий работы агрегатов и используемой техники. Установлено, что сниже
ние удельного сопротивления глубокорыхлителя с 16 кН/м до 8 кН/м приводит к снижению выброса СО2 с 565 до 325 кг/га, что составит
в среднем 30 кг/га на 1 кН/м.
Ключевые слова: экология, безопасность, машинно-тракторный агрегат, парниковые газы, оптимизация параметров, потери урожая, почва, переуплотнение, агросрок.
Для цитирования: Хафизов К.А., Хафизов Р.Н., Нурмиев А.А., Галиев И.Г., Байгильдеева Е.И. Экологический подход к оптимизации параметров машинно-тракторного агрегата для глубокого рыхления почвы // Вестник Курганской ГСХА. 2023. № 4 (48). С. 79–89. EDN: MHAIOK.
Scientific article
AN ECOLOGICAL APPROACH TO PARAMETER OPTIMIZATION OF THE MACHINE-TRACTOR AGGREGATE FOR CHISEL PLOUGHING
Kamil A. Khafizov1, Ramil N. Khafizov2, Azat A. Nurmiev3*, Ilgiz G. Galiev4, Ekaterina I. Baygildeeva5
1, 2, 3, 4 Kazan State Agrarian University, Kazan, Russia
5 Kazan National Research Technological University, Kazan, Russia
1 Fts-kgau@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-9098-0692
2 ramilajz@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-0739-0817
3 azat-nurmiev@mail.ru*, https://orcid.org/0000-0003-3514-7478
4 drGali@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-0595-1898
5 Baigildeeva_e_i@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-4611-4412
Abstract. The purpose of the research is to identify the ways to reduce the integral emission of carbon dioxide into the atmosphere by
optimizing the equipment parameters and its operating modes. Numerous computational experiments have been carried out using a mathemat
ical model of the aggregates at deep soil chiselling. The criterion for the aggregate operation efficiency is the minimum integral CO2 emission by the aggregate over the entire life cycle. The optimal parameters of the chisel cultivator aggregate for the specified operating conditions have been identified: optimal weight – 150 kN, engine power – 477 hp, operating width – 7 m, operating speed – 9.5 km/h. With such values of the main parameters of the tractor and the aggregate, the CO2 emission into the atmosphere is minimum, 423 kg/ha. Total energy costs will amount to 3,247 MJ/ha, performance for 1 hour of shift time is 3.77 ha/h, per-hectare fuel consumption is 13.8 kg/ha, conventional traction efficiency coefficient is 0.72. The tractor weight change in the direction of increasing or decreasing will lead to an increase in the specific total energy costs and the amount of CO2 emitted into the atmosphere. The influence of some factors (work volume, planned yield, chisel cultivator specific resistivity, etc.) on the value of the integral CO2 emission during aggregate operation has been determined. The possibility of reducing the integral emission of carbon dioxide in the range from 100 to 2,000 kg/ha, depending on the aggregate operating conditions and the equipment used, has been revealed. It has been found that a decrease in the resistivity of the chisel cultivator from 16 kN/m to 8 kN/m leads to a decrease in CO2 emissions from 565 to 325 kg/ha, which will average out at 30 kg/ha per 1 kN/m.
Keywords: ecology, safety, machine and tractor aggregate, greenhouse gases, parameters optimization, crop waste, soil, overconsolidation of soil, harvest time.
For citation: Khafizov K.A., Khafizov R.N., Nurmiev A.A., Galiev I.G., Baygildeeva E.I. An ecological approach to parameter optimization of the machine-tractor aggregate for chisel ploughing. Vestnik Kurganskoj GSHA. 2023; (4-48): 79–89. EDN: MHAIOK. (In Russ).
Vestnik Kurganskoj GSHA. 2023; (4-48): 79–89
Научная статья
УДК 631.372:504.062.2:303.732.4 EDN: MHAIOK
Код ВАК 4.3.1
ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ МАШИННО-ТРАКТОРНОГО АГРЕГАТА ДЛЯ ГЛУБОКОГО РЫХЛЕНИЯ ПОЧВЫ
Камиль Абдулхакович Хафизов1, Рамиль Наилович Хафизов2, Азат Ахиарович Нурмиев3*,
Ильгиз Гакифович Галиев4, Екатерина Игоревна Байгильдеева5
1, 2, 3, 4 Казанский государственный аграрный университет, Казань, Россия
5 Казанский национальный исследовательский технологический университет, Казань,
Россия
1 Fts-kgau@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-9098-0692
2 ramilajz@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-0739-0817
3 azat-nurmiev@mail.ru*, https://orcid.org/0000-0003-3514-7478
4 drGali@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-0595-1898
5 Baigildeeva_e_i@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-4611-4412
Аннотация. Цель исследований – выявление путей снижения интегрального выброса диоксида углерода в атмосферу за счет опти
мизации параметров техники и режимов её работы. Проведены многочисленные вычислительные эксперименты с использованием ма
тематической модели агрегатов на глубоком рыхлении почвы. Критерий эффективности их эксплуатации – минимальный интегральный
выброс СО2 агрегатом за весь жизненный цикл. Выявлены оптимальные параметры агрегата глубокорыхлителя для заданных условий
их работы: оптимальный вес – 150 кН, мощность двигателя – 477 л.с., ширина захвата – 7 м, рабочая скорость – 9,5 км/ч. При таких
значениях основных параметров трактора и агрегата обеспечивается минимальный выброс в атмосферу СО2 – 423 кг/га. Суммарные
энергетические затраты составят 3247 МДж/га, производительность за 1 час времени смены – 3,77 га/ч, погектарный расход топлива –
13,8 кг/га, условный тяговый коэффициент полезного действия трактора (КПД) – 0,72. Изменение веса трактора в сторону увеличения
или уменьшения приведет к росту удельных суммарных энергетических затрат и количества СО2, выбрасываемого в атмосферу. Опре
делено влияние некоторых факторов (объема работы, планируемой урожайности, удельного сопротивления глубокорыхлителя и др.)
на величину интегрального выброса СО2 при эксплуатации агрегата. Выявлена возможность снижения интегрального выброса диоксида
углерода в пределах от 100 до 2000 кг/га, в зависимости от условий работы агрегатов и используемой техники. Установлено, что сниже
ние удельного сопротивления глубокорыхлителя с 16 кН/м до 8 кН/м приводит к снижению выброса СО2 с 565 до 325 кг/га, что составит
в среднем 30 кг/га на 1 кН/м.
Ключевые слова: экология, безопасность, машинно-тракторный агрегат, парниковые газы, оптимизация параметров, потери урожая, почва, переуплотнение, агросрок.
Для цитирования: Хафизов К.А., Хафизов Р.Н., Нурмиев А.А., Галиев И.Г., Байгильдеева Е.И. Экологический подход к оптимизации параметров машинно-тракторного агрегата для глубокого рыхления почвы // Вестник Курганской ГСХА. 2023. № 4 (48). С. 79–89. EDN: MHAIOK.
Scientific article
AN ECOLOGICAL APPROACH TO PARAMETER OPTIMIZATION OF THE MACHINE-TRACTOR AGGREGATE FOR CHISEL PLOUGHING
Kamil A. Khafizov1, Ramil N. Khafizov2, Azat A. Nurmiev3*, Ilgiz G. Galiev4, Ekaterina I. Baygildeeva5
1, 2, 3, 4 Kazan State Agrarian University, Kazan, Russia
5 Kazan National Research Technological University, Kazan, Russia
1 Fts-kgau@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-9098-0692
2 ramilajz@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-0739-0817
3 azat-nurmiev@mail.ru*, https://orcid.org/0000-0003-3514-7478
4 drGali@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-0595-1898
5 Baigildeeva_e_i@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-4611-4412
Abstract. The purpose of the research is to identify the ways to reduce the integral emission of carbon dioxide into the atmosphere by
optimizing the equipment parameters and its operating modes. Numerous computational experiments have been carried out using a mathemat
ical model of the aggregates at deep soil chiselling. The criterion for the aggregate operation efficiency is the minimum integral CO2 emission by the aggregate over the entire life cycle. The optimal parameters of the chisel cultivator aggregate for the specified operating conditions have been identified: optimal weight – 150 kN, engine power – 477 hp, operating width – 7 m, operating speed – 9.5 km/h. With such values of the main parameters of the tractor and the aggregate, the CO2 emission into the atmosphere is minimum, 423 kg/ha. Total energy costs will amount to 3,247 MJ/ha, performance for 1 hour of shift time is 3.77 ha/h, per-hectare fuel consumption is 13.8 kg/ha, conventional traction efficiency coefficient is 0.72. The tractor weight change in the direction of increasing or decreasing will lead to an increase in the specific total energy costs and the amount of CO2 emitted into the atmosphere. The influence of some factors (work volume, planned yield, chisel cultivator specific resistivity, etc.) on the value of the integral CO2 emission during aggregate operation has been determined. The possibility of reducing the integral emission of carbon dioxide in the range from 100 to 2,000 kg/ha, depending on the aggregate operating conditions and the equipment used, has been revealed. It has been found that a decrease in the resistivity of the chisel cultivator from 16 kN/m to 8 kN/m leads to a decrease in CO2 emissions from 565 to 325 kg/ha, which will average out at 30 kg/ha per 1 kN/m.
Keywords: ecology, safety, machine and tractor aggregate, greenhouse gases, parameters optimization, crop waste, soil, overconsolidation of soil, harvest time.
For citation: Khafizov K.A., Khafizov R.N., Nurmiev A.A., Galiev I.G., Baygildeeva E.I. An ecological approach to parameter optimization of the machine-tractor aggregate for chisel ploughing. Vestnik Kurganskoj GSHA. 2023; (4-48): 79–89. EDN: MHAIOK. (In Russ).
