КРАТКИЙ АНАЛИЗ ЭВОЛЮЦИИ ТЕХНИЧЕСКОЙ КОНЦЕПЦИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ТРАКТОРА

АННОТАЦИЯ

Статья посвящена анализу эволюционного развития технической концепции сельскохозяйственного трактора. В контексте рассматриваемой проблемы раскрыто содержание понятий «концепция» и «техническая концепция». Показано, что смена технической концепции сельскохозяйственного трактора отражает качественное изменение его технического уровня, в то время как развитие конструкции трактора внутри одной концепции носит количественный характер.

ABSTRACT

The article is devoted to the analysis of the evolutionary development of the technical concept of an agricultural tractor. In the context of the problem under consideration, the content of the ideas "concept" and "technical concept" is revealed. It is shown that a change in the technical concept of an agricultural tractor reflects a qualitative change of its technical level, while the development of a tractor design within one concept is quantitative.

Ключевые слова: сельскохозяйственный трактор, техническая концепция, тяговая концепция, тягово-энергетическая концепция, энергетическая концепция.

Keywords: agricultural tractor, technical concept, traction concept, traction and power concept, power concept.

Устойчиво высокие темпы прироста населения планеты при стремительном уменьшении мировых запасов минерально-сырьевых, энергетических, земельных, водных и других видов ресурсов [8], значительно обостряет проблему обеспечения продовольственной безопасности повсюду в мире. Актуален этот вопрос и для нашей республики, где в результате роста численности населения, уменьшения объемов водоснабжения и перевода земель сельскохозяйственного назначения в другие категории земельного фонда, «… за последние 15 лет наличие орошаемых земель на душу населения снизилось на 24 процента (с 0,23 га до 0,16 га)». Ожидается, что подобная тенденция сохранится и впредь: «… согласно прогнозам, в течение следующих 30 лет площади орошаемых земель могут сократиться еще на 20 – 25 процентов».

Все острее встает также проблема нехватки водных ресурсов. Так, «… согласно прогнозу Института мировых ресурсов, к 2040 году Узбекистан станет одной из 33 стран с наибольшим дефицитом воды. Снижение урожайности приведет к серьезным негативным последствиям для продовольственной безопасности …».

Во многом именно нарастанием подобного рода вызовов обусловлено принятие активно реализуемой сегодня Стратегии развития сельского хозяйства Республики Узбекистан на 2020 – 2030 годы, в рамках которой одним из важнейших стратегических приоритетов признано обеспечение продовольст­венной безопасности населения. Стратегия предусматривает, в частности, до 2030 года обеспечить освоение 1,1 млн га сельскохозяйственных земель, повышение эффективности использования 535,6 тысячи гектаров богарных, пастбищных и других земель, а также достижение роста средней производительности труда в сельском хозяйстве в 1,7 раза.

Реализация перечисленных масштабных задач предполагает повышения урожайности возделываемых на имеющихся и вновь осваиваемых земельных площадях сельскохозяйственных культур преимущественно на основе дальней­шего совершенст­вова­ния машинного земледелия, сохраняющего все еще свою домини­рую­­­щую позицию в качестве основного источника получения продовольствия [2]. В свою очередь, основной объем энергоемких земледель­ческих операций в растениеводстве и внутрихозяйственных транспортных работ в течении всего сельскохозяйственного года выполняется традицион­ными тракторами с двигателями внутреннего сгорания [12].

В контексте изложенного, представляет интерес анализ эволюции технической концепции сельскохозяйственного трактора в качестве основного тягового и тягово-приводного средства машинного моторизированного земледелия. Непосредственный анализ предварим кратким обобщенным взглядом на природу концепции в целом, и технической концепции в частности.

С самых общих позиций концепцию определяют, как систему взглядов на что-нибудь [10]. Широкий общенаучный смысл концепции, как теоретического способа понимания предметов, процессов и явлений раскрыт также в [9], отмечая при этом, что применительно к разработке новой техники концепция сущностно означает теоретически возможное из идеального. При переходе от философского понимания концепции к концепции технической – конкретной принципиально новой машины, опираются на опреде­ление этого много­аспект­ного явления как теоретического метода понимания. Подобное определение показывает, что создание конкретной машины, в нашем случае – сельско­хозяйственного трактора, разработчики должны предварить формированием ее теоретического образа. Детализация функцио­наль­ных свойств трактора при этом, облегчает переход от такого образа к конкретному техническому предложению и техническому заданию. По временной глубине различают технические концепции на ближайшую (3-5 лет), среднесрочную (5-10 лет) и отдаленную (10-15 лет) перспективы.  

Таким образом, формирование технической концепции конкретной машины подразумевает предварительное теоретическое представление ее идеального варианта с описанием функциональных свойств, которыми она должна быть наделена. Далее необходимо определиться, какие из этих свойств могут быть реализованы практически или допускают максимального к себе приближения на основе использования стандартных технических решений, с учетом заданной временной глубины. Концепция содержит текстовое, аналитическое или графическое описание потенциальных функциональных свойств, структуры или свойства элементов структуры машины на ближайшую, среднесрочную и отдаленную перспективы.      

Будучи, не являясь обязательным этапом опытно-конструкторских работ, и не обязательно сопровождаясь оформлением проектного документа, техническая концепция отражает в себе обобщенное видение концептуального облика искомой машины, формируемое всегда в представлении специалистов – разработчиков новых техники и технологий. Концептуальные подходы к разработке отдельных сложных машин могут быть реализованы созданием т.н. концепт-модели – опытной модели машины, призванной обеспечить отработку и проверку наиболее значимых концептуальных решений. 

Что касается сельскохозяйственного трактора, равно как и любой другой машины, то изменение его технической концепции отражает, по сути, переход в новое качество. Каждое новое качество соответствует отдельной концепции. Внутри определенной концепции происходят многочисленные изменения количественного характера: типа двигательной установки, компонентного элементного состава, несущих систем, общих компоновочных схем, дизайнерских решений экстерьера машинного тракторного агрегата [11], что вызывает изменение набора и показателей функциональных свойств как на уровне отдельных элементов, так и на уровне всей системы в целом. А достижение критической массы количественных изменений неизбежно приводит к качественному скачку состояния системы, в нашем случае трактора, олицетворяя собой смену его технической концепции.

Таким образом, непрерывное повышение технического уровня трактора в рамках определенной концепции рано или поздно приводит к качественным изменениям принципиального характера, что отражается в смене самой технической концепции, после чего, дальнейшее повышение технического уровня происходит в рамках уже новой концепции. В свою очередь, повышение технического уровня сельскохозяйственного трактора сопровождается непрерывным ростом его энергонасыщенности. Это означает, что развитие технической концепции трактора следует рассматривать в неразрывной связи с показателем его энергонасыщенности.

Применительно к сельскохозяйственным тракторам, в научно-технической литературе циркулируют понятия «тяговая концепция», «тягово-энергетическая концепция» и «энергетическая концепция», впервые введенные в исследовательский и практический оборот, вместе с тремя поколениями тракторов, соответствующих этим этапам развития, в работе [7]. Вкратце остановимся на чередовании этих концепций в зависимости от энергонасыщенности трактора.

Придя на замену живой тяговой силы и вытеснив применение живого труда, трактор нуждался в постоянном увеличении скорости, как главного условия повышения производительности, и улучшении своих технологических свойств. В свою очередь, увеличение скорости обеспечивалось за счет снижения материалоемкости, как основной закономерности развития техники, и повышения энергонасыщенности трактора. Но, как известно, скорость движения машинно-тракторного агрегата ограничена по агротехническим условиям. И по достижении предельного значения скорости по этим условиям, дальнейшее повышение энергонасыщенности пришлось использовать уже не для увеличения скорости, а для повышения силы тяги трактора. Так появилась необходимость в балластировании трактора [5].

Дальнейшее повышение энергонасыщенности трактора при одновремен­ном снижении его веса, неизбежно привело к значительному нарастанию веса балласта, практически превышающего в настоящее время половину веса самого трактора. Таким образом, различие путей повышения технического уровня трактора и совершенствования технологий сельскохозяйственного производства привело к возникновению своеобразной парадоксальной ситуации, когда рост технического уровня не обязательно означает улучшение технологических свойств трактора. В результате, потенциальные возможности улучшения технологических свойств большинства тракторов повышенной энергонасыщенности, выпускаемых в настоящее время, остаются практически не реализованными. И эта проблема имеет устойчивую тенденцию обострения.

Все эти вопросы так или иначе имеют отношение к вопросу об эволюции технической концепции сельскохозяйственного трактора. Чтобы пояснить это, обратимся к графику развития энергонасыщенности трактора в зависимости от повышения его технического уровня, построенному на основе прогноза развития его конструкции в [6], и представленному на  рисунке ниже, где по оси абсцисс отложено время, а по оси ординат – энергонасыщенность трактора [3]. Развитие трактора в качестве тягача на рисунке характеризует первая логиста I, а производство тягача, как трактора первого поколения, приходится на период abcd.      

Рисунок. Прогноз развития энергонасыщенности трактора [3].

Тяговая концепция подразумевает реализацию всей мощности двигателя через силу тяги P_кр, что достигается за счет соответствующего согласования эксплуатационной мощности двигателя N_э и эксплуатационного веса G_тр трактора. Это возможно в диапазоне энергонасыщенности трактора от минимальной до т.н. эталонной, равной 1,5 кВт/кН (Э_тр = N_э/G_тр) [4].

Участок ab логисты I соответствует периоду с начала производства тракторов, в котором повышение энергонасыщенности сопровождалось ростом номинальной скорости движения трактора. При достижении Э_тр предельного значения 1,5 кВт/кН и номинальной скорости трактора 9 км/ч, дальнейшее повышение скорости было ограничено правилами агротехники, но в русле основной закономерности развития техники энергонасыщенность трактора росла и дальше. Вследствие такой диспропорции и появления «излишка» мощ­нос­ти, остающейся не реализованной в технологическом процессе из-за ограни­че­ния скорости, трактор перестает принадлежать концепции тягача, и предстает в новой ипостаси, в качестве машины тягово-энергетической концепции.

Окончанию тяговой концепции трактора, как трактора первого поколения, и становлению его тягово-энергетической концепции в качестве трактора второго поколения, соответствуют участки cd логисты I и a′b′ логисты II. Чтобы искусственно увеличить вес трактора и снизить его энергонасыщенность до уровня эталонного значения в 1,5 кВт/кН, скомпенсировав, таким образом, устойчивое снижение материалоемкости и повышение энергонасыщенности трактора на участке логисты II, практически повсеместно начали применять балластирование. Логиста III олицетворяет трансформацию трактора в энергетическое средство, в своеобразном источнике энергии, с утратой, во многом, свойств тягача. Так появляется трактор энергетической концепции – трактор третьего поколения.

В мировом тракторостроении в настоящее время тракторы первого поколения – тяговой концепции, практически сняты с производства, основной объем выпуска приходится на долю тракторов второго поколения, принадлежа­щих тягово-энергетической концепции. Тракторы энергетической концепции выпускаются в меньшем количестве. Балластирование, отличающее тракторы второго поколения от тракторов первого поколения, практически вплотную подходит к рубежу своего предела и исчерпывает потенциальные возможности как способ компенсации уменьшения веса трак­тора, так как вес балластных грузов достигает и уже превышает половины его веса.

При грамотном и удобном в эксплуатации маневрировании уровнем балластирования, потенциальные технологические свойства тракторов второго поколения могут быть успешно реализованы. В целом, на основе использования тракторов тягово-энергетической и энергетической концепций, можно добиться значительного уменьшения материалоемкости машинно-тракторного агрегата, расхода топлива, негативного воздействия движителей трактора на почву, разномарочности тракторов в хозяйстве. В этом контексте, следует также отметить особую значимость исследований, направленных на формирование конструктивного облика современного трактора [1].         

Таким образом, на техническую концепцию и технологические свойства сельскохозяйственного трактора значительное влияние оказывает повышение энергонасыщенности в русле основной закономерности развития его технического уровня. На этой основе выделяют три этапа развития конструктивного облика трактора – тяговая, тягово-энергетическая и энергетическая концепции, отнеся их, соответственно, к тракторам первого, второго и третьего поколения.

В свою очередь, непрерывное совершенствование конструкции трактора в рамках определенной концепции носит количественный характер. Наращивание конструктивных изменений вызывает изменение набора и показателей функциональных свойств как на уровне отдельных элементов, так и на уровне всей системы в целом. Достижение критической массы количественных изменений приводит, в конечном итоге, к качественному скачку состояния системы, олицетворяя собой смену технической концепции трактора. Смена технической концепции сельскохозяйственного трактора отражает качественное изменение его технического уровня, отражая, по сути, переход в новое качество. Каждое новое качество соответствует отдельной концепции.

Список литературы:

1. Даминов А., Абдазимов А.Д. Анализ наиболее значимых особенностей сельскохозяйственных тракторов в контексте необходимости формирования конструктивного облика трактора будущего. Universum: технические науки: научный журнал. – № 3(96). Часть 1. 2022. С. 41-44. 
2. Дидманидзе О.Н., Девянин С.Н., Парлюк Е.П. Трактор сельскохозяйственный: вчера, сегодня, завтра. Аграрная наука Евро-северо-Востока. 2020;21(1):74-85.
3. Кутьков Г.М. Развитие технической концепции трактора. Тракторы и сельхозмашины. 2019;(1):27-35.
4. Кутьков Г.М. Энергонасыщенность и классификация тракторов. Тракторы и сельхозмашины. 2007. № 8. С. 14-20.
5. Кутьков Г.М., Грибов И.В., Перевозчикова Н.В. Балластирование сельскохозяйственных тракторов. Тракторы и сельхозмашины. 2017. № 9. С. 52-60.
6. Кутьков Г.М., Ксеневич И.П. Технологические основы и техническая концепция трактора второго поколения. Тракторы и сельхозмашины. 1982. № 12.
7. Кутьков Г.М., Чухчин Н.Ф., Мусин А.Р. Технологические и агротехнические основы развития МЭС как трактора второго поколения тягово-энергетической концепции. М: ГОНТИ-НПО “НАТИ”. 1983. С. 3-9.
8. Мирзиёева С.Ш. Методологические основы стратегирования социально-экономического развития Узбекистана: монография. – СПб. : ИПЦ СЗИУ РАНХиГС, 2020. – 184 с. – (Серия «Библиотека стратега»).
9. О концепции тягового электропривода сельскохозяйственного трактора / П.А. Амельченко [и др.] // Механика машин, механизмов и материалов. – 2016. – № 1. – С. 14-21.
10. Ожегов С.И. Толковый словарь русского языка / С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. – М.: ИТИ Технологии, 2003. – 944 с.
11. Таяновский, Г.А. Об изменении концепции и общей компоновки сельскохозяйственных тракторов / Г.А. Таяновский // Научные решения проблем развития тракторной техники, многоцелевых колесных и гусеничных машин, городского электротранспорта [Электронный ресурс] : сборник научных трудов Международной научно-практической конференции, посвященной 65летию кафедры «Тракторы», 20-21 января 2019 / редкол.: В.П. Бойков (отв. ред.) [и др.]. – Минск: БНТУ, 2019. – С. 172-192.
12. Тракторы XXI века: состояние и перспективы / С. Н. Поддубко [и др.]. – Минск: Беларуская навука, 2019. – 207 с. – ISBN 978-985-08-2399-1.