Эта статья является кандидатом в добротные статьи

Электроплуг

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Электроплу́г — механизм на электрической тяге, производящий пахоту земли. Действует при помощи стационарной лебёдки и троса, подтягивающих плуг, или при помощи установленного на плуге электродвигателя, получающего питание по кабелю из внешнего источника. Электроплуги получили некоторое распространение в 1880—1930-х годах, но не выдержали конкуренции с тракторами.

История[править | править код]

Паровой плуг Джона Фаулера — из каталога фирмы за 1870 год
Паровой плуг Джона Фаулера — из каталога фирмы за 1870 год

В 1856 году британский инженер и предприниматель Джон Фаулер[en] изобрёл и запатентовал паровой плуг. Одним из вариантов использования было следующее: одна или две паровые машины с лебёдкой, приводившей в движение при помощи троса плуг — другая сторона троса крепилась к находившейся на противоположном конце поля другой паровой машине или блоку. В дальнейшем Фаулер создал компанию собственного имени для производства паровых машин и сельскохозяйственных орудий. Система получила довольно большое распространение как в Старом, так и в Новом Свете, но имела ряд недостатков: сложность в эксплуатации, большой вес, а также цена, которая в 1870 году составляла от 450 фунтов за систему с одной паровой машиной мощностью 8 л. с. до 2330 фунтов за систему из двух паровых машин мощностью по 30 л. с.[1][2] (то есть примерно от 55 000 до 285 000 фунтов 2020 года[3])

Электроплуг на поле в Италии, 1905 год
Электроплуг на поле в Италии, 1905 год

По мере развития электричества сама собой разумеющейся оказалась идея его использования в сельском хозяйстве, в том числе — для модификации парового плуга Фаулера. В 1879 году французский изобретатель Эрнест Базен запатентовал в Париже электроплуг[Комм 1][4]. В том же году два его соотечественника — некие Кретьен (фр. Chrétien) и Феликс (Félix), сотрудники сахарного завода в Сермезе[fr], построили действующий электроплуг (был ли он создан по патенту Базена или это была их собственная разроботка, неизвестно). Они подключили динамомашину к паровому двигателю завода и запитали от него две стоявшие по краям близлежавшего поля лебёдки, которые приводили в движение плуг. Расстояние от динамомашины до лебёдки составляла 800 м, скорость электроплуга — 16 м/мин., производительность пахоты — 18 м2/мин[5].

В 1880 году немецкий инженер Вернер фон Сименс совместно со своим тестем и двоюродным братом Карлом фон Сименсом разработали и запатентовали[Комм 2]электроплуг, модель которого находится в музее в Хоэнхайме[5].

В 1895 году Франц Бенсинг (нем. Fanz Bensing) из Бреслау запустил первое производство электроплугов. Он также рассчитал, что их использование в сельском хозяйстве было бы выгоднее, чем использование паровых плугов: себестоимость обработки одного гектара обошлась бы, по расчётам Бенсинга, в 19 рейхсмарок против 34 рейхсмарок при обработке паровым плугом. Экономия подразумевалась за счёт отсутствия затрат на транспортировку воды и угля[5].

С 1899 по 1901 годы Немецким сельскохозяйственным обществом[de] было предпринято масштабное тестирование электроплугов в прусских государственных хозяйствах в Дальвице[de], Маршвице[de] и Силлиуме[de]. В Германии начала XX века стоимость электроплуга мощностью 80 л. с., с двумя лебёдками, трансформатором на тележке и 800 м кабеля составляла около 70 000 рейхсмарок. Однако развитию использования электроплугов в Германии мешала даже не столько высокая цена, сколько отсутствие централизованной подачи электричества во многих сельских районах, что вынуждало каждого фермера устанавливать собственную электростанцию от парового двигателя. В результате, к 1920-м годам в Германии насчитывалось около 2000 паровых плугов и только 200 электроплугов, в дальнейшем же те и другие были заменены тракторами[5].

Ленин на испытаниях электроплуга. Бутырский хутор, 22 октября 1922 года
Ленин на испытаниях электроплуга. Бутырский хутор, 22 октября 1922 года

После Октябрьской революции 1917 года в России в стране возникли разработки использования электроплуга. Так летом 1919 года работники Петроградской городской электростанции собрали самодельный электроплуг из лебёдок и балансирного плуга и организовали электропахоту на одном земельном участке вблизи города. Позднее технология была усовершенствована и летом 1920 года на Полюстровском участке под Петроградом были проведены новые испытания электроплуга. Позднее в том же году по инициативе Владимира Ленина была создана комиссия «Электроплуг» под руководством инженера Бориса Угримова[6][7]. В 1920 году был принят план ГОЭЛРО, в который были включены положения о необходимости использования электроплугов в сельском хозяйстве. Авторы плана самоуверенно заявляли: «…мы можем заранее предвидеть грядущую победу электроплугов над своими конкурентами — разнообразными тракторами. Там, где на поле земледельческого труда существует электрический привод, электроплуг уже и в настоящее время решительно побивает трактор[8].» К началу 1921 года комиссия «Электроплуг» приняла проект, разработанный инженером Владимиром Кочуковым и агрономом Василием Батюшковым, и передала его для производства на несколько государственных заводов: лебёдки изготавливались на Балтийском судостроительном заводе в Петрограде, плуги — на Брянском паровозостроительном, электрооборудования — на заводе «Электросила». 22 октября 1921 года на Бутырском хуторе вблизи Москвы состоялись испытания первого советского электроплуга, на которых лично присутствовали руководители советского государства — Владимир Ленин и Михаил Калинин. Ленин остался недоволен результатами испытаний, но всё же поручил премировать разработчиков и производителей электроплугов. Для дальнейших испытаний были изготовлены 20 комплектов механизма, которые были отправлены в Среднюю Рогатку под Петроградом, в Шунгенский картофелеводческий кооператив под Костромой, на поля хлопчатника в Среднюю Азию, на чайные плантации в Закавказье и в некоторые иные места[6][7]. Электроплуги показали свою несостоятельность, и их производство и разработка были в основном свёрнуты в СССР к 1925-му году, хотя вплоть до 1937-го года их продолжали производить на заводе в Орловском заводе сельмашзаводе имени тов. Медведева[9][10][11].

Не позднее 1921 года британский фермер Ричард Борлейз Мэттьюс (англ. Richard Borlase Matthews) установил на своей ферме Грейтер Фелькорт (Greater Felcourt) вблизи Лингфилда[en] в графстве Суррей электроплуг, причём ферма Борлейза была одной из лишь двух в Великобритании, где использовалась эта технология. Система включала в себя две лебёдки мощностью по 12 л. с., которые попеременно приводили в движение плуг. Электричество для лебёдок вырабатывала паровая машина. После нескольких лет экспериментов, к 1925 году фермер пришёл к мысли, что для эффективного использования электроплуга необходимо, чтобы им мог бы управляться всего один работник, и что электрический или паровой трактор были бы более рациональными механизмами. В 1928 году Мэттьюз опубликовал статью, в которой он, помимо прочего, поделился своим опытом использования электроплуга[12][13].

Электроплуг на садоводческой выставке в Лейпциге, сентябрь 1949 года
Электроплуг на садоводческой выставке в Лейпциге, сентябрь 1949 года

В послевоенное время в разных странах предпринимались попытки использования электроплугов: во второй половине 1940-х годов в Германии[14], в 1960-70-х — в Китае[15], и даже в 1980-х в США[16], но об успехе этих мероприятий ничего не известно.

В настоящее время использование электроплугов ограничено небольшими огородами, приусадебными участками и т. д. Ныне существующие электроплуги производятся преимущественно небольшими предприятиями или являются самодельными[17]. Однако, уже на протяжении нескольких лет ОАО «МогилевЛифтМаш» (Белоруссия) выпускает и успешно реализует электроплуги ЛС-10А, предназначенные для вспашки и выполнения других работ в условиях личных подсобных и малых фермерских хозяйств. Лебёдка обеспечивает глубину вспашки 300 мм и позволяет качественно обрабатывать почву при мощности электродвигателя 1500 Вт[18].

Принцип действия[править | править код]

При вспашке земли наиболее трудоёмким процессом является вспашка земли, определяемая формулой Горячкина: , где  — тягловое усилие (кг с),  — коэффициент трения плуга о почву, масса плуга (кг),  — ширина захвата плуга (см),  — глубина пахоты (см),  — коэффициент сопротивления пласта срезу для заданных,  — коэффициент, характеризующий влияние скорости на сопротивление почвы,  — средняя скорость движения плуга (м/с)[18].

Рассчитав величину тягового усилия по вышеприведённой формуле, можно найти величину требуемой мощности: , где — к. п. д. передачи. Даже при самых примитивных орудиях вспашки требуемая мощность составляет 1200...1600 Вт. В то же время физические возможности человека, проявляемые в кратковременном мускульном напряжении, не превышают 600...800 Вт[18]. Даже электроплуги начала XX века давали мощность в несколько десятков кВт, что существенно больше, чем у лошади[9].

Схема работы электроплуга с двумя передвижными лебёдками (1), установленными на противоположных концах поля и связанными между собой стальным тросом (2). К тросу прикреплялся балансирный плуг (3) с комплектами право- и левосторонних лемехов. Благодаря переключению электродвигателей (4) лебёдок плуг получал возможность перемещения в выбранном направлении.
Схема работы электроплуга с одной лебёдкой — вторая лебёдка заменялась намоточным барабаном (1), что давало возможность обойтись одним электродвигателем.

Ниже приведены описания и характеристики электроплугов на примере серийно выпускавшихся советских электроплугов 1930-х годов:

  • Балансирные канатные — с лебёдкой, установленной на краю поля и приводящей движение плуг при помощи троса. Один конец троса крепился к плугу, другой — к лебёдке. Лебёдки передвигались по краю поля на двойную ширину захвата плуга после каждых двух его ходов. Канатные электроплуги в свою очередь подразделялись на:
    • Двухмашинные — с двумя лебёдками, расположенными на обоих краях поля и приводившихся в действие попеременно.
    • Одномашинные
    • Круговые — разновидность одномашинных
  • Балансирные обыкновенные — имевшие электродвигатель на раме плуга и получавшие электрический ток для его работы при помощи гибкого электрического провода. Электродвигатель при помощи передаточных механизмов приводил плуг в движение.

Помимо собственно плуга и лебёдок для работы электроплуга требовались электрический трансформатор и подключение всей конструкции к внешнему источнику электрического тока. После того, как всё поле оказывалось вспаханным, все компоненты перемещались на следующее поле. Максимальная обрабатываемая одним подключением площадь поля зависела от длины имевшихся электрических проводов, но в среднем составляла около 30 га[9].

Ниже приведены преимущества и недостатки электроплугов относительно тракторов и паровых плугов, как они виделись российским специалистам 1920-30-х годов:

Технические характеристики двухмашинного плуга орловского завода:
  • Электродвигатель: 3-фазного тока, 400 В
  • Мощность: 90 кВт (122 л. с.)
  • Расход электроэнергии на 1 га: 50–60 кВт/час
  • Вес лебёдки: 16 тонн
  • Скорость вращения барабана: 20–26,7 об./мин.
  • Количество скоростей движения плуга: 4
  • Скорости движения плуга: 1,21, 1,61, 1,67 и 2,22 м/сек.
  • Глубина пахоты: 20 см
  • Фактическая производительность 6-корпусным плугом при скорости 2,22 м/с.: 1,35 га/час
  • Обслуживающий персонал: 3–4 чел. (по 1 на каждую лебёдку и 1–2 на плуг)
Сельскохозяйственная энциклопедия[9]

Преимущества электроплуга относительно трактора[править | править код]

  • Отсутсвие уплотнения почвы, вызываемого колёсами трактора
  • Более удельная мощнось электродвигателя по сравнению с двигателем внутреннего сгорания
  • Больший ресурс электродвигателя по сравнению с двигателем внутреннего сгорания
  • Электродвигатели менее капризны, чем двигатели трактора (особенно карбюратор и магнето)
  • Более низкая себестоимость электричества, чем у топлив нефтяного происхождения[9]

Недостатки электроплуга относительно трактора[править | править код]

  • Бо́льший размер начальных капиталовложений
  • Затруднительность и даже невозможность использования элетроплуга с орудиями междурядной обработки, так как трос портил растения
  • Возможна работа только на ровных участках почвы[9]

Преимущества электроплуга относительно парового плуга[править | править код]

  • Меньший вес (на 50 % и более)
  • Более простое обслуживание
  • Возможность работы на бо́льших уклонах
  • Возможность использования не только для глубокой вспашки, но и для вспашек на самых разных глубинах[8]

Недостатки электроплуга относительно парового плуга[править | править код]

  • Необходимость наличия на поле разветвлённой электрической инфраструктуры
  • Необходимость использования других транспортных средств для доставки электроплуга на поле[8]

Комментарии[править | править код]

  1. Brevet n° 133 961, du 3 décembre 1879.
  2. DRP 12 869, 12. Sept. 1880.

Примечания[править | править код]

  1. Michael R. Lane. The Story of the Steam Plough Works: Fowlers of Leeds. — Northgate Publishing Company, 1980. — P. 15. — ISBN 9780852984147.
  2. Descriptive Catalogue of Fowler's Patent Agricultural Steam Machinery for Cultivating and General Purposes Manufactured by John Fowler & Co., Engineers, Steam Plough Works. — Leeds, Yorkshire, 1871. — P. 10–16, 28–29.
  3. Inflation calculator (англ.). Bank of England. Дата обращения: 22 июля 2021. Архивировано 5 октября 2018 года.
  4. Michel Vaissier. Ernest Bazin : inventeur angevin. — Chouzé-sur-Loire: Feuillage, 2019. — P. 94–95. — 150 p. — ISBN 978-2-37397-080-7.
  5. 1 2 3 4 Max Hupfauer. Elektrifizierung der Landwirfschaff (нем.) // Bayerisches Landwirtschaftliches Jahrbuch. — 1971. — Nr. 8. — S. 871–873. Архивировано 21 июля 2021 года.
  6. 1 2 В. З. Есин. В. И. Ленин на электропахоте : [рус.] : [арх. 19 июля 2021] // Исторический архив. — 1956. — № 4. — С. 173–175.
  7. 1 2 В. И. Ленин — вдохновитель создания электропахоты : [рус.] // Техника — молодёжи. — 1949. — Август. — С. 3.
  8. 1 2 3 План электрификации Р. С. Ф. С. Р. Доклад 8-му С'езду Советов Государственной Комиссии по Электрификации России. — Москва: Государственное Техническое Издательство, 1920. — С. 131–132.
  9. 1 2 3 4 5 6 Н. Георгиевский. Электропахота // Сельскохозяйственная энциклопедия / Главный редактор В. П. Милютин. — Москва: Советская энциклопедия, 1935. — Т. 4: плуги — ящур. — С. 998–1000.
  10. Донецкая область, посёлок Новый Свет, В. Кощееву : [рус.] // Агитатор. — 1967. — № 1 (январь). — С. 48.
  11. А. Д. Хорошилов. Руководство по шестикорпусному балансирному электроплугу «Б6П-20» производства Орловского сельмашзавода имени тов. Медведева. — Москва – Ленинград: Госмашметиздат, 1932. — С. 80.
  12. R. Borlase Matthews. Electric ploughing : [англ.] // Journal of the Institution of Electrical Engineers. — 1928. — Vol. 66, № 383 (November). — P. 1180–1190.
  13. Michael Chappell. Greater Felcourt Farm. Now Felcourt Dairy Farm (англ.). RH7 History Group (May 2006). Дата обращения: 20 июля 2021. Архивировано 30 сентября 2015 года.
  14. Bundesarchiv, Bild 183-R91565.
  15. Leslie Tse-chiu Kuo, Leslie T. Kuo. Agriculture in the People's Republic of China Structural Changes and Technical Transformation. — Praeger, 1976. — P. 243. — 288 p.
  16. 1984 Rural Electric Power Conference: Papers Presented at the 28th Annual Conference, Nashville, Tennessee, May 6-8, 1984. — IEEE. — 1984. — P. 4.
  17. Какими бывают электроплуги и как их выбирать?. Стройподсказка. Дата обращения: 29 июля 2021.
  18. 1 2 3 Владимир Загинайлов, Сергей Андреев. История развития, состояние м перспективы применения электромобильной техники в полеводстве : [рус.] // Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет им. В. П. Горячкина». — 2017. — № 6. — С. 15–17. — doi:10.26897/1728-7936-2017-6-15-22.