Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1. Особенности естественно-производственных условии и их влияние на использование колесных тракторов класса 1,4 в условиях Амурской области
1.2. Анализ путей повышения тягово-сцепных свойств колесных тракторов
1.2.1. Повышение сцепного веса
1.2.2. Увеличение коэффициента сцепления ведущих колес трактора почвой
1.2.3. Снижение нормального давления на почву
1.3. Способы снижения отрицательного воздействия ходовых систем колесных тракторов на почву
1.4. Взаимодействие колесного движителя с почвой
1.5. Выводы по главе и задачи исследований
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ
2.1. Зависимость тягово-сцепных свойств трактора от ширины колеи передних и задних колес
2.1.1. Формирование касательной силы тяги колесного трактора
2.1.2. Определение длины контакта колеса с почвой
2.1.3. Определение глубины колеи оставляемой движителями
2.1.4. Формирование силы сопротивления движению трактора
2.2. Влияние ширины колеи передних и задних колес на формирован! силы тяги на крюке и буксование трактора
2.3. Влияние различной ширины колем передних и задних колес трактора на производительность машинно-тракторного агрегата 67
3. ПРОГРАММА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 69
3.1. Задачи экспериментальных исследований 69
3.2. Объект и условия проведения экспериментальных исследований 70
3.3 Общая методика проведения экспериментальных исследований 72
3.4. Средства измерений, тарировка тензометрических узлов 73
3.4.1. Измерение тягового усилия 74
3.4.2. Измерение пройденного пути и времени опыта 79
3.4.3. Измерение числа оборотов ведущего колеса и определение теоретической скорости и величины буксования трактора 81
3.5. Методика определения физико-механических характеристик почвы 83
3.5.1. Определение влажности почвы 84
3.5.2. Нахождение твердости почвы 84
3.5.3. Определение плотности почвы 86
3.5.4. Измерение глубины колеи 87
3.6. Математическая обработка экспериментальных данных 87
3.6.1. Оценка точности измерений 87
3.6.2. Статистическая обработка экспериментальных данных. 90
4. РЕЗУЛЬТАТЫ, АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ 94
4.1. Результаты тяговых испытаний трактора МТЗ-82 с различной компоновкой ходовой системы 94
4.2. Результаты экспериментальных исследований по воздействию на почву трактора МТЗ-82 с различной компоновкой ходовой системы 100
4.2.1. Результаты экспериментальных исследований по определению плотности (объемного веса) почвы 101
4.2.2. Результаты экспериментальных исследовании по определению твердости почвы 105
4.2.3. Результаты экспериментальных исследований по определению глубины колеи оставляемой движителями 107
4,3. Результаты сравнительных хозяйственных испытаний трактора МТЗ-82 с различной компоновкой ходовой системы 108
5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ (ТОПЛИВО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ) ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ТРАКТОРА МТЗ-82 С РАЗЛИЧНОЙ ШИРИМОЙ КОЛЕМ ПЕРЕДНИХ И ЗАДНИХ КОЛЕС 113 ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 118
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 12,0 ПРИЛОЖЕНИЯ:
Приложение 1 —Акт внедрения результатов научно-исследовательских, опытно-конструкторских и технологических работ 141
Приложение 2 - Акт внедрения результатов научно-исследовательских, опытно-конструкторских и технологических работ
Введение к работе
Амурская область занимает ведущее место в производстве сельскохозяйственной продукции на Дальнем Востоке, В 2000 году в области произведено более половины зерна, полученного в Дальневосточном экономическом районе, 25 % картофеля и 21 % овощей; что составило 0,4 %, 1,1 % и 0,8 % в общероссийском масштабе соответственно [50].
Сельское хозяйство является одной из самых важных отраслей экономики Амурской области. От его развития во многом зависит жизненный уровень и благосостояние населения региона [131]. Однако в области, как и в России в целом, продолжают сокращаться посевные площади сельскохозяйственных культур. Это связано с ухудшением состояния машинно-тракторного парка (МТП): сокращением количества техники и низким уровнем технического обслуживания и ремонта. Энергетические показатели МТП в России снизились с 790 млн. кВт в 1990 году до 608 млн. кВт в 2000 году [168]. Обеспеченность тракторами при сокращении площади пашни на 1000 га сократилась за последние 10 лет на 14 % [7].
Неудовлетворительные потребительские свойства новой выпускаемой техники привели к насыщению имеющегося машинно-тракторного парка техникой малой единичной мощности. Ее недостаточная мобильность, несоответствие сложным условиям эксплуатации в районах с резкой климатической контрастностью привели к длительному простою машин, частым техническим и технологическим отказам [13].
В последние годы в сельскохозяйственном производстве наблюдается тенденция расширения масштабов применения колесных машин [1]. В зарубежном тракторостроении также преобладает колесный тип ходового оборудования, а доля гусеничных тракторов составляет всего 3-10 %. Это объясняется большой универсальностью машин с пневматическим ходовым оборудованием, их мобильностью и большей комфортностью [184]. В России увеличение доли колесных машин в сельскохозяйственном производстве связано, во-первых, с более быстрым сокращением парка гусеничных тракторов, чем колесных (в Амурской области число гусеничных тракторов за последнее десятилетие сократилось вдвое); во-вторых, обусловливается рядом преимуществ, которыми обладают колесные машины высокая скорость движения, повышенный ресурс ходовой системы, универсальность.
В Амурской области около 70 % посевных площадей используется для возделывания зерновых культур и сои. Технология их производства предусматривает применение энергонасыщенных тракторов класса 3-5 [62]. За последнее десятилетие количество машин данных классов сократилось в два раза и не превышает 15 % от общего числа тракторов. Такое резкое сокращение численности машин связано с распадом и дроблением крупных производителей сельскохозяйственной продукции в период проведения аграрной реформы. Мелкие и средние сельскохозяйственные организации, созданные на базе колхозов и совхозов, на 70 % являются убыточными и не в состоянии не только приобрести новую технику, но и обеспечить качественный ремонт и техническое обслуживание имеющейся техники.
Вместе с тем, в хозяйствах всех форм собственности имеется достаточное количество энергонасыщенных тракторов класса 1,4, которые не всегда рационально задействованы в сельскохозяйственном производстве. Большую часть из них (39 % всего тракторного парка) составляют полноприводные колесные тракторы МТЗ-82.
По причине нехватки тракторов, выпускаемых Кировским и Алтайским заводами в России, ежегодно, осенью, не обрабатывается до 40 % пашни [14]. В Амурской области данный показатель еще выше вследствие поздних сроков уборки сои, поэтому предпосевную обработку почвы проводят весной в сжатые сроки. Почвы Амурской области представлены тяжелыми суглинистыми разновидностями, подстеленными твердым основанием в виде мерзлоты и плотной глины. Они подвержены переувлажнению и в период проведения ранних полевых работ имеют слабую несущую способность. В результате этого использование тракторов класса 1,4 на ранних весенних полевых работах, несмотря на значительную мощность двигателя, ограничивается тяговыми возможностями по сцеплению.
Данные факты показывают, что проблемы проходимости универсальных пропашных тракторов полностью еще не изучены и не решены, а многообразие почвенных и погодных условии требуют продолжения исследовательских работ в данном направлении. В связи с этим изыскание приемлемых технических решении, которые позволяют повысить тягово-сцеиные свойства трактора класса 1,4, является одной из важнейших задач в сельскохозяйственном производстве нс только Амурской области, но и Дальневосточного региона.
Пути повышения тягово-сцепных свойств колесных тракторов достаточно подробно рассмотрены п трудах Я.С. АгеЙкина [2], В.А. Власова [26], В.В. Гуськова [149], И.И. Водяника [32,33,34], А.В. Войтикова [38,39], В.В. Кацыпша [73], B.C. Климанова [77], И.П. Ксеневич [80,81,82], A.M. Кононова [78], В.А. Скотникова [132,135], Ф.Г. Ульянова [151], СВ. Щитова [174]. В известных исследованиях предлагается повышать тягово-сцепные свойства тракторов по нескольким основаниям: за счет увеличения сцепного веса, повышения коэффициента сцепления ведущих колес с почвой и снижения нормального давления движителей на почву. Однако повышение тягово-сцепных свойств тракторов за счет увеличения сцепного веса, особенно на переувлажненных почвах, приводит к сильному уплотнению почвы по следу движителя, что ухудшает ее физико-механические характеристики, затрудняет последующую обработку, уборку урожая и, в конечном итоге, снижает урожайность сельскохозяйственных культур [28,35,46,54,74,85,90,193,]. Повышение тягово-сцепных свойств колесных тракторов за счет снижения нормального давлення на почву ведет к усложнению конструкции, увеличивает металлоемкость и стоимость машины, что не позволяет использовать ее в мелких и средних сельскохозяйственных организациях.
Наиболее перспективным направлением в условиях Амурской области является совершенствование ходовой системы тракторов за счет повышения коэффициента сцепления колес с почвой, а в частности, за счет расстановки передних и задних колес на разную ширину колен.
В работах Щитова СВ. отмечается, что трактор «Кировец» с различной шириной колеи передних и задних колес в условиях Амурской области имеет большую эффективность на ранних весенних полевых работах по сравнению с серийным [174,175,173].
Ходовая система трактора МТЗ-82, в отличие от трактора «Кировец», имеет передние и задние колеса разного типоразмера. В научной литературе исследования процесса взаимодействия колес с почвой ограничиваются рассмотрением одного колеса, поэтому аналитические зависимости, предлагаемые многими учеными, для универсальных пропашных тракторов, не всегда приемлемы. Кроме этого, данная проблема практически не решена в условиях наличия твердого подстилающего слоя в виде мерзлоты и верхнего переувлажненного слоя почвы.
Настоящая диссертационная работа направлена на исследование эффективности применения колесного трактора класса 1,4 с различной шириной колеи передних и задних колес в условиях сельскохозяйственного производства Амурской области.
Цель исследований. Повышение тягово-сцепных свойств колесного трактора класса 1,4 путем расстановки передних и задних колес на разную ширину колеи; снижение техногенного воздействия ходовой системы трактора на почву за счет уменьшения кратности прохода движителей по одному следу; повышение производительности машинно-тракторного агрегата (МТА). Объект исследования. Процесс взаимодействия колесного движителя трактора МТЗ-82, имеющего различную компоновку ходовой системы, с переувлажненной почвой при наличии подстилающего слоя в виде мерз-лоты.
Методы исследований. Для описания процесса взаимодействия колесного движителя с почвой использованы методы теоретической и прикладной механики; теории дифференциального и интегрального исчисления.
Экспериментальные исследования проводились в реальных условиях эксплуатации с использованием электронных приборов, тензометриро-вания,
Результаты исследований обрабатывались современными методами теории вероятности п математической статистики с использованием стандартных и разработанных для этих целей программ на персональном компьютере.
Научная новизна. Предложены аналитические зависимости, позволяющие определить касательную силу тяги и силу сопротивления движению трактора класса 1,4 с различной компоновкой ходовой системы в зависимости от физико-механических характеристик почвы и длины контакта колес с почвой.
Выявлены закономерности изменения длины контакта колеса с поч-вой от глубины колеи, оставляемой движителями, и получена ([юрмула для определения длины контакта колеса с почвой через криволинейный интеграл I рода.
Впервые определено влияние изменения ширины колен передних и задних колес трактора МТЗ-82 на тягово-сцепные свойства и производительность машинно-тракторного агрегата в условиях Амурской области.
Практическая ценность и реализация результатов исследований. Использование колесного трактора класса 1,4 с различной шириной колеи передних н задних колес уменьшает техногенное воздействие ходовой сие 10
темы на почву за счет снижения уплотнения почвы, величины буксования и глубины колеи после прохода тракторного агрегата, повышает тягово-сцепные свойства трактора.
Установленные теоретические и экспериментальные зависимости позволяют сократить затраты времени п материальных средств при конструировании, совершенствовании и доработке колесных движителей.
Методика экспериментальных исследований применяется при испытаниях колесных сельскохозяйственных тракторов и машин. Полученные результаты по уточнению теории взаимодействия колесного движителя с почвой внедрены в учебный процесс на кафедре "Тракторы и автомобили" Дальневосточного государственного аграрного университета (2004 г.).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научной конференции Дальневосточного государственного афарного университета (2004 г.), региональной межвузовской научной конференции «Молодежь XXI века: шаг в будущее» (2004 г.), расширенном заседании кафедры «Тракторы н автомобили» Дальневосточного государственного афарного университета (2004 г.).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в сборнике научных трудов ДальГАУ, в сборнике научных трудов БФ МАП, депонированы в центре информации и технико-экономических исследований агропромышленного комплекса ВНИИЭСХ РАСХН в 6 работах общим объемом 1,1 печатных листа.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и 2 приложений. Работа изложена на 142 страницах, содержит 5 таблиц, 37 рисунков. Список литературы содержит 194 наименования, из них 18 на иностранных языках.
