Введение к работе
Актуальность. Теоретический и экспериментальный материал по механизации растениеводства, накопленный на сегодняшний день как в России, так и за рубежом, свидетельствует о том, что применение колесных тракторов в качестве энергетических средств на полях нередко оказывает отрицательный эффект и приводит к снижению урожайности сельскохозяйственных культур, необратимому пагубному воздействию на почву. Современными исследованиями установлено, что только около 12% площади полей не подвержено воздействию движителей, а суммарная площадь следов движителей более чем в два раза превышает площадь поля. Недобор урожая по этой причине достигает по различным данным от 20 до 40%.
Наиболее заметным и ключевым фактором в уплотнении почвы является буксование.
Многочисленными исследованиями установлено влияние буксования колес трактора на эксплуатационно-технологические показатели работы машинно-тракторного агрегата (МТА): снижение производительности и проходимости, повышение удельного расхода топлива, износ шин; негативное влияние на физико-биологические свойства почвы (отклонение от оптимальных характеристик почв, таких как твердость, пористость, структура, плотность).
К основным причинам, вызывающим буксование колес, относятся колебания тяговой нагрузки МТА и силы сопротивления его движению.
По нескольким критериям: тягово-сцепным качествам, энергетическим затратам на буксование и качественным показателям почвы, определяется максимально-допустимая величина буксования. Его допустимые значения по указанным критериям различны, поэтому определение величины буксования трактора является достаточно сложной задачей, не имеющей однозначного решения и требующей изучения взаимодействия движителей с почвой.
Таким образом, вопрос повышения эффективности работы колесного трактора при выполнении технологических операций за счет снижения энергетических потерь при буксовании и смятия почвы колесными машинами актуален и имеет важное практическое значение.
Цель исследований: формирование мероприятий по снижению энергетических потерь колесных тракторов в условиях неустановившегося движения по почве при автоматизированном управлении давлением воздуха в шинах.
Задачи диссертационных исследований:
1. Разработать математическую модель процесса буксования колесного движителя в различных эксплуатационных диапазонах (условиях).
2. Выявить и оценить основные факторы и вредные воздействия колесных тракторов с разными режимами буксования на агротехнические показатели.
3. Исследовать влияние неустановившегося характера тяговой нагрузки на буксование ведущих колес трактора.
4. Разработать технические средства для автоматической регулировки давления воздуха в шинах в зависимости от величины буксования ведущих колес трактора.
5. Выявить обобщенный математический критерий оптимальности МТА по энергозатратам.
Объект исследования: процесс взаимодействия пневматических движителей колесных тракторов с почвой.
Предмет исследования: закономерности взаимодействия и взаимовлияния системы «МТА-местность» в условиях неустановившегося характера тяговой нагрузки.
Научная новизна. Теоретически исследовано взаимодействие пневматического колесного движителя с учетом составляющих потерь энергии на его качение по опорной поверхности:
- определены составляющие потерь энергии, влияющие на величину буксования ведущих колес и на уплотнение почвы;
- разработана концепция взаимодействия колесного движителя МТА с почвой, на основании которой разработан алгоритм управления, учитывающий взаимодействие между буксованием и параметрами, определяющими характер неустановившейся нагрузки;
- определено аналитическое выражение для вычисления величины буксования ведущих колес, а так же коэффициент, характеризующий изменение кривой диаграммы сдвига почвы при неустановившемся режиме работы колесных тракторов;
- разработана принципиально новая схема автоматического регулирования давления воздуха в шинах в зависимости от величины буксования.
Практическая значимость работы состоит в том, что результаты проведенных исследований позволяют снизить потери энергии при качении пневматических движителей. Зависимость для определения величины буксования ведущих колес трактора может быть использована при создании систем автоматического регулирования давления воздуха в шинах.
Результаты исследований рекомендуются к использованию в научно-исследовательских институтах, в ВУЗах, на сельскохозяйственных и других предприятиях, занимающихся эксплуатацией колесных машин.
Основные положения выносимые на защиту:
- выявление и оценка основных факторов и вредных воздействий колесных тракторов с разными режимами буксования на агротехнические показатели почвы;
- аналитическое выражение для вычисления величины буксования ведущих колес трактора;
- разработаны технические средства для автоматического регулирования давления воздуха в шинах;
- результаты экспериментальных исследований зависимости величины буксования от изменения амплитуды и частоты тяговой нагрузки;
- определены аналитические зависимости главной и вспомогательной передаточных функций МТА.
Внедрение. Рекомендации по оценке потерь энергии пневматических движителей при сдвиге почвы и буксовании ведущих колес переданы на машинно-испытательные станции (МИС) для использования при испытаниях колесных тракторов.
Апробация. Основные положения диссертационной работы доложены,
обсуждены и одобрены на научно-технических конференциях: МГУП (Москва, 2008-2011 гг.), МГАУ имени В.П. Горячкина (Москва 2010гг.), РГАУ – МСХА имени К.А.Тимирязева (Москва, 2011 гг.), ГИУ Армении (2008, 2010 гг.), а также на научно-практических конференциях МОАЭБП (2009–2011 гг.).
Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 16 публикациях, в том числе 6 статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов и списка использованной литературы и приложений. Содержит 150 страниц текста, включая 16 рисунков, 8 таблиц, 2 приложения, 180 наименований использованных литературных источников.
