Введение к работе
Актуальность проблемы. Производство сельскохозяйственной продукции требует появления на полях высокопроизводительной сельскохозяйственной техники. Наличие больших площадей, ограниченные сроки проведения сельскохозяйственных операций и сложные естественно-производственные условия требуют применения колесных энергонасыщенных тракторов типа
К-744Р3, Buhler Versatile 2425, ХТЗ-17221-09, МТЗ-1221, МТЗ-1521 и др.
Вместе с тем, сложные почвенные и климатические условия Амурской области и, в целом Дальнего Востока ограничивают использование этих тракторов. Обладая рядом преимуществ, колёсные тракторы наряду с этим имеют высокое нормальное давление на почву. После прохода этих тракторов, особенно по переувлажненным почвам, они оставляют после себя глубокую колею, сильно переуплотняют почву по следу движителя, что ухудшает ее физико-механические характеристики, затрудняет последующую ее обработку и уборку урожая. Увеличение плотности почвы в конечном итоге снижает урожайность сельскохозяйственных культур.
Особенности естественно-производственных и климатических условий сельскохозяйственного производства Амурской области заключается в следующем: промерзание почвы зимой составляет более 2,5 метров; ранневесенние сельскохозяйственные работы проводятся при наличии мерзлого подстилающего слоя почвы при оттаивании на глубину 0,06…0,10 м; ряд основных сельскохозяйственных операций проводится в период переувлажнения почвы. Исследования показали, что в результате техногенного воздействия на почву ходовых систем теряется до 5% используемой пашни. Наиболее перспективным направлением в этих условиях является совершенствование ходовой системы тракторов за счет повышения коэффициента сцепления и снижения нормального давления колёс на почву. Исследования по теме диссертации выполнены в ФГОУ ВПО ДальГАУ в 1979-2008 гг.
Цель исследований - повышение эффективности работы колесных тракторов за счет совершенствования ходовой системы, увеличения производительности, улучшения тягово-сцепных свойств и снижения техногенного воздействия на почву.
Объект исследования - процесс взаимодействия колесного движителя с переувлажненной почвой, подстилаемой твердым мерзлым слоем.
Предмет исследований – выявление закономерностей влияния конструктивных и кинематических параметров на процесс взаимодействия колесного движителя с почвой.
Методы исследований - исследования по теме диссертации выполнены в ДальГАУ в 1979-2008 гг. в соответствии с постановлением Правительства Российской Федерации №446 от 14.07.07. «Государственная программа развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008-2012 гг.», научно-технической программой на 2006-2010 гг. проблема 11.8 – «Перспективная система технологий и машин для с.- х. производства Дальнего Востока» ФГОУ ВПО ДальГАУ.
Аналитические исследования процесса взаимодействия колесного движителя энергонасыщенных тракторов с различной компоновкой ходовой системы при наличии подстилающего слоя и переувлажнения почвы проведены с использованием математического аппарата механики грунтов; основных положений теоретической и прикладной механики; теории дифференциальных уравнений в частных производных.
Экспериментальные исследования проводились в реальных условиях эксплуатации с использованием электронных приборов осциллографирования, тензометрирования.
Результаты исследований обрабатывались с помощью методов математической статистики.
Научная гипотеза. Снижение техногенного воздействия колесных движителей на почву может быть достигнута за счет совершенствования ходовой части путем постановки дополнительных колес, расстановки их на разную ширину колеи, применения прицепа с ведущим мостом, использования корректора сцепного веса и выявления закономерностей и зависимостей, характеризующих процесс взаимодействия колесного движителя с почвой. Знание этих закономерностей позволит обосновать выбор технологии и технических средств, а также условия их эффективности использования при возделывании сельскохозяйственных культур.
Научная новизна. Предложены аналитические зависимости, позволяющие определить эксплуатационные свойства трактора в зависимости от физико-механических характеристик почвы и ширины контакта колес с почвой. Определено влияние приведенного момента инерции машинно-тракторного агрегата (сдвоенных колес) на коэффициент загрузки двигателя, степень неравномерности ведущего момента, поступательного движения и буксование трактора. Выявлены закономерности движения трактора относительно плоскости опорной поверхности в общем виде с использованием уравнений Лагранжа второго рода. Определены основные пути снижения техногенного воздействия на почву колесных тракторов при наличии подстилающего слоя в виде мерзлоты и верхнего переувлажненного слоя почвы.
Практическая значимость работы и реализация результатов исследований. Использование колесных тракторов на сдвоенных колесах и с различной шириной колеи передних и задних колес, а также применение прицепа с ведущим мостом и корректором сцепного веса снижает уплотнение почвы, повышает коэффициент структурности почвы, уменьшает глубину колеи и буксование, повышает тягово-сцепные свойства. Предложенные приспособления для постановки дополнительных колес на трактор имеют меньшую металлоемкость и высокую надежность. Установленные теоретические и экспериментальные зависимости позволяют сократить затраты времени и материальных средств при конструировании, совершенствовании и доработке конструкции колесных движителей.
Результаты теоретических и экспериментальных исследований одобрены и рекомендованы к внедрению экспертной комиссией по внедрению в агропромышленное производство научно-технических разработок и передового опыта Министерства сельского хозяйства Амурской области, Управлениями сельского хозяйства Правительства Еврейской автономной области (ЕАО) и Приморского края. Созданные на основе исследований приспособления для постановки сдвоенных колес, приспособления для расстановки на разную ширину колеи получили применение и использованы при совершенствовании ходовой части в Головном специализированном конструкторском бюро N 966-590 производственного объединения "Кировский завод" г. Санкт-Петербурга (г.Ленинград), ЗАО «Биробиджанский комбайновый завод «Дальсельмаш» г.Биробиджана, сельскохозяйственных предприятиях Амурской и Сахалинской областей, ЕАО, Приморского и Хабаровского краев, Республики Саха (Якутия). Методика экспериментальных исследований применяется на Амурской государственной зональной машиноиспытательной станции при испытаниях колесных сельскохозяйственных тракторов. Результаты по уточнению теории взаимодействия колесного движителя с почвой внедрены в учебный процесс на кафедре тракторов и автомобилей ДальГАУ.
Основные положения, выносимые на защиту:
- математическая модель, позволяющая снизить энергозатраты в системе технологий и машин для возделывания с.-х. культур;
- математические зависимости, позволяющие определить эксплуатационные свойства трактора в зависимости от физико-механических характеристик почвы и ширины контакта колес с почвой;
- аналитические зависимости, отражающие влияние приведенного момента машинно-тракторного агрегата на коэффициент загрузки двигателя, степень неравномерности ведущего момента, степень поступательного движения, буксование трактора;
- теоретические и экспериментальные закономерности движения трактора относительно плоскости опорной поверхности в общем виде с использованием уравнений Лангранжа второго рода.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных конференциях БСХИ (1979-1993 гг.), ДальГАУ (1994-2007 гг.), научно-технических конференциях молодых ученых и соискателей в БСХИ (1979-1984 гг.), секции "Эксплуатация машинно-тракторного парка" в СИМСХе им. М.И. Калинина в 1984 г., секции "Тракторы и автомобили" СИМСХ им. М.И. Калинина в 1985 г., заседаниях научно-технического совета ГСКБ 966-590 производственного объединения "Кировский завод" г. Санкт-Петербурга (г. Ленинград) (1981-1989 гг.), научно практических конференциях ДальНИПТИМЭСХ (1990-1995 гг., 2008 г.), научно-практической конференции УНПК Ивановского района (1996, 1998 гг.), заседании докторского научно-методологического семинара ГАУ СибИМЭ (2005 г.), региональной научно-практической конференции БФ АмГУ г.Биробиджана (2006-2008гг.), совместных расширенных заседаниях НТС ИМСХ и кафедры тракторов и автомобилей ДальГАУ (2005, 2008 гг.).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 55
печатных работах, в том числе 18 работ в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях ВАК России.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы 284 наименований (в т.ч. 19 на иностранных языках) и 36 приложений. Общий объем 325 с., 87 рисунков, 24 таблицы.
