Содержание к диссертации
Введение 5
1. Состояние проблемы. Цель и задачи исследований 10
Обоснование необходимости использования гусеничного движителя уброчно-транспортных машин для зоны Дальнего Востока 10
Взаимодействие гусеничного движителя с почвой 21
Отрицательное воздействие на почву движителей сельскохозяйственных машин 27
Выводы и задачи исследований 33
2. Теоретические предпосылки решения проблемы 36
2.1. Обоснование выбора модели переувлажненных почв Дальнего
Востока 36
Условие предельного равновесия почвы 38
Выбор закономерностей деформации переувлажненной почвы гусеничным движителем 41
Схема деформации почвы гусеничным движителем 49
Теория колееобразования гусеничного движителя 53
Теоретическое определение силы сопротивления движению гусеничной машины 63
2.7. Схема деформации почвы вследствие буксования гусеничного
движителя 89
Влияние геометрических параметров движителя на тягово-сцепные свойства 109
Нормальные реакции на опорные каретки гусеничного движителя... 113
2.10. Аппроксимация эпюры нормального давления тригонометриче
ским рядом Фурье 120
3. Программа экспериментальных исследований 128
Задачи экспериментальных исследований 128
Общая методика исследований 128
Условия проведения экспериментальных исследований 131
Методика определения физико-механических характеристик почвы 139
Определение влажности почвы 141
Определение плотности почвы 141
Определение липкости почвы 142
Определение твердости почвы 143
Определение коэффициента трения и сцепления почвы 143
3.5. Частные методики исследований 143
Замер крутящего момента на ведущих звездочках 143
Замер нормального давления... 144
Замер тягового усилия, усилий в шарнире гусеничного звена 145
Замер глубины колеи 145
Замер буксования 146
Средства измерений, тарировка тензометрических узлов 146
Крутящий момент на ведущей звездочке 146
Нормальное давление под опорной поверхностью движителя 148
Усилия в шарнире гусеничного звена 148
Глубина колеи 148
3.6. Методика математической обработки экспериментальных данных... 149
Погрешность измерений 149
Математическая обработка 152
3.7. Методика статистической обработки случайных процессов 161
4. Результаты, анализ экспериментальных исследований 164
Физико-механические характеристики почвы 164
Техногенное воздействие металлогусеничного движителя уборочных машин на почву 169
Тягово-сцепные свойства металлогусеничного движителя уборочных машин 176
Результаты сравнительных экспериментальных исследований гусе-
ничного движителя с полужесткой и упругой подвесками 180
Статистические характеристики момента сопротивления движению 184
Надежность металлогусеничного движителя 187
Результаты исследований цепного пневмогусеничного движителя и
движителя с резиноармированными гусеницами 203
5. Применение результатов исследований в инженерной практике, эко
номическая эффективность 210
Выводы и предложения 217
Литература 221
Приложения 240
Введение к работе
Уборка урожая является завершающим этапом возделывания сельскохозяйственных культур. Качество выполнения данной операции определяет годовой итог эффективности всех предыдущих полевых работ. На Дальнем Востоке зерновые культуры убираются, как правило, в период сильного переувлажнения почвы. Обусловлено это климатическими особенностями зоны Дальнего Востока. Переувлажнению подвергается до 95% всех пахотных площадей [79, 82]. Данный фактор усугубляется тем, что почвы региона по механическому составу в основном относятся к тяжелым. В этих условиях технико-экономические показатели уборочных работ, зачастую и возможность уборки зависят от проходимости зерноуборочного комбайна.
Для решения данной задачи в г. Хабаровске на заводе «Дальсельмаш» было освоено производство комбайнов на гусеничном ходу. Гусеничный ходовой аппарат создан для обеспечения уборки урожая в период переувлажнения. В I960 г. завод был переведен в г. Биробиджан. Развитие комбайностроения протекало в следующей последовательности. В 1958 г. начат выпуск комбайнов СКГ-3, 1965 - СКГ-4, 1976 - СКД-5Р, 1980 - СКД-6Р, 1984 - «Енисей-1200 Р».
Рисозерноуборочные комбайны используются для уборки урожая в России, странах СНГ, Польше, Болгарии, Венгрии, Кубе, Вьетнаме, Китае, и других государствах.
Вопросам исследования гусеничного движителя уборочно-транспортных машин посвящен ряд работ [4, 16, 26, 39, 57, 86, 99, 105, 109, 139]. В результате отмеченных работ были разработаны критерии оценки проходимости машин, определены законы движения уборочных машин в условиях переувлажнения. Установлены основные закономерности нагружен-ности гусеничного движителя. Проведены исследования по влиянию натяжения гусеничной цепи на распределение нормального давления по длине
опорной поверхности движителя. Экспериментально изучено влияние натяжения гусеничной цепи на динамику движителя. Исследовано влияние формы опорной поверхности движителя на проходимость. Выполнено исследование оптимальных параметров опорной поверхности гусеничных движителей уборочно-транспортных машин. Рассмотрены вопросы повышения надежности и долговечности гусеничной ходовой системы уборочно-транспортных машин.
Отмечая несомненные положительные результаты вышеотмеченных исследований следует отметить, что существующая в настоящее время конструкция металлогусеничного движителя уборочно-транспортных машин не в полной мере соответствует современным требованиям к ходовым системам, использующимся в сельскохозяйственном производстве.
Настоящая диссертационная работа направлена на повышение эффективности гусеничного движителя уборочно-транспортных машин при эксплуатации на переувлажненных почвах.
Цель исследования. Увеличение эффективности работы уборочных машин на переувлажненных почвах за счет совершенствования гусеничного движителя: повышение производительности, улучшение тягово-сцепных свойств, снижение техногенного воздействия на почву, повышение надежности, улучшение условий труда.
Объект исследования. Процесс взаимодействия гусеничного движителя уборочно-транспортных машин с переувлажненной почвой.
Методы исследований. Исследования по теме диссертации выполнены в ДальГАУ в 1982-1997 гг. в соответствии с постановлениями ГКНТ Совета Министров СССР от 02.06.86 г. №186; научно-технической программой 0.51.12, заседание 03; научно-технической программой 0.сх.71 ВАСХНИЛ.
Аналитические исследования процесса взаимодействия гусеничного движителя с переувлажненной почвой проводились с использоваием математического аппарата механики грунтов; основных положений теоретической
7 механики; теории дифференциальных уравнений в частных производных;
теории тригонометрических рядов Фурье.
Экспериментальные исследования проводились в полевых условиях с использованием тензометрирования, осциллографирования, электронных приборов.
Результаты исследований обрабатывались на ЭВМ: математическая обработка опытных данных, статистическая обработка случайных процессов, регрессионный анализ.
Научная новизна. Определены основные пути снижения техногенного воздействия на переувлажненные почвы гусеничного движителя уборочных машин. Получены математические зависимости для определения сопротивления движению, касательной силы тяги гусеничного движителя уборочных машин с учетом реальной картины деформации переувлажненной почвы, подстилаемый жестким водонепроницаемым основанием; выявлено влияние формы опорной поверхности движителя на тягово-сцепные свойства, установлены теоретические зависимости распределения нормальных нагрузок по опорным кареткам движителя; эпюры распределения нормального давления по длине опорной поверхности гусеничного движителя аппроксимированы тригонометрическим рядом Фурье; разработана модель взаимодействия опорного участка движителя с почвой: перемещение шарниров, гусеничных звеньев в вертикальной плоскости описывается дифференциальными неоднородными уравнениями второго порядка гиперболического типа в частных производных.
Практическая ценность и реализация результатов исследований. Пнев-могусеничные движители и движители с резиноармированными гусеницами снижают максимальное давление на почву, уплотнение почвы, повышают надежность машины, уменьшают колебания жатки комбайна, улучшают условия труда, снижают металлоемкость ходовой части. Получена методика расчета тягово-сцепных свойств гусеничного движителя. Разработан метод
8 определения нормальных нагрузок на опорные каретки движителя. Последнее позволяет определить оптимальные варианты навески на ходовой аппарат серийных зерноуборочных и силосоуборочных комбайнов, агрегатов для уборки картофеля, овощей, корнеклубнеплодов, кузова-перегрузчика, стого-образователя и других машин. Установленные теоретические и экспериментальные зависимости позволяют сократить затраты времени и материальных средств при совершенствовании, доработке конструкций гусеничных движителей.
Результаты исследований использованы Головным специализированным конструкторским бюро по машинам для зоны Дальнего Востока (ГСКБ г. Биробиджан) при работе по совершенствованию конструкции металлогу-сеничного движителя. Методика экспериментальных исследований применяется на Амурской Государственной машиноиспытательной станции при испытаниях сельскохозяйственных машин на гусеничном ходу. Полученные результаты по уточнению теории взаимодействия гусеничного движителя с почвой внедрены в учебный процесс на кафедре «Тракторы и автомобили» ДальГАУ.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных конференциях БСХИ (1978-1993 гг.), ДальГАУ (1994-1997 гг.), на I и II зональных конференциях по проблеме проходимости тракторов и уборочных машин в г. Благовещенске (1976г., 1980 г.), на IV конференции молодых ученых Сибири и Дальнего Востока в г. Новосибирске (1980 г.), на зональной конференции по проблеме уплотняющего воздействия на почву ходовых систем тракторов, мобильной сельскохозяйственной техники и рабочих органов почвообрабатывающих машин в г. Мелитополе (1980 г.), на координационном совещании по проходимости сельскохозяйственной техники по торфяно-болотным почвам в г. Минске (1981 г.), на совещании по исследованию и выбору перспективных типов движителей, обеспечивающих допустимое воздействие на почву в г. Москве
9 (1986 г.), на заседаниях научно-технического совета ГСКБ по машинам для
зоны Дальнего Востока г. Биробиджана (1981-1992 гг.) на научно-практических конференциях ДальНИИПТИМЭСХа (1990, 1991 гг.).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 44 печатных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения и пяти глав, общих выводов, списка литературы из 216 наименований (в т.ч. 13 на иностранных языках) и приложений. Общий объем 256 стр., в т.ч. 15 стр. приложений, 62 рисунков, 26 таблиц.
Автор считает себя обязанным выразить глубокую признательность академику ААО, заслуженному деятелю науки и техники Российской Федерации, доктору технических наук Б.И. Кашпуре и кандидату технических наук, доценту В.Н. Рябченко за помощь и критические замечания при написании диссертационной работы; автор также признателен А.В. Липкань, В.П. Худолееву, М.В. Канделе, принимавших участие в организации и проведении экспериментальных исследований.
