Введение к работе
Актуальность проблемы. В сельскохозяйственном производстве все шире применяются интенсивные технологии, основанные на многократных проходах по полю все более мощных и тяжелых машинно-тракторных агрегатов (МТА), уборочных комбайнов, большегрузных технологических и транспортных машин. Только за последние 15-20 лет единичная мощность тракторов увеличилась в 1,5-3 раза, а их масса - в 2-3 раза, в то же время, масса сельскохозяйственных машин увеличилась до 1,5 раз, стали больше применяться мобильные машины для внесения органических и минеральных удобрений и химических средств защиты растений. В результате многократных проходов тракторов и машин суммарная площадь их следов на поле превышает площадь самого обрабатываемого участка до 1,5-2 раз. Особенно резко возросли нагрузки на почву с применением таких мощных тракторов как Т-150, Т-150К, К-700, К-701, Т-4, ДТ-175С. Ходовая система МТА уплотняет пахотный и подпахотный горизонты почвы на глубину до 0,7-1,0 м. Разрушение структуры верхних и уплотнение нижних слоев почвы отрицательно сказывается на плодородии почвы и урожайности сельскохозяйственных культур. Возникла реальная опасность нарушения природного экологического баланса не только пахотного горизонта почвы, но и всей окружающей среды из-за загрязнения водоемов смытой почвой вместе с токсичными веществами в виде остатков минеральных удобрений, гербицидов и пестицидов. Поэтому поиски научно обоснованных путей решения проблемы уплотнения почвы являются актуальными и имеющими важное народнохозяйственное значение.
Цель работы: разработка и обоснование методов расчета уплотняющего воздействия ходовых систем тракторов и обоснование параметров их движителей, а также разработка методов оптимального управления движителями МТА на основе метода динамического программирования.
Объект исследования - колесные и гусеничные движители сельскохозяйственных тракторов и машин и их взаимосвязи в системе «трактор-машина-технология-почва».
Предмет исследования - процессы образования колеи и уплотнения почвы движителями тракторов и машин, жескостные характеристики пневматических сельскохозяйственных шин на твердом и деформируемом основаниях, изменение физико-механических свойств и экологического состояния почвы под воздействием ходовых систем.
Методы исследования. Исследование эколого-технологических процессов взаимодействия движителей с почвой основывались на положениях механики почв и грунтов с использованием физического и математического моделирования. Обработка результатов экспериментов осуществлялась с использованием теории вероятностей и математической статистики.
Научная новизна работы. Выполнение исследования позволили получить совокупность новых положений и результатов:
- разработана новая методология
«ЭДЖвдаия эколого-
БИБЛИОТЕКА і
С. Петербург GjM
09 Юв^*^11^'
i^J»
технологическими процессами, с обоснованием комплексной структурной схемы взаимосвязи объектов системы «трактор - машина - технология - почва»;
- обоснованы и обобщены основные физико-механические и экологические
свойства почво-грунтов как опорных оснований движителей, допустимые
пределы уплотнения и минерализации почвы, а также модифицифицирована
номенклатура выходных характеристик шин МТА с учетом деформированности
опорного основания;
- разработана математическая модель образования колеи, учитывающая
линейные и нелинейные составляющие деформации уплотнения и сдвигов, а
также математические модели и алгоритмы управления АСУ эколого-
технологическими процессами при работе МТА с ограничениями на его
эксплуатационно-технические параметры;
- разработано алгоритмическое обеспечение стратегического уровня
управления движителями МТА и определены пороговые значения параметров
техногенных воздействий;
разработана концепция взаимодействия движителей с почвой, обеспечивающая экологическую совместимость параметров трактора, машины, технологии и почвы;
Практическая ценность и научная значимость работы. Практическую ценность составляют алгоритм и программы расчета на ЭВМ экологических показателей взаимодействия ходовых систем сельскохозяйственных тракторов и машин с почвогрунтами; методы экспериментальных исследований влияния гусеничных движителей тракторов на физико-механические свойства и экологическое состояние почвы, агробиологическая интерпретация степени уплотнения почвы и влияние её на рост сельскохозяйственных растений; уточненная номенклатура выходных характеристик сельскохозяйственных шин, методы их определения и инструментальное обеспечение этих методов.
Научную значимость имеют предложенные критерии оценки
уплотняющего воздействия мобильной техники на почву: суммарная глубина
колеи в результате проходов техники, коэффициент накопления деформации,
критерий интенсивности колееобразования, степень минерализации
нарушения почвенного покрова, пороговое значение плотности в колее, рекомендации по изменению конструктивных и эксплуатационных параметров гусеничных движителей, методы определения жесткостных характеристик шин.
Достоверность основных положений и рекомендаций диссертации подтверждается сходимостью расчетных и экспериментальных данных (расхождение не превышает 7-10%), результатами лабораторных, стендовых и полевых испытаний моделей и натурных образцов техники.
Реализация результатов исследований. На основании проведенных экспериментально-теоретических исследований реализованы следующие рекомендации:
1. Методы определения и оценка уплотняющего воздействия гусеничных движителей переданы, в различные МИС для использования при испытании
тракторов.
2. Результаты стендовых и натурных экспериментов пневматических шин
с твердым и деформируемым основаниями были использованы при разработке
проекта ГОСТа «Выходные характеристики шин сельхозмашин и методы их
определения».
3. Расчетные методики определения выходных характеристик
сельскохозяйственных шин были использованы ООО «Амтелшинпром» НИОКР
при проектировании шины 175/70Р13 «NEK».
4. Стендовое оборудование и методы испытания пневматических шин
используются в работах МГУП.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований диссертационной работы доложены и одобрены в период с 1998 по 2005 годы на научных конференциях и заседаниях кафедр, в том числе в МСХА им. К.А. Тимирязева (Москва, 2000 и 2005 гг.); в МГАУ (Москва, 1998, 2000 гг.); в МГУП (Москва, ежегодно с 1998 по 2005 гг.); на НТС Минсельхозпрода России (Москва, декабрь 1998 г.), на НТС ОАО «ВИСХОМ» (Москва, декабрь 1998 г. и апрель 1999 г.), на научно-технических конференциях в НАТИ (Москва, 1998-1999 гг.), на научно-технической конференции (Саратов, СИМСХ, октябрь 1998 г.), на конференции МГОУ (Москва, декабрь 1999 г.), а также на научно-практических конференциях МАЭБП (2004-2005 гг.).
Публикации по теме диссертации. Опубликовано 42 печатные работы, в том числе 3 монографии, 2 учебных пособия, 2 авторских свидетельства. Общий объем опубликованных работ составляет 35 печ. л., из них 25,3 печ. л. приходится на долю автора.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 7-ми глав, заключения, списка литературы, содержащего 213 наименований. Основное содержание диссертационной работы изложено на 335 страницах, включая 42 рисунка, 15 таблиц и приложений.
