Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния вопроса и задачи исследований 11
1.1. Анализ воздействий на почву колес машинно-тракторных агрегатов 11
1.2. Методы и средства снижения негативного воздействия колес МТА на почву 15
1.3. Способы оценки механического воздействия на почву движителей сельскохозяйственной техники 22
1.4. Конструктивные и организационные методы оптимизации универсально-пропашных тракторов по критерию снижения динамического воздействия МТА на почву 30
1.5. Анализ способов поворота колесного трактора по критериям устойчивости и разрушения почвы 33
1.6. Выводы и задачи исследований 43
2. Анализ динамического воздействия колес трактора на почву методами математического моделирования 45
2.1. Анализ теоретических моделей динамического воздействия ходовых систем на почву 45
2.2. Перераспределение нагрузки по осям колесного трактора при изменении скорости движения 47
2.3. Изменение нагрузок на колеса при движении по дуге 51
2.4. Тангенциальное ускорение МТА при движении по траектории 53
с переменным радиусом 53
2.5. Ускорение комбинированного агрегата при отклонении 60
от прямолинейного движения без поворота машины 60
2.6. Результирующее воздействие колес МТА на почву при повороте 61
2.7. Аналитический метод анализа уплотнения почвы движителями МТА 65
2.8. Результаты численного моделирования воздействия колес машинно-тракторного агрегата на почву при повороте 65
2.9. Выводы 81
3. Программа и методика экспериментальных исследований 83
3.1. Программа экспериментальных исследований 83
3.2. Объект исследований 84
3.3. Общая методика проведения экспериментальных исследований 87
3.4. Методика проведения лабораторных исследований 89
3.5. Методика проведения полевых испытания 91
3.6. Методика обработки экспериментальных данных 96
4. Результаты лабораторно-полевых испытаний и их анализ 101
4.1. Результаты лабораторных исследований 101
4.2. Результаты полевых экспериментальных исследований 103
4.3. Сравнение результатов экспериментальных и теоретических исследований 122
4.4. Выводы 123
5. Экономическая эффективность применения системы рулевого управления на тракторе лтз в составе комбинированного мта на поворотной полосе 124
5.1. Исходные данные 124
5.2. Определение технико-экономических показателей 126
Заключение 131
Список использованных источников
- Конструктивные и организационные методы оптимизации универсально-пропашных тракторов по критерию снижения динамического воздействия МТА на почву
- Перераспределение нагрузки по осям колесного трактора при изменении скорости движения
- Методика проведения лабораторных исследований
- Результаты полевых экспериментальных исследований
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Современные технологии возделывания сельскохозяйственных культур не могут быть осуществимы без энергонасыщенных машинно-тракторных агрегатов, которые, как правило, более скоростные и широкозахватные. Однако они оказывают отрицательное влияние на почву своими движителями, снижая ее плодородие в результате уплотнения. Создается подпахотный уплотненный слой, нарушается водно-воздушный режим почвы, разрушается, и в ряде случаев необратимо, ее структура. Большую опасность представляет собой кумулятивный характер накопления уплотняющих воздействий в почве и прогрессирующее снижение ее потенциального плодородия. В этих условиях деструктивные последствия уплотнения почв ходовыми системами еще более возрастают. С точки зрения повышения урожайности сельскохозяйственных культур необходимо снижать не только уплотнение почвы, но и уплотняемую площадь.
В настоящее время накоплен большой опыт экспериментальных данных о показателях тягово-сцепных свойств колесных и гусеничных машин в различных почвенных условиях, а также об уплотнении и распылении почв при работе машинно-тракторных агрегатов. Однако этот опыт не всегда позволяет прогнозировать показатели взаимодействия ходовых систем с почвой и определять пути улучшения этих показателей, прежде всего, для универсально-пропашных тракторов интегральной схемы, работающих в составе комбинированных агрегатов. Воздействие ходовых аппаратов этих тракторов на почву изучены недостаточно, особенно на поворотной полосе при обработке пропашных культур, по-прежнему не выявлены резервы снижения уплотняющего воздействия на почву ходовых систем этих тракторов.
Поэтому реализация проблемы снижения динамического воздействия колес трактора на почву, ведущая к повышению ее плодородия, является актуальной и требует комплексного исследования.
Степень разработанности проблемы. Изучению физико-механических свойств почв посвящены работы Бахтина П.У., Владимирова В.Е., Докучаева В.В., Доспехова Б.А., Кройта Г.Р., Ковалева Г.И., Качинского Н.А., Пупонина А.И., Ревута И.Б., Степанова Л.Н. и других ученых.
Наиболее полно влияние ходовых систем на почву отражено в работах Водяника И.И., Горшенина В.И., Золотаревской Д.И., Ксеневича И.П., Кутькова Г.М., Кацыгина В.В., Ляско М.И., Манаенкова К.А., Махмутова М.М., Рославцева А.В., Русанова В.А., Скотникова В.А., Юшина А.А. и других ученых.
Несмотря на значительную проработку проблемы уплотнения почв машинно-тракторными агрегатами, по-прежнему остаются малоисследованными вопросы снижения уплотняемого воздействия движителей сельскохозяйственных машин на поворотных полосах, уменьшения ширины поворотных полос и увеличения производительности агрегатов за счет сокращения времени на совершение поворотов.
Все вышеизложенное предопределило цель и задачи, положенные в основу диссертационного исследования.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационного исследования является снижение механического воздействия на почву колес универсально-пропашного трактора класса 2 в составе навесного комбинированного широкозахватного агрегата при совершении поворота на поворотной полосе за счет выбора рационального способа движения.
Реализация поставленной цели потребовала решения ряда задач, отражающих логику исследования:
– провести теоретические исследования динамического воздействия колес машинно-тракторного агрегата на почву при совершении поворота;
– разработать систему рулевого управления трактора со всеми управляемыми колесами и теоретически обосновать эффективность ее использования;
– провести экспериментальную проверку основных теоретических положений и определить зависимость качественных показателей технологического процесса от параметров и режимов поворота машинно-тракторного агрегата на поворотной полосе;
– выполнить производственную проверку модернизированной системы рулевого управления трактора и определить экономическую эффективность ее применения.
Предмет, объект и информационно-эмпирическая база исследования.
Предметом исследования являются закономерности взаимодействия движителей машинно-тракторного агрегата с почвой на поворотной полосе.
Объект исследования – процесс взаимодействия движителей машинно-тракторного агрегата с почвой на повороте.
Информационно-эмпирическая база исследования формировалась на основе совокупности статистических данных о развитии материально-технической базы сельского хозяйства, экспертных оценок руководителей и специалистов, работающих в аграрной сфере, материалов личных наблюдений.
Методология и методы исследования. В диссертационной работе использовались следующие методы исследований: системного и структурного анализа, методы математической статистики и сравнительного эксперимента. Аналитическое описание технологических процессов выполнялось с использованием методов теоретической механики, математического моделирования с использованием дифференциальных уравнений. Исследование разрабатываемых способов поворотов МТА выполнялось в лабораторно-полевых условиях в соответствии с действующими ГОСТ, ОСТ и разработанными частными методиками. Обработка экспериментальных исследований проводилась на ЭВМ с использованием программ Excel. Экономическая эффективность предлагаемых разработок определялась по стандартной методике для научно-исследовательских работ и новой техники.
Научная новизна диссертационного исследования. В диссертации получен ряд положений, отличающихся научной новизной:
– предложена математическая модель воздействия движителей трактора на почву при повороте, описывающая в формализованном виде комбинированное движение МТА и позволяющая определять воздействие движителей на почву;
– получены результаты теоретических и экспериментальных исследований механического воздействия колес универсально-пропашного трактора класса 2 в составе комбинированного широкозахватного агрегата на поворотной полосе, свидетельствующие о том, что при одинаковых скоростях движения и радиусе поворота трактор с двумя управляемыми мостами создает меньшие нагрузки на почву, чем с одним передним, а также подтверждают снижение деформации почвы за счет уменьшения плотности в следах трактора на 17,7% и твердости на 9,4% в сравнении с базовым участком;
– обоснован способ определения траектории криволинейного движения машинно-тракторного агрегата на поворотной полосе, позволяющий по координатам строить действительную траекторию движения кинематического центра с высокой степенью точности;
– разработано конструктивное исполнение системы рулевого управления трактора со всеми управляемыми колесами, обеспечивающее повышение устойчивости движения трактора при любом радиусе поворота за счет устранения бокового скольжения и заноса, а также равномерного распределения вертикальных нагрузок по колесам.
Теоретическая и практическая значимость заключается в разработке конструкции системы рулевого управления трактора со всеми управляемыми колесами (патент РФ №2240943), реализующей способ движения «крабом», что позволяет снизить плотность и твердость почвы и тем самым увеличить урожайность технических культур после прохода машинно-тракторного агрегата на поворотной полосе.
Научные результаты, выносимые на защиту:
– разработанная конструкция системы рулевого управления трактора со всеми управляемыми колесами;
– метод определения траектории криволинейного движения машинно-тракторного агрегата на поворотных полосах;
– результаты теоретических и экспериментальных исследований изменения физико-механических свойств почвы от воздействий на нее движителей МТА на поворотной полосе;
– оценка эффективности применения предлагаемой системы рулевого управления.
Реализация результатов исследований. В настоящее время в ОАО имени Лермонтова Становлянского района Липецкой области на тракторах ЛТЗ-155 используется модернизированная система рулевого управления, позволяющая осуществлять движение комбинированным способом поворота. Кроме того, полученные результаты используются в учебном процессе при чтении курса лекций по дисциплинам «Эксплуатация машинно-тракторного парка» на агроинженерном факультете ФГБОУ ВПО Воронежский ГАУ имени императора Петра I.
Достоверность научных положений подтверждается результатами экспериментальных исследований с достаточным числом опытов и аппаратурой, обеспечивающей приемлемую точность измерений, обработкой опытных данных с использованием математических программ на ЭВМ. Результаты теоретических исследований достаточно хорошо согласуются с экспериментальными данными.
Соответствие темы диссертации требованиям Паспорта специальностей ВАК (технические науки). Диссертационное исследование по своей актуальности, полученным научным результатам, их новизне, теоретической и практической значимости находится в рамках специальности 05.20.01 – Технологии и средства механизации сельского хозяйства, а предметная область исследования находится в рамках Паспорта специальности ВАК 05.20.01 – Технологии и средства механизации сельского хозяйства, в пределах раздела 2. Разработка теории и методов технологического воздействия на среду и объекты (почва, растение, животное, зерно, молоко и др.) сельскохозяйственного производства и раздела 7. Разработка методов оптимизации конструкционных параметров и режимов работы технических систем и средств в растениеводстве и животноводстве по критериям эффективности и ресурсосбережения технологических процессов.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на научных и научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава в Воронежском ГАУ (2003…2012 гг.), всероссийской научно-практической конференции в Курской ГСХА (2007 г.), международной научно-технической конференции в СПбГАУ (2007 г.), международной научной сессии в Московском ГАУ (2011 г.), а также апробированы в ОАО имени Лермонтова Становлянского района Липецкой области (2010 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ объемом 4,39 п.л., в том числе авторских – 2,71 п.л., из которых 2 – в изданиях, определенных ВАК, два патента РФ на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 140 наименований и приложения. Работа изложена на 146 страницах, содержит 41 рисунок, 11 таблиц, 9 приложений.
Конструктивные и организационные методы оптимизации универсально-пропашных тракторов по критерию снижения динамического воздействия МТА на почву
Физико-механические свойства почв выступают в качестве важнейших их характеристик, связанных с самой обработкой почвы, в том числе и с затратами топливо-смазочных материалов (ТСМ) для выполнения этих работ.
Изучению физико-механических свойств почв посвящены работы Бахтина П.У., Владимирова В.Е., Докучаева В.В., Доспехова Б.А., Кройта Г.Р., Ковалева Г.И., Качинского Н.А., Пупонина А.И., Ревута И.Б., Степанова Л.Н. и других ученых.
Плотность почвы является ее основной, наиболее существенной физической характеристикой, характеризующей количественное соотношение фаз в почве, величину ее общей пористости, ее структуру [113].
Установлено, что наивысшей урожайности растения достигают при оптимальной плотности, имеющей различное значение для разных почв и отличающейся от равновесной плотности (плотности естественного сложения). Оптимальная плотность способствует более продуктивному синтезу органического вещества, а растения затрачивают меньше питательных веществ на создание единицы сухой массы [46, 44].
Твердость почвы также является одним из важных ее показателей - это свойство почвы в естественном сложении сопротивляться сжатию и расклиниванию. Твердость почвы оказывает механическое сопротивление развивающейся корневой системе растений, часто обуславливает снижение всхожести семян, влияет на водный, воздушный и тепловой режимы почвы, тяговые сопротивления почвообрабатывающих машин и орудий.
Чрезмерное увеличение твердости почвы приводит к снижению урожайности сельскохозяйственных культур и наоборот [75].
Успешное решение задачи создания наилучших условий для роста и развития культурных растений, формирования высокого урожая во многом зависит от поддержания почвы в оптимальном состоянии плотности, твердости, агрегатного состава.
Немаловажным фактором, влияющим на экологическую безопасность возделывания сельскохозяйственных культур, является уплотнение почвы ходовыми системами [40].
Наиболее полно влияние ходовых систем на почву отражено в работах Водяника И.И., Горшенина В.И., Золотаревской Д.И., Ксеневича И.П., Куть-кова Г.М., Кацыгина В.В., Ляско М.И., Махмутова М.М., Рославцева А.В., Русанова В.А., Скотникова В.А., Юшина А.А. и других ученых.
Особенности взаимодействия с почвой ходовых систем сельскохозяйственных тракторов и машин вытекают из необычных условий их работы, заключающихся в том, что опорная поверхность является сложной биологической средой, обладающей бесценным свойством - плодородием, т.е. давать урожай. Если не учитывать это обстоятельство и рассматривать почву как среду, обеспечивающую только реализацию тягового усилия трактора и функцию несущего основания, то последствиями такого подхода будут переуплотнение, разрушение структуры почвы, эрозия, ухудшение плодородия и снижение урожайности сельскохозяйственных культур, то есть происходящие при этом процессы взаимодействия колес (гусениц) с почвой оказывают прямое влияние не только на эксплуатационные свойства машин, но и на свойства почвы как объекта обработки и среды, в которой произрастают сельскохозяйственные культуры [46, 60, 75, 123]. Это обусловлено тем, что ходовые системы тракторов, уплотняя почву, изменяют ее физические свойства, нарушают процессы, протекающие в ней, изменяют условия для жизнедеятельности микроорганизмов; нарушают водный, воздушный и биохимический процессы, создают неблагоприятные условия для прорастания, роста и развития растений, т.е. в конечном счете, влияют на урожай [22, 74, 131, 137].
Механическое воздействие движителей на почву не может рассматриваться только как уплотняющее, поскольку одновременно с этим происходит интенсивное разрушение структуры почвы под влиянием буксования. Кроме уплотнения и разрушения структуры почвы под воздействием движителей, образуются колеи, которые затрудняют выполнение последующих технологических операций обработки почвы, ухудшают работу сельскохозяйственной техники, снижают качество полевых работ, служат искусственным руслом стока воды, приводят к увеличению затрат энергии (топлива), снижают производительность труда. Неуплотненные участки практически не превышают 10.. .15% плотности поля, так как в процессе подготовки почвы, посева, ухода за растениями, уборки урожая и остатков различные машины проходит по полю 5... 15 раз. Суммарная площадь следов движителей этих машин в 2 раза превышает площадь полевого участка, 10... 12% площади поля подвергается воздействию машин от 6 до 20 раз, 65...80% площади - от 1 до 6 раз [133].
При многократном воздействии движителей, а также почвообрабатывающих машин (орудий) происходит накопление деформаций уплотнения не только в пахотном, но и подпахотном слое почвы. Образовавшаяся в результате так называемая «плужная подошва» препятствует проникновению воды вглубь почвы, что приводит к водной эрозии или заболачиванию почвы в сырую погоду или быстрому ее высыханию и ветровой эрозии при засухе. «Плужная подошва» нарушает капиллярный приток влаги из более глубоких слоев к поверхности и препятствует развитию корневой системы сельскохозяйственных культур. Разрушение «плужной подошвы» с помощью глубокого рыхления или чизелевания существенно улучшает плодородие почвы, однако при этом увеличивается стоимость технологического процесса возделывания культур [13, 23, 24, 27, 28, 128].
Перераспределение нагрузки по осям колесного трактора при изменении скорости движения
При повороте наблюдается увеличение радиуса поворота заметное боковое скольжение МТА, а при увеличении скорости движения возникает такое явление как занос, что приводит к дополнительному уплотнению и распылению почвы, появляются нагребания грунта. В результате действия центробежной силы инерции, увеличения частоты воздействия микропрофиля опорной поверхности на колёса, ускорений вертикальных колебаний мостов происходит их разгрузка и ухудшение сцепления с почвой, что вызывает повышенное буксование [105, 106, 108].
Причём в зависимости от характера перераспределения нормальных нагрузок по колёсам, особенностей устройства и режима работы трансмиссии, способа комплектования и состава агрегата, скорости движения МТА и угла поворота управляемых колёс изменение буксования по колёсам трактора при криволинейном движении происходит по-разному. Следует также отметить, что закономерности изменения буксования по колёсам трактора в зависимости от скорости движения МТА существенно различаются на участке входа в поворот по сравнению с участком установившегося поворота [6].
Так, например, при повороте навесного комбинированного МТА со средним углом поворота передних управляемых колёс а=30 изменение скорости движения от 0,64 м/с до 1,32 м/с вызывает на участке входа в поворот незначительное увеличение буксования правого переднего колеса от 2,8% до 4,8%, а на участке установившегося поворота буксование имеет отрицательное значение (колесо проскальзывает) и уменьшается от 11,7% до 15%. Это можно объяснить различными значениями радиусов кривизны траектории движения, скоростей, действий центробежных сил инерции, характером распределения нормальных нагрузок по мостам и бортам трактора и другими показателями криволинейного движения на соответствующих участках поворота [6].
При повороте увеличивается динамическая нагруженность комбинированного МТА, требуется большее усилие для преодоления возникающих сопротивлений. В результате испытаний [6] выявлено, что суммарная величина касательных сил тяги всех колёс трактора при увеличении угла поворота управляемых колёс независимо от направления отклонения увеличивается, что объясняется возрастанием момента сопротивления повороту вследствие увеличения динамического воздействия микропрофиля опорной поверхности на колёса, сил сопротивления качению, центробежной силы инерции. Так при средней скорости прямолинейного движения МТА F=l,35 м/с с орудиями, поднятыми в транспортное положение, суммарный крутящий момент колёс составил Мк=9,61 кН-м, а при повороте передними управляемыми колесами со средним углом поворота а=0,52 рад на данном режиме движения величина Мк=14кН-м [6].
С увеличением угла поворота управляемых колес общий момент сопротивления повороту МТА за счет роста составляющих увеличивается, возрастают боковые реакции на колеса трактора, увеличивается неравномерность распределения вертикальных нагрузок по его мостам и бортам, повышается буксование колес. Все это приводит к увеличению бокового увода колёс, что в свою очередь способствует потере сцепления колёс с почвой и боковому скольжению агрегата.
Поэтому изыскание путей снижения вредного воздействия движителей колесных машин на почву в условиях объективного роста такого воздействия является актуальной задачей. При проектировании и при эксплуатации сельскохозяйственных тракторов, машин и орудий необходимо руководствоваться принципом, что техника, предназначенная для работы в той или иной среде, должна иметь экологическую совместимость с этой средой.
Нами предложена система рулевого управления [102, 103] (приложение А) отличающаяся простотой, надежностью и возможностью установки на трактор со всеми управляемыми колесами, без существенных конструктивных изменений. Эта система реализует комбинированный способ поворота [56, 102, 103] (рисунок 1.10), позволяющий на участке входа в поворот осуществлять движение «крабом» с дальнейшим автоматическим переходом на участок установившегося поворота с заданной кривизной траектории. То есть при совершении кругового беспетлевого поворота с целью снижения буксования и уменьшения бокового скольжения на участке входа в поворот осуществляется синхронный поворот передних и задних колёс относительно остова в одну сторону, то есть происходит движение «крабом». Это, в отличие от поворота передних и задних колес в разные стороны относительно остова, позволяет устранить боковое скольжение и занос агрегата, равномерно распределить нагрузки по колёсам трактора на самом динамически нагруженном участке поворота [3, 5]. При достижении передними управляемыми колёсами максимального угла поворота задние колёса автоматически возвращаются в нейтральное положение, и в дальнейшем поворот осуществляется передними управляемыми колёсами.
Методика проведения лабораторных исследований
При отклонении от прямолинейного движения МТА без поворота машины происходит изменение направления вектора скорости движения центра масс. Это изменение направления приводит к возникновению ускорения, направленного по нормали к траектории движения. Такое движение машины часто возникает при наличии двух управляемых мостов с поворотом колес разных мостов в одну сторону (крабовый ход). Составляющая скорости по нормали к направлению движения трактора может быть найдена по зависимости [84]
Анализ влияния характера движения агрегата при повороте показывает, что нагрузка на колесо зависит от большого количества факторов, в том числе, и в зависимости от расположения его на тракторе при повороте. Результирующее воздействие для каждого колеса удобнее рассматривать как результат векторного сложения составляющих сил, разложенных в прямоугольной системе координат по трем направлениям х, у и z (рисунок 2.6.) [42]. Причем мгновенное положение оси х направлено в сторону движения МТА, оси у - вертикально к поверхности и оси z - по поверхности, перпендикулярно направлению движения.
При рассмотрении воздействия колеса на почву, примем следующие обозначения (рисунок 2.6.): А - передняя ось; В - задняя ось; 1 - колесо внешнего радиуса поворота; 2 - колесо внутреннего радиуса поворота. Тогда результирующее воздействие от переднего внешнего колеса - NA], от переднего внутреннего колеса - NA2, от заднего внешнего колеса - TVs/, от переднего внутреннего колеса - NB2 Значения этих сил могут быть определены по ранее полученным зависимостям. Для оценки влияния условий выполнения поворота на результирующее воздействие колеса на почву удобно составляющие по осям координат представлять в виде [120] Х=Х=+АХ " Y=Y=+AY к (2.21) Z=Z=+AZ , где Х=, Г=, Z= - значения составляющих сил при прямолинейном движении, определяемых по уравнениям 2.4...2.7 и Z= =0; АХ, AY, AZ- составляющие сил при изменении направления движения.
Составляющая силы, направленной вдоль оси МТА (ось х) для каждого колеса, в соответствии с ранее полученными зависимостями, будет найдена по системе уравнений ЬХм=-ЬРт-ЬРум-&Рш В2 = &Г/В2 VBI 1- тг при ЭТОМ Pv = APVA1 + APVA2 + APVB1 + APVB2 ; PR = APRAI + APM2 + АРШ + JPRB2. Распределение<\/span> сил между колесами может быть найдено по аналогии с выражениями 2.10
Составляющие сил, направленных по вертикали к поверхности (ось у) для каждого колеса, в соответствии с ранее полученными зависимостями, будут найдены по системе уравнений
Составляющие сил, направленных по поверхности перпендикулярной направлению движения трактора (ось z) для каждого колеса, в соответствии с ранее полученными зависимостями, будут найдены по выражениям {YA]+YA2 + YBl + YB2)
Величины результирующего воздействия от каждого колеса на почву, в соответствии с формулами 2.20 и 2.21, будут равны 1 - V( i + ж)2 + YmAl+ YAl)2 HZmAl +AZAl)2 NA2 = уІ(Х=А2+АХА2)2 + (Y=A2+AYA2)2 +(Z__A2+AZA2y ві = yl(X=m+AXm)2 +(Y.BI +&Ym)2+(Z__m +AZBl)2 NB2 = yl(X._B2+AXB2)2+(Y=B2+AYB2)2 + (Z=B2+AZB2)2 (2.22) Полученные зависимости (2.22) силового воздействия колес машинно-тракторного агрегата на почву при повороте включают большое число факторов влияющих на этот процесс и могут быть использованы для его оценки.
Для исследования процесса уплотнения почвы нами была использован ГОСТ 26955-86 «Нормы воздействия движителей на почву», ГОСТ 26953-86 «Методы определения воздействия движителей на почву», ГОСТ 26954-86 «Метод определения максимального нормального напряжения в почве» [37, 38]. Плотность почвы р в следе движителя определяется по формуле p = p0+a-U, где а - коэффициент пропорциональности, кг/м2 Н; U - коэффициент, учитывающий уплотняющее воздействие ходовой системы, МПа; а = р0-(\-Д)/(Е0-Н), U = o-b-qmaxv-(l + Z\gN), где р0 - плотность почвы в центре колеи на контрольном участке, кг/м3; ju0 - коэффициент Пуассона; Е0 - модуль общей деформации почвы, МПа; со - коэффициент, зависящий от размера и формы опорной поверхности; Ъ - ширина движителя, м; qmaxv - максимальное давление движителя при скорости v, Н/м2; Я - коэффициент интенсивности накопления необратимой деформации почвы при повторных нагружениях; lgTV - десятичный логарифм числа проходов движителя по одному следу.
Анализ влияния различных факторов на силы взаимодействия колес комбинированного машинно-тракторного агрегата с почвой при повороте проведен на основании численного моделирования при различных условиях его поворота [68].
На основании изложенного ранее алгоритма силового воздействия колес МТА на почву при повороте была составлена программа расчета сил [приложение Б]. Расчеты проводились для универсально-пропашного трактора ЛТЗ-155 тягового класса 2 со всеми ведущими и управляемыми колесами. Основные характеристики трактора ЛТЗ-155 приведены в таблице 2.1.
Расчеты проводились для условий постоянной частоты вращения ведущих колес переднего моста, если трактор движется без торможения при повороте. Задавались различные законы изменения углов поворота колес переднего и заднего мостов. Рассматривался процесс поворота трактора на 90 градусов, так как при повороте на 180 градусов условия силового воздействия при сохранении режимов поворота аналогичны.
Результаты полевых экспериментальных исследований
Целю экспериментальных исследований являлось получение данных необходимых для подтверждения теоретических результатов, а так же для исследования влияния способа поворота на уплотнение почвы, не учтенных в теоретических исследованиях.
Экспериментальные исследования проводились при влажности W=15-23% и плотности р= 0,9-1,5 г/см , тип почвы - выщелоченный чернозем.
Программа исследований предусматривала анализ путей снижения механического воздействия на почву движителей универсально-пропашного трактора класса 2 в составе навесного широкозахватного комбинированного агрегата при совершении поворота на поворотной полосе, установление причин его увеличения, оценка влияния на физико-механические свойства почвы различных факторов, определение необходимых данных моделирования характеристик, проверка адекватности теоретических и натурных испытаний, выработка рекомендаций по сохранению физико-механических свойств почвы на поворотной полосе [4].
Для выполнения поставленных задач, на основании соответствующих методик [5, 18, 47, 96, 100] и стандартов [35, 37, 38] были составлены общие и частные методики, включающие поиск факторов, влияющих на процесс взаимодействия колес комбинированного машинно-тракторного агрегата с почвой при совершении кругового беспетлевого поворота; определено необходимое количество опытов, для получения достаточного уровня погрешности экспериментов; составлена методика определения влияния параметров системы рулевого управления, способов поворота и кинематических режимов при совершении поворота. 3.2. Объект исследований
В качестве объекта испытаний, на котором была реализована предлагаемая ниже методика, выбран энергонасыщенный универсально-пропашной интегральной схемы трактор ЛТЗ-155 класса 2 Липецкого тракторного завода. Трактор оборудовался опытной и серийной системой рулевого управления (рисунок 3.1).
В соответствии с поставленными требованиями опытная система рулевого управления была выполнена путём внесения незначительных конструктивных изменений в серийную систему [102]. Конструкция и способ установки приведены на рисунке 3.2. Описание конструкции и принцип работы предлагаемой системы рулевого управления приведены в приложении А.
Система рулевого управления транспортного средства содержит гидравлический привод управления передними управляемыми колесами, состоящий из рулевого механизма 1, гидронасоса 2, гидробака 3 рабочей жидкости, исполнительного гидроцилиндра 4, рулевой трапеции 5 передних управ 85 ляемых колес; гидравлический привод управления задними управляемыми колесами, состоящий из гидронасоса 6, гидробака 7 рабочей жидкости, гидрораспределителя 8, исполнительного гидроцилиндра 9, рулевой трапеции 10 задних управляемых колес.
Рулевая трапеция 10 задних управляемых колес посредством рычага 11 связана с корпусом гидрораспределителя 12 автоматического возврата задних управляемых колес в нейтральное положение. Золотник гидрораспределителя 12 связан с подвижным штоком пружинного демпфера 13. Управление гидрораспределителем 8 осуществляется с помощью насоса-дозатора 14, приво 86 димого в движение валом рулевого колеса. Гидрораспределитель 8 управления задними колесами имеет дополнительную секцию 15, соединяющую в нейтральном положении гидролинии А и Б с соответствующими каналами гидронасоса 6 и разъединяющую их при отклонении в любую сторону.
Работает система рулевого управления следующим образом. При вращении рулевого колеса в ту или иную сторону, через гидравлический привод управления передними управляемыми колесами передние колеса поворачиваются на некоторый угол. При этом вал рулевого колеса приводит в движение насос-дозатор 14, управляющий гидрораспределителем 8, входящим в гидравлический привод управления задними управляемыми колесами.
Насос-дозатор 14 вызывает перепад давлений в гидролиниях С и Д, перемещая в ту или иную сторону золотник гидрораспределителя 8, управляющего гидроцилиндром 9 поворота задних управляемых колес, что приводит к повороту задних колес, который будет продолжаться до прекращения вращения рулевого колеса. Дополнительная секция 15 гидрораспределителя 8 при этом переходит из открытого положения в закрытое. При повороте задних колес происходит также смещение рычагом 11 корпуса гидрораспределителя 12 возврата задних колес в нейтральное положение, золотник которого соединен с подвижным штоком неподвижного пружинного демпфера 13.
Таким образом, поворот задних сопровождается смещением золотника гидрораспределителя 12 относительно его корпуса с последующим перемещением подвижной части пружинного демпфера 13, поэтому при вращении рулевого колеса он находится в смещенном положении и потенциально готов к управлению гидроцилиндром 9 поворота задних управляемых колес, однако гидролинии А и Б заперты дополнительной секцией 15 гидрораспределителя 8.
