Пути снижения удельного давления колесных движителей на почву

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПУТИ СНИЖЕНИЯ УДЕЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ КОЛЕСНЫХ ДВИЖИТЕЛЕЙ НА ПОЧВУ

Сыромятников Юрий Николаевич

аспирант, Харьковский национальный технический университет сельского хозяйства им. П. Василенко

Аннотация

Предметом исследования являются - способы увеличения эффективности работы транспортных и тяговых средств со сдвоенными колесами в различных режимах эксплуатации (транспортном, рабочем, тяговом). Объектом исследования является система сдвоенных колес с возможностью регулирования площади контакта с почвой для работы в разных режимах эксплуатации. Состояние почвы в процессе ее переуплотнения ходовой частью мобильной сельскохозяйственной техники однозначно свидетельствует о тесной корреляционной связи между механико-технологическими, биологическими, химическими, морфологическими свойствами и экономическими показателями состояния почвы, а следовательно и уровнем экологической безопасности использованной мобильной сельскохозяйственной техники, в том числе в составе почвообрабатывающих агрегатов. Методология исследования основана на методах анализа и синтеза, обобщения практического опыта, графического представления полученной информации. Актуальность исследования определяется необходимостью обеспечения экологической безопасности, сохранения почв, повышения плодородия земель сельскохозяйственного назначения в современном мире. Научная новизна состоит в том, что применение систем сдвоенных колес с возможностью регулирования площади контакта с почвой для работы в разных режимах эксплуатации даст возможность отказаться от использования дорогостоящих гусеничных движителей. Целевая группа потребителей информации в статье - конструкторы, специалисты занимающиеся разработкой почвообрабатывающих машин.

Ключевые слова: почва, давление, сдваивание, шины, уплотнение, движитель, режим, снижение, эффективность, эксплуатация

сельскохозяйственная техника почва переуплотнение

The subject of the study is the ways to increase the efficiency of transport vehicle and traction vehicle with dual wheels in different modes of operation (transport, working, traction). The object of the study is the system of twin wheels with the ability to adjust the area of contact with the soil for operation in different operating modes. The state of the soil in the process of its re-consolidation by the running part of mobile agricultural machinery clearly indicates a close correlation between the change in the mechanical, technological, biological, chemical, morphological properties and economic indicators of the soil state, and, consequently, the level of environmental safety of used mobile agricultural machinery, including the composition of soil cultivating units. The research methodology is based on analysis and synthesis, generalization of practical experience, graphic representation of the information received. The urgency of the study is determined by the need to ensure environmental safety, soil conservation, increase the fertility of agricultural land in the modern world. The scientific novelty is that the use of dual wheel systems with the ability to adjust the contact area with the soil for operation in different operating modes will make it possible to abandon the use of expensive caterpillar thrusters.

Keywords: exploitation, efficiency, decline, mode, thruster, compaction, tires, doubling, pressure, the soil

Введение. Одним из основных условий развития сельскохозяйственного производства является повышение уровня экологической безопасности и потенциальной урожайности почв. Интенсификация земледелия привела к значительному повышению количества технологических операций, выполняемых машинно-тракторными агрегатами [1-4].

Так, за период выращивания зерновых культур выполняется от 8 до 15 механизированных операций, для пропашных - от 20 до 25 ^{[5, 6]}. Суммарная площадь следов движителей сельскохозяйственных машин составляет от 100 до 200 % площади поля ^{[5, 6]}.

Установлено, что наибольшей продуктивности растения достигают при определенных рациональных значениях плотности почвы, которая для различных типов почв и сельскохозяйственных культур разная.

В сельскохозяйственном производстве все шире применяются технологии, основанные на многократных проходах по полю все более мощных и тяжелых машинно-тракторных агрегатов. За последние 15-20 лет единичная мощность тракторов увеличилась в 1,5-3 раза, а их масса - в 2-3 раза, при увеличении массы сельскохозяйственных машин в 1,5 раза. 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 с применением энергонасыщенных тракторов, что привело к переуплотнению почвы.

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 токсичными веществами, остатками минеральных удобрений и пестицидов.

Для снижения уплотняющего воздействия ходовых систем на почву устанавливают сдвоенные шины (рис.1), давление в них снижают до минимально возможного.

Рис. 1. Трактор ХТЗ-17221-09 на сдвоенных шинах 28,1R26

Одним из недостатков является сложность эксплуатации трактора со сдвоенными колесами в транспортном режиме на твердом (асфальтном) покрытии дорог общего назначения.

Вопросами влияния ходовых систем колесных тракторов на почву, определением параметров ходовых систем занимались Бобровник А. И. Гориков Ю. Г. Щитов С. В. Ким Ю. А., Белокуренко С. А., Лапынин Ю. Г., Козлов Д. Г. [7-13].

Установлено, что в условиях интенсификации сельскохозяйственного производства многократные проходы технологических и транспортных машин по полю приводят к переуплотнению и разрушению структуры почвы, что ведет к ухудшению ее агрофизических и механических свойств, повышению объемной массы, снижению аэрации, водопроницаемости, подавлению микрофлоры, развития эрозионных процессов, снижению плодородия и, в конечном итоге, уменьшению сбора урожая.

Последствия переуплотнения почвы движителями тракторов определяются характеристиками почвы во время воздействия на нее и главным образом максимальным контактным давлением.

На рисунке 2 показано какое давление на почву оказывают различные виды движителей.

Рис. 2. Давление на почву различными видами движителей

По данным ^[16] повышенное внутреннее давление воздуха в шинах трактора МТЗ-5 увеличивало давление на почву и приводило к снижению урожая яровой пшеницы: на 2,2% при внутреннем давлении 0,08 МПа, на 34,1% при 0,15 МПа, на 48,6 % при 0,35 МПа. При многократных проходах движителей по одному следу резко увеличивается уплотняющее воздействие на почву, существенно ухудшается вводно-воздушный режим, что угнетает рост и развитие растений и снижает урожай ^[15]. Для обоснования допустимых уровней давления на почву используется ряд критериев ^[16].

Для борьбы с чрезмерным уплотняющим воздействием на почву движителей сельскохозяйственных тракторов и машин было предложено и исследовано большое число конструктивных решений и технологических приемов. Давно замечено, что максимальное напряжение на поверхности контакта шины с почвой зависит от давления воздуха в шине. Поэтому при снижении давления в шинах трактора К-700А с 0,17 до 0,09 МПа максимальное напряжение в почве уменьшается на 45-50 %, а также снижается его неравномерность по всей контактной площади ^[17] как по продольной, так и по поперечной осевой линии следа.

Для снижения уплотняющего воздействия ходовых систем на почву и повышения тягово-сцепных качеств и проходимости устанавливают сдвоенные шины на трактор^[18]. При этом глубина следа на 25-30% меньше, чем у аналогичных машин, но все же несколько больше, чем гусеничных. После прохода трактора на сдвоенных колесах плотность почвы меньше на 0,02-0,06 г/см, чем после прохода с одинарными колесами ^[19].

С применением систем сдвоенных колес имеющих возможность регулирования площади контакта с почвой для работы в разных режимах эксплуатации отпадает необходимость в использовании дорогостоящих гусеничных тракторов.

Наиболее существенное влияние на урожай сельскохозяйственных культур оказывает плотность почвы, от которой зависит весь комплекс агрофизических показателей. Многочисленными исследованиями установлено, что наивысшей урожайности сельскохозяйственные культуры достигают при оптимальном значении плотности ^{[14, 15]}.

Анализ исследований и публикаций относительно переуплотнения почвы ходовыми системами сельскохозяйственной техники позволил установить, что решение задачи снижения удельного давления колес тракторов на почву связано с комплексом мер, направленных на совершенствование движителей, воздействующих на нее.

Цель исследования. Снижения удельного давления колес тракторов на почву, путем совершенствования движителей ходовых систем.

Материалы и методы. Применение сдвоенных колес снижает удельное давление на почву, что в 1,5-2 раза уменьшает степень уплотнения по следу колеса, повышает проходимость агрегатов при повышенной влажности и увеличивает тяговую способность техники. С такими колесами увеличивается грузоподъемность, что позволяет достигать высокой производительности в работе.

Дополнительно уменьшить удельное давление колеса на почву и увеличить тяговую способность можно увеличив пятно контакта с почвой за счет равномерного распределения и снижения давления воздуха в сдвоенных колесах в пределах минимально допустимого ^[20].

Поставленная задача решается таким образом:

1. Для эксплуатации транспортного средства в транспортном режиме и эксплуатации по дорогам с твердым покрытием (рис. 3) требуется понизить давление воздуха во внешних колесах до минимально допустимого значения (0,6 атм.) для данного типа шин либо ниже этого значения. Давление внутренних колес остается номинальным (1,2 атм).

Уменьшить потерю мощности в трансмиссии в транспортном режиме возможно за счет уменьшения пятна контакта колес с почвой, для этого требуется увеличить давление воздуха в шинах внутренних колес в пределах максимально допустимого. При этом даже при предельно низких давлениях в шинах внешних колес их разрушения вследствие повышенных деформаций не происходит, поскольку такие деформации ограничены деформациями шин внутренних колес, которые при высоких давлениях воздуха деформируются незначительно.

Рис. 3. Давление в шинах в транспортном режиме

2. Для эксплуатации транспортного средства в рабочем и тяговом режимах (рис.4) требуется уменьшить давление воздуха в шинах внутренних колес до уровня, который не ниже минимально допустимого (0,6 атм.) уровня давления для данного типа шин, при этом давление воздуха в шинах наружных колес необходимо увеличить настолько, чтобы давление в парах колес было одинаковым. Таким образом, осуществляется возможность регулирования площади контакта колес с почвой для работы в разных режимах эксплуатации.

Рис. 4. Давление в шинах в рабочем и тяговом режимах

Результаты и обсуждение. Проведены экспериментальные исследования по определению показателей изменения физических свойств почвы после воздействия на нее движителей тракторов ХТЗ-17221-09, ХТЗ-17221-09 на сдвоенных шинах 28,1R26 (в тяговом режиме) , ХТЗ Т-150.

Эксперимент заключался в том, что тракторами ХТЗ-17221-09, ХТЗ-17221-09 на сдвоенных шинах 28,1R26 с возможностью регулирования площади контакта с почвой на ходу для работы в разных режимах эксплуатации, и ХТЗ Т-150 были накатаны следы с числом проходов 10. После этого на каждом участке были взяты образцы для определения тех изменений, которые произошли в характеристике физико-механических свойств почвы. Следует отметить, что плотность твердой фазы практически не изменялась, а влажность изменилась незначительно, вследствие чего эти показатели в дальнейшем из анализа исключены. Основное внимание было обращено на изменение плотности почвы.Данные, показывающие изменение физико-механических свойств почвы в колее при различном числе проходов (табл.1.), свидетельствуют о том, что уже первые два прохода увеличивают плотность верхнего горизонта почвы на 10%, а слоя в 15 см - на 7%. По мере увеличения числа проходов возрастает плотность как верхнего пятисантиметрового горизонта, так и всего слоя толщиной 15 см.

Таблица 1

Плотность почвы в зависимости от числа проходов

Определение плотности почвы непосредственно после уплотнения ходовыми системами тракторов с колесными и гусеничными движителями показывает, что наибольшая деформация по следу происходит после первого прохода. Поворотные проходы при этом же следе меняют плотность почвы хотя и существенно, но несколько в меньшей степени. Наибольшая деформация после проходов тракторов обнаружена в пахотном слое и особенно заметна в корневом слое. Прирост плотности в слое 0?10 см после трех проходов трактора ХТЗ-Т-150 составляет 17%, ХТЗ-17221-09 на сдвоенных шинах 28,1R26 18%, а после трех проходов трактора ХТЗ-17221-09 без сдваивания колес - 24%.

Уплотнение почвы уменьшается с глубиной, об этом свидетельствует прирост плотности на величину от 3 до 9% в слое 10?20 см и от 1 до 5% в слое 20?40 см. Еще большую деформацию почвы вызывают многократные проходы тракторов по полю. Так, после десяти проходов трактора ХТЗ-17221-09 плотность в слое почвы 0?40 см достигала 1,9 г/см³.

Вывод. Прирост плотности в слое 0?10 см после трех проходов трактора ХТЗ-Т-150 составляет 17%, ХТЗ-17221-09 на сдвоенных шинах 28,1R26 с возможностю регулирования площади контакта с почвой 18%. Этот факт дает основание пологать, что применение систем сдвоенных колес с возможностью регулирования площади контакта с почвой, увеличивает эффективность работы в разных режимах эксплуатации (транспортном, рабочем, тяговом), с возможностью отказа от использования дорогостоящих гусеничных движителей.

Библиография

1. Пащенко В. Ф., Сыромятников Ю.Н. Почвообрабатывающая приставка к зерновой сеялке в технологиях «No till» // Аэкономика: экономика и сельское хозяйство, 2018. №3 (27). - С. 6. URL: http://aeconomy.ru/science/agro/pochvoobrabatyvayushchaya-pristavka/

2. Мельник В. И. Эволюция систем земледелия-взгляд в будущее //Земледелие. - 2015. - №. 1. - С. 8-12.

3. Сыромятников Ю.Н. Исследование процесса работы экспериментального культиватора для сплошной обработки почвы // Аэкономика: экономика и сельское хозяйство, 2018. №4 (28). - С. 4. URL: http://aeconomy.ru/science/agro/issledovanie-protsessa-raboty-ekspe/

4. Пащенко В.Ф., Сыромятников Ю.Н., Храмов Н.С. Физическая сущность процесса взаимодействия с почвой рабочего органа с гибким элементом // Сельское хозяйство. - 2017. - №. 3. - С. 33-42. DOI: 10.7256/2453-8809.2017.3.24563. URL: http://e-notabene.ru/sh/article_24563.html

5. Ксеневич И.П., Скотников В.А., Ляско М.И. Ходовая система - почва - урожай. - М.: Агропромиздат, 1985. - 305 с.

6. Кушнарев А. С., Кочев В. И. Механико-технологические основы обработки почвы //К.: Урожай. - 1989. - Т. 144. - 218 с.

7. Бобровник А. И.,Варфоломеева Т.А., Чечеткин А.Д., и др. ПОВЫШЕНИЕ АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИХ КАЧЕСТВ КОЛЕСНЫХ ТРАКТОРОВ «БЕЛАРУС» //Известия Международной академии аграрного образования. - 2013. - Т. 4. - №. 16. - С. 44-49.

8. Гориков Ю. Г. и др. Автоматическое устройство для регулирования давления воздуха в шинах энергонасыщенных тракторов с блокированным приводом осей //Тракторы и сельхозмашины. - 2011. - №. 12. - С. 9.

9. Щитов С. В., Кузнецов Е. Е., Поликутина Е. С. Пути и методы оптимизации тягово-сцепных свойств энергетических средств //Техника и оборудование для села. - 2015. - №. 8. - С. 26-27.

10. Ким Ю. А., Зеленый П. В., Франскевич И. В. Влияние конструктивных параметров колесных движителей на изменение физико-механических свойств почвогрунта и тяговые качества трактора //Вестник Белорусско-Российского университета. - 2008. - №. 4. - С. 34-42.

11. Белокуренко С. А., Гейнрих И. О. Оптимизация конструктивных и эксплуатационных параметров машинно-тракторных агрегатов с учетом уплотняющего воздействия ходовых систем на почву //Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2006. - №. 4. - С. 53-58.

12. Лапынин Ю. Г. и др. Пути увеличения проходимости и экологичности транспортных средств //Фундаментальные исследования. - 2011. - №. 4.

13. Козлов Д. Г., Остриков В. В. АНАЛИЗ ПУТЕЙ СНИЖЕНИЯ НЕГАТИВНОГО ВЛИЯНИЯ КОЛЕСНЫХ ДВИЖИТЕЛЕЙ НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВЫ И ТЯГОВЫЕ КАЧЕСТВА ТРАКТОРА //НАУКА И ОБРАЗОВАНИЕ В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ. - 2016. - С. 230-241.

14. Пупонин А. И., Матюк Н. С. Депрессии почвы при уплотнении и методы ее устранения//3емледелие. 1986, № 6-С, 18--20.

15. Ревут И.Б. Физика почв.-Л.: Колос, 1972, - 368 с.

16. Влияние внутреннего давления колес трактора на урожай пшеницы || Тр. Волгоградского института, 1963, вып. 48, с. 385-389.

17. Медведев В. В., Цыбулько В. Г., Слободюк П. И. Нормирование допус¬ тимых нагрузок ходовых систем МТА на почву // Тр. «Воздействие движителей на почву». М.: ВИМ. 1988. Т. 118. С. 57--67.

18. Триз-профи: Эффективные решения в сельском хозяйстве. М. Кушнир, 2006 №2 с.80

19. Ешеев С. Б., Калашников С.Ф. Влияние ходовых систем тракторов н а плодородие каштановых почв Бурятии // Тр. «Воздействие движителей на почву». М.: ВИМ, 1988. Т. 118. С. 126--131.

20. Патент України на корисну модель UA 88865 U (12) UA 88865 U UA 88865 U 5 10 15 20 25 30 . Спосіб регулювання тиску повітря в шинах колес транспортного засобу зі здвоєними базовими колесами / В.Ф. Пащенко, Ю.М. Сиромятников, .... - № u 2013 09111; заявл. 19.07.2013; опубл. 10.04.2014. - Бюл. № 7/2014

Размещено на Allbest.ru