Повышение эффективности технологических процессов путём уменьшения уплотнения почв ходовыми системами сельскохозяйственных тракторов

2. При условии обеспечения расчетной производительности, в каждом конкретном случае на систему накладываются ограничения по степени уплотнения и минерализации почв в соответствии с требованиями каждого региона. В качестве критериев экологической оценки уплотняющего воздействия ходовых систем сельскохозяйственной техники применяются следующие показатели: степень крашения почвы при обработке; глубина распространения уплотнения; глубина колеи; изменение прочностных характеристик почвы; разуплотнение почвы под действием природных факторов; нарушение почвенного покрова; минерализация почв, выражающаяся в переходе питательных веществ в усвояемые формы под действием буксования движителей.

3. Одним из важных параметров взаимосвязи системы движитель-почва является несущая способность почво-грунтовых опорных оснований, характеризующих проходимость МТА и уплотнение почвы. Аналитически определено значение критерия колееобразования К0=q0/qs=0,293. Получена зависимость для определения величины и характера распределения нормального давления на почву по звену гусеничного движителя и всему опорному участку гусеницы, которая включает как конструктивные основные параметры ходовой системы, так и эксплуатационные показатели трактора. Результаты расчетов по предложенной зависимости хорошо согласуются с экспериментальными данными (расхождения несущественны при 5% уровне значимости).4. Установлено, что глубина колеи под движителем представляет собой сумму деформаций уплотнения и сдвигов. На основании этого положения выведены математические модели глубины колеи и уплотнения почвы в колее при однократном и многократных проходах движителя с учетом линейных и нелинейных составляющих деформаций уплотнения и сдвигов почвы. Для практических расчетов глубины колеи и уплотнения почвы в колее достаточно знать численные значения трех величин: коэффициента линейной деформации, несущую способность и предельную деформацию. Степень деформации зависит от физико-механических свойств почвы, ее влажности и плотности, величины нагрузки, задернелости почвы. При повторных проходах машин происходит более интенсивное накопление деформации, что может привести к разрушению структуры почв. Задернелые поверхности обладают повышенной прочностью. Поэтому одним из важных экологических требований к работе сельскохозяйственных машин является сохранение дернового покрова и сохранение условий его возобновления.5. В результате исследований на полигоне уплотняющего воздействия гусеничного трактора ДТ-175С определены допустимые с точки зрения экологии пределы уплотнения почвы и нарушения травяного покрова. Так, для увлажненных минеральных почв отношение qmax/qср должно быть в пределах 1,3-1,5; для почв с дерновым покрытием экологически допустимое давление qэ должно быть пределах 0,012-0,018 МПа. Степень нарушения травяного покрова не должна превышать 25-30%. В результате обработки литературных данных и собственных исследований составлена шкала характеристики растительных свойств дерново-подзолистой почвы при различной плотности установлено, что пороговое значение плотности, при котором прекращается или сильно затрудняется рост корней растений, находится в диапазоне 1,65-1,70 г/см3.

6. Эксперименты на полигоне показали, что прохода трактора ДТ-175С резко ухудшают физико-механические свойства почвы на глубину 40-60 см. После первого прохода деформация почвы составляет в среднем 6% и при последующих проходах нарастает по 1,3-2%. При двух проходах плотность верхнего слоя увеличивается на 10%, а слоя в 15 см - на 7%. При этом порозность уменьшалась на 8%. Плотность верхнего слоя стабилизируется после четырех проходов, делая скачек на 20-м проходе. Порозность падает до критических значений (30%) при 10 проходах.7. В результате испытаний было установлено, что серийная конструкция подвесок опорных катков не удовлетворяет требованиям неравномерности распределения давлений под гусеницей и её решено было заменить на индивидуальные подвески.Трактор с новой конструкцией подвески опорных катков позволил снизить глубину колеи на 60-66%, а максимальные удельные давления на почву снизились на 18-25%, глубина деформации снижается с 0,5-0,3 м; критическое значение плотности почвы достигается при третьем проходе трактора ДТ-175С с серийной конструкцией гусеницы, а трактора модернизированного только после 12-14 проходов.8. Нами предложено вести изменения в конструкцию серийных тракторов типа ДТ-75, Т-170 и ДТ-175С, в том числе увеличить число опорных катков с 6 до 9, сократить расстояние между опорными катками, смешение двигателя вперед, увеличение площади гусениц, перечисленные мероприятия позволят обеспечить снижение уплотнения почвы на 35%. Коэффициент неравномерности распределения удельного давления по опорной поверхности гусениц трактора ДТ-175СИ с индивидуальным подрессовыванием опорных катков на 11-17% меньше, чем при балансирном подрессоривании трактора ДТ-175С. использование трактора ДТ-175СИ на посеве и на подготовке почвы по посев существенно (почти в 1,5 раза) снижает уплотнение почвы.

9. Предложена модель грунтового основания как однородного частично водонасыщенного пористого вязкоупругопластичного тела, обеспечивающая учет основных реологических характеристик грунта и стохастического разброса его свойств, а также методика определения интегральных характеристик контактного взаимодействия эластокомпозитных оболочек с деформируемыми основаниями в приложении к определению выходных характеристик шин. Обсуждено возможное расширение и применение номенклатуры выходных характеристик шин.

10. Выявлено значительное влияние деформируемости основания на жесткостные и уводные характеристики шин. Обнаружено, что при движении колеса по водонасыщенному вязкоупругому основанию, максимальное переуплотнение почвы имеет место в точке, удаленной от центра пятна контакта шины с основанием.

Кроме того, обоснована номенклатура выходных характеристик шин сельскохозяйственных машин и разработана методика их расчетной оценки.

11. На специальном стенде определен ряд эффектов контактного взаимодействия шин с недеформируемым и деформируемым основаниями: а) установлено качественное различие в поведении шины: на жестком основании прогибы шины линейны, на деформируемом - нелинейны; б) максимальное поровое давление в деформируемом основании достигается на глубине примерно равной ширине шины и того же порядке в поперечном направлении от центра контакта;

в) циклы напряжений и деформаций в движущейся шине синфазны и различны по спектральному составу;

г) имеет место асимметрия контакта при движении шины, особенно при движении по деформируемому основанию.

12. Выполнена сравнительная оценка эффективности инвестирования средств в модернизацию сельскохозяйственной техники и агромелиоративные мероприятия для снижения негативного влияния антропогенной нагрузки на почву при ее механической обработке в предпосевной период. Установлено, что (при повышенной влажности обрабатываемой почвы) снижение механического воздействия движителей на почву за счет модернизации обеспечивает 2,0 - 2,5 раза увеличение продолжительности эксплуатации пахотных земель при сохранении плотности почвы и продуктивности посевов. Экономическая эффективность использования инновационной техники (трактор ДТ-175СИ) на 48-58% выше по сравнению с использованием трактора ДТ-175С, механическая нагрузка которого на почву требует последующего (через 6-8 лет) применения агромелиоративных мероприятий для восстановления агрофизических свойств деградированной почвы.

Литература

1. Карапетян, М.А. Основы концепции экологической совместимости системы «машина-трактор-технология-почва» [Текст] / М. А. Карапетян // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2005. - №9. - С. 30-32.

2. Карапетян, М.А. Управление движителями транспортно-технологических систем [Текст] / М.А. Карапетян, В.Н. Пряхин // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2005. - № 10. - С.22-24.

3. Карапетян, М.А. Образование колеи на почве при многократных проходах сельхозмашин [Текст] / М.А. Карапетян //Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2007. - № 9. - С.31-33.

4. Карапетян, М.А. Уплотнение почвы при образовании колеи сельхозмашинами [Текст] / М.А. Карапетян // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2007. - №10. - С.31-32.

5. Карапетян, М.А. Результаты исследования коэффициента линейной деформации почвы [Текс]/ А.К. Тургиев, М.А.Карапетян // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. - 2007. - №2 (22). - С.57- 59.

6. Карапетян, М.А. Математическое обеспечение расчета эластокомпозитной оболочки вращения [Текс] / М.А. Карапетян // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. Сер. агроинженерия. - 2007. - №3(23). - С.77- 80.

7. Карапетян, М.А. Деформация почвы гусеничным движителем [Текст]/ М.А. Карапетян // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2007. - №6. - С.27- 29.

8. Карапетян, М. А. Математическая модель деформации почвы сельхозмашинами [Текст] / М.А. Карапетян // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2007-№5. - С.26- 28.

9. Карапетян, М.А. Расчет алгоритма управления исполнительной системы МТА [Текс] / М.А. Карапетян, Э.Э. Темирсултанов, В.Н. Пряхин // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2006. - №8. - С.25- 28.

10. Карапетян, М.А. Воздействия движителей трактора на физические свойства почвы [Текст] / М.А. Карапетян // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2008. - №7. - С.50-51.

11. Карапетян, М.А. Возможные риски в технических системах на объектах агропромышленного комплекса [Текс] / В.Н. Пряхин, М.А. Карапетян, С. Добренко, Н.А. Мочунова // Международный научный журнал.- 2010. - №3. - С.36-40.

12. Карапетян, М.А. Простейший способ образования колеи [Текст] / М.А. Карапетян // Естественные и технические науки. - 2010. - №4. - С. 418 - 420.

13. Карапетян, М.А. Потери энергии на смятие почвы [Текст] / А.К. Тургиев, М.А. Карапетян, Н.А. Мочунова // Международный технико-экономический журнал. - 2010. - №3. - С. 62 - 64.

14. Карапетян, М.А. Моделирование тяговой нагрузки [Текст] / А.К. Тургиев, М.А. Карапетян // Тракторы и сельхозмашины. - 2010. - №9. - С.6 - 7.

15. Карапетян, М.А. Эколого-экономическая оценка эффективности модернизации движителей сельскохозяйственных тракторов [Текст] / М.А. Карапетян, А.Н. Куликов, Ю.П. Добрачёв // Экономика сельскохозяйственных и перерабатывающих предприятий.- 2010. - №8.- С. 34 - 36.

16. Карапетян, М.А. Математическое моделирование эколого-технологических процессов уплотнения почв: Монография [Текст] / М.А. Карапетян. - Изд-во «Спутник+», 2004. - 76 с.

17. Карапетян, М.А. Контактные взаимодействия эластокомпозитных оболочек с деформируемым основанием в приложении к расчету шин. Монография [Текст] / М.А. Карапетян. - Изд-во «Спутник+», 2004. - 88 с.

18. Карапетян, М.А. Выходные характеристики пневматических шин в контакте с деформируемым основанием их номенклатура и расчетно-экспериментальное исследование. Монография [Текст] / М.А. Карапетян. - Изд-во «Спутник+», 2005. - 60 с.

19. Карапетян, М.А. К оценке колееобразования и переуплотнения грунта при движении колесных машин [Текст] /М.А. Карапетян, Н.А. Диятян, А.С. Кузьмин // Эффективность использования, эксплуатация и ремонт мелиоративных машин : Сб. науч. трудов. МГМИ,- М.: 1989. - С. 50-61.

20. Карапетян, М.А. Стенд для испытания крупногабаритных шин [Текст]/ М.А. Карапетян, А.Б. Белослюдовым //Механизация строительных и эксплуатационных работ в мелиорации: Сб. науч. трудов. - М.: МГМИ, 1990.- С. 59-66.

21. Карапетян, М.А. Применение колесных динамометров в натурном эксперименте по определению жесткостных характеристик шин [Текст] / М.А. Карапетян, Н.А. Диятян // Механизация строительных и эксплуатационных работ в мелиорации Сб. науч. трудов. - М.: МГМИ, 1990. - С. 66-70.

22. Карапетян, М.А. К методике определения жесткостных характеристик пневматических шин в стендовом эксперименте [Текст] / М.А. Карапетян // Механизация строительных и эксплуатационных работ в мелиорации: Сб. науч. трудов. - М.: МГМИ,1990.- С. 91-94;

23. Карапетян, М.А. Математическая модель внутренней механики пневматических шин [Текст] / М.А. Карапетян // Реферативный журнал Механизация и электрификация с.-х. производства. - №10. - 1990.

24. Карапетян, М.А. Математическая модель деформируемого основания [Текст] / М.А. Карапетян, А.С. Кузьмин // Реферативный журнал «Механизация и электрификация с.-х. производства». - №10.- 1990.

25. Карапетян, М. А.Датчик крена /М.А. Карапетян // Депонирование научных работ, ВИНИТИ.- №11.- 1990.- 110 с.

26. А.с. 1633315 СССР. Стенд для испытания пневматических шин [Текст] / А.Б. Белослюдов, В.И. Кнороз, А.Ф. Левченков, Б.В. Темнов, М.А. Карапетян, Н.А. Диятян; Заявл. 06.03.1989; заявитель Московский гидромелиоративный институт; регистр в реестре от 08.11.1990.

27. А.с. 1434253 СССР. Устройство для измерения угла наклона [Текст] / Л.М. Вартанян, М.А. Карапетян; Заявл. 14.08.1985; заявитель Южный филиал научно-производственного объединения по тракторостроению; регистр в реестре от 01.07.1988.

28. Карапетян, М.А. Несущая способность и предельная деформация уплотнения грунта.// [Текст] / М.А. Карапетян // Проблемы экологической безопасности и природопользования: Материалы Международной научно-практической конференции. Вып. №5.- М.: Норма, 2004,- С.253-255.

29. Карапетян, М.А. Среднее и максимальное давление на опорной массив [Текст] / М.А. Карапетян // Проблемы экологической безопасности и природопользования: Материалы Международной научно-практической конференции. вып. №5.- М.: Норма, 2004,- С.248-249.

30. Карапетян, М.А. Анализ напряженного состояния грунтов [Текст] / М.А. Карапетян // Проблемы экологической безопасности и природопользования: Материалы Международной научно-практической конференции. Вып. №5.- М.: Норма, 2004, - С.242-244.

31. Карапетян, М.А. Экспериментальные исследования влияния гусеничных движителей трактора ДТ-175С на уплотнение и минерализацию почв [Текст] / М.А. Карапетян // Проблемы экологической безопасности и природопользования: Материалы Международной научно-практической конференции. Вып. №5.- М.: Норма, 2004, С.255-257.

32. Карапетян, М.А. Совершенствование технологий и управление технологическими процессами производства [Текст] / М.А. Карапетян, В.Н. Пряхин // Учебное пособие. « Спутник +», - М.: 2005.- 161 с.

33. Карапетян, М.А. Разработка новых ресурсосберегающих экологически безопасных технологий обработки почвы, с использованием конструктивно разработанной с.-х. техники [Текст] / Э.Э. Темирсултанов, В.Н. Пряхин, М.А. Карапетян, Х.А. Касимов // Материалы Международной научно-практической конференции «Проблемы экологической безопасности и природопользования» Том 1. - М.: Норма, МАЭБП, 2005. - С. 124-128.

34. Карапетян, М.А. Модифицированная номенклатура выходных характеристик шин [Текст] / М.А. Карапетян // Техника и технология. - 2004. - №6. -С. 9-11.

35. Карапетян, М.А. О разработке экологически чистых технических средств и технических процессов для объектов АПК [Текст] / М.А. Карапетян, Э. Э. Темирсултанов, В.Н. Пряхин // Естественные и технические науки. - 2004.- №6 - С. 164-165.

36. Карапетян, М.А. Моделирование АСУ эколого-технологических процессов с.-х. производства [Текст] / М.А. Карапетян, В.Н. Пряхин // Естественные и технические науки. - 2005. - №2 - С. 237-239.

37. Карапетян, М.А. Математические методы анализа уровня развития конструкций ходовой части мобильных транспортных средств [Текст]/ М.А. Карапетян, В.Н. Пряхин, Г.А. Ткачев // Природообустройство и рациональное природопользование - необходимые условия социального-экономического развития России/ Сборник научных трудов по материалам международной научно-практической конференции, посвященной 75-летию основания МГУП Часть 1. - М.: МГУП, 2005. - С. 406-409.

38. Карапетян, М.А. Вероятностное прогнозирование в условиях сельскохозяйственного производства [Текст] / М.А. Карапетян, В.Н. Пряхин, Т.А. Ткачев // Природообустройство и рациональное природопользование - необходимые условия социально-экономического развития России. Сборник научных трудов по материалам международной научно-практической конференции, посвященной 75-летию основания МГУП. Часть 1. - М.: МГУП, 2005. - С. 403-406.

39. Карапетян, М.А. Экспериментальная оценка основных параметров гусеничного движителя МТА и его уплотняющего воздействия на почву [Текст] / А.Н. Бухаровская, М.А. Карапетян, В.Н. Пряхин // Сборник научных трудов по материалам международной научно-практической конференции «Роль природообустройства сельских территорий в обеспечении устойчивого развития АПК». Часть II. - М.: ФГОУ ВПО МГУП, 2007. - С. 179-183.

40. Карапетян, М.А. Обоснование основных энергетических и эколотехнологических параметров МТА [Текст] / Н.А. Мочунова, М.А. Карапетян, В.Н. Пряхин // Сборник научных трудов по материалам международной научно-практической конференции «Роль природообустройства сельских территорий в обеспечении устойчивого развития АПК». Часть II. - М.: ФГОУ ВПО МГУП, 2007. - С. 199-202.

41. Карапетян, М.А. Исследование деформируемого основания под действием колёсного движителя [Текст] /М.А. Карапетян // Вестник Международного общественной академии экологической безопасности и природопользования. - Изд-во МОАЭБП. - 2009. - №6 (13). - С. 160-173.

42. Карапетян, М.А. Метод решения задач о седловой точке [Текст] М.А. Карапетян // Вестник Международного общественной академии экологической безопасности и природопользования. - Изд-во МОАЭБП. - 2009. - №6 (13). - С. 174-179.

43. Карапетян, М.А. Физико-механические свойства почвы [Текст] /М.А. Карапетян, А.Н. Бухаровская, Е.И. Выбрик // Вестник Международного общественной академии экологической безопасности и природопользования. - Изд-во МОАЭБП. - 2009. - №7 (14).- С.111-115.

44. Карапетян, М.А. Деформационные и прочностные свойства почв [Текст] /М.А. Карапетян, Н.А. Мочунова, Е.И. Выбрик // Вестник Международного общественной академии экологической безопасности и природопользования. - Изд-во МОАЭБП. - 2009. - №7 (14).- С. 116.

Размещено на Allbest.ru