Размещено на http://www.allbest.ru/

Дальневосточный государственный аграрный университет

Обоснование конструктивных параметров гидравлически-прижимного разуплотняющего дискаторного устройства для колёсного трактора полурамной компоновки

Кузнецов Е.Е., Худовец В.И., Кузнецова О.А.

Аннотация

В настоящее время энергонасыщенные колёсные тракторы полурамной компоновки класса 5,0 и выше отечественного и иностранного производства занимают лидирующую позицию в обеспечении процессов сельскохозяйственного производства. Однако эти тракторы имеют свои конструктивные недостатки. В частности, большая масса трактора (более 13,5 тонн), наличие высокого центра масс и нерациональное распределение эксплуатационной массы по осям вызывает значительный эффект почвенного уплотнения по следу прохождения ходовой системы.

Учитывая, что почвенное переуплотнение, а, следовательно, нарушение поверхностного почвенного влаго-воздушного баланса, является одной из основных причин снижения урожайности сельскохозяйственных культур, предлагается конструкторское решение снижения эффекта уплотнения по следу прохода движителей за счёт применения разуплотняющего устройства, устанавливаемого на корпусе трактора.

В статье предлагается конструкция устройства - дискаторного разуплотнителя следа полурамного трактора, рассматривается вопрос выбора дискаторных органов и обоснования его конструктивных параметров.

Ключевые слова: ТРАКТОР ПОЛУРАМНОЙ КОМПОНОВКИ, КОЛЁСНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ, ПЕРЕУПЛОТНЕНИЕ, ДИСКАТОРНЫЙ РАЗУПЛОТНИТЕЛЬ, УРОЖАЙНОСТЬ, ЭФФЕКТИВНОСТЬ

Основная часть

Изменение урожайности возделываемых культур зависит не только от качества семенного материала, но и от сочетания природно-климатических и техногенных факторов, взаимодействующих в процессе растениеводства.

Несбалансированный отток поверхностных вод с обрабатываемых агрофонов вследствие неудовлетворительного состояния мелиоративных систем, естественное природное переувлажнение в период проведения основных сельскохозяйственных работ, буксование движителей обрабатывающей колёсной техники и её многократные проходы приводят к почвенному повреждению и формированию переуплотнённого поверхностного слоя, что в условиях зоны экстремального земледелия, к которой относится Амурская область, является причиной разрушения баланса плодородной и водно-воздушной структуры, развития эрозионных процессов и снижения урожайности возделываемых культур [1, 2]. При этом последствия разового интенсивного уплотнения сохраняются в виде почвенных напряжений гумусового горизонта в течение 2-5 лет.

Известно, что плотность почвы по следам движения колёсной сельскохозяйственной техники в пахотном слое составляет 1,3 г/см³ до 1,6 г/см³. Нормальной степенью уплотнённости являются параметры до 1,0-1,2 г/см³, к переуплотненным относятся почвы с плотностью: 1,3-1,5 г/см³ (средняя степень уплотнения) и 1,5-1,6 г/см³ и выше (сильная степень уплотнения). Основными причинами переуплотнения, как известно, являются высокая масса энергетических средств и буксование колёсных движителей в ходе выполнения транспортных или сельскохозяйственных операций [3].

Учитывая, что при возделывании зерновых культур тракторы проходят по полю до 12 раз, около 42-50 % площади уплотняется в один след, а до 10% - в 3 и более следа. Соответственно, к уборке неуплотнённой или занятой однократным уплотнением площади остаётся не более 45% [4].

В последнее время в структуре агропромышленного комплекса России энергонасыщенные колёсные тракторы полурамной компоновки класса 5,0 и выше отечественного и иностранного производства, в силу своих высоких тяговых характеристик, простоты и надёжности конструкции, универсальности агрегатирования со всевозможными орудиями и машинами, занимают лидирующую позицию [5].

Однако эти тракторы имеют и свои конструктивные недостатки. В частности, большая масса трактора (более 13,5 тонн), наличие высокого центра масс и нерациональное распределение эксплуатационной массы по осям вызывают значительный эффект почвенного уплотнения, а многократность прохода движителей при соблюдении параметров всех используемых технологий возделывания сельскохозяйственной продукции вызывает чрезмерную деформацию и переуплотнение плодородного слоя, что приводит к снижению пористости почвы, ухудшению её водно-физических свойств, уменьшению влагообеспеченности корневой системы произрастающих сельскохозяйственных культур и ведёт к снижению урожайности на 15-30 %, а на глинистых и суглинистых почвах достигает и более высоких значений: до 55%.

Конструктивно-предусмотренное распределение массы по осям полурамного трактора, в частности, «К-701», составляет: передняя ось - 7700 кг, задняя ось - 4300 кг. Соответственно, степень уплотнения грунтов движителями передней оси этого трактора выше, чем задней оси.

Следовательно, одним из способов снижения уплотнения почв по следу движения трактора является рациональное распределение массы трактора по его осям или дополнительное рыхление почв по следу движения колёсной системы [1, 2]. дискаторный разуплотнитель полурамный трактор

В связи с этим рабочая гипотеза эффективности конструкции для рыхления будет основываться на том условии, что разрыхление поверхностного почвенного слоя после прохода передней, более тяжёлой, оси трактора снизит уплотняющий эффект при прохождении по следу трактора последующей оси, что в целом уменьшит техногенное воздействие ходовой системы энергетического средства на почву.

Предлагается способ снижения уплотнения почв колёсными движителями за счёт применения устройства, на которое получен патент на полезную модель. Принципиальная схема его представлена на рис. 1а и 1б - дискаторного разуплотнителя следа полурамного трактора [6], устанавливаемого на косыночных упорах с силовым шарниром в передней боковой части передней полурамы трактора за движителями и состоящего из продольных реактивных штанг, фиксированных одним окончанием в силовом шарнире, а другим окончанием объединённых торсионной осью с разуплотняющими рабочими органами дискаторного типа, и прижимных силовых гидроцилиндров, установленных побортно в кронштейнах в тыльной части корпуса трактора. При этом торсионная ось проходит через опорные вилки рабочих штоков прижимных гидроцилиндров.

Рис. 1а Принципиальная схема дискаторного разуплотнителя следа полурамного трактора

Рис. 1б Принципиальная схема дискаторного разуплотнителя следа полурамного трактора 1 - общая вид конструкции устройства; 2 - косыночный упор; 3 - силовой шарнир; 4 - боковая часть рамы трактора; 5 - передняя полурама трактора; 6 - трактор полурамного типа; 7 - движители; 8 - продольные реактивные штанги; 9 - окончание реактивной штанги; 10 - окончание реактивной штанги; 11 - торсионная ось; 12 - рабочие органы дискаторного типа; 13 - силовой гидроцилиндр; 14 - кронштейн; 15 - тыльная часть корпуса трактора; 16 - опорные вилки гидроцилиндров

Устройство работает следующим образом.

При въезде на поле машинист трактора при помощи прижимных силовых гидроцилиндров 13 опускает торсионную ось 11 предлагаемого устройства 1 в рабочее положение, прижимая и заглубляя разуплотняющие рабочие органы дискаторного типа 12 в почву. В ходе движения трактора рабочие органы-дискаторы производят работу по рыхлению, крошению и перемешиванию почвы по следу движения трактора, что уменьшает влияние ходовых систем на обрабатываемые агрофоны, снижая эффект почвенного переуплотнения.

В целях дальнейшей аргументации конструкции устройства определим диаметр и необходимое количество рабочих органов-дискаторов (далее - дисков) в секции для одного колёсного движителя.

Экспериментально установлено, что глубина следа при работе полурамного трактора марки К-701 на суглинистых почвах Амурской области при первой предпосевной обработке в ранне-весенний период, когда сельскохозяйственная техника работает в условиях поверхностного почвенного оттаивания на глубину не более 0,14-0,16 м. и наличии мерзлотного основания составляет в среднем 70 мм, что позволяет сделать вывод, что эффект уплотнения почвенного горизонта распространяется в глубину на 0,14-0,16 м. Следовательно, достижения почвенного разуплотнения можно достичь при разрыхлении гумусового слоя на глубину не менее 0,14 м [2].

Известная теория подбора диаметра рабочих органов строится, исходя из параметра забиваемости междисковых пространств дисков одной секции почвой или пожнивными остатками, основным влияющим фактором которого является диаметр диска, а дополнительными - влажность почвы, глубина обработки, липкость почвы и угол атаки диска. Влияние этих дополнительных факторов предлагается учитывать при помощи коэффицента k, определяемого условиями работы диска. Предлагаемая формула расчёта диаметра диска D, м [5].

D = k Чa, ( 1)

где: а - глубина обработки почвы, м;

k - коэффициент условий работы диска.

Коэффициент k для дисковых борон рекомендуется принимать в пределах 4...6, для лущильников - 5...6.

Для наших параметров глубины обработки в 0,14 м, с учётом ранее полученных зависимостей, находим диаметр диска предлагаемого устройства - дискаторного разуплотнителя следа полурамного трактора, который равен 560-700 мм (0,56-0,7 м).

При выборе количества рабочих органов одной секции рыхления для одного колёсного движителя предлагается также использовать параметр забиваемости междисковых пространств дисков почвой. При определении расстояния b вдоль оси батареи между соседними дисками следует руководствоваться теми же соображениями [5], т.е.

b =1,5Чa, (2)

где: b - междисковое расстояние, м;

a - глубина обработки почвы, м.

Полагая, что основными типоразмерами шин, предусмотренных предприятием-изготовителем для полурамных тракторов марки К-701 (К-700), являются шины модификации Я-291, Я-242Аб, ФД-12 с шириной профиля 700 мм (0,7 м), и для необходимости наиболее качественного рыхления принимаем ширину секции, равную 750 мм (0,75 м).

Ранее проведённые расчеты показывают, что при диаметре дисков 560 мм, угле атаки дисков 18є, угле наклона дисков 10є, глубине обработки почвы 0,06 м при допуске ±0,04 м, согласно исходных требований, ширина полосы почвы, обрабатываемой одним диском составляет всего 0,04 м, при глубине обработки 0,01 м, ширина полосы почвы составляет уже 0,07 м [5]. Для расчёта количества дисков S секции для предлагаемого устройства эмпирически получена формула:

S=, (3)

где ширина полосы обработки почвы одним рабочим органом-диском, м.

С учётом ранее рассчитанного диаметра диска и зависимостей, показанных в формуле (2), получаем формулу:

S=, (4)

позволяющую установить необходимое количество дисков для одной секции, равное

S== 3 (5)

Вертикальная нагрузка на диск является одним из наиболее существенных факторов, определяющих заглубляющую способность секции дисков.

Анализ отечественных борон, в которых нашли применение дискаторные рабочие органы, по параметру вертикальной нагрузки показывает, что нагрузка на один диск растет с 50…60 кг (0,5 кН…0,6 кН) при малой ширине захвата (2 …3 м) до 130…140 кг (1,3 кН…1,4 кН) при больших ширинах захвата бороны (6…8 м), в связи с чем растёт и глубина почвенной обработки. Учитывая, что заглубление секции бороны при сельскохозяйственных работах производится только при вертикальной нагрузке, приходящейся на секцию (диск), за счёт общей массы сельскохозяйственного орудия, в предлагаемом устройстве регулирование глубины рыхления осуществляется догружением секции через прижимные силовые гидроцилиндры.

Рассмотрим влияние величины догружения секции на формирование касательной силы тяги полурамного трактора с установленным дискаторным разуплотнителем следа.

В нашем случае касательная сила тяги трактора будет равна следующему выражению:

, (6)

где: крюковое усилие трактора, Н;

тяговое сопротивление сельскохозяйственной машины, Н;

тяговое сопротивление дискаторного разуплотнителя, Н.

Тяговое сопротивление дискаторного разуплотнителя при прямолинейном движении предлагается рассчитать по формуле

, (7)

где - вертикальная силовая нагрузка, Н, которая в нашем случае будет равна:

=+. (8)

где: прижимная силовая нагрузка гидроцилиндров, Н;

собственный вес секции дисков, Н.

Формулу (7) можно записать как

. ( 9)

Следовательно, касательная сила тяги трактора равна:

(10)

Вес диска «ромашка» (рис. 2) для бороны БДТ-720 при толщине 0,08 м, диаметре 0,66 м составляет 19,9 кг (0,199 кН).

Рис. 2 Диск «ромашка» для бороны БДТ-720

Рассчитанный вес конструкции секции из трёх дисков для одного движителя трактора К-701 составляет 78 кг (0,78 кН), следовательно, для заглубления секции на расчётную глубину при малой ширине захвата 0,75 м требуется применить дополнительную прижимную силовую нагрузку гидроцилиндров , равную 120-150 кг (1,2 кН-1,5 кН), что при расчёте по предложенной формуле (9) составит 1,7-2,0 кН. Следовательно, тяговое сопротивление дискаторного разуплотнителя для двух секций составит 3,4-4,2 кН.

Учитывая полученную малую величину тягового сопротивления предлагаемого устройства в соотношении с тяговым усилием трактора класса 5, при дальнейшем расчёте эффективности конструкции ею можно пренебречь.

Проведённый расчёт показывает, что использование данной полезной модели, обладающей низкой энергоёмкостью, удобством в обслуживании и эксплуатации, при достаточно несложной конструкции и простоте изготовления дискаторного разуплотнителя следа полурамного трактора, уменьшит влияние ходовых систем колёсных тракторов на обрабатываемые почвы, снизит эффект переуплотнения, формирования плужной подошвы, поможет сбережению почвенного плодородия и пахотных ресурсов при проведении полевых работ, а также увеличит урожайность культур и эффективность применения полурамных тракторов в агропромышленном комплексе.

Список использованных источников

1. Кузнецов Е.Е. и др. Использование многоосных энергетических средств класса 1,4: монография // ДальГАУ- Благовещенск. 2013. 153 с.

2. Щитов С.В. Пути повышения агротехнической проходимости колёсных тракторов в технологии возделывания сельскохозяйственных культур Дальнего Востока: дис. докт. техн. наук: 05.20.01: защищена 20.05.09. ДальГАУ-Благовещенск. 2009. 325 с.

3. Ногтиков А.А. Уплотнение почвы ходовыми системами машинно-тракторных агрегатов // Достижения науки и техники. 2004, №3. С. 34-36.

4. Захарова Е.Б., Кашпура Б.И., Немыкин А.А. Почвозащитные элементы технологии в растениеводстве // Дальневосточный аграрный вестник. 2008, вып. 2. С. 25-30.

5. Сохт К.А., Трубилин Е.И., Коновалов В.И. ДИСКОВЫЕ БОРОНЫ И ЛУЩИЛЬНИКИ. Проектирование технологических параметров: учеб. Пособие. Краснодар: КубГАУ. 2014. 164 стр.

6. Дискаторный разуплотнитель следа полурамного трактора / Е.Е.Кузнецов и др. // Патент на полезную модель № 171123, Заявка № 2016119453 от 19.05.2016, зарегистрировано ФИПС 30.03.2016 г., опубл. 22.05.2017, Бюл. № 15.

Размещено на Allbest.ru