автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Механико-технологические основы взаимодействия гусеничных движителей кормоуборочных машин с переувлажненной пойменной почвой

На правах рукописи

ЛАПИК ВЛАДИМИР ПАВЛОВИЧ

Механико-технологические основы взаимодействия гусеничных движителей кормоуборочных машин с переувлажненной пойменной почвой

05.20.01 — технологии и средства механизации сельского хозяйства

з о СЕН 2015

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Брянск-2015 00555/О'»

005562818

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Брянский государственный аграрный университет»

Научный консультант: Ерохин Михаил Никитьевич, академик РАН,

доктор технических наук, профессор, лауреат премии Правительства РФ

Официальные оппоненты: Федоренко Вячеслав Филиппович, член-

корреспондент РАН, заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор, директор Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Росинформагротех»; Поливаев Олег Иванович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой тракторов и автомобилей Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Воронежский государственный аграрный университет»; Сидоров Владимир Николаевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой автомобиле- и тракторостроения Калужского филиала МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт механизации сельского хозяйства» (ФГБНУ ВИМ).

Защита состоится « 27 » октября 2015г. в 09 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 006.037.01 в Федеральном государственном бюджетном научном учреждении «Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства» (ФГБНУ ВИЭСХ) по адресу: 109456, г. Москва, 1-й Вешняковский проезд, д.2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБНУ ВИЭСХ.

«Автореферат разослан 2015 г. и размещен

на сайте ВАК

Ученый секретарь Ц

диссертационного совета Некрасов Алексей Иосифович

У

Общая характеристика работы

Актуальность работы. В настоящее время практически не ведется заготовка кормов на пойменных лугах. Пойменные луга - это малозатратная технология (только на уборку) заготовки ценных по питательным качествам и экологически чистых кормов для животноводства, за счет отлагающих аллювиальных наносов (наилков) и после продолжительного затапливания их талыми весенними водами.

Естественные кормовые угодья в среднем по Нечерноземному центру занимают около 15-20% территории, из которой лугам отведено 40%.

Особенностью пойменных лугов является значительное и избыточное увлажнение почвы, что затрудняет уборку кормов из-за слабой проходимости современной энергонасыщенной уборочной техники, а в некоторых местах (около 30% площади поймы) и вовсе нет возможности заготовки.

Разработка высокоэффективных гусеничных движителей самоходных кормо-уборочных комбайнов позволит повысить их проходимость и расширить кормовую базу путем заготовки кормов в условиях переувлажненных пойменных лугов со слабой несущей способностью почв, что является актуальной задачей, решение которой внесет значительный вклад в интенсификацию сельскохозяйственного производства.

Цель исследования - увеличение объема заготовки качественных кормов на пойменных переувлажненных лугах со слабой несущей способностью почв за счет применения энергоэффективных гусеничных движителей, обеспечивающих проходимость кормоуборочных машин, снижение техногенного воздействия на почву и растительность, уменьшение вибрационного воздействия на машину и оператора.

Объект исследования - гусеничные движители с различными опорными устройствами (металлические и резинокордные траки, резиноармированные гусеницы) и процесс их взаимодействия с переувлажненной пойменной почвой.

Предмет исследования - опорные устройства гусеничных движителей, позволяющие повысить проходимость кормоуборочных машин и снизить динамические нагрузки на почву.

Научная новизна - теоретически обоснована и экспериментально доказана возможность эффективного использования переувлажненных пойменных лугов с целью заготовки качественных кормов для сельскохозяйственного производства;

получены аналитические зависимости для определения величин вертикальных нагрузок на опорные катки движителя и распределение реакций почвы по опорной поверхности движителя;

разработана методика для расчета вертикальных перемещений гусеничной машины с резинокордными траками, обладающими упругими свойствами, с целью снижения динамических нагрузок на почву;

получены теоретические зависимости для определения глубины колеи и сопротивления качению гусеничных движителей с резинокордными траками;

разработаны методики для определения деформации почвы с учетом жесткости и радиуса кривизны резиноармированной ленты гусеничного движителя;

обоснована схема гусеничного движителя с резинокордными траками, повышающего проходимость и снижающего техногенное воздействие на пойменную переувлажненную почву и растительность.

Теоретическая и практическая значимость результатов исследовании. Теоретически обоснована и подтверждена экспериментально конструкция гусеничного движителя с резинокордными траками для работы на переувлажненных пойменных почвах.

Представлены зависимости, устанавливающие необходимые значения жесткости и радиуса кривизны слоя резиноармированной гусеницы гусеничных движителей, с учетом распределения нагрузки между катками при их взаимодействии с переувлажненной пойменной почвой.

Усовершенствована конструкция исследованного резинокордного трака, обеспечивающая снижение динамических нагрузок на почву и неравномерность давления по ширине трака, что подтверждено теоретическими и экспериментальными исследованиями (патент РФ на изобретение №2554899).

Применение резинокордных траков в гусеничном движителе вместо металлических уменьшает глубину колеи в 1,9 раза, максимальное напряжение в почве на глубине 0,5 м снижает в 4,6 раза, уменьшает динамические нагрузки на почву в 2,5 раза, сохраняет растительный покров.

Методы исследований основаны на теоретических положениях математического моделирования, системного анализа, законов теоретической механики, аппарата механики грунтов, теории дифференциальных уравнений. Составлены и проанализированы математические модели взаимодействия гусеничного движителя с переувлажненной почвой.

Проведены лабораторные и полевые испытания на натурных образцах в условиях эксплуатации с использованием тензометрического и компьютерного оборудования.

Положения, выносимые на защиту:

т методики взаимодействия гусеничных движителей с резинокордными траками с переувлажненной почвой, которые устанавливают снижение показателей динамичности нагрузок на почву, уменьшение глубины колеи в условиях предельного равновесия почвы и сопротивления перемещению гусеничных движителей от деформации почвы;

- теоретические зависимости, которые при взаимодействии гусеничных движителей с резиноармированными гусеницами с переувлажненной почвой,

определяют формирование глубины колеи с учетом оптимальной жесткости ленты в промежутке между грунтозацепами и под грунтозацепами, снижение неравномерности распределения давления по длине гусеницы с учетом радиуса кривизны гусеницы, армированной тросами и распределение нагрузки между катками;

- конструкция резинокордного трака, снижающая динамические нагрузки на почву и неравномерность давления по ширине трака (патент РФ на изобретение №2554899).

Реализация результатов исследований. Результаты исследований используются в учебном процессе Брянского ГАУ, приняты к внедрению в ОАО «Гомсель-маш», ЗАО СП «Брянсксельмаш» и ООО «Агромашсервис».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях Брянской ГСХА (Брянского ГАУ) (1994-2014гг.), Нижегородского политехнического университета, Саратовского ГАУ, Московского ГАУ им. В.П. Горячкина, РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева.

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 46 печатных работах, из них 15 в научных журналах, включенных в перечень ВАК и монографии. Получен патент на изобретение.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Изложена на 335 страницах компьютерного текста, включая 93 рисунка, 25 таблиц, библиографию из 281 наименования и приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В введении обоснована актуальность решаемой проблемы, сформулирована цель, задачи, объект и предмет исследований, приведена научная новизна, теоретическая и практическая значимость результатов исследований, методология исследования и положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса. Цель и задачи исследований» рассмотрены особенности заготовки кормов на пойменных лугах гусеничными кормо-уборочными комбайнами. Изучению пойменных лугов посвящены работы Балабко П.Н., Белоуса Н.М., Гуровой Т.А., Жариновой Н.Ю., Кижапкина С.П., Мее-ровского A.C., Просянникова Е.В., Поймановой С.О., Стульцевой H.H., Нестеровой H.H., Сюняева Н.К., Яблонских П.А..

Обосновано, что кормовая ценность пойменных лугов, заключается в разнообразии видов, достигающих до 40 высших растений на 1 м2, от присутствия аллювиальных наносов, приносящихся разливом рек и достижением биологической продуктивности основной надземной биомассы до 80 ц/га.

Главная особенность гидрологии пойменных почв - неразрывная связь грунтовых вод с водами самой реки, уровень которых устойчиво держится около поверхности почвы, что приводит к переувлажненному состоянию пойменных лугов и, как правило, затрудняет своевременную уборку трав, а в некоторых случаях и вообще уборку, что ведет к деградации лугов.

Рассмотренные агротехнические требования к уборочным машинам на гусеничном ходу при уборке трав на пойменных переувлажненных почвах показали, что наиболее щадящее воздействие на почву могут обеспечить уборочные машины с гусеничным движителем, в конструкцию которого вводятся различные эластичные элементы и опорные устройства.

Анализ гусеничных движителей и существующих типов эластичных гусеничных систем высокой проходимости позволил установить многообразие их модификаций. Для обеспечения проходимости машин по переувлажненным почвам наиболее приемлемым является применение в конструкциях гусеничных движителей эластичных резиноармированных гусениц (рисунок 1) и резинокорд-ных траков, обладающих упругой составляющей (рисунок 2).

Рисунок 1- Гусеничный движитель с ре-зиноармированной гусеницей

Рисунок 2 - Эластичный трак с открытой упругой стойкой

Исследование эксплуатации уборочных машин на гусеничном ходу позволило установить ряд определенных особенностей, основные из которых:

- непрерывное изменение массы агрегата во времени в связи с периодическим наполнением и опорожнением технологических емкостей кормоуборочных комбай- : нов (рисунок 3); I

- технологическая часть и элементы уборочных машин (жатка, молотильное устройство, копнитель, измельчающий аппарат, звенчатость гусеничной цепи и др.) во время работы создают широкий спектр различных по амплитуде и частоте дина- ! мических нагрузок на движитель, которые в определенной закономерности переда- ! ются на опорное основание, усложняя характер взаимодействия гусеничного движи- ; теля с этим основанием;

- при работе на неровных почвах комбайнам необходимо преодолевать верти- ) кальные препятствия (закочкованность, песчаные валики от выноса наилков из рек и

другие неровности), что предъявляет специфические требования к схеме подвески движителя и ее опорным устройствам.

Рисунок 3 - Самоходные гусеничные кормоуборочные комбайны с накопительной емкостью: а) комбайн завода ОАО « Дальсельмаш»; в) комбайн завода ОАО «Гом-сельмаш»

Особенности эксплуатации уборочных машин на гусеничном ходу, при взаимодействии их технологической и ходовой частей создают определенную специфику динамики всей машины в целом и её гусеничного движителя в особенности, что влияет на проходимость и снижение техногенного воздействия на почву и растения.

Развитию теории гусеничных движителей, проходимости машин и критериям ее оценки посвящены исследования Н.В. Орнатского, Львова Е.Д., Чудакова Д.А., Кнороза В.И., Бобкова В.Ф., Бирюля А.Н., Сиденко В.М., Беккера М.Г., Скотникова В.А., Воронина В.А., Годжаева З.А., Емельянова A.M. и других ученых.

Понятие проходимости определяет ее, как эксплуатационное качество машины, неразрывно связанное с характеристиками почвы, с которой взаимодействует движитель.

Исследования деформации переувлажненной пойменной почвы гусеничными движителями позволили установить, что в теории предельного равновесия среды следует рассматривать две задачи: равновесное состояние с учетом жестко-подстилающего слоя и равновесие среды по схеме однородной полуплоскости.

Исследования деформации почвы под действием динамических нагрузок показали, что на характер деформации почвы наиболее существенно влияют скорость приложения нагрузки и периодическое изменение направления вектора ее действия, которое принято называть вибрационной нагрузкой. Вибрационный характер нагрузок на почву со стороны движителя машины, уменьшает несущую способность поч-! вы, и, как следствие, ухудшает проходимость машины. Снижению динамических | нагрузок гусеничного движителя на почву могут способствовать эластичные опор-j ные устройства, которые обладают упругой составляющей.

(

Эластичность гусеничного движителя при взаимодействии его с почвой способствует снижению неравномерности давления на почву по длине гусеничного полотна, а упругие свойства, снижению динамических нагрузок со стороны колеблющихся частей машины.

Для увеличения объема заготовки кормов на пойменных переувлажненных лугах со слабой несущей способностью почв гусеничными кормоуборочными комбайнами необходимо решить следующие конкретные задачи:

-установить, путем исследования системы сил, действующих на опорную поверхность гусеничного движителя кормоуборочного комбайна в вертикальной плоскости, оптимальную схему подвески, закономерности изменения нагрузок на опорные катки и распределение реакций почвы по опорной поверхности движителя;

-обосновать выбор физической модели деформации пойменных переувлажненных почв со слабой несущей способностью гусеничными движителями и влияние динамических нагрузок на характер ее деформирования;

-исследовать динамику вертикальных перемещений гусеничной машины с металлическими и резинокордными траками с учетом их упругих и диссипативных свойств с целью снижения динамических нагрузок на пойменные переувлажненные почвы;

- определить степень неравномерности давления на почву, глубину колеи, величину сопротивления качению гусеничной машины с металлическими и резинокордными траками, а также влияние движителей на уплотнение и изменение структуры почвы;

- экспериментально определить упругие и диссипативные свойства резино-кордных траков;

- провести исследования взаимодействия гусеничного движителя с резиноар-мированными гусеницами с пойменной почвой;

- экспериментальным путем выявить гусеничный движитель с исследуемыми опорными устройствами для кормоуборочных машин, способный плавно преодолевать вертикальные препятствия, имеющиеся на пойменных лугах;

- обосновать схему гусеничного движителя по условию проходимости и снижению вредного воздействия на почву и растительный покров при заготовке кормов на пойменных переувлажненных лугах, с учетом которой дополнить показатели и свойства проходимости уборочных гусеничных машин;

- обосновать экономическую целесообразность полученных результатов исследований.

Во второй главе «Теоретические основы взаимодействия гусеничных движителей с переувлажненной почвой» проведены аналитические исследования гусеничных движителей и взаимодействие их с переувлажненной почвой с целью повышения проходимости. Определение системы сил, действующих на опор-

ную поверхность движителя, является одним из необходимых условий разработки теории распределения давления на опорную поверхность гусеничной машины - одного из важнейших элементов общей теории проходимости машин.

Определены силы, действующие на опорную поверхность гусеничного движителя в вертикальной плоскости, с установлением закономерностей изменения нагрузок на опорные катки.

На величину нагрузок и их изменение в процессе эксплуатации оказывает схема подвески, обеспечивающая оптимальную реализацию определенных свойств проходимости. Выявление такой схемы подвески, позволит конкретизировать дальнейшие исследования по определению закономерностей формирования нагрузок на опорные катки. С помощью подвески машины реализуется свойство преодоления вертикальных препятствий, которое является одним из свойств проходимости. В качестве показателя этого свойства Кр предложено отношение величины перемещения в вертикальной плоскости центра тяжести машины Л У, при преодолении препятствия, к высоте преодолеваемого препятствия hP

КР=АУ/ hp. (1)

Расчет величины перемещения в вертикальной плоскости центра тяжести машины ДУ рассмотрим на примере кинематического механизма, моделирующего преодоление вертикального препятствия гусеничной машины с двухбалансирной схемой подвески в сравнении с индивидуальной и многокатковой схемами подвески. Расчетная схема кинематического механизма представлена на рисунке 4.

Применяем закон изменения вертикальной координаты центра тяжести машины при переходе ею препятствия высотою hp Положение центра тяжести точки О, в любой момент времени при Х> 0 определяется координатами У и X. Максимальное

значение координаты У будет иметь место при условии Х,=0, тогда Ур — yPlim,

У/ ' УImax•

Рисунок 4 - Кинематический механизм, моделирующий преодоление вертикального препятствия гусеничной машиной с двухбалансирной схемой подвески: кР - высота препятствия; О - положение центра тяжести; 2т - расстояние между осями

крепления балансиров к раме машины; 7Р - угол подъема переднего балансира; ¡к -расстояние между осями опорных катков, м

Лимитирующее значение угла подъема переднего балансира определяется

/ри,,, = аг^

0,5* - ^(0,5к)г - 4(0,5Ир + аУр 2(0,5 Ир+а) '

(2)

где а - расстояние от опорной плоскости до точки соединения балансира с рамой подвески, м;

к- расстояние между осями крайних опорных катков балансира, м.

Величина перемещения в вертикальной плоскости центра тяжести машины ЛУ с учетом (2) определяется

У.», - а

2т

-(У0-в«1-с«

2т

1( 1 . 1 л, ь I, С^^+О,^ = 2^0*7,«« 7, к» 1 — V V-

ьО^квту.^-а

(3)

где У„т- максимальная величина подъема положения центра тяжести О;

У<г- расстояние от плоскости опорной поверхности движителя до положения центра

тяжести О.

Аналогичные аналитические зависимости рассмотрены для индивидуальной и многокатковой схем подвесок.

Рассмотрены источники нагрузок, действие которых осуществляется в продольной плоскости машины, а величина сил и значений координат являются постоянными или скорость их изменения - незначительной. Значение нагрузок на опорные катки определяется величиной нагрузок на оси опорных кареток Л„ и Яз. Рассматривая, равновесие подрессоренных масс £ м0 = 0 согласно схеме рисунка 5 и после ряда преобразований получаем величину нагрузок на опорные катки передних и задних кареток с учетом стохастического (вероятностного) характера.

движении

Ри =

— Кр1Ср/1(1)соза^ + Т&тщ + х„сщуъ -М[АЯср(а,X)] ге /0

(4)

(5)

где / = /„ + ¡з - количество опорных катков на одном борту движителя; АЯ= Т.ипу/2 + РКЭ + Ялг7 + [PJ + Кр/3Р/фта] У(1) -Х„Е-РГА.

Величину АЛ следует рассматривать как меру перераспределения нагрузок по опорным кареткам в процессе эксплуатации машины.

Соотношение между количеством опорных катков в передней и задней каретках определяется из условия Р„ = Р3

Кррр, (/•)«« а ^р- + Гбш у/3 + Хпаё - ДЛ

0 = -.---_-Я-

+ Т$'тцг1 + Рк вт^, + Л/?

'о

Уравнения (4) и (5) позволяют проследить характер формирования величины нагрузок на опорные катки, действие которых осуществляется в продольной плоскости машины.

Определена степень влияния нагрузок на опорные катки, обусловленных вертикальными колебаниями подрессоренных масс, возбуждающихся периодическим изменением касательной силы тяги Рк(0. При вертикальных и угловых перемещениях подрессоренных масс гусеничной машины изменяется форма обвода гусеничной цепи. При этом в ряде случаев эти изменения требуют удлинения гусеничной цепи. А так как гусеничную цепь достаточно правомерно можно считать нерастяжимой, то осуществление колебаний в этом случае возможно только при наличии в контуре гусеничной цепи автоматического устройства, изменяющего соответственно размеры движителя и компенсирующего необходимую величину удлинения гусеничной цепи.

Таким устройством и является подрессоренный механизм натяжения гусеничной цепи, для которого в зависимости от степени влияния нагрузок на опорные катки определена функция перемещения Ф„(:).

Проведены исследования распределения реакций почвы на опорной поверхности машины, что позволяет изучать динамику гусеничной машины, как изолированного от среды объекта, заменив воздействие среды на машину реакциями от этого воздействия.

Проведенные исследования максимальной силы тяги по сцеплению, которая зависит и от формы звена гусеницы, позволили сделать вывод: самоходные уборочные машины на гусеничном ходу не требуют на опорной поверхности своих движителей наличие грунтозацепов.

Показано, что общая эпюра распределения реакций почвы складывается из закономерностей распределения нормальных реакций почвы по опорной поверхности каждого звена гусеницы, входящего в систему шарнирно сочлененных опорных балок, которые образуют опорную поверхность гусеничного движителя.

Закономерность изменения реакций д = {Р(И,п) является функцией не только глубины погружения в грунт Л, но и целого ряда эксплуатационных параметров, характеристик грунта и конструктивных параметров как самого движителя, так и его опорных устройств.

Так как основная часть поймы находится под влиянием грунтовых вод, а после разлива рек и вся пойма переувлажнена, то такое состояние почвы можно рассматривать как жесткопластическую среду с однородной полуплоскостью. Данная схема деформации принята нами для исследования взаимодействия гусеничных движите-

лей с различными опорными устройствами с переувлажненными пойменными почвами. Также установлено, что интенсивность динамической нагрузки на почву со стороны гусеничной машины характеризуется ускорением колебаний, статическим давлением, внешней нагрузкой и скоростью деформации.

Исследования динамики вертикальных перемещений гусеничной машины показали, что применение в конструкции уборочных машин на гусеничном ходу резинокордных траков, вместо металлических, существенно изменяет их расчётную схему как колебательного контура.

На рисунке 6 показаны схемы колебательных контуров гусеничной машины с металлическими и резинокордными траками. Подрессоренная часть машины имеет массу М. Упругие элементы передней и задней подвесок на схеме условно заменены суммарной жёсткостью пружин С„; и С„2. Неупругое сопротивление задней и передней подвесок отсутствует, так как в конструкции гусеничной машины амортизаторы не предусмотрены. Неподрессоренные массы обозначены от, и т2. Упругое сопротивление резинокордных траков условно заменено пружинами с суммарной жёсткостью. Неупругое сопротивление г/т также включает суммарное значение сопротивления резинокордных траков, находящихся на опорной поверхности.

Рисунок 6 - Колебательный контур гусеничной машины: а) с металлическими траками; б) с резинокордными траками

Перемещение подрессоренной части при колебаниях может быть охарактеризовано вертикальными перемещениями центра тяжести или вертикальными перемещениями точек подрессоренной части над осями передней и задней подвесок. Вследствие специфики гусеничного движителя уборочных машин, для дальнейшего анализа воспользуемся первым вариантом и обозначим: 2 - вертикальное перемещение центра тяжести подрессоренной части, м\ Х - вертикальное перемещение неподрессоренных масс, м.

Применение резинокордных траков в конструкции гусеничных машин, с учётом их упругих и диссипативных свойств, определённых в процессе лабораторных

испытаний, может способствовать снижению нагрузок на опорную поверхность со стороны корпуса машины.

В связи с этим были проведены исследования по определению влияния амортизирующих и поглощающих способностей резинокордных траков на колебательные процессы машины при движении в условиях рядовой эксплуатации.

Физическую сущность этого можно раскрыть с помощью математической модели, описываемой уравнением Лагранжа II рода, с учетом которой вертикальные динамические перемещения самоходной гусеничной машины с металлическими и резинокордными траками, описываются системой дифференциальных уравнений, для расчета которых экспериментально были измерены амплитуда вертикальных перемещений , частота Рр и коэффициент неупругого сопротивления кр,. В результате расчета определены амплитуды динамической нагрузки на почву в установившемся режиме

где , - амплитуды динамических нагрузок на почву при установке, соответственно, металлических и резинокордных траков, кН;

М, т — соответственно, массы подрессоренных и неподрессоренных частей машины, кН; еот , сош - собственные частоты колебаний неподрессоренных масс, соответственно, на пружинной подвеске и на резинокордных траках, рад/с; кр - приведенный коэффициент неупругого сопротивления резинокордных траков; /',„ Рр - частоты вынужденных колебаний соответствующих масс при установке металлических и резинокордных траков, рад/с;

, - амплитуды вертикальных перемещений, соответственно, подрессоренных

и неподрессоренных масс, м.

Амплитуды вертикальных перемещений определяются по следующим зависимостям

(7)

н

где Яд„ Нр - амплитуды возмущающих ускорений, м/с ;

А

¥ =

Щ\

-со,

2 +<+С)ит-Р^

где - квадрат собственной частоты колебаний подрессоренных масс, рад/с;

а>2т . квадрат собственной частоты колебаний неподрессоренных масс на пружинной подвеске, рад/с.

Учитывая зависимость частоты Р и амплитуды Н возмущающих ускорений от скорости движения машины, для примера самоходного гусеничного кормоубороч-ного комбайна КСГ-3,2 А ( Амур -680) выполнен анализ зависимости коэффициента динамичности нагрузок на почву от скорости его движения (рисунок 7).

0.3 0.6 а4 аг

^ ^^____

О ' -- ~

/

2 ! . -_

05V, 10 V, 15 V,, гО\'„ г5\,: 3.0 Рисунок 7 - Зависимость показателя динамичности нагрузки на почву от скорости движения машины: 1 - при металлических траках; 2 - при резинокордных траках

Установлено, что коэффициент динамичности для случая металлических траков в диапазоне рабочих скоростей растет с ростом скорости, а для случая с ре-зинокордными траками - колеблется на очень низком уровне.

Показано, что с достаточной точностью максимальную глубину колеи при неравномерной нагрузке на почву можно определить без учета циклов изменения нагрузки по максимальному давлению

где - среднее статическое давление на почву, кПа;

(9)

Яшах . наибольший пик статического давления, к Па;

Ар - амплитуда динамической нагрузки на почву вследствие колебаний машины, кН; Ь - ширина траков, м\

Ь - длина опорной поверхности гусеничного полотна, м; V - коэффициент, учитывающий сглаживание с глубиной колеи давления.

Принятая модель деформирования почвы применена и при анализе составляющей силы сопротивления качению, связанной с деформацией почвы. Рассмотрены силы сопротивления, возникающие на дуге контакта направляющего колеса с почвой и направляющем участке гусеницы. Для оценки влияния высоты траков и значительного буксования на сопротивление движению на криволинейной части направляющего участка гусениц получено выражение

3 г„ (10)

*\г„+кУ +г»\

где Ь - ширина трака, м;

к - коэффициент жёсткости, зависящий от характеристик почвы у и р, кН; 1„ - длина направляющего участка гусеницы, м\ Ис- глубина колеи, л»;

- угол наклона направляющего участка к горизонтали, град.

Анализ выражения (10) показал, что даже незначительное уменьшение глубины колеи достаточно, чтобы компенсировать отрицательное влияние увеличенной высоты резинокордных траков на сопротивление движению. В то же время, при неизменной глубине колеи влияние высоты траков весьма велико.

Деформирование почвы резиноармированными гусеницами имеет свои особенности по сравнению с другими видами гусеничных движителей, ввиду наличия достаточно высоких грунтозацепов и гибкости гусеничной ленты в промежутках между ними. Особенности вносит и наличие над грунтозацепами закладных металлических элементов, обеспечивающих цевочное зацепление со звездочками движителя. На рисунке 8 показана схема деформирования почвы под грунтозацепом при наезде на него катка.

Установлено, что вытеснение почвы грунтозацепами происходит вдоль гусеницы. Поэтому, в отличие от металлических гусениц и гусениц с резинокордными траками, этот процесс нужно рассматривать в продольной вертикальной плоскости.

Вытеснение почвы участками резиноармированной гусеничной ленты, находящейся в промежутке между грунтозацепами происходит в поперечном направлении, как и на других типах гусеничных движителей. При этом вытесняется и та почва, что была вытеснена грунтозацепами в пространство между ними, где происходит своеобразная «экструзия» почвы через канал сечением (рисунок 8) и дли-

ной В (где В - ширина гусеницы). В этом процессе происходят большие сдвиговые

деформации в почве с разрушением корневой системы растений практически по всей площади следа гусеницы.

Рисунок 8 - Схема формирования колеи под грунтозацепом:1 - поверхность почвы; 2 - резиноармированная гусеничная лента; 3 - грунтозацеп; 4 - закладной металлический элемент; 5 — каток

Давления на почву под грунтозацепом цг и под резиноармированной лентой в промежутке между грунтозацепами щл взаимосвязаны (см. рисунок 8) и согласно теории образования колеи определяются как

<7г = (<7„ + к3у)1^^ехр(п1д(р') + ссЬд<р ]£^ехр(пЬдф) - 1], (Ш

где <р — угол внутреннего трения в почве, град. С другой стороны

где Рк — усилие, действующее на данный опорный каток, кН; ЪГ — ширина подошвы грунтозацепа, м; В - рабочая ширина гусеницы, м.

Поэтому формула (11) принимает вид

= (<7Л + Ь.3у)техр(пЬд(р) + сс1д(р[техр(тНд<р) - 1]. (13)

Полученная из формулы (13) величина д„, зависит от конструктивных параметров гусеницы и физико-механических свойств почвы.

Представлены зависимости для определения оптимальной жесткости резиноармированной ленты при нагружении ее одним катком. Рассмотрены два характерных сечения: 1) сечение, проходящее через середину толщины грунтозацепа Ьг (рисунок 8); 2) сечение, проходящее через середину промежутка между грунтозацепами

(рисунок 9). При этом учтено, что резиноармированная лента имеет несколько слоев (рисунок 9): верхний упругодеформированный слой резины, армированный кордом толщиной Ьх; практически нерастяжимый вдоль гусеницы слой, армированный стальными тросами; нижний упругодеформированный слой толщиной Ь2.

Жёсткость контакта опорного катка с лентой определяется

(14)

С3=^=1,73(РкДпр)3/5(^)5/2,

где Япр- приведенный радиус кривизны контактирующих тел, м.

п _ Як^тр

ПР Р -Р 9

(15)

где радиус опорного катка, м;

/?тр — радиус кривизны слоя, армированного тросами в точке О, обусловленный прогибом этого слоя, м\

Епр- приведенный модуль упругости контактирующих тел, Н/м2.

1 А (

V - х ч Ч X - \\\ X Ч V • ЧЧ N4 чЧ N ч'- -х Ч , Ч X N ч Ч - Ч Ч Ч ч ч Ч X ч ч ч4- ч Ч Ч ч. Ч ч >1

! 1,1 Рп ТТ! ! » ТПТГ-—^ !

V ..... .....^ и.....■!

X У

Рисунок 9 - Схема определения поперечной жесткости резиноармированной гусеницы и максимального давления на почву в промежутке между грунтозацепами

Жесткость при вертикальном сжатии грунтозацепа равна

где Рк —действующее усилие, кН; Д — осадка грунтозацепа, м\

Ср — модуль сдвига резины, вр =

Ер—модуль упругости резины, Н/м2-,

F0- площадь поперечного сечения грунтозацепа, м2;

Из - высота грунтозацепа, м;

Ьг'-ширина грунтозацепа при основании, м.

Жесткость нижнего слоя резины толщиной Ь2 (рисунок 9) определяется модулем упругости резины Ер, толщиной этого слоя и составляет на единицу опорной площади

Со=Т2 ■ <17>

Таким образом, жесткость контакта зависит от действующего усилия Рк, а нагрузка на опорный каток, в рассматриваемом его положении, зависит от соотношения шага установки катков и шага грунтозацепов.

Радиус кривизны слоя, армированного тросами, в промежутке между грунто-зацепами, определим из уравнений прогиба резиноармированной гусеницы как растянутой натяжением Т балки, лежащей на упругом основании. При том учтем и податливость почвы, характеризующуюся модулем деформации £деф. В соответствии с

обычно используемым соотношением от 2,0 до 2,5, рассмотрены два крайних

случая =2,0 (рисунок 10) и =2,5.

Рисунок 10 - Схема деформирования резиноармированной гусеницы (при =2,0)

как растянутой балки на упругом основании: 1 - балка тележки; 2 - каток; 3 - рези-ноармированная гусеница; 4 - закладной элемент

Наиболее выраженным показателем оценивающим радиус кривизны является коэффициент неравномерности давления резиноармированной гусеницы на почву вдоль гусеницы, зависимость которого определена следующим образом

(18)

К„=Щ= 1 +

ГГ Сг

где Ы - изгибная жесткость резиноармированной гусеницы, кН/лг, Т - натяжение гусеницы, кН;

Ее - жесткость упругого основания в расчете на / м2 опорной площади, кН/м2; Р— давление со стороны катков на армированный слой резиноармированной гусеницы, кН/м.

А приведенный радиус кривизны равен

(йк + Ъ{)Кк

В третьей главе « Методика проведения исследований» приведена методика проведения экспериментальных исследований. Описаны объект исследований, приборы и оборудование, условия проведения экспериментов. В качестве гусеничной машины, в конструкции которой использовались два типа траков - металлические и резинокордные, был выбран самоходный кормоуборочный комбайна КСГ-3,2А (Амур-680) и гусеничный движитель с резиноармированными гусеницами, установленный на тракторе сельскохозяйственного назначения Джон Дир (рисунок 11).

Рисунок 11-Исследуемые гусеничные движители: а) с металлическими траками; б) с резинокордными траками; в) с резиноармированными гусеницами

Эксперименты проводили на пойменных лугах учебно-опытного хозяйства Брянской государственной сельскохозяйственной академии (Брянский ГАУ).

Для регистрации необходимых параметров применялся комплект тензометри-ческой аппаратуры.

В результате проведения лабораторных испытаний, при статическом и динамическом нагружении, были определены упругие и реологические свойства резино-кордных траков.

Для экспериментального определения деформационных характеристик почвы, а в частности модуля деформации, характеризующего остаточные и упругие деформации, проводился метод испытания статической нагрузкой с помощью плоского штампа. Нагрузку на штамп подавали домкратом в различных пределах и определяли с помощью динамометра, оттарированного по линейной зависимости шкалой индикатора часового типа.

Для осуществления контроля за состоянием почвы и определения её необходимых характеристик, с мест исследований брали пробы почвы стандартными мето-

дами, принятыми в почвоведении в двух уровнях (в слоях 0-0,1 м и 0,1-0,2м) до и после прохождения гусеничного движителя.

Для исследования процесса колебаний гусеничной машины с двумя типами траков необходимо определить основные параметры перемещения подрессоренных и неподрессоренных масс. Измерения производили виброизмерительной аппаратурой ВА-5 с комплектом датчиков перемещений ДЦ-2, ДЦ-3 и ДД-4 (рисунок 12).

а) б)

Рисунок 12 - Измерение параметров колебаний: а) подрессоренных масс; б) неподрессоренных масс

Для измерения нормальных давлений, исследуемых рабочих процессов, применялись датчики давлений, созданные на основе тензодатчиков типа КФ 5 Р 5-5-100, ТУ 25-06.2002-60 с коэффициентом чувствительности К=2,07, R = 99,3 +0,2 Ом, что обеспечивает полную совместимость с комплектом тензометрической аппаратуры.

Для преобразования аналогового сигнала, выдаваемого датчиком, в цифровой применяли портативный крейт LTR-U-1-4 и модуль LTR-212. В сборе данный портативный крейт и многоканальный тензометрический 24-битный АЦП представляют собой гальваноизолированное функционально завершенное устройство, что в свою очередь обеспечивает высокую точность получаемых данных (рисунок 13).

Программа для замера уровня давления машинно-тракторных агрегатов на почву была написана на графическом языке программирования «G» в среде разработки LabView 8.5.

Измерение величины крутящего момента на ведущей звёздочке производилось с помощью тензодатчиков, наклеенных на проточку, выполненную на ступице ведущего колеса. Частоту вращения ведущей звёздочки определяли с помощью электромагнитных датчиков, которые устанавливали в торце ртутно-амальгамированного токосъёмника.

Рисунок 13 - Измерение давления гусеничного движителя с резинокордными траками измерительным переносным комплектом

Экспериментальным путем были проверены перемещения гусеничного движителя с двухбалансирной схемой подвески при преодолении вертикальных препятствий с металлическими траками (рисунок 14). Аналогичные исследования проведены с резинокордными траками и на гусеничном движителе с резиноармированными гусеницами.

Рисунок 14 - Преодоления вертикальных препятствий гусеничным движителем с металлическими траками

Была выполнена оценка воздействия гусеничных движителей с различными опорными устройствами на растительный покров и почвы.

В четвертой главе «Результаты теоретических расчетов и экспериментальных исследований» выполнен анализ результатов теоретических расчетов и экспериментальных исследований гусеничных движителей и их взаимодействия с пойменной переувлажненной почвой.

Сравнение схем подвесок по основному показателю свойства преодоления вертикальных препятствий Кр = АУ/ИР приведено на рисунке 15, на примере машины со следующими значениями её параметров: число опорных катков каждого борта г = 8, расстояние между осями катков 4= 0,28л/, расстояние от опорной плоскости до

точки крепления балансиров а = 0,45м, расстояние от центра тяжести до опорной плоскости Уо=1,\()л1.

1,6 о

8 5- 1 <? 8

-Полужесткая —Двухбалансирная — Многобалансирная

= 0,02 0,05 0,1 0,2

Высота препятствия Ьр, м

Рисунок 15-Зависимость показателя преодоления вертикальных препятствий от высоты препятствий

Представленные зависимости на рисунке 15 показывают, что двухбалансирная схема подвески имеет не только абсолютно лучшие показатели свойства преодоления вертикальных препятствий по сравнению с остальными схемами подвески, но и обладает лучшим характером протекания зависимости Кр = ДЬР). Для двухбапан-сирной схемы подвески эта зависимость носит убывающий характер, в то время как у остальных схем подвески - возрастающий.

Определена критическая высота препятствия, которая ограничивает возможность его преодоления, на примере двухбалансирной схемы подвески с длиной опорной поверхности Ь. Выполненные расчеты со значениями параметров машины позволили определить следующие значения крцт м:

Полужесткая подвеска Многобалансирная Двухбалансирная

подвеска подвеска

0,20 0,051 0,24

Одной из характерных особенностей уборочных машин является высокое расположение центра тяжести. Поэтому при сравнении полужесткой и двухбалансирной схем подвесок проверили последнюю по условию продольной устойчивости, где предельную величину вертикальной координаты центра тяжести из условия продольной устойчивости машины с двухбалансирной схемой подвески определили следующим образом

~

Уо«т = « + -у - 1

\1(у1тах - а) (20)

Согласно расчетам, выполненных по уравнению (20), для ИР = 0,20 л*, Уопт = 2,66 м или в 2,42 раза больше, чем У011т для этого значения кр у полужесткой подвески.

Установлено, что упругая характеристика траков при статическом нагруже-нии носит нелинейный и ступенчатый характер. Исследования деформационных свойств траков при динамическом нагружении показали, что расчетная модель ре-зинокордного трака может быть приближенно представлена в виде последовательного соединения двух упруго-вязких элементов Фойгта.

Значения модулей упругости и постоянных времени элементов зависят от амплитуды прилагаемой нагрузки. В рабочем диапазоне нагрузок и скоростей нагру-жения вязкостные свойства материала траков проявляются в незначительной степени и суммарный динамический модуль упругости отличается от статического не более, чем на 5%.

Сравнение экспериментальных величин перемещений, частот и расчитанных по ним амплитуд ускорений и динамических нагрузок от вертикальных колебаний для комбайна КСГ-3,2А с металлическими и резинокордными траками показано в таблице 2.

Таблица 2 - Параметры вертикальных колебаний комбайна

Наименование параметра Значение параметров при установке траков

металлических резинокордных

1. Амплитуда колебаний подрессоренной массы /)., м 0,003 0,007

2. Угловая частота колебаний Р, рад/с 31,7 22,9

3. Расчётная амплитуда ускорений А г, м/с2 3,02 3,66

4. Амплитуда колебаний неподрессорен-ной массы А„ м - 0,002

Продолжение таблицы 2

5. Угловая частота колебаний Р, рад/с - 40,0

6. Расчётная амплитуда ускорений Ах, м/с - 3,20

7. Расчётная амплитуда динамических нагрузок на опорное основание Ар, кН 25,8 10,2

8. Расчётный коэффициент динамичности давления на почву от колебаний машины КАин 1,26 1,10

Применение резинокордных траков позволяет снизить динамические нагрузки на почву в 2,5 раза. При этом в 1,5 раза снижается частота колебаний подрессоренных масс, что значительно уменьшает, при практически той же амплитуде ускорений, вредное воздействие колебаний на водителя.

При движении по жесткому дорожному полотну, ускорения высокочастотных колебаний подрессоренных масс снижаются в 1,7 раза.

Анализ экспериментальных эпюр давления движителя на почву показал, что для переувлажненной почвы с влажностью 65% коэффициент неравномерности распределения давления при применении резинокордных траков взамен металлических снижается с 3,36 до 2,15. Аналогичный эффект проявляется и на менее влажных почвах, но в меньшей степени. Самый низкий эффект достигается на несвязной почве, каковой является песок. Примеры эпюр давления на почву влажностью 65% приведены на рисунке 15.

В этих условиях глубина колеи от металлических траков равна 0,15 м, для резинокордных - 0,08 м, а суммарный коэффициент сопротивления качению движителя, соответственно, 0,120 и 0,088.

После вычитания расчетных потерь на трение в самом движителе и на деформацию резинокордных траков, составляющие коэффициенты сопротивления качению от деформации почвы составили 0,071 и 0,042.

а)

анПа

б)

Рисунок 15 - Эпюры давления на почву повышенной влажности движителя: а - с металлическими траками; б - с резинокордными траками

Представленная на рисунке 16 эпюра давления на почву гусеничного движителя с резиноармированной гусеницей показывает отличие от эпюр давления движителя с металлическими и резинокордными траками в сторону увеличения неравномерности распределения давления по длине опорной поверхности. Значительное пиковое давление под опорными катками в силу изгибной жесткости ленты отрицательно влияет на переувлажненные почвы.

Так, гусеничный движитель с резиноармированными гусеницами распределяет давление на переувлажненные почвы с низкой несущей способностью более равномерно в 1,36 раза, чем движитель с металлическими траками, но в 1,15 раза Кц выше, чем у движителя с резинокордными траками.

Рисунок 16 - Эпюра давления на почву гусеничного движителя с резиноармированной гусеницей

На рисунке 17 в графическом виде представлены результаты расчета коэффициента неравномерности распределения давления гусеничного движителя с резино-армированной гусеницей на почвы прирусловой и притеррасной частей поймы (модули деформации почв равны: прирусловой - Егк.ф- 3,4 МПа; притеррасной - Е(Кф= 0,5 МПа). Ширина резиноармированной гусеницы равна 0,645 м, ширина и высота грун-тозацепов 0,05 м, шаг грунтозацепов 0,1 м, радиус катков 0,125 м. Нагрузка на каток Рк варьировалась от 6 до 10 кН. Коэффициент неравномерности определен с учетом максимального давления под центром катка, среднего давления по длине гусеницы, шагу катков и коэффициента неравномерности распределения нагрузки на катки.

Для притеррасной части поймы, где почвы переувлажнены, Кц с увеличением нагрузки на катки уменьшается, но незначительно. На прирусловой части поймы, где почвы имеют меньшую влажность, с увеличением нагрузки распределение давления выравнивается более заметно.

4 3 2 1

О б 7 8 9 10 Ркшп. кН

Рисунок 17 - График зависимости коэффициента неравномерности распределения давления Кц от нагрузки на опорный каток: 1 - на прирусловой части поймы; 2 - на притеррасной части поймы

В соответствии с методикой получены значения глубины колеи для двух типов траков. В таблице 3 приведены расчётные и экспериментальные значения глубины колеи.

При проведении эксперимента на почве №-42%, деформация почвы гусеничным движителем составляет незначительную величину, поэтому результаты её измерения имеют большой разброс и здесь не приводятся.

1

I

I V?

!

[ ! I I I I

Таблица 3 - Глубина колеи гусеничной машины с двумя типами траков при АУ = 65%

Гусеничный движитель Расчётное значение глубины колеи hm, м Экспериментальное значение глубины колеи h»M

I. С резинокордными траками при Цша = 84 кПа 0,106 0,080

2. С металлическими траками При Цтах ~ 131 кПа 0,156 0,150

/г., - И /Л- м " 3. 32,00 46,60

При теоретическом определении глубины колеи на результаты расчётов оказывают влияние сложно определяемые значения характеристик почвы (рис. Исходя из линейной зависимости И0к = д^ по двум экспериментальным значениям

глубины колеи определяем: к = 671 кПа/м\ 30,3 кПа.

Исследования глубины колеи гусеничного движителя с резиноармированными гусеницами показали, что сплошная лента гусеницы выдавливает переувлажненную почву только лишь по бокам гусеницы, в то время как у гусеничного движителя с траками, почва проходит между ними. Резиноармированные гусеницы создают таким образом гидростатическое давление в почве, которое удерживая гусеничную машину уменьшает глубину колеи, но при этом в разы увеличивается напряженное состояние почвы.

В таблице 4 приведены показатели воздействия гусеничных движителей на почву: изменения плотности и влажности, наибольшее давление на опорной поверхности траков, напряжение в почве на глубине 0,5 м.

Определено, что при уборке трав на пойменных лугах, где имеют место вертикальные препятствия, образованные кочковатостью и наносом наилков при разливе рек, наиболее предпочтительно использовать гусеничные уборочные комбайны с ре-зинокордными траками, у которых вертикальные и угловые перемещения ниже.

Таблица 4 - Показатели воздействия гусеничных движителей с металлическими и резинокордными траками на почву

Верхняя часть поймы Средняя часть поймы Прирусловая часть поймы

Показатели почвы Слой почвы, м естественное сложение после резино-кордных траков после металлических траков естественное сложение после резино-кордных траков после металлических траков естествен ное сложение после резино-кордных траков после металлических траков

Плотность 0-0,1 1,20 1,25 1,34 0,93 0,98 1,05 0,43 0,50 0,54

а, г/см3 0,1-0,2 1,47 1,51 1,60 0,88 0,96 0,98 0,78 0,84 0,95

Влажность 0-0,1 28 26 21 42 38 35 65 62 60

IV, % 0,1-0,2 20 18 15 44 39 40 47 43 40

Макси-

мальное давление 0 - 92,0 185,5 - 72,5 129,7 - 84,0 170,2

Чтах- кПа

Макси-

мальное давление 50 - 7,2 29,4 - 13,3 29,6 - 5,1 23,7

дтах, кПа

Графическая зависимость относительной величины напряжений на глубине 0,5 м от средней влажности почвы естественного сложения в слое 0 — 0,2 м представлена на рисунке 18.

Ш И

.............. ]

Л

\7

У Л

/

/ V

ЯШМ --20 ЙГ

а) б)

Рисунок 18 - Зависимости степени распространения давления на глубину 0,5 м от средней влажности почвы естественного сложения в слое 0 ... 0,2 м: а) давление движителя на почву; б) неравномерность давлений: 1-под резинокордными траками; 2-под металлическими траками

По всем показателям воздействия на почву резинокордные траки оказываются более щадящими. Особенно большой эффект проявляется на переувлажненных почвах \\^=65%.

Оценка травостоя после прохода гусеничных движителей с металлическими и резинокордными траками, а также с резиноармированными гусеницами проводилась в течение 30 дней после проведения эксперимента.

Учитывая эластичные гусеничные движители и их упругие составляющие, в структурную схему проходимости машин предложены дополнительные свойства и показатели, выражающие проходимость гусеничных машин как эксплуатационное качество.

Исследования конструкции резинокордного трака показали как эффективность его применения, так и возможность совершенствования в сторону более равномерного распределения давления по ширине трака. С учетом лабораторно - полевых исследований конструкции резинокордного трака и с помощью компьютерного моделирования в среде ОБМРЕМ, была разработана совершенная конструкция с более равномерным распределением давления по ширине трака, с улучшенными упругими и диссипативными свойствами (рисунок 19). Новизна предложенной конструкции трака подтверждена патентом на изобретение.

Рисунок 19 - Усовершенствованная конструкция резинокордного трака

В пятой главе проведена оценка технико-экономических показателей использования в гусеничном движителе кормоуборочного комбайна различных опорных устройств (металлических и резинокордных траков, резиноармированных гусениц) по разнице эксплуатационных затрат и увеличению производства продукции по условию проходимости в ценах 2014 года.

Внедрение результатов исследований в условиях Брянской области позволяет получить прибавку денежных средств, при уборке кормов на переувлажненных пойменных почвах в ценах 2014 года 7452601,2 рублей в год.

Уменьшение глубины колеи и бокового вытеснения почвы при образовании колеи оценивается экологическим эффектом.

Заключение

Выполненные исследования в диссертационной работе позволяют решить важную проблему для АПК РФ - расширение кормовой базы путем заготовки ценных по питательным качествам кормов в условиях переувлажненных пойменных лугов со слабой несущей способностью почв за счет повышения проходимости самоходных кормоуборочных комбайнов на гусеничном ходу.

Основные выводы заключаются в следующем:

1. Установлено, что из-за слабой проходимости кормоуборочной техники практически не ведется заготовка ценных по питательным качествам экологически чистых кормов для животноводства на переувлажненных пойменных лугах, где почвы обладают слабой несущей способностью и занимают около 40% территории от естественных кормовых угодий. В таких условиях целесообразно применять самоходные кормоуборочные машины с энергоэффективными гусеничными движителями, способными обеспечить собственную проходимость и при этом максимально сохранить структуру почвы, растительный покров с корневой системой, не снижая уровня и деградации пойменных почв и получить заготавливаемый корм наивысшего качества.

2. Установлено теоретически и экспериментально подтверждено, что двухба-лансирная подвеска является оптимальной для кормоуборочных машин, работающих на переувлажненных пойменных почвах. Показатель, характеризующий отношение величины перемещения в вертикальной плоскости центра тяжести машины к высоте преодолеваемого препятствия Ир, при Ьр= 0,2л< для двухбалансирной подвески в 3,2 раза ниже, чем для полужесткой. Многобалансирная схема подвески не обеспечивает переход неровностей такой высоты. Предельная величина вертикальной координаты центра тяжести из условия продольной устойчивости машины с двухбалансирной схемой подвески в 2,4 раза выше, чем это значение у полужесткой подвески.

3. Получены теоретические зависимости для определения оптимальных параметров гусеничных движителей, позволяющие существенно снизить величину статических и динамических нагрузок на опорные катки.

Получены основные теоретические закономерности распределения реакций почвы по опорной поверхности гусеничных движителей в вертикальной плоскости, позволившие обосновать оптимальную форму опорной поверхности звена гусеницы.

4. Обоснована модель деформации пойменных переувлажненных почв со слабой несущей способностью, у которых залегание грунтовых вод находится практически на поверхности. Такое состояние почвы можно рассматривать как жесткопла-стическую среду с однородной полуплоскостью.

На увеличение деформации почвы наиболее существенно влияют скорость приложения нагрузки и периодическое изменение направления вектора ее действия. В свою очередь интенсивность нагрузки характеризуется ускорением колебаний, статическим давлением, а также зависимостью между внешней нагрузкой на почву и скоростью ее деформации.

5. Исследование гусеничного движителя с резинокордными траками, показало, что их применение изменяет схему колебательного контура уборочной машины. Получены зависимости для расчета динамических нагрузок на почву и их амплитуды. Движители гусеничной машины с резинокордными траками снижают динамические нагрузки на почву со стороны корпуса машины в 2,5 раза. При движении машины по твердым почвам виброускорения подрессоренных масс уменьшаются на 67%, приведенное среднеквадратичное ускорение снижается в 1,7 раза, что уменьшает вредное воздействие колебаний гусеничной машины на водителя.

6. Выведена зависимость расчета глубины колеи с учетом изменения амплитуды динамической нагрузки на почву из-за колебаний гусеничной машины. Определена методика расчета сопротивления движению гусеничной машины от деформации почвы с учетом особенностей формирования колеи при переменной нагрузке на почву.

Установлено, что гусеничный движитель с резинокордными траками оказывает более щадящее воздействие на низшие слои почвы, чем с металлическими. Относительное уплотнение почвы в прирусловой части поймы в слое от 0 до 0,1 м уменьшилось в 1,6 раза, а в слое от 0,1 до 0,2 м - в 2,8 раза. Максимальное напряжение в почве на глубине 0,5 м снизилось в 4,6 раза. Глубина колеи на притеррасной части поймы с влажностью 65% уменьшилась в 1,9 раза, а сопротивление движению на 19,2 %, коэффициент сопротивления качению движителя снизился на 27% в сравнении с металлическими траками. При этом коэффициент неравномерности распределения давления по длине гусеничного движителя уменьшился на 56%.

7. Получены выражения для определения оптимальной жесткости резиноарми-рованной гусеницы при деформировании ее опорными катками гусеничного движителя в двух характерных сечениях: над грунтозацепами и в промежутках между ними.

Выведены зависимости для расчета оптимального радиуса кривизны резино-армированной гусеницы, распределения нагрузки между опорными катками и определения максимального давления на почву в промежутке между грунтозацепами и под ними, которое определяет глубину колеи.

Установлено, что коэффициент неравномерности распределения давления движителя с резиноармированной гусеницей на почву по длине гусеницы в 1,36 раза ниже по сравнению с металлическими траками, но в 1,15 раза выше, чем у движителя с резинокордными траками.

8. Установлено, что гусеничные движители с резинокордными траками в сравнении с металлическими и резиноармированными гусеницами в 1,58 раза

уменьшают перемещения центра тяжести машины при преодолении вертикальных препятствий, обеспечивая тем самым более равномерный срез травы.

9. Установлено, что на прирусловой части поймы после прохода гусеничного движителя с резинокордными траками сохраняется оптимальная высота и густота трав, тогда как после прохода металлических траков она снижается на 10% по сравнению с естественным травостоем. На переувлажненных почвах центральной и притеррасной частях поймы сохраняется высота травостоя, но густота снижается на 15%, в то время как металлические траки и резиноармированные гусеницы полностью разрушают корневую систему и отрастание растений в течение 30 дней не происходило.

10. В результате исследований и компьютерного моделирования в среде ОБМРЕМ разработана конструкция резинокордного трака с более равномерным распределением давления по ширине трака, с улучшенными упругими и диссипа-тивными свойствами. Новизна предложенной конструкции подтверждена патентом на изобретение.

11. Внедрение результатов исследований позволяет получить за год прибавку денежных средств, при уборке кормов на переувлажненных пойменных почвах Брянской области в ценах 2014 года, 7452601,2 рублей.

Основные положения диссертации изложены в изданиях по перечню ВАК:

1. Лапик, В.П. Определение сопротивления движению гусеничной машины с резинокордными траками /В.В. Стрельцов // «Вестник» «МГАУ им. В.П. Горячкина». Агроинженерия. - 2010. -№2(41). - С. 73-76.

2. Лапик, В.П. Экологические аспекты воздействия гусеничных движителей на почву/В.П. Лапик// «Вестник» «МГАУ им. В.П. Горячкина». Агроинженерия. - 2010. -№2(41).-С. 100-103.

3. Лапик, В.П. Динамика вертикальных перемещений гусеничной машины с резино-кордными траками/ Стрельцов В.В. Михальченков A.M., Акименко Д.А.// Тракторы и сельхозмашины.- 2010. № 6. - С. 25-29.

4. Лапик, В.П. Исследование конструкции резинокордного трака гусеничных движителей кормоуборочных машин / В.В Стрельцов, И.П. Адылин // Научное обозрение. - 2013.-№2,- С.53-55.

5. Лапик, В. П. Применение резинокордных траков в гусеничном движителе /В. П. Лапик, И. П. Адылин // Техника в сельском хозяйстве. - 2013. - № 1. - С. 27.

6. Лапик, В. П. Характер деформирования переувлажненной пойменной почвы гусеничным движителем с резиноармированными гусеницами / В. В. Стрельцов, И. П. Адылин // «Научное обозрение». - 2014.-№8. - С. 30-34.

7. Лапик, В. П. Исследование распределения давления на переувлажненную почву по ширине резинокордных траков гусеничных движителей с помощью компьютерного моделирования / И. П. Адылин // «Научное обозрение». - 2014. - №8. - С. 34-40.

8. Лапик В.П. Определение жесткости резиноармированной гусеничной ленты при деформировании ее опорными катками гусеничного движителя. / Стрельцов В. В., Адылин И. П. // «Вестник» «МГАУ им. В.П. Горячкина». Агроинженерия. -2014.-№3(63).-С. 8-11.

9. Лапик В.П. Особенности расчета глубины колеи гусеничной машины с резинокордными траками / Международный технико-экономический журнал. -2014.-№6. - С. 15-19.

10. Лапик В.П. Коэффициент неравномерности давления на почву по ширине резинокордного трака гусеничного движителя / В.В. Стрельцов, И.П. Адылин // Техника в сельском хозяйстве. - 2014. - №6. - С.22-24.

11. Лапик В.П. Исследование динамических нагрузок гусеничной машины на почву / М.Н. Ерохин, В.В. Стрельцов // Техника и оборудование для села. -2015,-№2(212).-С. 9-12.

12. Лапик В.П. Усовершенствование резинокордного трака гусеничного движителя. / Адылин И.П. // Сельский механизатор. - 2015. - №3. - С.30-32.

13. Лапик В.П. Определение изгибной жесткости элементов резинокордного трака гусеничного движителя / В.П. Лапик // Техника и оборудование для села. -2015.-№4(214). -С. 21-23.

14. Лапик В.П. Определение радиуса кривизны слоя резиноармированной гусеницы, армированного тросами и распределение нагрузки между опорными катками гусеничного движителя / В.П. Дьяченко // Техника и оборудование для села. -2015.-№6(214).-С.22-24.

15. Эластичный трак гусеницы транспортного средства: пат. 2554899 Рос. Федерации. В.П. Лапик, И.П. Адылин; патентообладатель «Брянский государственный аграрный университет».-№ 2012155435/11; заявл. 19.12.2012, Бюл. №18.

В других изданиях:

1. Лапик, В.П. Экспериментальное исследование физико-механических свойств резинокордных траков при динамическом нагружении / В.П. Дьяченко // Сб. науч.х тр. Саратовский с/х институт. - 1993. - С.21-29.

2. Лапик, В.П. Об эффективности использования резинокордных траков в конструкции гусеничных движителей уборочных машин / В.А. Воронин // Сб. науч. тр. - М.: МГАУ.- 1994. - С. 18-20.

3. Лапик, В.П. Снижение динамических нагрузок на почву гусеничных движителей с резинокордными траками / В.П. Дьяченко // Информационный листок. Брянский ЦНТИ, №310 - 94. - 1994.

4. Лапик, В.П. Воздействие гусеничного движителя с резинокордными траками на почву / В.А. Воронин// Информационный листок. Брянский ЦНТИ, №311 -94.- 1994.

5. Лапик, В.П. Воздействие гусеничных движителей болотоходной техники на урожайность трав / В.А. Шапкин, Ю.И. Молев // Тезисы докладов и сообщений международной научно-технической конференции, Н-Новгород, Россия, АМФ-94,-1994,- С.33-35.

6. Лапик, В.П. Изменения давления в зоне контакта движителя с резинокордными траками с почвой / В.А. Воронин // Тезисы докладов и сообщений международной научно-технической конференции, Н. Новгород, Россия, АМФ-94. -1994.-С.35-37.

7. Лапик, В.П. Снижение динамических нагрузок на опорное основание гусеничным движителем путем применения резинокордных траков / В.А. Воронин,

B.П. Дьяченко// Тезисы докладов и сообщений международной научно-технической конференции, Н-Новгород, Россия, АМФ-95. -1995. - С.47-49.

8. Лапик, В.П. Исследование глубины колеи движителей с металлическими и резинокордными траками / В.П. Лапик // Тезисы докладов и сообщений международной научно-технической конференции, Н. Новгород, Россия, АМФ-95. - 1995. -

C.49-51.

9. Лапик, В.П. Улучшение эксплуатационных качеств гусеничных машин за счет применения резинокордных траков / В.А. Воронин // Материалы международной научно-практической конференции. Брянск: Изд. БГСХА. - 1995.- С. 17-20.

10. Лапик, В.П. Изменения сопротивления качению гусеничных движителей с двумя типами траков / В.П. Лапик // Материалы международной научно-практической конференции. Брянск; Изд. БГСХА. - 1996. - С. 34-36.

11. Лапик, В.П. Особенности проходимости кормоуборочных машин с гусеничным движителем / Ю.А. Кучурин // Материалы международной научно-практической конференции. Брянск. Изд. БГСХА. - 1997. - С. 27-30.

12. Лапик, В.П. Принцип определения массы перспективных кормоуборочных комбайнов на гусеничном ходу / В.А. Воронин, О.В. Локтиик // Достижения науки в производство и воспитательный процесс: материалы XII межвуз. науч.-практ. конф. Брянск: Изд. БГСХА. - 1999. - С. 3-6.

13. Лапик, В.П. Влияние параметров гусеничных движителей кормоуборочных машин на состояние экологической характеристики растительного и почвенного покрова / В.А. Воронин, В.Е. Касаткин // Материалы международной научно-практической конференции. Брянск: Изд. БГСХА. - 1999. - С.6-8.

14. Лапик, В.П. Некоторые пути снижения экологического последствия вредного воздействия ходовых систем кормоуборочных машин / В.А. Воронин, А.М. Гринь // Материалы международной научно-практической конференции. Брянск: Изд. БГСХА. - 1999. - С. 12-15.

15. Лапик, В.П. Экспериментальные исследования неравномерности давления на почву по длине опорной поверхности гусеничного движителя с металлическими и резинокордными траками / В.П. Лапик // Достижения науки в производство и воспитательный процесс: материалы XIII межвуз. науч.- практ. конф. Брянск: Изд. БГСХА. - 2000. - С . 127-129.

16. Лапик, В.П. Экспериментальные исследования неравномерности давления на почву по ширине резинокордного трака / В.А. Воронин // Достижения науки в производство и воспитательный процесс: материалы XIII межвуз. науч.-практ. конф. Брянск: Изд. БГСХА. - 2000. - С .126-127.

17. Лапик, В.П. Технология заготовки кормов на пойменных лугах по схеме «зеленый конвейер» / В.А. Воронин // Достижения науки в производство и воспитательный процесс: материалы XIV межвуз. науч.- практ. конф. Брянск: Изд. БГСХА -2001.-С .45-47.

18. Лапик, В.П. Исследование кинематики гусеничного движителя треугольной формы с верхним расположением ведущей звездочки / В.А. Воронин // Достижения науки в производство и воспитательный процесс: материалы XIV межвуз. науч.-практ. конф. Брянск: Изд. БГСХА. - 2001. - С .203-210.

19. Лапик, В.П. Анализ существующих конструкций эластичных гусеничных движителей / В.В. Картавый // Конструирование, использование и надежность машин сельскохозяйственного назначения. // Сб. науч. тр. БГСХА. Брянск: Изд. БГСХА. - 2004. - С. 149-152.

20. Лапик, В.П. Проходимость как комплексный показатель оценки эффективности машин / В.В. Картавый // Конструирование, использование и надежность машин сельскохозяйственного назначения. // Сб. науч. тр. БГСХА. Брянск: Изд. БГСХА. - 2004. - С. 149-152.

21. Лапик, В.П. Некоторые особенности эксплуатации уборочных машин на гусеничном ходу, обуславливающие деформационные свойства почвы как среды / A.A. Соловьев // Конструирование, использование и надежность машин сельскохозяйственного назначения // Сб. науч. работ. -Брянск: Изд. БГСХА. - 2005. -С. 15-17.

22. Лапик, В.П. Эластичный гусеничный движитель как элемент снижения вибрационных воздействий / A.A. Соловьев // Конструирование, использование и надежность машин сельскохозяйственного назначения // Сб. науч. работ. - Брянск: Изд. БГСХА. - 2006. - С .22-24.

23. Лапик, В.П. Некоторые особенности взаимодействия гусеничного движителя с переувлажненной почвой / A.A. Руденков // Конструирование, использование и надежность машин сельскохозяйственного назначения // Сб. науч. работ. -Брянск: Изд. БГСХА. - 2007. - С. 25-27.

24. Лапик, В.П. Деформация почвы гусеничными движителями как объект теории пластического течения среды / Д.А. Акименко // Конструирование, использование и надежность машин сельскохозяйственного назначения // Сб. науч. работ. -Брянск: Изд. БГСХА. - 2007. - С.44-46.

25. Лапик, В.П. Экологическое обоснование взаимодействия гусеничных двигателей с почвой / Д.А. Акименко // Конструирование, использование и надежность машин сельскохозяйственного назначения // Сб. науч. работ. - Брянск: Изд.

БГСХА. - 2008. - С.34-36.

26. Лапик, В.П. Снижение отрицательного воздействия на переувлажненные почвы гусеничных движителей кормоуборочных машин путем применения резино-кордных траков / И.П. Адылин // Вестник Брянской ГСХА. - 2011.-№1,- С.28-31.

27. Лапик, В.П. Исследование уплотнения почвы МТА / И.П. Адылин, B.C. Французов // Вестник Брянской ГСХА. - 2012. - №1. - С.35-37.

28. Лапик, В.П. Динамическая деформация почвы гусеничными движителями / И.П. Адылин // Вестник Брянской ГСХА. - 2013. - №4,- С.37-38.

29. Лапик, В.П. Совершенствование упругих элементов резинокордного трака гусеничных движителей/ И.П. Адылин // Вестник Брянской ГСХА.-201-5 .-№1.-С.47-49.

30. Лапик, В.П. Взаимодействие гусеничных движителей с резиноармиро-ванными гусеницами с пойменной почвой/ И.П. Адылин // Вестник Брянской

ГСХА.-2015.-№2. - С.31-34.

31. Лапик, В.П. Механизированная технология заготовки кормов на переувлажненных пойменных лугах / В.П. Лапик// Монография. Издательство Брянского ГАУ . - 2015. - 100 с.

Подписано к печати 03.09.2015 г. Формат 60x84 1/16. Бумага печатная. Усл. п. л. 2.20 Тираж 100 экз. Изд. № 3238

Издательство Брянского государственного аграрного университета 243365 Брянская обл., Выгоничский район, с. Кокино, Брянский ГАУ