автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.04, диссертация на тему:Научные основы интенсификации рабочих процессов мелиоративных каналоочистительных машин

:: од

На правах рукописи

Караистнн Марине Лршалуйсович

Научные основы интенсификации рабочих процессов мелиоративных каналоочистительных машин

Специальность 05.20.04 - сельскохозяйственные

н мелиоративные машины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 2000

Работа выполнена в Московском Государственном Университете природообустройства (МГУП)

Научный консультант - доктор технических наук, профессор Попов В.В.

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор

Бурченко П.Н.

Доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники РФ

Казаков В.С.

Доктор технических наук

Шмонин В.А.

Ведущая организация - АО "ВодНИИинформпроект"

Защита состоится " 14 " июня 2000 г. в 10-00 часов на заседании диссертационного совета Д 169.06.01 в НИИ сельскохозяйственного машиностроения (ОАО 'ВИСХОМ") по адресу: 127247, г. Москва, Дмитровское шоссе, 107.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО "ВИСХОМ".

Автореферат разослан "-/у" Я2000 г.

Ученый секретарь диссертационного А. А.Сорокин

совета доктор технических наук,

профессор

Л 07Я. 34,3

Обшая характеристика работы

Актуальность проблемы. Поддержание в исправном состоянии осушительной и оросительной сети требует постоянного выполнения ремонтно-оксплуатационных работ по очистке каналов от наносов и сорной растительности, исправлению деформаций дна и откосов. На осушительных землях переувлажнение определяет разные тягово-сцепные свойства каналоочисппельных машин, высокое буксование и разрушение почвенного слоя в приканальной зоне. На орошаемых землях наблюдается уменьшение коэффициента зем-леиспользования (КЗИ) в результате уничтожения посевов ходовыми системами каналоочисппельных машин.

В последние годы разработаны целый ряд технических средств по уходу за мелиоративными каналами. Однако, они не в полной мере удовлетворяют предъявляемым требованиям, особенно в части охраны окружающей среды.

Разработка поставленных вопросов потребовала решения взаимосвязанной совокупности научных и практических задач, базирующихся на комплексном использовании системы: "Мелиоративная сеть-каналоочистительные машины-окружающая среда" и отдельных ее подсистем.

Решению указанной народнохозяйственной проблемы посвящена настоящая диссертационная работа, выполненная автором в Московском Государственном Университете при-родообустройства в течение 1991-1999 годов в соответствии с Республиканскими программами 052.01.02 (1987 г.) и 052.01.02 (1988-1990 г.г.) по заданию Минсельхозпрода РФ № 207, и. 5а (1992-1995 г.г.). по программе ГНТП "Ресурсосберегающие мелиоративные системы" №ОЦ 034.02 (1994-1997 г.г.).

Цель работы. Разработать научные основы интенсификации технологических процессов мелиоративных канало-очистительных машин на осушаемых и орошаемых землях, обеспечивающие высокие: производительность, качество работ, проходимость по грунтам с низкой несущей способностью при условии охраны окружающей среды.

Методы исследовании. Предусматривалось проведение теоретических и экспериментальных исследований в лабораторных, полевых и производственных условиях на основе системного подхода к решению поставленной проблемы. Использованы математические методы моделирования процессов взаимодействия орудий, ходовых систем каналоочисти-тельных машин с почвой.

В диссертации последовательно соединяются опытные данные с результатами численного эксперимента при использовании компьютерных программ.

Оценка технико-экономической эффективности разработанных на основании исследований каналоочистительных машин и технологии их применения производилась с учетом современных методов хозяйствования.

Научная новизна диссертации заключается в разработке:

- математических моделей взаимодействия рабочих органов каналоочистительных машин, обеспечивающих научное обоснование выбора параметров режущих элементов при интенсификации технологических процессов с учетом охраны окружающей среды;

- теоретических положений, алгоритмов и программ для обоснования технических, экономических и экологических требований к каналоочистительным машинам;

- эколого-математических моделей взаимодействия ходовых систем каналоочистительных машин с почвой в приканальной зоне без образования уплотненной колеи.

Новизна технических решений подтверждается автор сюши свидетельствами, полученными по результатам исследований.

На защиту выносится:

- технико-экономическое и экологическое обоснованш применения современных энергонасыщенных гусеничных 1 колесных тракторов тина ДТ-175С и ЛТЗ-155 в качестве ба зовых машин для каналоочистителей мелиоративной сети е зоне осушения и орошения;

- конструкции рабочего оборудования мелиоративные машин для содержания осушительной и оросительной сети обеспечивающие интенсификацию технологических процес

сов. повышение производительности, качества работ при одновременном снижении удельных энергетических затрат, потребления ГСМ;

- методы расчета экономической эффективности применения каналоочиститиельных машин для ремонтно-эксплуатационных работ с учетом современных хозяйственных отношений.

Практическую ценность работы представляют:

- алгоритм расчета на ЭВМ экологических показателей взаимодействия каналоочистительных машин с грунтом;

- методики расчета параметров рабочего оборудования каналоочистительных машин;

- разработанные автором конструкции рабочих органов каналоочистительных машин;

- оценка экономической эффективности использования энергонасыщенных тракторов новых моделей в качестве базовых для каналоочистительных машин, обеспечивающих интенсификацию рабочих процессов;

Реализация результатов исследований.

Спроектированы, изготовлены и внедрены в производство усовершенствованные рабочие органы мелиоративных машин для очистки дна и откосов каналов; специальной косилки для окашивания дна и откосов каналов. Они защищены авторскими свидетельствами № 1799935 и № 1130674.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований диссертационной работы доложены и одобрены в период с 1991 по 1999 годы на научных конференциях и заседаниях кафедр, в т.ч. в МСХА им. К.А.Тимирязева (Москва, 1993 и 1997 г.г.); в МГАУ (Москва, 1994, 1996, 1998 г.г.); в МГУП (Москва, ежегодно с 1991 по 1999 г.г.); на научно-техническом совете АО "Агромехсервис" (Московская область, п.Рогачево, август 1995 г., февраль 1996 г.); на научно-техническом совете Управления мелиорации земель и сельхозводоснабжения Московской области "Мосмелио-водхоз" (Московская область, апрель 1998 г.), на НТС Минсельхозпрода РФ (Москва, декабрь 1998 г.), на НТС ОАО •ВИСХОМ" (Москва, декабрь 1998 г. и апрель 1999 г.). на научно-технических конференциях в НАТИ (Москва. 1992-

1993 г.г.), на научно-технической конференции (Саратов, СИМСХ, октябрь 1991 г.), на конференции МГОУ (Москва, декабрь 1995 г.)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 31 работа, в том числе I монография, получены 4 авторских свидетельства на изобретения. Общий объем опубликованных работ составляет 34 печ. л., из них 28,5 печ. л. приходится на долю автора.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа содержит введение, шесть глав, общие выводы и предложения, список использованной литературы в количестве 147 наименований и 7 приложений. Общий объем диссертации составляет 302 страницы машинописного текста, содержит 25 таблиц, 48 рисунков.

Содержание работы

1. Состояние проблемы по механизации очистки открытых каналов, цель и постановка задач исследований

Глава 1 состоит из шести разделов, в которых описаны существующая техника для очистки открытых каналов мелиоративных систем, влияние заиления и зарастания каналов на их пропускную способность, объемы ремонтно-эксплуатационных работ, приведена классификация рабочих органов каналокопателей, показано влияние движителей тракторов на физико-механические свойства грунтов.

Вопросам механической очистки каналов от наносов и растительности с помощью отечественных машин и механизмов уделяется значительное внимание в работах И.И.Мера, В.В.Сурикова, Е.Д.Томина, И.В.Савченко, Б.Я.Гантмана, А.Н.Поспелова, П.Ф.Солода, Б.М.Кизяева, Казакова B.C., Ш.В.Парцвания и др. Анализ зарубежных машин для этих же целей приводится в работах Г.Пресс, З.Урбанс и др.

Проведенный в первой главе диссертации анализ существующей техники для очистки каналов от наносов и рас-

титслыюсти позволил также сделать заключение об их существующих недостатках. Этими недостатками являются низкая производительность, высокий уровень расхода топлива и материалов и значительный экологический ущерб, выражающийся в загрязнении окружающей среды нефтепродуктами, а также минерализации (уничтожение части растительного покрова) и уплотнении почв.

Решение проблемы очистки каналов при минимальном числе проходов агрегата по берме является сложной задачей. Она в значительной мере связана как с развитием теории взаимодействия колесных и гусеничных машин с грунтом, так и разработкой рациональных экологичных технологий и машин для их осуществления.

Анализ всех поставленных вопросов позволил установить, что при эксплуатации оросительных систем заиление и зарастание каналов приводит к снижению их коэффициента полезного действия, нарушению планового водопользования и снижению водообеспеченности полей, а при эксплуатации осушительных систем - к подъему грунтовых вод и ухудшению мелиоративного состояния земель.

2. Определение объемов ремонтно-эксплуатанионных работ на мелиоративных системах

Глава содержит три раздела, в которых изложены вопросы по определению периодичности очистки каналов от заиления и зарастания и нормативному методу погектарного исчисления затрат на ремонтно-эксплуатационные работы, а также даны рекомендации по технологическому комплексу машин и организации ремонтно-эксплуатанионных работ.

Существующие способы определения объемов ремонтно-эксплуатационных работ мелиоративных систем носят элементы случайности и необоснованности в периодичности проведения и стоимости работ. В связи с этим, для оценки изменения работоспособности оросительных систем с течением времени, путем систематически проводимых натурных исследований были осуществлены наблюдения, в результате которых установлены объемы ежегодных заилений, нарушений,

зарастаний, а также проведена оценка проводимых эксплуатационных работ.

Для наблюдения были выбраны три хозяйства в различных районах расположения (Московская и Саратовская об ласти, Каракалпакия) с разными грунтами и природно климатическими условиями, а также с различной удален ностью от магистрального канала. Наблюдения велись ш распределительном, групповом и участковом оросителях, г также на картовых сбросах. Исследования заключались в ви зуальных осмотрах состояния систем и в периодически? съемках поперечного сечения канала. Съемки поперечного сечения проводились три раза в год (перед вег етацией, в сере дине и в конце вегетации).

Объемы заиления каналов из расчета на 1 га орошаемо) площади (в куб. м) по категориям грунтов составляют: легкш грунты - 73,44; средние грунты - 59,2 и тяжелые грунты 44,45.

Таким образом, установлено, что ремонтно эксплуатационные работы каналов составляют весьма суще ственные объемы и их выполнение может быть связано сс значительными затратами.

3. Влияние комплекса машин для механизации гидромелиоративных работ на физико-механические свойства почвы

Глава состоит из 12 разделов, в которых описаны фак торы, определяющие глубину колеи и методы ее расчета приведен анализ напряженного состояния грунтов; описань физическая и математическая модели деформации грунта определены коэффициенты линейной деформации грунта I предел несущей способности, а также предельная деформацш уплотнения грунта; рассмотрен процесс колееобразовани; при многократных проходах мелиоративных машин.

Вопросам исследования физико-механических свойсп почв и грунтов, процесса взаимодействия движителей с поч вой посвящены научные исследования: А.С.Антонова И.Б.Барского, В.Ф.Бобкова, Н.В.Болтинского, М.Г.Беккера

В.В.Гуськова, Н.Г.Домбровского, Н.А.Забавникова, В.В.Кацыгина.С.С.Корчунова, М.К.Крисги, Е.Д.Львова, Ф.А.Опейко, В.А.Скотникова, Р.Л .Турецкого. Д.А.Чудакова, Б.Н.Янушкевича, Г.Е. Листопада, и др.

Степень деформации зависит от физико-механических свойств грунта, его влажности и плотности, величины нагрузки, задернелости почвы. При повторных проходах машин происходит более интенсивное накопление деформации, что может привести к разрушению берм, к оползням и обрушениям откосов. Задернелые поверхности обладают повышенной прочностью. Поэтому одним из важных экологических требований к работе мелиоративных машин по уходу за каналами осушительной и оросительной сети является сохранение дернового покрова и сохранение условий его возобновления.

Экологическая совместимость мелиоративных машин и почв понимается нами как совокупность технологии, параметров машин и почв, обеспечивающих состояние последних, при выполнении ремонтно-эксплуатационных работ, благоприятное для воспроизводства растительности.

Представляя в комплексе проблему экологической совместимости мелиоративной техники и окружающей среды, следует определить характер и структуру связей внутри системы "Машина -технология - почва" с позиций создания наиболее благоприятных условий для воспроизводства растительного покрова.

В диссертации разработана структурная схема исследования взаимодействия машин с грунтами, где изображены связи между составляющими системы. Математическое описание прямых и обратных связей представляет математическую модель системы.

В каждом конкретном случае, при условии обеспечения расчетной производительности, на систему накладываются ограничения по степени уплотнения и минерализации почв в соответствии с требованиями каждого региона.

В диссертационной работе проанализированы параметры машины, параметры технологии, параметры грунта, параметры взаимодействия машины с почвогрунтом.

Для составления алгоритма рассматриваемой модели в диссертации подробно проанализирован процесс трех основных составляющих системы (машина-технология-почвогрунт) и даны математические модели связей, в том числе процесса колееобразования.

Применение такой схемы исследования позволило наиболее полно выявить существенные факторы, влияющие на взаимодействие движителей мелиоративных машин с почвой.

Рассмотрим процесс колееобразования.

Во время движения под колесом или гусеницей образуется ядро уплотненного грунта в поперечном сечении напоминающее клин. Это ядро внедряется в опорный массив, раздвигая в стороны находящийся по бокам грунт. Общая деформация - глубина колеи - представляет сумму деформаций уплотнения и сдвигов. Как было отмечено выше, превышение пороговой плотности почвы в колее замедляет процесс восстановления растительности. Поэтому число проходов мелиоративной машины, после которого плотность почвы достигает указанной величины, можно рассматривать как некоторый экологический показатель воздействия движителей на почву.

Процесс взаимодействия движителей с фунтом можно представить в виде взаимодействия жесткой или эластичной площадки (штампа), нагруженной вертикальной и горизонтальной силой с упруго пластичной средой.

Зависимость между давлением q и осадкой штампа h при смятии реальной почвы выражается графиком, показанным на рис. I.

На кривой h=f(q) можно выделить три участка, по разному выражающих зависимость между давлением и величиной деформации. На участке I имеется линейная зависимость между напряжением и деформацией. На участке II деформация имеет нелинейный характер, при этом кроме уплотнения в почве возникают деформации сдвига. На участке III уплотнение почвы прекращается и начинается пластическое течение: почва достигает предела прочности или предела несущей способности.

Для математического выражения зависимости Ь-)'(ц) в механике грунтов предлагались различные формулы, например, степенная зависимость Винклера- Герстнера - Бернштей-на, М.Г.Беккера и др. Удовлетворительно отражает экспериментальные данные формула В.В.Кацыгина, по которой зависимость между напряжением сжатия и деформацией подчиняется закону гиперболического тангенса. Перечисление зависимости достаточно сложны и для их использования необходимо располагать целым рядом эмпирических коэффициентов. Нами выведены более простые зависимости, удобные для прикладных расчетов.

Примем, что в начальной фазе сжатия (участок I на рис. 1) зависимость деформации пропорциональна давлению, т.е.

Рис. 1. Зависимость осадки штампа /г от давления ¿/ по уравнению 1

интенсивность напряжения есть первая производная от деформации и с1с{/йк~ц/}г~соп.ч1 . Нарушение линейного закона деформации происходит при увеличении давления, тогда ^¡МИ^Дг-Р (ц), где ¥(ц) - некоторая функция. Для описания функции по се производной представим ее в виде бесконечного ряда •

ЛцШг-цЛг (а+«(/+«/+...).

где а, в, с, - коэффициенты.

В первом приближении ограничимся двумя первым! членами разложения, тогда (1с}/(11г~ц/1г (а+вд) или йц/йк-сц/} (1а+вгде в1- новая постоянная. Решение последнего урав нения имеет вид

где а - коэффициент линейной деформации грунта, числен но равный тангенсу угла наклона касательной к криво! Н-Цц) в начале координат (рис. 1 ); он представляет собо! обратную величину коэффициента объемного смятия грунт; с размерностью м3/н.

После определения постоянной вх дая деформаций уплотнения и сдвигов, а также линейной и нелинейной со ставляющих для обоих видов деформаций суммарная дефор мация выражается уравнением

Для практических расчетов но уравнению (2) необходи мо знать численное значение трех величин: коэффициент! линейной деформации а; предела несущей способности поч вогрунта ф и максимальной деформации грунта Итах. В ме ханике грунтов для определения а имеются достаточно стро гие теоретические решения (Н.А.Цитович), но их использова ние в расчетах процесса колееобразования сопряжено с опре деленными сложностями. Поэтому рассмотрим более просто« решение.

Строгое решение задачи о распределении сжимающш напряжений в толще упругого полупространства в настояще« время получено только для прямоугольных, гибких площа док нагружения со сторонами 1 и Ь. Функции, описывающш изменение сжимающих напряжений, достаточно сложны и и? интегрирование выполняется численными методами. Поэто му для практического пользования в литературе по механик* грунтов результаты решений приводятся в виде таблиц. Прг

1 +• в'ц

(1)

2 2

(2)

этом основная формула для расчета деформации однородного грунта описывается в виде

Л = (3)

где /Тс, - общий модуль деформации фунта в фазе уплотнения, учитывающий как упругие, так и остаточные деформации; \х - коэффициент поперечного расширения грунта; F - площадь деформатора; со - коэффициент формы деформатора. принимаемый на основании таблиц в зависимости от отношения длины к ширине деформатора х-1/Ь.

Учитывая неудобство пользования таблицами при анализе процесса образования колеи, мы обработали приведенные в таблицах данные и пришли к выводу, что при расхождении менее 5%, коэффициент формы деформатора можно вычислять по формуле

а» = 1.12-Лл-1", (4)

а соответственно, деформацию по уравнению

И = (5)

Таким образом, коэффициент линейной деформации массива однородного грунта можно определить по выражению

« = 1Л21^/7л-°'ж. (6)

Мелиоративные машины перемещаются по разнообразным грунтай с широким диапазоном физико-механических свойств: от твердых минеральных до торфяно-болотных во-донасыщенных. Значительное влияние на несущую способность грунта оказывает влажность и задернелость. Так, по нашим данным,для среднего суглинка при влажности 12-15% #»=0,35-1,25 МПа, при влажности 25-30% </<,=0,20-0,65 МПа. Дерновой слой увеличивает несущую способность в 1,5-2,0 раза. Базируясь на исследованиях В.М.Котикова и В.П.Кацыгииа предельную деформацию

грунта Лшах опреде-

ляем из следующих соотношений. При воздействии движителей на грунт в нем одновременно возникают сжимающие и сдвигающие напряжения. Полагаем, что уплотнение грунта происходит в условиях всестороннего сжатия. Если рассмотреть столб грунта высотой Я и площадью F, зная начальную плотность грунта ро начальную влажность W и плотность твердых частиц скелета р№, то максимальная деформация уплотнения будет равна

hma^H(\- J" ). (7)

С +

Плотность твердых частиц скелета в среднем равна 2,1-2,2 г/см3.

Многократные проходы мелиоративных машин приводят к увеличению глубины колеи и повышению плотности грунта из-за накопления деформаций.

Воспользовавшись рассмотренным выше дифференциальным подходом к процессам уплотнения и сдвигов в грунте при воздействии на него движителей, вывели уравнение для определения суммарных деформаций при многократном приложении нагрузки

2 |

^ , aqn aq 1 - х

= —-!■— + —'------, /g)

1 - Г ч-ч 1-/ W

где п - число нагружений (проходов);

Х~2qsij-qy(qs-(j)2 - коэффициент накопления деформаций.

Из уравнения (8) следует, что накопление деформаций при различных значениях % стремится к пределу, которым служит h

max.

Определим предельное давление,при котором начинается прогрессивное увеличение глубины колеи, для чего рассмотрим случай, когда х= 1, тогда

% = (• ~ л^-Щъ = 0.293%.

Назовем отношение ЛЪ=#о/ф=0,293 критерием интенсивности колееобразования.

Зависимость глубины колеи от числа проходов для мелиоративной машины типа МР-14 показана на рис. 2.

Повышение плотности грунта при многократных проходах рассчитывали по уравнению

р=ро гг^7/(тах (9)

В качестве примера на рис. 4 приведено сопоставление результатов расчета плотности грунта в колее мелиоративной машины с данными экспериментальных измерений.

Число проходов

Рис. 2. Зависимость глубины колеи от числа проходов канавокопателя типа МК-23 а) для правой гусеницы в) для левой гусеницы

Из-графиков 2 и 3 следует, что для мелиоративных машин с боковой навеской рабочих органов величина уплотне-

ния грунта правой и левой гусеницей существенно отличаются.

Так для мелиоративной машины типа МР-14 с боковой навеской каналоочистителя величина уплотнения грунта под правой наиболее нагруженной гусеницей на 25% больше, чем под левой.

Некоторое расхождение расчетов с опытом на рис. 2 и 3 могут быть объяснены рядом причин, одной из которых является непостоянство физико-механическиих свойств грунта на трассе движения машины. Тем не менее, как показала статистическая обработка опытных данных, выражения (8) и (9) в достаточной степени отражают общую тенденцию увеличения глубины колеи и плотности грунта в колее гусеничной машины в зависимости от накопления деформаций уплотнения при многократных проходах по своей колее.

Рис. 3. Зависимость плотности фунта р в колее от числа проходов и канавокопателя типа МК-23

Нами подробно исследовано влияние конструкции и способов навески рабочих органов мелиоративного назначения на величину уплотнения и минерализацию почв. При этом учитывалось влияние на глубину колеи и уплотнение

Р, г/см3

19

1,4X1_________,

2 4 6 8 10 П

почв боковой навески рабочих органов мелиоративных машин.

Таким образом, исследованиями установлено, что определяющее влияние на процесс уплотнения почв и глубину колеи оказывает кратность проходов мелиоративных машин по своему следу. В этой связи представляется целесообразным исследовать технические, экологические и экономические возможности агрегатов, имеющих значительно меньшие удельные давления движителей на почву на базе тракторов ДТ-175С и JIT3-155 с орудиями мелиоративного назначения.

Были проведены экспериментальные исследования изменения физических свойств почв после воздействия на них трактора ДТ-175С.

Для изучения исходной характеристики водно-физических свойств почвы были заложены датчики на различную глубину. Эксперимент заключался в том, что трактором ДТ-175С со средним давлением 61,6 кПа были накатаны колеи с числом проходов от 2 до 100 с разным шагом. После этого на каждом участке были взяты образцы для определения тех изменений, которые произошли в характеристике физических свойств почвы. Следует отметить, что плотность твердой фазы практически не изменялась, а влажность изменилась незначительно, вследствие чего эти показатели в дальнейшем из анализа исключены. Основное внимание с точки зрения изменения растительных свойств было обращено на изменение плотности и порозности.

Данные, показывающие изменение водно-физических свойств дерново-слабоподзолистой легко-суглинистой почвы в тракторной колее при различном числе проходов, приведены в табл. 1.

Данные табл. 1 свидетельствуют о том, что уже первые два прохода увеличивают плотность верхнего горизонта почвы на 10%, а слоя в 15 см - на 7%. При этом порозность уменьшилась на 8%. По мере увеличения числа проходов возрастает плотность как верхнего пятисантиметрового горизонта, так и всего слоя толщиной 15 см. Плотность верхнего слоя стабилизируется уже после четырех проходов, делая новый скачок на 20-м проходе. Таким образом ведет себя и

коэффициент уплотнения, показавший увеличение на 28%. Порозность при этом падает на 24%. Среднее увеличение плотности происходит менее резко и достигает максимума практически при 20 проходах.

Следует учесть, что приведенные результаты были получены на полигоне при различных погодных условиях.

Таблица 1

Изменение физических свойств дерново-слабоподзолисгой легко-суглинистой почвы в тракторной колее при различном числе проходов

Число Гори- Плотность почвы. Коэффи- Порозность почвы, Коэффи-

проходов зонт, г/см5 циент циент по-

см уплот- рочности

нения

колея контроль колея контроль

0-5 1.25 1.14 1.10 50,0 54.4 0.92

2 5-10 1,48 1,40 1,06 39,3 42,6 0,92

10-15 1.47 1.39 1.06 39,3 42,6 0,92

среднее 1,40 1.31 1,07 42.9 46.5 0.92

0-5 ¡,46 1,14 1,28 42,6 54,4 0,76

4 5-10 1,55 1,40 1,11 11,1 42.6 0,86

10-15 1,59 1.39 1,14 34.3 42.6 0,81

среднее 1,53 1,31 1.18 37.5 46,5 0,81

0-5 1,46 1,14 1,29 41,6 54,4 0,76

8 5-10 1,56 1,40 1.11 35,5 42,6 0.83

10-15 1,48 1,39 1,06 38,8 42,6 0/91

среднее 1.50 1,31 1,15 38,6 46.5 0,83

0-5 1,48 1.21 1,18 42,6 51,6 0,83

10 5-10 1,79 1,64 1.09 29,5 32,8 0,90

10-15 1,78 1.62 1,10 28,8 32,0 0,90

среднее 1,67 1,49 1,12 33.6 38.8 0,88

0-5 1,50 1.14 1.32 40,0 54,4 0,74

16 5-10 1.50 1,40 1,07 38,5 42.6 0,90

10-15 1,54 1,39 1,11 36.4 42.6 0,85

среднее 1,51 1,31 1,17 38.3 48,5 0.82

0-5 1,75 1.21 1,45 29,7 51,6 0.58

20 5-10 1.89 1,64 1,15 28,1 32,8 0,86

10-15 1,72 1,62 1,06 33,6 32.0 1,05

среднее 1,79 1,49 1,22 30,5 38,8 0,79

Отмегим, что уже при 4...8 проходах порозность падает до критических величин, а к 10-му проходу достигает очень низкой величины - менее 40%, кроме верхнего слоя, разрыхляемого почвозацепами гусениц.

При использовании материалов, представленных в табл. 1, особое внимание должно быть обращено на горизонты, где плотность почвы достигла или превзошла пороговое значение 1,65...1,70 г/см3. С таким явлением мы сталкиваемся, как правило, уже при 10 и более проходах по одной и той же колее.

Из приведенных показателей наиболее быстро определяется и является наиболее характерным показатель плотности почвы (а также коэффициент уплотнения). Но для использования этого показателя необходимо иметь его биологическую интерпретацию, которая до сих пор не разработана достаточно обоснованно. Поэтому, нами, на основе ряда разнородных литературных данных и собственных исследований, была составлена шкала характеристики растительных свойств уплотненной дерново-подзолистой почвы в среднем по профилю до глубины 35 см (табл. 2).

Приведенная характеристика справедлива для слоя в целом, а внутри него могут быть (и обычно встречаются) горизонты с более плохими растительными характеристиками.

Полученные результаты заставляют более внимательно относиться к распределению плотности почвы по горизонтам. Кроме того, экспериментально полученные данные свидетельствуют о достаточно высокой точности полученных уравнений, так как различие теоретических и фактических данных величин уплотнения почв не превышают 7-9%.

Следует указать на некоторые особенности деформации грунта гусеничными движителями. На основании анализа экспериментальных эпюр следует, что давление на грунт передают только те звенья, которые в данный момент находятся под осями опорных катков.

Таблица 2

Характеристика дерново-подзолистой почвы по профилю 0...35 см после уплотнения движителями машин

Наименование по степени уплотнения Плотность почвы. г/см3 Характеристика растительных свойств

диапазон среднее

Переуплотненная ¡,65-1,70 и выше 1,69 Прекращается или сильно затруднен рост корней

Силыгоуплогненная 1,57-1,65 1,61 Рост корней происходит в условиях сильного угнетения

Среднеуштотненная 1,45-1,57 1,51 Корневые системы испытывают умеренное угнетение

Слабоуплотненная 1,30-1,40 1,38 Влияние на корневые системы незначительное

Верхний предел неуплотненных почв 1,25-1,30 1,28 Верхний предел нормального роста корней

Неуплотненная среднесу-глинистая 1,24-1,29 1,27 Нормальное развитие корневой системы

При этом условная длина гусеницы нагружающий грунт равна

где пк - число катков одного борта машины ?эв - шаг звена гусеницы.

' Для случая, когда деформации сдвигов малы и колея образуется в основном в результате уплотнения грунта на основании уравнения

h = aq! (1 + -^-), п шах

найдем

<7шах=2с/ср-<:у2ср/<Js..

Если предел несущей способности мало отличается от среднего давления гусениц, то максимальное давление в процессе деформации

С/тах - 2с/ср-С/2срЛ/ч~<7я

Последнее уравнение означает, что полное выравнивание давления по длине опорной ветви гусеницы произойдет, когда грунт исчерпает способность уплотнения и в этом случае (Ь - длина опорной части гусеницы).

Выразим условную длину опорной поверхности гусеницы через функцию отношения среднего давления к пределу несущей способности грунта, т.е. где

А-Г{1]ср1с1з) - некоторая функция отношения среднего давления к несущей способности грунта.

Сопоставление данных расчетов глубины колеи с данными замеров показало, что удовлетворительные результаты получаются при А = пк / цх.

Тогда условную длину опорной поверхности можно вычислить по формуле

$ = "А "аЛ , (10)

где дср =(?/2£в ( О - масса трактора).

Исследования показали, что характер распределения и величина давлений на опорную поверхность гусениц в значительной мере определяют осадку и уплотнение грунта.

Экспериментальные исследования подтвердили негативное воздействие боковой навески рабочих органов мелиоративных машин на уплотнения почв. Установлено, что боковая навеска рабочих органов увеличивает степень уплотнения грунта под наиболее нагруженной гусеницей на 22%. Последнее отрицательно влияет на рост травяного покрова. В то же время глубина колеи определяется областью максимальных давлений опорной поверхности гусеницы. Кроме того, проходимость гусеничных машин в прямой пропорции зависит от среднего давления гусениц на грунт. Поэтому необхо-

димо стремиться к снижению числа проходов и для повышения проходимости и уменьшения вредного воздействия движителей на степень минерализации травяного покрова. Для этого необходимо увеличить размеры гусениц и снижать массу машины. Эффективно также уменьшение отношения расстояния между катками /к к шагу звеньев /Зв.

Таким образом, на основе системного комплексного подхода к проблеме экологических последствий воздействия мелиоративных машин на почвы, разработана многофакторная модель системы "машина - технология - почва", реализация которой позволяет:

- оценивать степень уплотнения почв движителями мелиоративных машин в заданных условиях эксплуатации с учетом технологии ремонтно-эксплуатационных работ;

- выбирать экологичную технологию работы машин;

- уточнять параметры ходовых систем мелиоративных машин с целью снижения уплотняющего воздействия их на почву.

Дифференцированный подход к процессу колееобразо-вания позволил получить зависимости для определения деформаций уплотнения и сдвига от фнзико-механическш свойств грунта и количества проходов по одному следу.

Теоретически и экспериментально установлено, что при работе мелиоративных машин МР-14 и МР-19 на переувлажненных средне-суглинистых почвах, где превалируют деформации сдвигов, экологический ущерб выражается в высокой степени их минерализации, в тоже время на более сухих почвах с несущей способностью </л>5.5 МПа преобладают деформации уплотнения; что приводит, как правило, к повышению плотности почвы в колее.

В результате исследований установлено, что смещение центра масс в сторону задней оси трактора и применение более широких гусениц значительно снижает экологическую нагрузку на почву.

ПО "Харьковский . тракторный завод им С.Орджоникидзе", ПО "Волгоградский тракторный завод; им. Ф.Э.Дзержинского", НПО "НАТИ" и Харьковский политехнический институт разработали индивидуальную систем)

подрессоривания с тросионными упругими элементами, которая была предложена в качестве базовой модели для единой ходовой системы (ЕХС тракторов класса 3). Харьковским тракторным заводом и Волгоградским тракторным заводом была изготовлена опытная партия тракторов с ЕХС, которые прошли всесторонние лабораторно-полевые и ресурсные испытания в различных почвенно-климатических зонах страны в объеме 5..., 7 тысяч моточасов.

Проведены исследования по определению количественных взаимосвязей между неравномерностью удельных давлений, типом подвесок, отношением расстояния между опорными катками (/к) и шагу гусеницы (/), распределением нагрузки по опорным каткам.

Исследования показали, что применение разработанной НАТИ и ВТЗ подвески существенно снижает неравномерность распределения давления, обусловленное боковой навеской рабочих органов.

Проведенными нами расчетами установлено существенное снижение степени уплотнения (на 17%) почв при использовании разработанной в НПО "НАТИ" и ВТЗ новой конструкции подвески.

В связи с изложенным выше, в диссертационной работе выполнены теоретические обоснования (техническое задание) на проектирование болотоходной модификации трактора ДТ-175С с использованием разработанной конструкции гусеницы.

Для переувлажненных почвогрунтов необходимо соблюдать условие i/ma.\/i/cp<I,3-l,5. Пороговое значение с/ср не должно превышать 0,012-0,18 МПа, для грунтов с дерновым покровом ^3=0,025-0,03 МПа.

Установлено, что определяющее влияние на процесс уплотнения суглинистых почв и глубину колеи оказывает кратность проходов мелиоративных машин по одному следу.

4. Методика расчета каналоочистителя и его агрегатирование с трактором ДТ-175С

Глава содержит пять разделов, в которых изложены исследования возможности использования трактора ДТ-175С с роторным каналоочистителем, исследования баланса мощности и тяговых характеристик трактора ДТ-175С при очистке каналов, статический расчет устойчивости трактора ДТ-175С при использовании его при очистке каналов, влияние места навески рабочего органа на прямолинейность хода каналоочистителя, а также исследования экономической эффективности новой технологии очистки.

Целью исследования технических условий агрегатирования трактора ДТ-l 75С с роторным каналоочистителем для очистки каналов являлась разработка, на основе этого трактора, новой мелиоративной машины.

Установлено, что для очистки каналов в качестве навесного оборудования на трактор ДТ-175С можно использовать каналоочнститель от мелиоративной машины MP-14 специальной конструкции, разработанной автором,-

Исследования позволили подтвердить гипотезу о достаточных мощностных и тягово-сцепных возможностях трактора для применения его в качестве базового шасси мелиоративной машины.

Удельные давления на грунт и условия устойчивости машины определяли для следующих положений:

- расчет ведется в вертикальной, продольной и поперечной плоскостях при максимальном вылете рабочего органа и расчетной толщине стружки;

- в момент подъема рабочего органа при максимальном его вылете при переходе из рабочего положения в транспортное;

- в транспортном положении при продольном и поперечном уклонах с учетом сил инерции при трогании с места, повороте и ветре, действующим под уклон.

При этих условиях определяются предельные и критические углы поперечного и продольного уклонов с учетом вертикального и горизонтального усилия копания.

При исследовании устойчивости машины в вертикальной плоскости получен коэффициент устойчивости КуСг=1,75, что значительно выше критического значения КУст.крнт=1,4.

При исследовании возможности агрегатирования трактора ДТ-175С с рабочими органами мелиоративного назначения автором определена степень воздействия различных вариантов навески рабочих органов на уплотнение почв. Были проведены экспериментальные исследования по исследованию величины уплотнения почв под правой и левой гусеницами при задней и боковой навеске различных рабочих органов. При этом исследовалось распределение давления в почве не нарушенной структуры под гусеницами трактора ДТ-175С (рис. 4).

под левой (2) и под правой (1) гусеницами с боковой (4) и задней (3) навеской рабочих органов на глубине 0,1 м

Как . следует из графика существенным фактором, влияющим на уплотнение почвы, является способ навески рабочих органов мелиоративных машин.

Так, при боковой навеске каналоочистителя при 4-х проходах трактора ДТ-175С величина напряжения в грунте достигает 1,6105 Н/м2. При задней навеске величина напряжения в грунте снижается до 1,2-105 Н/м2 при тех же условиях.

Осуществлялся многократный наезд трактором ДТ-175С со скоростью 0,74 м/с с различными навесками рабочих органов в трехкратной повторности. Результаты измерений позволяют сделать вывод, что движители трактора ДТ-175С создают повышенные значения напряжений, особенно в верхних слоях почвы Ю5-(3,5-2,5)Н/м2. которые распространяются на значительную глубину. Далее наблюдается плавный спад давления с увеличением глубины.

Однако, на глубине 0,4 м еще наблюдается давление в 1,1- 105 Н/м2. По отношению к исходной плотности 1,35-103 кг/м3 (почва тяжелог о механического состава при влажности И'сл—26|)-о) прирост плотности почвы в слое 0-0,20 м составил 0,35-103 кг/м3. Дальнейшие исследования напряжений и перемещений, возникающих в почве при воздействии на нее гусениц трактора ДТ-175С,были проведены в обычном и экспериментальном исполнении движителей трактора. При помощи разработанной измерительной установки с полупроводниковыми датчиками были проведены исследования распределения давления в почве под гусеницами трактора ДТ-175С с различной навеской рабочих органов.

В результате эксперимента зафиксировано значительное снижение удельного давления при смещении центра масс трактора ДТ-175С, обусловленное смещением двигателя на 20 см.

Также отмечено, что использование на данном тракторе индивидуальной подвески опорных катков позволяет на 6066% снизить напряжение в почве

Рассчитана экономическая эффективность применения мелиоративных машин на базе трактора ДТ-175С.

Экономическая эффективность вновь проектируемо!*! машины проведена сопоставлением ее показателей с канало-очистителем МР-14.

При оценке эффективности новой технологии соизмерение равновременных показателей осуществляется путем приведения (дисконтирования) их к ценности в начальном периоде (на первом шаге). Для приведения разновременных затрат. результатов и эффектов использования норма дисконта Е равна требуемой для инвестора норме дохода на капитал.

Оценка экономической эффективности произведена с использованием различных рекомендуемых показателей, к которым относятся:

- Чистый дисконтированный доход (ЧДД) или интегральный эффект;

- Индекс доходности (прибыльности);

- Внутренняя норма доходности (ВИД).

1. Чистый дисконтированный доход (интегральный эффект) определяется как сумма текущих эффектов за весь расчетный период, приведенная к начальному шагу, или как превышение интегральных результатов над интегральными затратами за вычетом капитальных вложений

где - результаты, достигаемые на г-ом шаге расчета, тыс.руб.;

3\ - затраты, достигаемые на Г-ом шаге, за вычетом капитальных вложений, тыс.руб.;

/ - шаг расчета, лет;

Е - норма дисконта.

2. Индекс доходности (прибыльности) Р представляет собой отношение суммы приведенных эффектов к величине капиталовложений

Индекс доходности тесно связан с ЧДД. Он строится из тех же элементов и его значение связано со значением ЧДД. Если ЧДД положителен, то Р\=\ и наоборот. Если Р\>1, проект эффективен, если Р|<1 - неэффективен.

3. Внутренняя норма доходности (ВДД) представляет собой ту норму дисконта (£вн), при которой величина приведенных эффектов равна приведенным капиталовложениям.

Иными словами Еь„ (ВИД) является решением уравнения

Результаты расчета критериев эффективности использования новой технологии очистки каналов применительно к АО "Мосмелиорация" позволили заключить о ее достаточно высокой экономической эффективности: чистый дисконтный доход (ЧДД) составил 1750 руб.

Разработка техники для очистки внутрихозяйственных каналов мелиоративных систем модернизированными рабочими органами является актуальной проблемой, тем более, что механизация этих работ должна осуществляться с учетом обеспечения рациональных профилей поперечных сечений русел каналов.

Сложность механизации работ по очистке каналов заключается в многообразии типоразмеров каналов и ширины берм, большой диапазон характеристик грунтов и засоренности русел каналов.

При выборе параметров новой машины руководствовались следующими требованиями:

- конструкция ковша должна обеспечивать гравитационную выгрузку при работе на сухих грунтах и принудительную - на переувлажненных;

7 Я -3 7 К

У =У__!

(13)

5. Выбор рабочих органов для механизации мелиоративных работ

- соотношение длины, ширины и высоты ковша должно обеспечивать минимальную энергоемкость резания грунта и хорошую очистку каналов без образования призмы волочения.

К основным параметрам рабочих органов поперечного копания относятся: ширина Вк, высота Лк и длина /к ковша, шаг ковшей гк, скорость ковшовой цепи КР, емкость ковша q к и скорость перемещения машины Ум.

Параметры ковша модернизированного рабочего органа определяли по следующим эмпирическим формулам: ширина #к=(0,6-0,75)5, где В минимальная ширина по дну канала, м; высота /гк=<0,8-1,0)/г, где И - средняя глубина заиления, м; /к=( 1,0-1,3)/?*, шаг ковшей Гк=(56-74) -/с/к.

Емкость ковша с уточненными параметрами находим по формуле

НКВК1\ Як~ к к

0,06л.

где Як - глубина канала; В - ширина канала; п, - количество разгрузок ковшей в 1 мин (обычно равно 40-70).

Техническая производительность определяется по известной формуле с учетом уточненных параметров

(14)

'Л

где Ки - коэффициент наполнения; КР - коэффициент разрыхления.

Как следует из уравнения (14) производительность кана-лоочистителя пропорциональна коэффициенту наполнения ковша, который в свою очередь в значительной степени зависит от глубины воды в канале (Рис. 6).

При разработке торфяных грунтов слой воды до 10 см на наполнение ковшей не оказывает существенного влияния. На тяжелых минеральных грунтах при слое воды в 10 см ковши наполняются только на 70%.

Как показали хозяйственные испытания модернизированный рабочий орган (Рис. 5) обеспечивает выполнение всех

видов работ, связанных с эксплуатацией осушительных

Рис. 5. Схема модернизированного рабочего органа многоковшового каналоочистителя, разработанного по результатам исследований: I - рама: 2 - стойка; 3 - цепь; 4 - ковш; 5 - обводная звездочка: 6 - концевая головка; 7 - привод поворота головки: 8 - рычаг; 9 - двуплечий рычаг; 10, 11 - плечи.

Этот рабочий орган можно использовать на тяжелых минеральных грунтах в условиях переувлажнения.

Рис. 6. Влияние глубины воды в канале на степень наполнения ковшей

6. Выбор н обоснование рабочих органов мелиоративных

машин для очистки каналов на базе трактора ЛТЗ-155

Глава 6 состоит из трех разделов, в которых изложены исследования: по разработке схемы машина для очистки внутрихозяйственных каналов мелиоративных систем от сорной растительности; работы машины с трактором ЛТЗ-155 по повышению качества очистки каналов; исследование устойчивости трактора с навесным оборудованием.

К техническим средствам, обеспечивающим окашивание каналов, предъявляются следующие основные требования:

- режущий аппарат должен обеспечивать окашивание откосов и дна канала;

- навесное устройство должно обеспечивать копирование откосов и дна режущим аппаратом.

Учитывая изложенные выше требования нами разработан режущий аппарат с одинарным пробегом ножа, состоящий из двух секций: основной - для окашивания откоса и дополнительной - для скашивания растительности на дне канала. Привод режущих аппаратов гидравлический.

Копирование откоса режущим аппаратом осуществляется за счет его шарнирной навески на специальной тележке с салазками, способной перемещаться по наклонной стреле. (Рис. 7).

В процессе работы, при приближении агрегата к каналу, стрела вместе с агрегатом перемещается вправо, а тележка катится вниз обеспечивая прилегание салазок режущего аппарата к откосу. При удалении агрегата от канала силы тяжести части режущего аппарата, находящегося на откосе канала, вызывают принудительное качение тележки вверх по стреле, обеспечив тем самым прилегание салазок режущего аппарата к откосу.

Для копирования дна канала режущим аппаратом использована специальная гидроследящая система с чувствительным щупом.

Для сгребания скошенной массы в копны в канале косилка снабжена сменным рабочим органом - поперечными

! ' • ■ ■ . ■

граблями, представляющими собой секцию пружинных зубьев, имеющую профиль канала.

В процессе работы грабли заполняются скошенной массой, поднимаются вверх с помощью гидроцилиндра и опорожняются, далее процесс повторяется.

Рабочие органы для окашивания растительности агрега-тируются с трактором ЛТЗ-155.

Мощностные возможности трактора ЛТЗ-155 позволяют одновременно окашивать растительность на откосе и дне канала.

Учитывая асимметричную нагрузку трактора в поперечном направлении, при движении агрегата по берме, возможен боковой увод трактора в сторону канала. Так как ширина бермы имеет строго ограниченную ширину, то для нормального выполнения технологического процесса появилась необходимость рассмотреть условия прямолинейного движения агрегата.

Рис. 7. Схема косилки для окашивания откоса и дна канала, разработанной но результатам исследований

, Нами проанализированы существующие методики оценки устойчивости машин в различных положениях в том числе при разгоне на повороте, разгоне на наклонной поверхности и по ним определены устойчивость трактора ЛТЗ-155 с боковой навеской рабочих органов.

Кроме того, применительно к оценке устойчивости трактора ЛТЗ-155 с боковой навеской нами разработана методика для оценки при торможении с учетом неравномерности тормозных моментов и бокового увода шин.

В процессе торможения во всем интервале изменения замедления в динамической стадии, на трактор действует поворачивающий момент Мп, величина которого зависит от интенсивности торможения, неравномерности действия тормозных механизмов и ширины колеи трактора.

В связи с наличием поворачивающего момента нарушается заданное прямолинейное движение трактора и в пятне контакта колеса помимо касательной действует боковая реакция почвы.

Для сравнительной оценки тормозной динамики и устойчивости трактора при торможении целесообразно рассматривать устойчивость прямолинейного движения. В этом случае определяющим будет являться потеря устойчивости заднего моста трактора, так как возможный занос переднего колеса автоматически гасится.

Следовательно, боковая устойчивость трактора при торможении будет обеспечена при условии, когда действующее боковое усилие на задний мост будет меньше или равно максимально возможной боковой реакции.

Величину действующего на задний мост бокового усилия можно определить из уравнения моментов сил относительно вертикальной оси, проходящей через середину переднего моста, с учетом углов увода колес передней и задней осей.

Решая совместно уравнения моментов сил относительно вертикальной оси и уравнение проекций сил на ось У, можно получить значения углов увода колес передней и задней осей.

Исследования показали, что величина центробежной силы инерции зависит от поворачивающего момента, скорости движения трактора и его конструктивных параметров.

При некотором значении начальной скорости торможения соотношение суммарных боковых жесткостей колес и геометрических параметров трактора знаменатель может обратиться в ноль и величина центробежной силы будет стре-

миться к бесконечно большому значению. Это условие позволяет сделать заключение о существовании критической начальной скорости торможения, при которой трактор теряет устойчивость. Величина этой скорости может быть определена, если приравнять знаменатель уравнения к нулю, тогда

Торможение в этом случае - даже при незначительных величинах поворачивающего момента - может привести к потере устойчивости трактора.

Из формулы видно, что увеличение суммарной боковой жесткости колес заднего моста, а также перемещение центра масс ближе к передней оси способствует увеличению критической скорости, а следовательно - повышению устойчивости трактора при торможении.

Определив величины боковых реакций, воздействующих на колеса переднего и заднего мостов трактора и максимально возможное значение боковых реакций колес, сформулируем условие устойчивости трактора ЛТЗ-155.

Условием его устойчивости при торможении будет являться следующее соотношение:

Очевидно, что при равенстве левой и правой части уравнения (16) трактор будет находиться в критическом - по устойчивости - состоянии.

Для количественной оценки устойчивости удобно использовать показатель, представляющий собой отношение суммарной возмущающей боковой силы, воздействующей на задний мост, к максимально возможной по сцепным качествам реакции

(15)

(16)

Из формулы (17) видно, что показатель устойчивости может изменяться в пределах от 1 до бесконечности. Отрицательные значения показателя характеризуют неустойчивое движение трактора.

При г)= 1 - что возможно, когда действующее боковое усилие равно нулю, - трактор обладает максимальной устойчивостью. При Уз— УтахГ|=0 и любые случайные силы могут нарушить устойчивое движение трактора.

Нетрудно также видеть, что показатель устойчивости трактора в значительной степени зависит от начальной скорости и интенсивности торможения. Так, с ростом начальной скорости и интенсивности торможения происходит резкое увеличение числителя дроби и, следовательно, уменьшение показателя' устойчивости. Рост замедления обусловливает одновременное увеличение числителя и уменьшение знаменателя, что также приводит к уменьшению показателя устойчивости.

Кроме того, устойчивость трактора зависит от целого ряда конструктивных параметров, включающих в себя геометрические размеры, тип и способ навески рабочих органов, весовые характеристики, соотношение тормозных сил между колесами переднего и заднего мостов, коэффициентов сопротивления боковому уводу и неравномерности действия тормозных механизмов.

Проанализированы значения показателя устойчивости г) при торможении трактора при агрегатировании его с кана-лоочистителем. Значение показателя устойчивости г] находится в пределах 0,75-0,9, т.е. устойчивость обеспечивается при максимальном значении начальной скорости торможения У= 35 дм/с и неравномерности тормозных моментов.

Для обеспечения прямолинейности движения агрегата требуется установить угол поворота передних колес, учитывая силы, действующие на агрегат, линейные размеры агрегата и механическую характеристику шин.

Расчеты показали, что условие прямолинейного движения обеспечивается.

Практика подтвердила эти расчеты. В ходе испытаний не было ни одного случая нарушения устойчивости агрегата.

Общие выводы н предложения

1. Разработана математическая модель для определения глубины колеи и уплотнения грунта в колее при однократном и многократном проходах гусеничного движителя на основе коэффициента деформации, включающего линейную и нелинейную составляющие деформаций уплотнения и сдвигов.

Получены уравнения, алгоритмы и программы по проведению расчетов и оценке степени уплотнения почв и минерализации грунтов с различными движителями мелиоративных машин, что позволило определить допустимые, с точки зрения экологии, пределы уплотнения и минерализации грунтов.

Проведенные экспериментальные исследования позволили установить, что расчетные значения степени уплотнения почв хорошо согласуются с их фактическими значениями (ошибка составляет 7-9%).

2. Обоснована структурная схема экологических взаимосвязей системы "Мелиоративная сегь-каналоочистнтельные машины -окружающая среда'*. Под экологической совместимостью этой системы и внешней средой понимается совокупность показателей, обеспечивающих минимальное уплотнение грунта и воспроизводство растительности.

3. Разработаны рабочие органы каналоочистигельной машины поперечного копания для очистки дна и откосов каналов, а также каналоокашивающей машины для окашива-ния сорной растительности на дне и откосах каналов с гидро-следящей системой и сменными граблями для сгребания и удаления скошенной массы из канала. Полнота сгребанш массы достигает 95%.

4. В результате исследований определены допустимые, ( точки зрения экологии, пределы уплотнения почвы движите лями мелиоративных машинно-тракторных агрегатов; дж переувлажненных почв qma^ /ц ср <1,3-1,5; пороговое значенш е/ср не должно превышать 0,012-0,018 МПа; для почв с дерно вым покрытием ¿}э~0,025-0,03 МПа. Снижение плотносп травяного покрова (шт.м2) не должна превышать 25-30%.

5. Существующие базовые шасси мелиоративных машин, агрегатируемые с тракторами ДТ-75 и МТЗ-80, устарели и требуют замены. Теоретическими и экспериментальными исследованиями установлена целесообразность создания новых мелиоративных машин для очистки каналов на базе энергонасыщенных тракторов типа ДТ-175С и ЛТЗ-155 в качестве базовых шасси.

6. Применение энергонасыщенных тракторов обеспечивает достаточно высокую экономическую эффективность при ремонтно-эксплуатациоиных работах открытых каналов. Чистый дисконтный доход (ЧДД) составляет 1750 тыс.руб.

7. В результате исследований разработано техническое задание на проектирование мелиоративной модификации трактора ДТ-175С. При этом определены параметры конструктивных изменений трактора (смещения центра масс трактора, ширины гусениц, число опорных катков и др.), обеспечивающие существенное снижение степени уплотнения почв.

8. Исследованы различные варианты агрегатирования тракторов ЛТЗ-155 и ДТ-175С с рабочими органами мелиоративного назначения. При этом изучены варианты навески (передняя, задняя, боковая) рабочих органов, обеспечивающие снижение удельного давления на 20% при выполнении ремонтно-эксплуатационных работ.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Мелиоративная косилка для скашивания дна и откосов каналов. Авт. свид. № 1130674, СССР, Б.И. № 57, 1984. (соавтор Суриков В.В.).

2. Подготовка тормозных установок к ускоренным ис-пыганиям//Промышленность, строительство и архитектура Армении, 1987, № 4, с. 68-71 (соавтор Варданян Л.М.).

3. Устройство для измерения угла. Авт. свид. № 1434253, СССР, Б.И. № 40, 1987. (соавтор Варданян Л.М.).

4. К методике колееобразования и переуплотнения грун та при движении колесных машин. Тр. МГМИ. М.: 1989, с 50-61 (соавторы Диятян H.A., Кузьмин A.C.).

5. Стенд для испытания пневматических шин. Авт. свид № 11995210, СССР. Б, И. № 9, 1989. (соавторы Белослюдо] А.Б.. Диятян H.A., Кноров В.И.).

6. К методике определения жесткостных характерней!] пневматических, шин в стендовом эксперименте. Тр. МГМИ М., 1990, с. 91-94.

7. Стенд для испытания крупногабаритны: шин//Механизация строительных и эксплуатационных рабо в мелиорации. Тр. МГМИ, 1990, с. 59-66 (соавтор Белослю дов А.Б.).

8. Применение колесных динамометров в натурном экс перименте но определению жесткостных характеристик шин Тр. МГМИ. 1990, с. 66-70 (соавтор Диятян H.A.).

9. Математическая модель внутренней механики пнев магических шин// МГУП. -М.: - 1990, 7с. Рук. деп. i ВАСХНИЛ 08.08.1990; № 389.

10. Датчик крена// МГУП -М.: - 1990, 11с. Pvk. деп. ЦНИИТЭИАВТОСЕЛЬХОЗМАШ 17.07.1990; № 133 (соавтор Варданян A.M.)

11. Математическая модель деформируемого основа ния// МГУП. -М.: - 1990, 7с. Рук. деп. "в ВАСХНШ 08.08.1990; № 390 (соавтор Кузьмин A.C.).

12. Экспериментальные исследования объемов заилени открытых каналов гидромелиоративных систем. М.: 198£ МГУП. с. 17-23.

13. Использование тракторов типа ДТ-175С в качеств базовых шасси мелиоративных машин. Тр. МИИСП, №2 1989, с. 46-54.

14. Модернизированная косилка для окашивания отко сов каналов гидромелиоративных систем. Саратов, сб. тр СИМСХ. 1991, с. 90-95.

15. Взаимодействие гусеничных движителей гидроме лиоративных машин с почвой. Сб. тр. НАТИ. № 7, 1992, с 19-25.

16. К вопросу определения удельных давлений гусеничных движителей на почву. НАТИ, 1992, с. 48-63.

17. Новая технология очистки каналов гидромелиоративных систем. Санкт-Петербург, ЛИСИ, 1991, с. 7-11.

18. Модифицированный рабочий орган машины МР-14. Авт. свид. № 1799935, РФ, Б.И. № 3, 1992.

19. Техническая эксплуатация гидромелиоративных систем.-М.: "Колос", 1992, 271с. Монография.

20. Расчет устойчивости тракторов как базовых шасси гидромелиоративных машин. М., НАТИ, 1993, с. 71-79.

21. Тяговый баланс трактора ЛТЗ-155. Липецк, 1993, с. 55-87.

22. Влияние числа проходов гусеничных машин на уплотнение почв. М.: МГУ П. № 10, 1994, с. 147-160.

23. Методика расчета уплотнения почв гусеничными движителями. М.: тр. МГУП, № 3. 1994, с. 57-61.

24. Методология проектирования новых технологий очистки каналов гидромелиоративных систем. М.: тр. МГОУ, №3, 1995, с. 8-15.

25. Разработка экологических технологий очистки каналов гидромелиоративных систем. М.: тр. МГУП, № 1, 1995. с. 62.

26. Исследование экономической эффективности новой технологии очистки дна каналов и планировки берм. М.: тр. МГУП, №4, 1997, с. 170.

27. Исследование влияния движителей сельскохозяйственных и мелиоративных машин на уплотнение и минерализацию почв. М.: МГУП, 1998, с. 171.

28. Исследование технических условий агрегатирования грактора ДТ-175С с каналоочистителем и отвалом бульдозера. М.: тр. МГУП, №5, 1999, с. 155-156.

Заказ № 3 Э & Тираж 100 экз.

Формат 60 к 90 Vie. Объем 1,0 п.л..

Отпечатано в ООО «Типография Лолимаг» 127247, Москва, Дмитровское шоссе, 107