автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование допустимой величины буксования движителей, обеспечивающее уменьшение их вредного воздействия на почву

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Способы снижения вредного воздействия движителей на почву. 1.2 Влияние режимов буксования ведущих колес трактора на почву.

1.3 Критерии оценки допустимой величины буксования ведущих колес трактора.

1.4 Уравнения связи работы колесного движителя с почвой в процессе буксования.

1.5 Цель и задачи исследования.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1 Особенности воздействия ведущего колеса на почву в процессе буксования.

2.2 Динамика уплотнения почвы в процессе буксования.

3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1 Программа экспериментальных исследований. 3.2 Методика лабораторно-полевых исследований.

3.3 Методика эксплуатационных исследовании.

4 3.4 Планирование эксперимента при оптимизации режимов буксования ведущих колес трактора.

3.5 Методика обработки экспериментальных данных.

3.6 Оценка погрешности измерений и математическая обработка результатов испытании.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И

ИХ АНАЛИЗ.

4.1 Уплотняющее воздействие буксования ведущих колес трактора при изменении совокупности факторов.

4.2 Определение области допустимых значений буксования обеспечивающих минимальное воздействие движителей на почву.

4.3 Исследование вредного воздействия тракторов на почву в процессе эксплуатации с различными режимами буксования.

4.4 Исследование влияния режимов буксования на агротемшчгпа^ показатели, рост и развитие растений.

4.5 Разработка номограммы для определения оптимальных режимов буксования.

5. ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РАБОТЫ МТА

С ОПТИМАЛЬНЫМИ РЕЖИМАМИ БУКСОВАНИЯ.

Основной объем работ в сельскохозяйственном производстве приходится на колесные тракторы и сельхозмашины. Их эффективное использование и реализация заложенных в них возможностей во многом определяются параметрами ходовой системы, в частности, характеристиками движителей. Одной из основных проблем, возникающих в процессе их эксплуатации является повышенное уплотняющее и разрушающее воздействие на почву вследствие чрезмерного давления и пробуксовывания.

Особенно остро эта проблема стоит для перспективной йы^ико^рои^ьодитсльноь loxhhkh, которую отличает возрастающее счет больцшл. массовых и мощностных параметров силовое воздействие на почву.

Ведущими институтами (НАТИ, ВИМ и др.) сделаны серьезные разработки в направлении снижения вредного воздействия ходовых систем на почву. Накоплено большое количество экспериментальных данных о показателях тягово-сцепных свойств колесных и гусеничных машин в различных почвенных условиях, а так же об уплотнении и распылении почв при работе машинно-тракторных агрегатов (МТА). Однако, это пока не стало основой теории, объясняющей опыт и позволяющий прогнозировать показатели взаимодействия ходовых систем с почвой и определять пути улучшения этих показателей, в частности, в процессе буксования движителей тракторов.

Анализ данных о путях снижения вредного воздействия машинно-тракторных агрегатов на почву показал, что в их основе лежит совершенствование ходовых систем. Недостаточное внимание при этом уделяется оптимизации режимов работы

M l Л. обеспечивающие минимальное буксование ведущих колес трактора. При взаимодействии буксующего движителя трактора с почвой последняя подвергается смешению и сдвигу в различных направлениях, а также выносу из зоны контакта, что является причиной дополнительного погружения колеса в почву и сё уплотнения.

Проблема оптимизации буксования ведущих колес трактора с пелыо снижения гего вредного воздействия на почву приобретает особую актуальность в условиях Среднего Поволжья для тяжелых черноземных почв с высоким и средним содержанием гумуса. Проблема усугубляется отсутствием точных рекомендаций относительно значений качественных агротехнических показателей изменения состояния указанного типа почв от пейстгшя пуктллощего копрся

Уменьшение воздействия движителей машин на почву требует обоснования пределов давления и буксования движителей.

Максимально-допустимое буксование определяют но нескольким критериям -тягово-сцепным качествам, энергетическим затратам на буксование и качественными показателями почвы. Допустимые значения по указанным критериям различны, поэтому выбор оптимального буксования трактора достаточно сложная задача, не имеющая однозначного решения и требующая изучения взаимодействия движителей с почвой для тракторов различных типов, выполняющих различные работы. 1 Цель настоящих исследований состояла в повышении эффективности использования машинотракторных агрегатов с точки зрения уменьшения * отрицательного влияния движителей на почву. При этом особое внимание уделяется изучению процесса буксования и определению его оптимальной величины, при котором вредное воздействие ведущих колес наименьшее.

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. На основании теоретических исследований получено функциональная ■зависимость изменения плотности почвы от буксования колесного движителя. Ее графическая интерпретация позволяет определить область оптимальных значений буксования, исходя из условий минимального воздействия на почву. Границы этой области находятся в пределах 9,5.12% в зависимости от фона поля, влажности, вида выполняемой операции и массы энергетического средства.

2. Методом планирования эксперимента определена взаимозависимость между пс зимами работы МТА. режимом буксования и изменением свойств почвы. Установлено, что наиболее значимыми факторами являются крюковое усилие, давление в шинах и скорость. Так, при фиксированном значении Ркр (культивация, посев) минимальная степень вредного воздействия на почву достигается снижением внутри шинного давления с 0,12 до 0,06 МПа и увеличением скорости движения с 1,7 до 3.3 м/с,

3. Снижение буксования ведущих колес трактора Т-25А до уровня 9,5-12%» ( по сравнению со среднеэксплуатационным 25%) обеспечивает снижение плотности на 10%. количество эрозионно-опасных частиц на 10%.

4. Установлено что при проведении культивации (поле паханное) при влажности почвы 24,8% оптимально-допустимое буксование должно быть 8-9,5%, а при влажности 21,5% - 9,5-11%. При посеве (поле культивированное) при влажности 20.3% буксование должно быть 9,5-11%, а при влажности 18,0%» - буксование 11-13%.

5. Определена максимальная глубина воздействия буксования на почву, которая находится в пределах пахотного слоя и составляет 20-25 см. в зависимости от режима буксования. Снижение буксования до 9,5 -12% позволяет снизить боковое уплотнение почвы на 5-7%.

6. Установлено, что превышение буксования выше оптимально-допустимого (9.5-12%) ведет к уплотнению верхнего (5-7 см) слоя почвы. В следствии этого почва плохо впитывает влагу атмосферных осадков, наблюдается ее сток с поверхности. Уплотненный слой сохраняется на протяжении всего вегетационного периода.

7. Выявлено положительное влияние снижения буксования до указанных пределов на полевую всхожесть и урожайность яровой пшеницы. Ограничение буксование велуишх колес трактора в пределах 9,5-12% улучшает равномерных?, распределение семян по глубине и длине рядка.

8. Окупаемость применения рекомендуемых режимов буксования, учитывающая сохранение плодородия почв и повышение урожайности с. х. культур составила 8.72. f

1. Бондарев А. Русанов В. Осторожно почва!//Сельский механизатор. - 1984. - №8.11. С. 22-24.

2. Воробьев Е.Я. Беречь почву от переуплотнения тех никой.//Земледелие. 1987. -№9 -С. 15-17.

3. Водяник И.И. Воздействие ходовых систем на почву М.: Агропромиздат, 1991. -40 с.

4. Русанов В.А. Небогин И.С. Фиронов Н.Н. Изменение затрат энергии на обработку почвы при ее уплотнении различными ходовыми системами: Сб. науч. тр. М.: ВИМ.1981, - С. 69-78.

5. Гапоненко B.C. О путях снижения уплотняющего воздействия машино-тракторных агрегатов на почву: Сб. науч. тр. / Почвенный институт им. Докучаева. М., 1981.-С. 56-61.

6. Медведев В.В. Цыбулько В.Г., Слободюк П.И., Чернова М.С. Об уплотнении чернозема типичного сельскохозяйственной техникой и пути его снижения: Сб.ч науч. тр. / Почвенный институт им. В.В. Докучаева. М., 1981. - С. 10-14.

7. Бон дарев А.Т., Сапожников П.М., Уткаева В.Ф., Щепотьев В.Н. Изменение физических свойств и плодородия почв при их уплотнении движителями сельскохозяйственной техники: Сб. науч. тр. -М.: ВИМ, 1988. т. 118. - С. 31-33.

8. Ю.Юшин А.А., Благодатный Ю.Н. и др. Рекомендации по снижению уплотняющего воздействия ходовых систем мобильной сельскохозяйственной техники на почву -Киев: Урожай, 1986.- 20с.

9. Юшин А.А., Семенюк И.М., Благодатный Ю.Н. Влияние ходовых систем на почву и урожайность // Механизация и электрификация сельского хозяйства 1982 - №2 -С. 32-34.

10. Шинявский А.Л. Чрезмерное уплотнение почвы и ее предотвращение. Сельское хозяйство за рубежом // Растениеводство 1972 - № 6. - С.8-12.У

11. Камнев А.Л. Маслов В.А,, Полонский М.А, Влияние ходовых аппаратов тракторов на плотность и урожайность/УСибирский вестник сельскохозяйственной науки. -1978. №2. - С. 74-78.

12. М а карей И. К,. Белов В.Ф., Кольберг А. А. Влияние колесных тракторов на физические свойства почвы и урожайность// Тракторы и сельхозмашины. 1967 -№3. - С.6-9.

13. Казаков Г.И. Дифференциальная обработка черноземных почв в Среднем Поволжье: Учебное пособие. Куйбышев. 1990. - 170 с.

14. Оценка влияния движителей различных типов на изменение характеристик почвы Сб. науч. тр./В.А. Русанов. И.С. Небогин .НИ. и др.; под ред. В.А. Русанова -М.:ВИМ. 1982. т. 92. - С. 143-162.

15. I Ут кин-Любовцев О.Л. Кутин Л.Н. Оценка сдваивания колес тракторов класса 30 и 50 кН по некоторым показателям // Тракторы сельхозмашины 1981 - №3 - С. 4-7.

16. Кононов AM. Ксеневич И.П. О воздействии ходовых систем тракторных агрегатов на почву// Тракторы и сельхозмашины. 1977. - №4. - С.5-7.

17. Маршак А.Л. Веревочкина В.А. Влияние внутреннего давления колес трактора на урожаи ишеннцы: Сб. науч. тр.// Волгоградский молочный институт. Волгоград, 1963. - вып.48. - С. 385-389.

18. Станкевич Э.Б. Влияние давления воздуха в шинах на эксплуатационные показатели ведущего моста трактора кл. 2 // Тракторы и сельхозмашины. 1991. -jvv. 1 о. - С. 12-14

19. Г1ериков Р.Ф. Влияние скорости движения и веса навесных машин на качение и буксование пропашного трактора класс 0,9т//Вопросы механизации и электрификации сельского хозяйства. Ташкент, 1969. - вып.6. - С.22-31.

20. Тен question for would be buyers of soft shoe sprayers // Farmer's weekly. 1981 V 94. №7. P.71-72.

21. Войтиков А.В. О влиянии ширины, наружного диаметра шины на тягово-сцепные качества колеса//Тракторы и сельхозмашины. 1982. - №9. - С. 13-14.

22. Агейкин Я.С. Вездеходные колесные комбинированные движители (теория и расчет) М.: Машиностроение, 1972. - с. 11-12.

23. Кононов A.M. Ксеневич И.П. О воздействии ходовых систем тракторных агрегатов на почву// Тракторы и сельхозмашины. 1977. - №4. - С.5-7.

24. Богомолов Л К Тупгиев А К. Буксование трактора при повышении скорости/У Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. 1968. -№6. - С. 16-17.

25. Гончаров И.А. О влиянии скорости движения на буксование колесных тракторов// Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. 1964.т.-С. 20-21.

26. Ишлинекий А.Ю. Линейный закон деформирования не вполне упругих тел//Докл. АН СССР. 1940.-вып. Г-С. 24-37.

27. Климанов А.В. Повышение проходимости и тягово-сцепных свойств сельскохозяйственного трактора. Ульяновск. СХИ. 1981. - С. 93.V

28. Харигончик Г.М Вопросы теории движителем трактора: Автореф. дис. канд. техи наук. МИМЭСХ. 1936. - 25 с.

29. Харптончик I:.М Исследование потерь на перекатывание и буксование тракторов: Сб. науч. тр. Челябинск: ЧИМЭСХ. 1939. - №1. - С.16.46.\арнтончнк -.М. Сопротивление грунта качению колес и гусениц; Сб. науч. тр. -Челябинск: ЧИМЭСХ. 1963. вып. 16. - С.4.

30. Бойков Li. П. Бел конский li.ll. Шины для тракторов и сельскохозяйственных машин.- М.: Агропромпздат. 1988.- 240 с.

31. Гуськов В.В. Оптимальные параметры с.х. тракторов М.: Машиностроение, 1966.- 104 с.

32. Ксеневнч И.П. 'Гарасик В.П. Требования к САУ режимами загрузки двигателя с учетом буксования движителей трактора//Тракторы и сельхозмашины. 1987. - Х°4.- С. 14-20.

33. Яблонский О.В. Предельное буксование ведущего колеса//Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. 1974. - №9. - С. 32-34.

34. К методике построения теоретической тяговой характеристики и баланса мощности сельскохозяйственного трактора / А.П. Парфенов. И.И. Велев. С. Любенов. И.М. Перельцванг/УТракторы и сельхозмашины. 1978. - №3. - С. 8-10.

35. Коровин В.Л. Улучшение эксплуатационных показателей работы МТА путем оптимизации загрузки трактора: Автореф. дне. канд. тех. наук. Челябинск,!989.23 с.

36. Савнп A.M. Добряков Б.А. Капский А.Н. и др. Особености воздействия на почву движителей колесных н гусеичпых с. х. машин //Тракторы и сельхозмашины. -I9S9.-№5.-С. 13-14.

37. Водяник И.И. Процессы взаимодействия тракторных ходовых систем с почвой. -Киишинев, 1986. 110 с.

38. Яблонский О.В. Величина нагрузки и ее распределение по колесам трактора при наилучшем спеплении ходового аппарата трактопа с ос и о Ran нем и до'-ат.тимгш буксовании: Со. науч. тр. ВНИИМЭСХ. 1975. - вып. 18. - С. 91-97.

39. Строков В.Л. К вопросу образования колеи и повышения проходимости колесных машин: Сб. науч. тр. ВАСХНИЛ. 1968. - т. - С301-312.

40. Жилиговский В.А. Элементы теории почвообрабатывающих машин. Тбилиси: изд. Груз. СХИ. I960. - 148 с.

41. Полетаев А.Ф. Уплотнение почвы при качении колеса//Тракторы и сельхозмашины. 1962.- №8. - С, 1-5.

42. Влияние шага почвозацепов на сцепные качества движителя с низким равномерно распределенным давлением в контакте с грунтом / Н.Ф. Богаров, В.М. Семенов, В.И. Соловьев. Ю.Б. Моторин// Изв. Вузов. 1968. - №2. - С. 130-132.

43. Кузнецов И.Г. Об определении допустимого буксования колесного трактора// Трактор.) и сельхозмашины. 1974. - №1. - С. 13-14.

44. Чудаков Д.А. Основы теории трактора и автомобиля. М.: Сельхозиздат, 1972. -384 с.

45. Свиршевекий Б.С. Эксплуатация машинно-тракторного парка. М.: Сельхозиздат. 1958,- 210с.

46. Сураев Н.Г. Исследование тягового КПД и буксования трактора//Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1991. - №4. - С.18-20.

47. Львов Е.Д. Теория трактора. М.: Машгиз. 1960. - 250с.74.11арфснов Л.Л. О номинальном тяговом усилии сельскохозяйственного трактора// Тракторы и сельхозмашины. 1968. - №2. - С. 4-7.

48. Яблонский О.В. Влияние силового воздействия навесных машин на колебания тракторов//Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. 1976. - №5. - С.32-36

49. Харитопчик Е.М. Результаты испытания колесных тракторов ЧТЗ: Сб. науч. тр. 1965. т.

50. Харитончик Е.М. Взаимосвязь параметров и вопросы совершенствования сельскохозяйственных тракторов. Воронеж. 1972. - 80с.

51. Черпобриеов С.Ф. Влияние буксования и вертикальной нагрузки на тяговые качества полноприводных ходовых систем.

52. Кузнецов Н.Г., Куликов Н.К., Строков В.Л. Исследование буксования трактора: Сб. науч. тр.' Волгоградский СХИ. Волгоград, 1962. - том XIV. - С. 204-217.

53. Иванов В. М. Сысоев Б.А. О динамике буксования колесных тракторов при неустановившейся нагрузке.V

54. Венцель К.С. Овчаров Л.Л. Теория слуайиых процессов и ее инженерные приложения. М.: Наука. 1991. - 383 с.

55. Яблонский О. В. Прелельнолопустимое буксование шарнирно сочлененных тракторов классов 30 и 50 кН с учетом вероятностного характера нагрузки: Сб. науч. тр. М: Ш II1ИПТИМЭСХ. 1980. - вып. 36. - С. 116-120.

56. Яблонский О.В. Влияние случайного характера нагрузки на буксование колесных тракторов/.'Тракторы и сельхозмашины. 1975. - №12. - С. 17-18.

57. Яблонский О.В. О стационарности и эргодичности процесса буксования при вспашке: Сб. науч. тр. Зерноград. 1979. - вып.32. -С. 147-150.

58. Золотаревская Д.И. Расчет уплотнения почвы колесными тракторами//Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1990. - №6. - С. 14-16.V

59. Феддотов Ь.Т. Оптимальные условия воздействия ходовых устройств машинных агрегатов на уплотнение почвы при возделывании картофеля: Автореферат дисс. канд.тех.наук. Киев, 1975. - 24 с.

60. Р\ санов В.А. Садовников А.Н., Небогин И.С. и др. Оценка эффективности применения пневмогусеничных движителей на тракторах класса 2 и 3: Сб. науч. тр. М.: ВИМ. 1982. - т.95. - С. 23-25.

61. Программа и методика комплексных исследований по изучению влияния ходовых систем сельскохозяйственных тракторов, комбайнов и транспортных средств на почву.-М.: ВИМ. 1978,- 25с.

62. Джура П.И. Оценка различных методов определения давления гусеничных движителей на почву: Сб. науч. тр. М.: ВИМ, 1988. - т. 118. - С. 30-32.

63. Ходыкин В.Г. Методы расчета уплотняющего воздействия на почву колесных движителей: Автореф, дис. канд. тех. наук. М.,1984. - 24 с.

64. Методы определения воздействия движителей на почву. ГОСТ 20953-86.

65. Высоцкий А.А. Динамометрирование сельскохозяйственных машин. М.: Машиностроение. 1968.- 290 с.

66. Иванов А.И. Куликов А.А. Третьяков B.C. Контрольно-измерительные приборы в сельском хозяйстве. М.: Колос, 1984. - 352 с.1031 даго.тевский Ь.Д. I in нем И. Д. Электротокзометры соротивлеиия.- М.- Л.: Энергия. 1964. 34с.

67. Судаков А.В. Охитип А.А. Приборы для регистрации уплотняющего воздействия движителей на ночву//Земледелие. 1987. - jM'9. - С'. 23-25.

68. Испытание сельскохозяйственной техники. Методы энергетической оценки. ОСТ 70.2.2 - 80. - М.1980.10(i.l кпытание сельскохозяйственной техники. Методы энергетической оценки. РД -2.2.-89.-Кинедь. 1989.- 25 с.

69. Сельскохозяйственная техника. Методы определения условий испытания оценки. ГОСТ "7001 S-7S М • livi-во стандартов. 1975. - 35 с.

70. Мельников С.В. Алешин В.Р. Рощин П.М. Планирование экспериментов в исследованиях сельскохозяйственных процессов.- Л.: Колос. 1972. 200 с.109/Зегинидзе И.О. Планирование эксперимента для исследования многокомпанентных систем.- М.*. Наука, 1976. 390 с.

71. Ю.Спиридонов А.А. Васильев Н.Г. Планирование эксперимента: Учебное пособие. -Свердловск: УПИ. 1975. 149 с.

72. Планирование эксперимента при исследовании свойств сплавов./Под ред. Адлера Ю.П. М.: Наука. 1974.- 132 с.1! 2.Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: Колос. 1973. - 336 с.

73. ПЗ.Вадюнина А.Ф. Кочергина З.А. Методы исследования физических свойств почв и грунтов. М.: "Высшая школа", 1973 - 398с.

74. Агрофизические методы исследования почв. Под ред. Долгова С.И. М.:" Наука", 1966 - 258 с.

75. Маневич III.С. Простейшие статистические методы анализов результатов наблюдения и планирования экспериментов. Казань: КСХИ, 1970. - 107 с.

76. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментальных исследований и обработка опытных данных. М.: Колос, 1973. - 336 с.

77. Статистические методы обработки экспериментальных данных: Рекомендации. -М.: Изд-во стандартов, 1976. 230 с.

78. Касандрова О.М., Лебедев В.В. Обработка результатов наблюдений. М.: Наука, 1970.-с.

79. Методика определения показателей эффективности снижения воздействия на почву движителей техники, перемещающийся в техн ,гтогпчесг^м ц:;;слv по полям. В.А. Русанов, И.С. Небогин, А.Г, Шубников и др.: под ред. В.А. Русанова. М.: ВИМ, 1994.-40 с.

80. Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники. Ч. 1. Под ред. Шгтилько А.В. ~М.; 1998. 220 с.

81. Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники, Ч. 2. Нормативно-справочный материал М.: 1998. - 252 с.

82. Экономика сельскохозяйственных и перерабатывающих предприятий. 7. 97123.Агроинформ. 1999

83. Головаченео А.П. Состояние производства и агроэкологическое районирование пшенице в Самарской области. Кинель, 1997. - 97 с.

84. New achievment in technologies of cultivation and harvesting jf crops eusuring the preservation of natural soil fertility //FAO/ECE/AGR1/WP. 2. October. 1985, Geneva, N 109.49 p.

85. Taylor H. Benefits of permanent traffic made in a controlled traffic crop production system //Soil and a Tillage Research. 1983. V.3.N4. P. 385-395. г 127. Vitlox О Tassement do sol et decompaction//Caltivar. 1984. N 175. P. 57-59.

86. Mueller I.P., Treanor R,P, Performans of a four wheel drive tractor equipped with radial tvrcs //ASAE Papar N 88-1048. 14р.

87. Fee R. Big equipment drives compaction deeper //Successful Farming. 1986. V.84.N5. P.20-21.

88. Sillage trailers for the wet land //Farm and Food Research. 1985. V. 17. N2. P. 30-38.V