автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Пути и средства снижения истирания и уплотнения почвы ходовой системой тракторов и сельскохозяйственных машин

1 ВОЛГОГРАДСКАЯ ГОСУДАРСТВ!'Ш1АЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

Карева Наталья Викторовна

УДК 631.312

ПУТИ И СРЕДСТВА СНИЖЕНИЯ ИСТИРАНИЯ И УПЛОТНЕНИЯ ПОЧВЫ ХОДОВОЙ СИСТЕМОЙ ТРАКТОРОВ И СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН

Специальность 05.20.01- Механизация сельскохозяйственного

производства

АВТОРЕФЕРАТ

ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК

Волгоград - 1998

Работааьшолнена г Волгоградской Государственной сельскохозяйственной академии

Научные руководители: заслуженный деятель науки Российской Федерации, доктор экономических наук, профессор, ахвдеиик экологической академии РФ И.М.Шабуннна

кандидат технических наук, доцент Ю.Г.Ладынип

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор ААРевии

кандидат технических наук, доцент ДА.Нехорошев

Ведущая организация - Волгоградское отделение Российской Экологической академии

Зшц:падиссертадии состоится /2- декабря 1998 г ва заседании диссертационного совета К. 120.56.02 Волгоградской Государственной сельскохозяйственной академии по адресу: 400002, г. Вол-оград, уд Институтская, 8, ВГСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

у

Автореферат разослан 1998г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук, В.И.Федякин

профессор -

Общая характеристика работы Актуальность проблемы. Исследования ряда научных учреждений показывают, что воздействие ходовых систем на почву, особенно тракторов нового поколения, приводит к снижению плодородия почвы, восстановить которое с помощью известных методов не удается. Установлено также, что эффективное плодородие также снижается от воздействия на почву техники предшествующего поколения

Выполнение технологических процессов сельскохозяйственного производства в основном осуществляется перемещением сельскохозяйственных машин по полю посредством тягача или движителей, которыми снабжается мобильная сельскохозяйственная машина (комбайн, автомобиль и т.д.). В основу положен принцип тяги: трактор -сельскохозяйственное орудие (культиватор, плуг и др.). Энергия двигателя передается движителям посредством которых осуществляется передвижение мобильной машины по почве. Для преодоления сопротивления рабочих органов движители должны иметь определенную сцепную массу. Передвижение мобильных машин и тягача сопровождается уплотнением и истиранием почвы, что влияет на экологическое состояние почвы и приводит к нарушению нормального водно-воздушного режима пахотного горизонта, препятствует нормальной работе микроорганизмов, что является причиной частичного использования химических веществ, вносимых в почву. Оставшиеся выносятся в водоемы и загрязняют их. Необходимо уменьшение уплотнения почвы до оптимально допустимых значений и уменьшение нстирзлкя ее вследствие буксования движителей.

Решение указанных задач неразрывно связано с разработкой оригинальных устройств, обеспечивающих приемлемый характер взаимодействия движителей и ходовой системы в целом с почвой. К таким устройствам относятся эластичные элементы повышенной энергоемкости -

пластичные приводы движителей (ЭП), ходовые системы с переносом осевой нагрузки из центра колеса вперед по направлению движения, волновые транспортно-тяговые устройства, а также определение оптимальных режимов работы с точки зрения энергозатрат на деформацию почвы при колееобразованни. Особую актуальность работа приобретает с ростом энергонасыщенное™ тракторов, их работой на орошаемых землях.

Работа выполнена в соответствии с комплексной программой НИР Волгоградского отделения Российской Экологической академии и Волгоградской государственной сельскохозяйственной академии. Цель работы - разработка научно-методических условий уменьшения воздействия на почву ходового аппарата за счет снижения скольжения элементов ходовой системы по почве (замена явления скольжения явлением качения и шагания) и уменьшения деформации последней за счет выбора оптимального нагрузочного режима, его стабилизации (введение эластичного привода колес и при вспользовании механизмов, обеспечивающих уменьшение воздействия ходовой системы на поверхность качения (механизм переноса осевой нагрузка из центра колеса вперед по направлению движения) и использования принципиально новых способов движения мобильных сельскохозяйственных машин (волновое транспортяо-тяговое устройство).

Объекты исследования:

И почва зоны воздействия технических средств;

Я колесо с жестким ободом при качении с фиксированными положениями мгновенной осв вращения (стенд для исследования взаимодействия колеса с деформируемой поверхностью качения);

И МТА на базе колесного трактора класса 1,4 с эластичным приводом движителей;

О лабораторная и полевая установки трехколесной повозки с переносом осевой нагрузки из центра колеса вперед по направлению движения;

П волновое транспортно-тяговое устройство (ВТГУ) класса 1,4.

Методика исследований включала:

О разработку расчетных схем и математических моделей образования колеи;

П экспериментально-теоретические исследования энергетики ходовой системы,

О разработку расчетных схем и математических моделей движепия колеса с переносом осевой нагрузки из центра вперед по направлению движения и волнового транспортно-тягового устройства;

О экспериментальную (лабораторные, стендовые и лабораторно-полевые исследования) проверку н уточнение полученных результатов и выработку рекомендаций по их использованию.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Из теоретических разработок - математические модели образования колеи, колеса с переносом осевой нагрузки из центра вперед по направлению движения, волнового транспортно-тягового устройства, позволяющие исследовать уплотнение почвы и закономерности движения частиц почвы в зоне контакта и вне зоны контакта с ободом колеса, закономерности уплотнения почвы при движении специального колеса и ВТТУ.

2. Из научно методических разработок - положения по обоснованию методических и практических рекомендаций для создания

устройств, уменьшающих истирание и уплотнение почвы н выбору их параметров.

3. Из научно технических разработок - созданные по результатам исследований принципиально новые конструкции ходовой системы н приводов ведущих органов; прибора для определения плотности почвы.

Научная новизна. Разработана схема и модель образования колен при качении колеса по деформируемой поверхности, позволяющая исследовать энергозатраты на деформацию, истирание почвы и распространение деформации почвы в зависимости от режима качения и физико-механических свойств почвы.

Исследовано влияние эластичного привода движителей на значение буксования движителей и энергозатраты при работе трактора на пахоте, культивации и транспорте.

Определены оптимальные значения нагрузки на крюке для минимума разрушения почвы при выполнении единицы раооты.

Исследована работа ходовой системы мобильной машины при переносе осевой нагрузки из центра колеса вперед по направлению движения - энергозатраты, вертикальные и горизонтальные ускорения при движении по неровностям поверхности качения

Дано обоснование и создано волновое транспортно-тягово< устройство (ВТТУ). Предложена конструкция гидравлического привод« ВТТУ.

Практическая ценность работы. Предлагаемая техническая систем) конструкций содействует снижению уплотнения почвы и энергозатрат з< счет снижения ее истирания. Выполненное исследование послужило научно! основой для разработки средств повышения эффективности ходовое системы мобильных машин с точки зрения воздействия на экологию почвы Установлено, что с изменением глубины колеи положение мгновенной ос]

вращения меняется и при минимуме энергозатрат на образование колеи находится на поверхности качения.

Эластичный привод колес позволяет уменьшить буксование движителей в 1,5-2 раза, повысить оптимальное значение сопротивления на крюке на 18-30% при минимуме разрушения почвы вследствие буксования.

Предложенные движители с переносом осевой нагрузки позволяют уменьшить деформацию почвы я ее истирание, что отражается на затратах энергии на единицу пути применительно к движению по различным поверхностям качения, а также сделать равномерной плотность почвы по дну колеи.

Создано волновое транспортно-тяговое устройство, которое найдет применение в сельскохозяйственном производстве с целью снижения уплотнения почвы, особенно в орошаемом земледелии.

Реализация результатов работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы в курсе «Экологически безопасные для почвы ходовые системы для сельскохозяйственных машин», а также приняты к использованию при проведении НИР и ОКР Волгоградским отделением Российской экологической академии в рамках программы «Комплексная программа ВОРЭА».

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на научных конференциях профессорско-преподавательского состава 1994, 1995г., на общегородских конференциях 1994, 1996гг.

Публикация. Опубликовано 10 работ по теме диссертации.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов и рекомендаций, списка использованной литературы (147 наименований, из них 6 на иностранном языке).

Содержание работы

Во введении показана актуальность, практическая значимость новизна выполненной работы.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования» проведе анализ работ, посвященных исследованию истирания н уплотнения почв! ходовым аппаратом сельскохозяйственных машин в их влияние н микробиологические процессы, происходящие в почве и усвояемост питательных веществ и, следовательно, на урожайность растений.

Чтобы глубже рассмотреть работу ходовой системы, необходимо дат четкое определение ее назначения, а затем рассмотреть пут совершенствования

Рассматривая движителе живых организмов, можно сфорнулнроват их задачу, которая состоит в тон, чтобы обеспечить возможност передвижения с необходимой скоростью и наименьшими энергозатратами среде их обитания.

Если смотреть на наш инно-тракторный агрегат как на едины организм, то в современной виде этот организм крайне несовершенен практически его использование ведет к большим затратам энергии, котора расходуется на истирание, уплотнение почвы и разрушение ее структуры

Сами по себе затраты энергии нежелательны, а затраты ее н разрушение почвы тем более ничем не оправдываются. Постоянно велись ведугся работы по уменьшению воздействия на почву ходового аппарата.

Проблеме снижения уплотняющего воздействия на почву ходовы систем тракторов, мобильных сельскохозяйственных машин я рабочи органов почвообрабатывающих машин посвящены труды многи отечественных и зарубежных ученых с момента изобретения паровых маши и дпигателей внутреннего сгорания: Бахтина II.У., Бойко П.И., Бондарев А.Т., Бушнева Н.С., Вильямса В.Р., Глухих М.А., Казакова Г.И., Лаукарт Ф.Ф., Макарова И.П., Медведева В.В., Митрофанова Ю.И., Пупонина А.И.

др. Работы, направленные на совершенствование ходовой системы, проведены Горячкиным В.П.,Желиго»ским В.А., Золотаревской Д.И., Ксеневичем И.П., Русановым В.А., Кушнаревым A.C., Кузнецовым Н.Г., Ляско М.И., Скотниковым В.А., Шентуховым В.А. и лр.

Однако следует отметить, что большинство работ лишь констатирует факт негативного воздействия на почву ходового аппарата. Представленная работа отличается тем. что в ней на основе анализа явлений, связанных с работой ходового аппарата, делается попытка совершенствования существующих ходовых систем и создания принципиально новых, позволяющих уменьшить негативное воздействие на почву (эластичные приводы колес, машина с переносом осевой нагрузки. Волновое траиспортно-тягоаое устройство).

Во второй главе «Экспериментальное оборудование, методика проведения опытов и обработка их результатов» дается описание современных средств для проведения опытов, а также устройств и приборов, разработанных автором н с его участием: прибора для определения плотности почвы, датчика измерения нормального давления на обод со стороны почвы, стенда для исследования деформации почвы при различных положениях мгновенной оси вращения. Приводятся методики планирования экспериментов и обработки опытных данных.

В третьей главе рассматривается процесс образования колеи. В результате теоретического анализа получена формула для определения энергозатрат, связанных с деформацией почвы при образовании колеи. Они зависят от положения мгновенной оси вращения и механических свойств почвы. Движение частиц почвы в зоне контакта зависит от положения мгновенной оси вращения, а вне зоны - лишь незначительно, что свидетельствует о том, что буксование влияет на проскальзывание частиц почвы относительно обода, происходит истирание и разрушение почвенных комплексов.

Составленная расчетная схема колеса при образовании колеи позволила определить затраты энергии на образование колеи при передвижении оси колеса на один метр

£ = cbsr1

г (а -1 + cosö) г в -1 +■ cos В ,

} i--fcoia-ß)tgpctß

•д cos а • cosöcosp

О)

где с - коэффициент объемного сопротивления почвы снятию; Ь- ширина обода колеса; s - длина колеи; г - радиус колеса; h -глубина колеи; р - угол для которого а< р;

ßi - угол, ориентирующий положение обода при у=Ъ; р - угол трения материала колеса по почве;

a=h/r -безразмерный параметр, характеризующий глубину колен относительно радиуса колеса;

а - направление нормальной силы, зависит от положения мгновенной оси вращения (коэффициента буксования шш скольжения); S - коэффициент буксования

* = 90' coJ-Utf (2)

В случае ßi=ß, уравнение упростится, а после интегрирования примет

вид

I-(а - 1)1ПС0!Д + ^в-1 - ^ßgß- YY-tgparctg^--сояД + <gpnnß

те

Анализируя полученные уравнения можно заметить, что энергозатраты зависят от направления нормальной силы. Изменение его в сторону уменьшения угла а будет способствовать уменьшению

энергозатрат.

Для проверки теоретических исследований ' проводились эксперименты на лабораторной установке. Изменялось значение коэффициента буксования 5 от 0 до 70%. Энергозатраты на единицу длины определялись как значение крутящего момента на валу барабана, выраженное в мы ординаты показаний гальванометра. Теоретическое значение энергозатрат определялось по формуле (3). Параметры колеса, определяющие энергозатраты: Ь=0,05 м, г=0,5/2 м, глубина колен равна 0,035 и, С=0,06Н/м . Минимум энергозатрат соответствует (рис.1) значению коэффициента буксования, равного h/r, т.е. мгновенная ось вращения

£=rcijr5

(3)

и

аходнтся на поверхности пути. Это свидетельствует о той, что доля яергозатраг на скольжение элементов колеса по почве минимальная.

Сравнивая теоретическую и экспериментальную кривые, можно шетить, что в характере протекания имеются различия на участке от ачапа координат до минимума энергозатрат. Обьясняется это тем, что при сследовании в почвенном канале глубина колеи оставалась постоянной, ;ледствие чего затраты надефориацию почвы уменьшились.

Рис.1. Кривые характера изменения энергозатрат на образование >лви в зависимости от коэффициента буксования. 1 - теоретическая, 2 -.спериментальная.

Четвертая глава «Энергетика ходовой системы мобильной ахпины» посвящена анализу работы ходовой системы с точки зрения затрат [ергин при выполнении технологического процесса. Техногенное )здействне на почву обуславливается составными частями энергии, 1сходуемоя ходовой системой на скольжение одной поверхности по другой на деформацию поверхностей. Установлено, что скольжение поверхностей >уг относительно друга, особенно при буксовании движителей, производит крушение почвы н наносит значительный урон ее экологическому | стоянию. Увеличение энергозатрат вследствие преодоления противления крюковой нагрузки имеет определенное значение и при 1тимапьном значении (минимуме разрушения почвы ходовым аппаратом) 1Лжно составлять определенную часть от сопротивления перекатыванию актора на холостом ходу (2/3 для трактора класса 1,4). Введение астичных элементов позволяет уменьшить разрушение почвы ходовым паратом, которое характеризуется чатратами энергии.

К

Л

о ю 2о ЗО УО 50 у.

Рассматривая деформацию почвы твердым телом установлено, что от выбора параметров элементов передачи воздействия зависит совершенство технологического процесса

Энергозатраты пропорциональны квадрату линейной деформации почвы. Пусть О^Пг....О,, - площади деформаторов; п - число деформаторов; Си Сз,...Сп - жесткости пружин деформаторов; ЧьЧь-.я,, - коэффициенты объемного сопротивления почвы смятию под каждым деформатором;

- линейные деформации пружин деформаторов; Х,Д2,...ХТ, -линейная деформация почвы соответствующим деформатором; £ь Е2,...Е„ -энергозатраты на деформацию почвы каждым деформатором, РГ,Р2,...Р0 -силы, действующие на соответствующий деформатор. Общие энергозатраты:

Е = (4)

;=1

1 (5)

]1гУ2¥гЪгУ1 (6)

Для определения жесткости пружин деформаторов при минимуме энергозатрат на деформацию почвы при одном и том же воздействии иа нее силой Р необходимо иметь соответствующее количество уравнений, которые можно получить из уравнений статики и совместных деформаций почвы н пружин деформаторов

С ,Р

(7)

Л = (8)

* = = (9)

1-1 1.1

+ (ю)

2=

Решая совместно полученные уравнения можно определить значения С! и соответственно энергозатраты по элементам и суммарные.

Для двухэлементного деформатора, например сдвоенных колес тракторов К-701 или Т-150К в пределах определенных допущений при движении по поверхности с одинаковым по всей площади коэффициентом ч можно з;шисать:

о

(12)

^ = 1/2^9 (13)

<15>

Е2 = (16)

Е = Е , + Я 2 (17)

где а=С2/С1 - соотношение жесткостен, например, наружного и внутреннего спаренных колес трактора. Рекомендуется иметь давление в шинах внутренних колес 0,08 МПа, а наружных - 0,06 МП& Для таких значений энергозатраты увеличиваются примерно на 40%. Однако оправдываются эти энергозатраты улучшением работы колеса в режиме поворота. Следовательно установка сдвоенных колес требует установки упругого элемента между колесами, что позволяет сделать приведенные выше исследования (сдвоенных и строенных).

При движении с включенной блокировкой ведущих колес разрушение почвы зависит от характеристики эластичного привода. Угол поворота трактора при минимуме разрушения почвы выражается уравнением:

(2М..-АФ,__

а =

Ф+;» 2 2

где М^ - значение ведущего момента на полуоси при максимально допустимом буксовании движителей;

М0 - значение момента при движении в прямом направлении; С - жесткость полуоси; В - ширина колеи трактора;

8 - буксование движителей, соответствующее заданной нагрузке на крюке при движении в прямолинейном направлении; 5Х- буксование забегающего колеса,

Таблица 1

Вспашка стерни зерновых ку.« Т|Т».___

№ пл Наименование показателей Состав агрегата: мтз-80 + ПН-3-Э5

Эластичный привод Серийный привод

1 2 3 4 5 6 7 8

1. Передача КПП трактора IV IVP V IV rvp V

2. Скорость движения агрегата; м/с, км/ч. 2,53 9,1 2,64 9,47 2,9 10,45 2,47 8,9 2,6 9,35 2,87 10,34

3. Тяговое сопротивление, гН. 9,123 9,61 10,497 9,81 9,025 10,6

4. Тяговая мощность, кВт. 23,08 25,37 30,44 24,23 23,465 30,42

5. Буксование, % 7.3 8.0 7.6 9.3- 9Л 9.4

6. Мощность затраченная на буксование, кВт 2,13 2,72 3,0 3,0 2,94 3,83

7. Мощность буксования приходящаяся на единицу полезной мощности 0.092 0,107 0,098 0,124 0,125 0,126

8. Мощность затраченная на самоперск&тывага«: трактора, кВт 5,15 6,10 6,84 5,15 6,03 6,69

9. Мощность затраченная на преодоление потерь в трансмиссия, кВт 5,29 4,85 3,97 3,24 4,63 4,04

10. Удельное сопротивление, Н/ог 4,22 4.32 4,42 4,32 4.12 4,61

11. Среднее значение крутящего момента на полуосях трактора, кНм левой, правой. 3,678 4,905 4,090 4,984 4,14 5,523 4.022 5.023 3,963 4,630 4,248 5,640

12. Коэффициент вариации, левой правой 10,5 11,4 12,9 14,6 10,6 10,8 15,9 17,2 13,5 18,1 13,9 16,0

13. Ширина захвата, см 106 105 107 108 109 107

14. Глубина пахоты, см 20,5 21,0 22 21 20,5 21,5

15. Характеристика почвы средний суглинок

16. Твёрдость почвы, Н/см2в слоях 0-10 10-20 332,56 500,31 332^6 500,31

17. Влажность почвы, % в слоях 0-10 1 Л ЛЛ 11,9 1 1 т - 11,9 1 Л ?

Таблица 2

Сплошная культивация зяби под посев.

№ пп Наименование показателей Состав агрегата: МТЗ-80 + КПС-4

Эластичный привод Серийный привод

1 2 3 4 5 6 7 8

1. Передача КПП трактора 1ПР III У1Р П1Р III У1Р

2. Скорость движения агрегата: м/с, км/ч. 1,49 5,36 2,01 7,23 2,46 8,84 1,42 5,1 1,9 6,83 2,18 7,84

3. Тяговое сопротивление, кН. 8,240 7,750 8,731 9,123 9,025 10,397

4. Тяговая мощность, кВт. 12.277 15,578 21,478 12,955 17,148 22,265

5. Буксование, % 12,8 10,0 13,7 16,5 14,4 23,0

6. Мощность затраченная на буксование, кВт 2,94 2,794 5,147 3,97 4,49 9,11

7. Мощность буксования приходящаяся на единицу полезной мощности 0,239 0,183 0,24 0,306 0,26 0,409

8. Мощность затраченная на преодоление механических потерь в трансмиссии, кВт 3,24 2,94 5,44 3,46 3,09 6,03

9. Среднее значение крутящего момента на полуоси трактора, кНм 5,101 4,562 4,709 5,396 5,023 5,788

10. Коэффициент вариации 13,6 13,6 11,4 143 12,8 16,4

11. 12. Режим работы: а) ширина захвата, м б) глубина пахоты, см 3,9 12,0 3,9 11,5 3,9 12,0 3,9 12,0 3,9 12,0 3,9 13,0

13. Характеристика почвы Тип почвы средний суглинок

14. Твёрдость почвы, Н/см2в слоях ас 0-5 5-10 10-15 8,83 12,75 17,66 8,83 12,75 17,66

15. Влажность почвы, в % в слоях о» 0-5 5-10 10-15 7,5 9,0 V 7,5 9,0

5Х - буксование забегающего колеса;

Зга«1 - максимально-допустимое значение буксования отстающего колеса исходя из минимального разрушения почвы;

К Г, Б2 - радиусы поворота;

Ик- радиус колеса трактора

Наглядное представление о роля эластичного привода колес в энергозатратах на разрушение почвы колесом дают тяговые испытания, энергетическая оценка, эксплуатационно-технологические испытания трактора с эластичным приводом колес.

Тяговые испытания показали увеличение производительности и снижение расхода топлива на пахоте на 8,54% и на 13,47%; на культивации на 17,73 % на 21,34%; па транспорте на 5,66% и на 10,78% соответственно, что является свидетельством того, что снижается буксование (скольжение) движителей и неравномерность крутящего момента на ведущих полуосях. Энергетические показатели представлены в таблицах 1,2.

Результаты эксплуатационно-технологических испытаний показывают увеличение производительности МТА при введении эластичного привода на пахоте на 8,24%; на культивации на 17,63%. Соответственно расход горючего снизился на 13,47% и на 17,63%. Необходимо отметить, что снижение расхода топлива происходит вследствие более полного его сгорания при работе с эластичным приводом ведущих колес., т.е. меньше загрязняется атмосфера

В пятой главе «Перенос осевой нагрузки из центра вперед по направлению движения» рассматриваются вопросы повышения

Рис. 2 Расчетная схема специального колеса

Ч .

которое приводит к изменению явления взаимодеййтвия колеса и поверхности качения. Уменьшается скольжение, как наиболее энергоемкое явление и происходит переход к явлению качения. Подобное позволило уменьшить разрушительное действие на почву ходового аппарата. Для решения вопросов кинематики и динамики колеса с переносом осевой нагрузки дан анализ кинематических особенностей такого колеса. Получены параметрические уравнения любой точки колеса и найдены некоторые силовые соотношения в колесе. Используя уравнения Лагранжа второго рода, были получены дифференциальные уравнения движения. Положение масс системы определяется четырьмя координатами х,у,г,ч (см рис.2), соответственно движение системы выразится четырьмя уравнениями. Для их составления исследованы выражения для кинетической (Т),

потенциальной ( П) и диссипатнвной ( Ф) энергий :

т = ^ + (19)

2 2 2

(20)

+

2

+ + + (21)

где Ш|-масса, сосредоточенная в точке О ш 2 - масса, сосредоточенная в точке О i G! - сила тяжести, сосредоточенная в точке О i; G2 - сила тяжести, сосредоточенная в точке 02; Сш - жесткость шины;

Ср - жесткость рессоры, ограничивающей угол поворота водила; кш - коэффициент рассеивания энергии в шине; кр - коэффициент рассеивания энергии в рессоре; 1» - дли на водила;

fo - начальная деформация шины от воздействия сил G) и 02> f - общая деформация шины.

Взаимосвязи между отдельными параметрами представляются соотношениями:

z=y+l ,cos а (22)

x=l „sin а (23)

fHTo+{q-z) (24)

CJV=G,-KJ3 (25)

Cmf0=R+R(t) (26)

где R - вертикальная реакция со стороны поверхности качения; R(t)- флюктуирующая составляющая реакции R;

а-угол междуводилом и вертикалью.

Определяя соответствующие производные и используя их в уравнении Лагранжа, получены дифференциальные уравнения движения. Произведенные преобразования по Лапласу позволили определить передаточные функции воздействия поверхности профиля качения на вертикальные перемещения у(0 и реакцию Л^). Получены значения передаточной функции в спектральной плотности. Произведен анализ движения всей системы, горизонтальных и вертикальных ускорений остова машины, которые являются определяющими как с агротехнической точки зрения, так и общетехнвческой. Определение энергозатрат позволило сделать заключение об использования предложенных ходовых систем для передвижения мобильных машвв и уменьшении их воздействия на почву.

На рис.3 представлены зависимости энергозатрат на передвижение повозки предложенной конструкции и обычной, которые позволяют судить о возможности снижения разрушения почвы и поверхности качения ходоной системой.

50о

400

зоо

3 4 £ 0,г Ша

Рис.3 Зависимость энергозатрат ка передвижение машины по сашке от давления внутри шины и сцепной массы: 1 - обычное колесо; 2 -специальное колесо с переносом осевой нагрузки.

В шестой главе рассматривается волновое транспортно-тяговое устройство, которое позволяет снизить уплотнение почвы за счет снижения общей массы транспортного устройства. Приведена разработанная гидравлическая система ВТТУ и математическая модель. Работа гидро привода описывается тремя типами уравнений, которые соответствуют физическим явлениям в этой системе: дифференциальными уравнениями

движения элементов системы, уравнениями течения масла в элементах гидропривода, уравнения балансов расходов, являющихся формой выражения закона сохранения массы в гидроприводе.

Колесно-шагающее устройство может иметь различные исполнения отдельных узлов. Гидравлический механизм возвратно-поступательного движения может быть заменен винтовым либо тросовым механизмом. Механизм фиксации колес может быть храповым, гидравлическим, роликовым. Для увеличения силы сцепления с поверхностью качения опорных колес может использоваться скользящий упор-клин или подкатной ролик. В качестве с.х.орудия могут быть плуг, культиватор, отвал и др.

Достоинства таких устройств.

1. Минимальное воздействие на поверхность (почву).

2. Шаговый характер движения во многих случаях улучшает проведение почвообрабатывающих работ.

3. Наличие направляющей рамы позволяет уменьшить колебания глубины обработки.

4. Перемещение по частям позволяет снизить требуемую мощность энергетической установки. Это свойство - перемещение по частям -присуще описываемому устройству, вследствие его генетического родства с биомеханическим дискретно-волновым способом передвижения дождевого червя, которому свойственно перемещение тела «по частям».

5. Повышенное усилие нарабочеи органе обеспечивается неподвижностью колес и возможностью их фиксации.

Общие выводы

1. Основными факторами, определяющими воздействие на экологию почвы являются уплотнение, скольжение, качение, шагание и волновое движение. Скольжение и уплотнение почвы определяют степень воздействия ходовой системы на экологию почвы

2. Исследование кинематических и динамических параметров позволило установить, что энергозатраты, связанные с образованием колеи, зависят от степени проскальзывания элементов колеса по почве и являются критерием оценки воздействия ходового аппарата мобильных машин на почву. Создана экспериментальная установка, позволяющая определять энергозатраты в зависимости от положения мгновенной осн. Характер изменения энергозатрат, определенных теоретически и экспериментально в достаточной степени подтверждают достоверность проведенных исследований.

3. Минимум воздействия на экологию почвы при образовании колеи соответствует такому качению колеса, при котором мгновенная ось вращения находится на поверхности качения.

4. При реализации крюковой нагрузки трактором-тягачем минимальному разрушению почвы соответствует вполне определенное соотношение затрат энергии на движение трактора без нагрузки на крюке и увеличение

этих энергозатрат вследствие преодоления сопротивления на крюке (дл фактора с колесной формулой 2 х 4 это соотношение равно 2 /3).

5. Введение упругого привода движителей позволяет стабилизнроват значение касательной силы тяги, уменьшить колебание глубин] обработки почвы, обеспечив тем самым возможность развити микробиологического процесса

6. Работа трактора с эластичным приводом ведущих колес позволяе уменьшить затраты энергии на буксование. Для выполнения единиц) работы движителем с эластичным приводом затраты энергии н буксование снижаются на пахоте на 25-26%, на культивации зяби по посев зерновых до 40%. Энергвя буксования расходуется на разрушени почвы. Предложен параметр, характеризующий затраты энергн буксования на единицу выполненной работы, На пахоте этот парамет изменяется в пределах от 0,18 до 0,25. На культивации - до 0,40.

7. Для анализа воздействия на почву деформатора, состоящего и нескольких элементов с упругими толхателями, получены уравневи; позволяющие определять эластичность толкателей и уменьшить степен разрушения почвы (например, спаренные колеса тракторов Т-150К, К700).

8. Движители с переносом осевой нагрузки уменьшают общи энергозатраты на выполнение единицы работы, связанные с дефорнацие почвы

9. Проведенный анализ работы ходовой системы с переносом осево нагрузки при движении по различным поверхностям качения показа уменьшение буксования колес и уплотнение почвы (уменыпени буксования на 10-20%).

10. Разработана и создана экспериментальная макет-машина волновоп транспортно-тягового устройства ВТТУ. Созданная математически модель позволила провести анализ кинематических и динамически: процессов, которые удовлетворяют агротехническим требованиям предъявляемым к почвообрабатывающим агрегатам.

11. Разработан и изготовлен прибор для определения физико-ыеханнчески: сюйств почвы, который апробирован и получил положительную оценку.

На основании проведенных исследований предлагается:

1. При разработке ходовых систем сельскохозяйственных машин I тракторов учитывать кинематические параметры качения и степен: деформации почвы.

2. Введение упругого звена способствует повышению эксплуатационны: показателей тракторов, уменьшает разрушающее воздействие на почву При установке спаренных колес упругая связь между ними должн;

.Для сельскохозяйственных машин целесообразно применение ходовых систем с переносом осевой нагрузки из центра вперед по направлению движения.

.Для уменьшения уплотнения почвы предлагается ходовая система волнового типа

. Созданный прибор для измерения плотности почвы предлагается для использования в научных исследованиях и при испытаниях ходовых систем сельскохозяйственных машин и тракторов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих тботах:

. Карева Н.В. Обоснование параметров эксплуатации и конструкции движителей с учетом экологии. Тезисы докл. Т Межвузовской научно-практической конференции студентов и молодых ученых Волгоградской области. Сельское хозяйство. Волгоград.1994. . Карева Н.В. Экспериментально-теоретические основы применения движителей с переносом осевой нагрузки. Создание и совершенствование механизмов мобильных агрегатов АПК. Сборник научных трудов ВГСХА. Волгоград, 1995.

.Клюев А.И., Небыков В.В., Карева Н.В. Определение эффективности почвообработкн при возделывании пропашных. Обеспечение работоспособности и эффективности использования

сельскохозяйственной техники. Сборник научных трудов ВГСХА. Волгоград, 1995.

. Карева Н.В., Строков В.Л., Строков П.В. Стенд для исследования взаимодействия колеса с деформируемым основанием. Волгоградский ЩШ1и.л.№ 346-95.

. Карева Н.В. Экологические аспекты взаимодействия ходовых систем колесных машин с почвой. Научный вестник ВГСХА. Вып. I инженерные науки. Волгоград, 1997.

Айтмуратов М.Т., Карева Н.В., Небыков В.В. Результаты измерений физико-механических свойств почвы по переходному процессу внедрения штока Научный вестник ВГСХА. Вып. I. Инженерные науки. Волгоград1997.

'. Карева Н.В. Разработка, создание и исследование экологически безопасной для почвы ходовой системы сельскохозяйственных машин. Сборник докладов на III Межвузовской конференции студентов и молодых ученья Волгоградской области. Волгоград, 1996 (в печати). !. Карева Н.В. Разработка, создание и исследование экологически безопасной для почвы ходовой системы сельскохозяйственных машин. Тезисы докладов на III Межвузовской конференции студентов и молодых ученых Волгоградской области. Волгоград, 1996 (в печати).

9. Строков В.Л., Карева Н.В., Бориотов А.Л. Разрушение почвы движителями трактора. Бюллетень КДНN56. Волгоград. 1998.

10. Строков В.Л., Карева Н.В., Бормотов А.Л. Деформация почвы твердым телом. Бюллетень КДН№6 Волгоград. 1998.

ВОЛГОГРАДСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ

АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

Карева Наталья Викторовна

ПУТИ И СРЕДСТВА СНИЖЕНИЯ ИСТИРАНИЯ И УПЛОТНЕНИЯ ПОЧВЫ ХОДОВОЙ СИСТЕМОЙ ТРАКТОРОВ И СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЬЖ МАШИН

05.20.01 - Механизация сельскохозяйственного производства

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научные руководители: заслуженный деятель науки

Российской Федерации, доктор экономических наук, профессор И.М.Шабунина

кандидат технических наук, доцент Ю.Г.Лапынин

Волгоград -1998

Содержание.

Введение. 5

Глава 1 Состояние вопроса и задачи исследования. 9

1.1. Динамика изменения физических свойств почв при

антропогенных воздействиях 9

1.2. Средства снижения воздействия на почву ходовых аппаратов 11

1.3. Оптимальные показатели физических свойств почвы 14

1.4. Механические свойства почвы 17

1.5. Перспективы развития средств механизации земледелия с учетом экологии почв 20

Выводы по главе 1 21

Формула диссертации 21 Глава 2. Методика экспериментальных исследований воздействия ходовой

системы сельскохозяйственных машин и тракторов на почву 22

2.1. Цель и программа экспериментальных исследований 22

2.2. Стенд для исследования взаимодействия колеса с

деформируемым основанием 23

2.3. Измерение нормального давления на обод колеса 26

2.4. Методика проведения экспериментальных исследований 28

2.5. Оценка погрешностей измерений 30 Глава 3. Явления при движении колеса с образованием колеи 32

3.1, Скольжение, качение, шагание 32

3,2,0 качении колеса транспортного средства 33

3.3. Процесс образования колеи 42

3.4. Экспериментальная проверка теоретических исследований образования колеи 47

Выводы по главе 3 Я

Глава 4. Энергетика ходовой системы мобильной машины 53

4.1. Общие предпосылки 53

4.2. Деформация почвы твердым телом 60

4.3. Некоторые вопросы динамики трактора при блокировке дифференциала 65

4.4. Тяговые испытания, энергетическая оценка, эксплуатационно-технологические испытания трактора с эластичным приводом

колес 76

4.4.1 Тяговые испытания 76

4.4.2 Энергетическая оценка 78

4.4.3 Эксплуатационно-технологические испытания 84 Выводы по главе 4 87 Глава 5. Преобразование скольжения - простейшего вида контактирования твердых тел - в качения и шагание. Перенос осевой нагрузки из центра

вперед по направлению движения 89

5.1 Общие предпосылки передвижения колеса при переносе осевой нагрузки из центра вперед по направлению движения 89

5.1.1 Испытания повозки 93

5.1.2 Теоретические вопросы образования колеи 97

5.2 Кинематические особенности колесаспециаиьной конструкции 99

5.3 Некоторые силовые соотношения в колесе 102

5.4 Дифференциальные уравнения движения колеса с переносом

осевой нагрузки 106

5.5 Анализ горизонтальных и вертикальных ускорений остова машины

112

5.6 Полевые экспериментальные исследования 112

5.6.1 Экспериментальная установка 112

5.6.2 Анализ теоретических и экспериментальных данных 116 Глава 6 Волновое транспортно-тяговое устройство (ВГГУ) 123

6.1 Общие предпосылки к выбору волнового транспортно-тягового устройства

123

6.2 Гидравлическая система мобильного оригинального сельскохозяйственного агрегата (ВТТУ) 126

6.3 Стендовое оборудование для испытания оригинального мобильного сельскохозяйственного агрегата Стенд с электрогидравлической системой реверсирования 129

6.4 Стенд с гидромеханической системой реверсирования 132

6.5 Система автоматического управления стендом 133

6.6 Математическая модель сельскохозяйственного гидропривода

ВТТУ 136

Общие выводы и предложения 143

Список литературных источников 146

Введение

Выполнение технологических процессов сельско-хозяйственного производства в основном осуществляется перемещением сельскохозяйственных машин по полю посредством тягача или посредством движителей, которыми снабжается мобильная машина (комбайны, автомобиль и т.д.). В основу положен принцип тяги: трактор - сельскохозяйственное орудие (плуг, культиватор и др.). Энергия двигателя передается движителям, посредством которых осуществляется передвижение мобильной машины по почве.

Почва представляет собой живую систему, населенную массой организмов и особенно богатую микроорганизмами. Протекающие в почве процессы определяют не только ее естественное плодородие, но и полноту вносимых в нее удобрений. Создание и совершенствование ходовой системы должно осуществляться с учетом их возможного влияния на биологические процессы почвы.

Взаимодействие ходовой системы мобильных

сельскохозяйственных машин сопровождается деформацией почвы, изменением ее физических и механических свойств, которые в конечном итоге влияют на экологическое состояние почвы, а через него воздействуют на экологию растений и человека, экологию всего живого мира

В процессе подготовки почвы, посева, ухода за растениями, уборки урожая и др. различные машины проходят по полю от 5 до 15 раз, суммарная площадь следов движителей этих машин в два раза превышает площадь полевого участка, 10-12% площади поля подвергается воздействию от 6 до 20 раз, 65-80% от одного до шести раз и только 10-15% площади не подвергаются их воздействию. В результате

воздействия колес (гусениц) тракторов, автомобилей, комбайнов и сельскохозяйственных машин глубина уплотнения достигает 0,3-0,6 м, а в некоторых случаях, например, при движении тяжелых тракторов, достигает 1 метра и более. Сильно уплотняется верхний плодородный слой - почва. Отрицательное воздействие ходовых систем на почву усиливается при движении колес по дну борозды. При этом уплотненный подпахотный слой, обычно не разрыхляемый последующими обработками, препятствует созданию нормального водно-воздушного режима пахотного горизонта, препятствует нормальной работе микроорганизмов, что является причиной частичного использования химических веществ, вносимых в почву. Эти вещества выносятся в водоемы, загрязняя их.

Взаимодействие ходовой системы мобильных машин сопровождается линейными и объемными деформациями почвы. В настоящее время проводятся и проведены большие исследования по изучению степени воздействия ходовой системы на состояние почвы. Определен ряд параметров, характеризующих состояние почвы. В конечном итоге критерием является степень снижения урожайности в местах воздействия движителей на почву. Многочисленные исследования показывают, что в большинстве случаев изменение эффективного плодородия почвы в результате воздействия движителей и ходовой системы в целом определяется степенью отличия плотности почвы по их следам от оптимального ее значения, изменением структуры и качеством заделки семян растений.

В зависимости от конструкции движителей и параметров эксплуатации в ряде случаев установлено, что снижение урожайности происходит не только в самой колее, но и в зонах, расположенных рядом с ней, что свидетельствует о характере распространения деформации почвы и влиянии ее на состояние почвенных комплексов.

Вышеизложенное дает основание рассматривать взаимодействие ходовой системы с двух точек зрения: эксплуатации всей машины и конструкции элементов ходовой системы.

В качестве критерия воздействия ходовой системы на почву для трактора принято значение энергозатрат, необходимых для выполнения единицы работы. Установлено, что для колесного трактора (4x2) минимум разрушения почвы ходовым аппаратом при выполнении единицы работы будет в том случае, если увеличение энергозатрат, вследствие преодоления сопротивления на крюке составит две трети энергозатрат на передвижение трактора самоходом. Увеличение энергозатрат вследствие преодоления сопротивления на крюке зависит от сцепной массы (сцепного веса). Однако для различных почв это увеличение находится в определенных пределах, поскольку интенсивность уменьшения энергозатрат на выполнение единицы работы зависит от степени деформации почвы.

В последние 30 лет подпахотные горизонты почвы впервые в истории земледелия начали испытывать большие уплотняющие нагрузки, связанные с ростом массы машинных агрегатов, необоснованным увеличением доли колесных тракторов в машинном парке хозяйств, усложнением технологий и более интенсивной обработкой почвы. Если уплотненность пахотного слоя снимается ежегодными зяблевыми обработками, то нижележащие, необрабатываемые слои накапливают остаточные деформации, повышая свою плотность.

На сильно уплотняющихся, тяжелосуглинистых почвах только

осенними основными обработками нельзя обеспечить оптимального

(

сложения пахотного слоя н^а весь весенне-летний период. Чтобы

/

сохранить почву в состоянии, близком к оптимальному, весь период вегетации, следует повысить механическую прочность почвенных

агрегатов, их упругость уплотнению, изменить технологию рыхления зяби, и, прежде всего верхних ее горизонтов.

Уплотняющему воздействию тракторов подвергается только часть поля. Другая же часть остается в излишне разрыхленном состоянии, что может отрицательно сказаться на урожае.

Под оптимальной плотностью следует понимать такое объемное

и и уи> «

соотношение твердой, жидкои и газообразной фазы, которое максимально удовлетворяет биологическим требованиям растений и помогает формированию их наивысшей продуктивности.

Проведенные лабораторные и полевые исследования показали, что удельное давление ходовых систем на почву в весенний период не должно превышать 0,7...0,8 кгс/см2, а осенью при влажности пахотного слоя менее 20-22% к массе почвы - не более 1,2...1,3 кгс /см2.

Т.о. в весенне-полевых работах лучше использовать гусеничные или колесные (со спаренными шинами) трактора, а осенью на фоне более сухой уплотненной почвы, - и другие технические средства

Для создания оптимальных почвенных условий необходимо совершенствовать технологию весенне-полевых работ и технические средства, сокращая число проходов агрегатов, и в то же время добиваясь формирования сплошного, односледного уплотненного пахотного слоя.

МИР РАСТЕНИЙ

ЭКОЛОГИЯ ПОЧВЫ

А

МИР животных

Ходовая система мобильных сельскохозяйственных машин

Эк с п луатациоиные Фак то ры

Тип кодовых систем

1? оптимальные параметры кодовой системы

2) обоснование деформации почвы на единицу выполненной работы

3? обоснование скоро'сти движения

4? применение комбинированный и широкозахватных агрегатов

5) применение машин с активными рабочими органами

6) выбор режима работы

С допустимое буксование?

1) шаговые 2? колесные

3) .с переносом осевой нагрузки

4) гусеничные

5) Болновые

не связанные с поверхностью качения

Глава 1 Состояние вопроса и задачи исследования

1.1 Динамика изменения физических свойств почв при антропогенных воздействиях

В конце прошлого века резко ухудшилось состояние чернозема страны, вызвавшее большую озабоченность общественности и ученых. После сильной засухи в 1873 и 1875 гг., охватившей черноземную полосу, Волное экономическое общество по настоянию его секретаря

A.Н.Ходнева, вице-президента А.В.Советова и профессора М.Н,Богданова учредило «черноземную комиссию» и отпустило средства на проведение геолого-географических исследований. По поручению Общества

B.В.Докучаев возглавил эти исследования, которые он и провел в 1877 -1882 гг. Итогом исследований явилось учение о почве и разработка В.В.Докучаевым системы мер по охране и повышению биопродуктивности почв [131]

Проблема уплотняющего воздействия техники на почву возникла с появлением первых тракторов на полях страны еще в 20-е годы. Исследования по оценке влияния движителей сельскохозяйственной техники на почву в СССР были начаты Н.А.Качинским и М.Х.Пигулевским, которые отмечали, что движители существующих в те годы тракторов значительно уплотнили почву [66].

В 60-е годы на поля страны вышли тяжелые колесные тракторы и проблема отрицательного воздействия движителей на почву приобрела исключительную актуальность. Подпахотные горизонты почвы впервые в истории земледелия начали испытывать большие уплотняющие нагрузки, связанные с ростом массы машинных агрегатов, необоснованным увеличением доли колесных тракторов в машинном парке хозяйств, усложнением технологий и более интенсивной обработкой почвы[129]. До выхода на поля с начала 60-х годов мощной энергонасыщенной тяжелой техники существовала проблема распыления структуры почвы рабочими органами орудий обработки, проблема так называемой «плужной подошвы», которая достаточно эффективно решалась агротехническими методами (обычная отвальная разноглубинная вспашка, внесение органических удобрений, сидерация и т.п.) По мере интенсификации механизированных процессов в полеводстве, которые сопровождались как увеличением количества и разнообразия сельскохозяйственных машин и орудий, так и ростом их единичной массы, первостепенное значение приобрело уплотняющее воздействие на почву движителей сельскохозяйственной техники [ 13 ].

Однако механические воздействия движителей машин на почву не следует рассматривать только как уплотняющие, так как одновременно

происходит разрушение ее структуры под действием буксования. При буксовании выше 30% существенно ухудшается работа агрегата и происходит недопустимое воздействие движителей на почву, разрушающее ее структуру. Истирание почвы, образование колеи от прохода движителей создают условия развития водной и ветровой эрозии [77,81].

В наши дни почвы страны оказались в еще более бедственном положении. Почвы истощены, эродированы, загрязнены, изуродованы варварским ведением сельского хозяйства. Индустрия и разросшиеся города заняли когда-то лучшие пахотные угодья [ 131].

Как показывают результаты исследований, проведенных в Почвенном институте им В.В.Докучаева и ряде других учреждений, почвенный покров России находится в кризисном состоянии. Такое положение обусловлено как низким естественным плодородием почв нечерноземной и сухостепной зон, других регионов, так и негативными изменениями, которые произошли и происходят в почвах под влиянием нерадивого хозяйствования и неправильного применения средств интенсификации земледелия [142].

В настоящее время половина пахотных земель имеет недостаточное содержание гумуса, четвертая часть из них нуждается в известковании, гипсовании и мелиоративной обработке. Из-за переувлажнения и заболачивания, насчитывается более 60% эродированных и эрозионноопасных земель. От эрозии ежегодно теряется в 2 раза больше питательных веществ, чем их вносится с удобрениями. Не прекращается образование оврагов, на части орошаемых земель происходит их вторичное засоление [115].

Почвенный покров Нижнего Поволжья - одного из важнейших районов производства товарного зерна в стране - находится в бедственном состоянии. В Волгоградской области эродировано в различной степени 1,4 млн. га пахотных земель, а площадь сельскохозяйственных угодий, подвергшихся эрозии и дефляции, составляет 6 млн. гп, в неблагополучном мелиоративном состоянии - 60 тыс. га орошаемых земель [ 1].

Предкризисная экологическая обстановка усугубляется тем, что в мировом земледелии в последнее время наметилась устойчивая тенденция к дальнейшему сокращению земельных угодий, приходящихся на душу населения. Ежегодно в мире отчуждается до 25 млн. га сельхозугодий, что эквивалентно потере пищевых ресурсов для 84 млн. человек [140].

и

1.2 Средства снижения воздействия на почву ходовых аппаратов

В условиях интенсификации сельскохозяйственного производства одно из определяющих требований к тракторам - повышение их производительности, что неизбежно ведет к увеличению общей массы машинно-тракторных агрегатов и, как следствие, большому уплотнению почвы [37].

Один из важных показателей технического уровня тракторов -соблюдение экологических требований ГОСТ 26955-86, ограничивающего воздействие движителей на почву. По этому показателю абсолютное большинство выпускаемых тракторов в настоящее время в 1,5 - 3 раза превышает допустимые нормы.

Уровень воздействия зарубежных тракторов на почву также превышает допустимый , однако степень превышения у них значительно меньше, чем у наших тракторов, за счет более широкого использования средств уменьшения давления на почву и повышения тягово-сцепных качеств.

Один из существенных недостатков тракторов отечественного производства - несовершенство их ходовых систем, вызывающих чрезмерное уплотнение почвы [65].

Совершенствование ходовой системы тракторов - один из основных способов предотвращения избыточного давления на почву. С этой целью ходовые системы оснащаются сдвоенными и строенными колесами, широкопрофильными и арочными шинами, полугусеничным ходом, шинами с радиальным кордом и др. При этом, с одной стороны обеспечивается большая площадь контакта с поверхностью почвы, что снижает давление на нее, с другой - повышаются тягово-сцепные кач�