АГРОИНЖЕНЕРИЯ
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________
Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии.-2008.-№2.
2
Воронежский государственный аграрный университет
Исследование физико-механических свойств почвы на поворотной полосе
А.Н. Беляев, кандидат технических наук, доцент
Д.Г. Козлов, аспирант
В настоящее время накоплено большое количество экспериментальных данных о показателях тягово-сцепных свойств колесных и гусеничных машин в различных почвенных условиях, а также об уплотнении и распылении почв при работе машинно-тракторных агрегатов (МТА).
Однако это не стало пока основной теорией, объясняющей опыты и позволяющей прогнозировать показатели взаимодействия ходовых систем с почвой и определить пути улучшения этих показателей.
В настоящее время на смену универсально-пропашным тракторам классической компоновки поступают новые универсально-пропашные тракторы, работающие в составе комбинированных агрегатов.
Увеличение единичной массы технических средств вызывает повышение механического воздействия ходовых систем на почву, что приводит к ее уплотнению и другим негативным последствиям, снижающим плодородие и урожайность сельскохозяйственных культур.
Однако воздействие ходовых аппаратов этих тракторов на почву изучено мало, особенно на поворотной полосе при работе в междурядьях пропашных культур, не выявлены резервы снижения уплотняющего воздействия на почву ходовых систем этих тракторов. Актуальность этой проблеме добавляет то, что универсально-пропашные тракторы при междурядной обработке на полях средних размеров на совершение поворота затрачивают до 25-35% времени смены. В то же время проблема снижения динамического воздействия колес трактора на почву, ведущая к повышению ее плодородия, является комплексной и при ее решении необходим системный подход, учитывающий условия эксплуатации машин, технологию возделывания сельскохозяйственных культур, прогноз развития сельскохозяйственной техники.
Нами были проведены экспериментальные исследования по оценке твердости и плотности почвы на поле, подготовленном под посев, по следам трактора ЛТЗ-155 в составе комбинированного агрегата КРШ-8,1+НП-5,4+ЛТЗ-155+ССТ-18 (транспортное положение орудия) при повороте на поворотной полосе различными способами движения: 1 - передние управляемые колеса; 2 - передние и задние управляемые колеса (поворот осуществляется в разные стороны); 3 - комбинированный способ поворота 1, заключающийся в том, что на участке «вход в поворот» передние и задние колеса поворачиваются в одну сторону, то есть осуществляется движение «крабом»; при достижении колесами максимального угла поворота задние колеса возвращаются в нейтральное положение и дальнейший установившийся поворот происходит передними управляемыми колесами.
Перед проведением опытов с МТА были определены характеристики участков поля на основном участке и на поворотных полосах в результате контрольных замеров исходного физического состояния почвы: влажности, плотности, твердости.
Оказалось, что влажность почвы на поворотных полосах значительно ниже по всем трем исследуемым слоям по сравнению с основным массивом поля: 0…10см - 18,4% и 15,5%; 10…20см - 22,3% и 19,9%; 20…30см - 22,4% и 19,5%. почва колесный гусеничный ходовой
Плотность поля в слое 0…30см на поворотной полосе была 1,275г/см3 против 1,114 г/см3; твердость в слое 0…25см на поворотной полосе - 1,006МПа против 0,942МПа на основном массиве. Величины плотности и твердости Т близки к оптимальным значениям для рассматриваемого типа почвы 2. Как видно, плотность почвы на поворотной полосе на 14,5% выше, а твердость на 7%, чем на основном массиве поля.
Варьируемыми параметрами при испытаниях являлись скорость движения, давление воздуха в шинах и способ движения МТА.
На рис. 1, 2, 3 и 4 приведены графики зависимостей плотности почвы от скорости движения V МТА и твердости почвы Т от скорости движения V МТА при различных способах поворота и при давлении воздуха в шинах Рw=0,1МПа и Рw=0,16МПа.
Выявлено, что плотность и твердость Т почвы по следам движителей на поворотной полосе значительно увеличились в сравнении с контрольными замерами по всем вариантам опытов. С увеличением скорости движения наблюдается рост плотности и твердости из-за повышенного буксования движителей. Причем при движении по первым двум способам наблюдается более интенсивный рост показателей, особенно при скоростях V свыше 1,417 м/с, что можно объяснить прогрессирующим боковым скольжением МТА.
1 - способ поворота I; 2 - способ поворота II;
3 - способ поворота III
Pw=0,1МПа
Рис. 1
Максимальные значения с и Т были получены при скорости V=2,389м/с по всем способам движения при давлении воздуха в шинах Pw=0,16МПа (рис. 2, 3).
Эти значения равны:
I способ - с=2,37 г/см3, Т=2,604 МПа;
II способ - с=2,296 г/см3, Т=2,281 МПа;
III способ - с=1,657 г/см3, Т=2,202 МПа.
В сравнении с контрольными замерами увеличение соответственно составило: 85,9% и 2,6 раза, 80,1% и 2,27раза, 29,96% и 2,19 раза.
По сравнению с тем же режимом прямолинейного движения МТА с указанными параметрами увеличение соответственно составило: 62,2% и 28,8%, 57,2% и 12,8%, 13,4% и 9%.
Минимальные значения с и Т получены при V=0,72м/с при давлении воздуха в шинах Pw=0,1МПа:
I способ - с=1,64 г/см3, Т=2,31 МПа;
II способ - с=1,55 г/см3, Т=2,012 МПа;
III способ - с=1,49 г/см3, Т=1,95 МПа.
Это отличается от результатов контрольных замеров, соответственно, на 28,6% и в 2,3 раза; на 21,6% и в 2 раза; на 16,9% и 1,94 раза.
В сравнении с тем же режимом прямолинейного движения МТА с указанными параметрами увеличение соответственно: 17,9% и 24,1%, 11,5% и 8,1%, 7,2% и 4,8%.
1 - способ поворота I; 2 - способ поворота II;
3 - способ поворота III
Pw=0,1МПа
Рис. 2
1 - способ поворота I; 2 - способ поворота II; 3 - способ поворота III Pw=0,16МПа
Рис. 3
Исходя из анализа полученных зависимостей можно сделать вывод о том, что наиболее эффективным способом снижения динамического воздействия движителей на почву является движение по предложенному способу поворота III [1]. Уменьшение давления воздуха в шинах и выбор оптимальных скоростей движения МТА позволит получить минимальные значения плотности и твердости почвы при всех режимах движения и эксплуатационных изменениях.
1 - способ поворота I; 2 - способ поворота II;
3 - способ поворота III
Pw=0,16МПа
Рис. 4
Литература
1. Пат. 2240943 Российская Федерация, МПК7 С1 7В 62 Д 7/14. Система рулевого управления транспортного средства со всеми управляемыми колесами/Беляев А.Н., Глаголев Д.А., Козлов Д.Г.; заявитель и патентообладатель Воронеж. ВГАУ. №2240343 опубл. 27.11.04. Бюл. №33. 4с.:ил.
2. Водяник И.И. Воздействие ходовых систем на почву (научные основы). М.: Агропромиздат, 1990. 172 с.