CC BY
53
гионах с учетом зависимости сроков уборки сельскохозяйственных культур от теплообеспеченности.
Доказана необходимость выделения из сформированного (стратегического) состава МТП резервных технологических комплексов в соответствии с производственными задачами и погодными условиями текущего и предстоящего сезонов. В 2008 г. для уборки озимых зерновых культур в хозяйствах агрохолдинга, расположенных в южных районах Нижегородской области, были сформированы три РТК на предприятиях северных, центральных районов Нижегородской области и КабардиноБалкарской Республики.
Обоснована целесообразность выделения из всего комбайнового парка агрофирмы «Земля Сеченовская» постоянного РТК, состоящего из комбайнов марок СК-5, Mega и КЗС-3, для проведения уборочных работ в соседнем хозяйстве (агрофирма «Сеченовская»), входящем в состав агрохолдинга. Прибыль от использования РТК составила более 1500 тыс. р.
Разработаны рекомендации по формированию и использованию стратегического состава МТП и сезонных технолого-технических средств. Сезонный резерв технолого-технических средств для агрофирмы «Борская» формализован в МТС. Во все сезоны в агрофирме необходимо содержать стратегический парк тракторов в 32,15 у.э.тр.*, в том числе 27 у.э.тр. в хозяйствах и 5,15 у.э.тр. в МТС. В холодный сезон на полях хозяйств дополнительно должны работать 3,95 у.э.тр. из МТС (1,2 у.э.тр. — на стороне). В умеренно-холодный сезон потребности в тракторах МТС со стороны хозяйств нет: все
* Условный эталонный трактор.
они будут работать на стороне. В средний сезон-аналог на полях хозяйств дополнительно будет работать 2,4 у.э.тр. из МТС (2,75 у.э.тр. — на стороне). В умеренно-теплый и теплый сезоны-аналоги все тракторы МТС будут работать на полях агрофирмы. Однако в теплый сезон необходимо компенсировать дефицит в технике агрофирмы (2,95 у.э.тр.) двухсменной работой агрегатов на нарезке борозд, посадке, междурядной обработке и уборке картофеля, при посеве яровых зерновых и междурядной обработке кукурузы.
Общий ожидаемый экономический эффект от внедрения оптимального (стратегического) состава МТП и сезонного использования МТС составил 2787 тыс. р. (2069 тыс. р. фактически), в том числе за счет сокращения потерь урожая — 1331 тыс. р., за счет сокращения затрат на технику, не используемую в агрофирме и применяемую на стороне, — 1456 тыс. р.
Эффективность от внедрения методов сезонного резервирования и использования технологических систем на предприятиях Нижегородской области и Приволжского федерального округа выразилась в снижении комплексных затрат от использования МТП на 11_____15 % и получении дополни-
тельной прибыли за счет оказания услуг резервными технологическими комплексами.
Список литературы
1. Методы повышения эффективности механизированных производственных процессов по условиям их функционирования в растениеводстве: учебное пособие / Б.А. Арю-тов, А.Н. Важенин, А.В. Пасин [и др.]; под ред. А.Н. Важе-нина. — М.: Издательский дом «Академия Естествознания», 2010. — 364 с.
УДК 629.114.2.001
В.П. Лапик, канд. техн. наук, доцент
ФГОУ ВПО «Брянская государственная сельскохозяйственная академия»
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ ГУСЕНИЧНЫХ ДВИЖИТЕЛЕЙ НА ПОЧВУ
Ходовые системы тракторов и комбайнов являются главным источником негативного воздействия на почву. Колесные и гусеничные ходовые системы в разной степени оказывают влияние на почву. Колесные машины, в основном используемые при возделывании полевых культур, чрезмерно уплотняют почву, что приводит при многократном воздействии к увеличению сопротивления ее обработке. Гусеничные тракторы и самоходные уборочные комбайны, которые используются и при
возделывании полевых культур, и при работе на переувлажненных почвах, оказывают более щадящее воздействие на почву.
Согласно обобщенным данным, тяговое сопротивление в среднем повышается на 25 % по следу гусеничных движителей, на 40 % — по следу колесных и на 65 % после прохода комбайнов, автомобилей и прицепов [1].
Воздействие ходовых систем должно быть дифференцированным в зависимости от вида выпол-
няемых работ и характеристик данной почвы. Одна из важнейших характеристик почвы — влажность, и в первую очередь в зоне аэрации.
Самоходные уборочно-технологические гусеничные машины являются также источником вибрации вследствие неуравновешенности вращающихся рабочих органов и двигателя внутреннего сгорания, которые создают дополнительную, весьма сложную нагрузочную ситуацию на опорное основание машины. В результате вибрации изменяется сопротивление почвы деформациям, от которых увеличивается глубина колеи и сопротивление движению машины.
Одним из направлений сохранения экологической составляющей почвогрунтов является введение в конструкцию гусеничного движителя дополнительных систем гашения вибрации, например, путем применения вместо металлических опорных траков эластичных резинокордных конструкций и увеличение скоростных характеристик уборочных машин. За счет применения резинокордных траков достигается более равномерное распределение давления на почву, как статического, так и динамического. Значительную роль в этом играют демпфирующие свойства траков по отношению к вертикальным колебаниям корпуса машины.
Высшая степень водонасыщенности почво-грунтов в период уборки урожая создает специфические особенности при их деформации гусеницами уборочных машин. При уплотнении почвогрунта нагрузка должна преодолевать гидродинамическое сопротивление воды, вытесняемой из пор почво-грунта, а также сопротивления, связанные с деформацией грунтового скелета.
Под действием нагрузки перемещающиеся грунтовые пластины вытесняют воду, заполняющую поры. Скорость деформации почвогрунта в этом случае определяется скоростью просачивания воды по порам грунта, которая определяется формулой Дарси [1]:
V=кф8,
где 8 — гидравлический градиент — безразмерная величина, характеризующая потери напора на единицу фильтрационного пути; Кф — коэффициент фильтрации, имеющий размерность скорости.
Рассматривая деформацию более насыщенной водой почвы, например почвы пойменных лугов, выделим три фазы.
Первая фаза — образование сдвигов. В процессе уплотнения наступает такой момент, когда дальнейшее увеличение нагрузки вызывает расширение грунта (почвы) в горизонтальном направлении. При этом возникают очаги сдвигов и боковые перемещения частиц почвы. Осадки в течение второй фазы неравномерные и скачкообразные, растут бы-
Процесс деформации грунта
стрее, чем нагрузка. Если на первой фазе деформации грунта принять линейный закон:
h = fq),
где h — деформация; q — вертикальная нагрузка,
то вторая фаза (II) графически будет иметь вид, показанный на рисунке. По мере дальнейшего увеличения нагрузки состояние грунта (почвы) приближается к третьей фазе. При этом в результате преодоления сил сопротивления сдвигу и трению происходит значительное боковое смещение почвы в направлении наименьшего сопротивления. Выпирающая почва образует валок по сторонам колеи. Деформация почвы происходит без дальнейшего увеличения нагрузки.
На развитие деформации в почве влияет величина нагрузки и время ее приложения. При кратковременном действии нагрузки напряженное состояние почвы продолжается меньше того времени, которое необходимо для полного развития деформаций, соответствующих данной нагрузке, особенно в связных грунтах, которые деформируются относительно медленно.
Рассмотрим процесс формирования колеи в случае переменного в пространстве и времени давления на почву с учетом того, что деформации почвы незначительно отстают от изменения приложенного давления. В этом случае можно в поперечном сечении колеи использовать принятую схему деформирования жесткопластического полупространства плоским штампом.
В процессе роста давления, по мере набегания на деформируемое сечение направляющего участка гусеничного полотна, происходит деформирование почвы. Давление q, в данном случае, является активным, а противодействующее ему давление hy — пассивным (у — объемный вес материала). Поэтому коэффициент подвижности деформируе-
1 - sin m
мой среды ц =---------- стоит при значении гидро-
1 + sin ф
статического давления hy.
87
При переменной нагрузке на почву после первого пика давления следует его многократное снижение и повышение. Последующие пики давления могут быть как меньше первого, так и больше его, в зависимости от того, куда смещен центр масс машины — вперед или назад.
Предлагается учитывать каждый последующий пик давления как повторное прохождение машины, суммируя величину колеи по логарифмическому закону накопления повторных осадок. После первого пика давления q следует снижение нагрузки до величины q'. Определим условие, при котором величина колеи останется прежней из-за наличия внутреннего трения в почве.
При уменьшении давления q активным становится давление hy. Это давление, во-первых, должно преодолеть предварительное сопротивление q^. Во-вторых, необходимо уравновесить пассивное давление:
.1 + sin ф / ч
Aq = q -—:— exp (я гёф),
1 - sin ф
где ф — угол внутреннего трения, рад.
Таким образом, повторные пики нагрузки на почву происходят в условиях сформировавшейся и неразрыхленной колеи после предыдущего снижения давления. Поэтому можно считать, что изменение глубины колеи возможно только при появлении пиков нагрузки больших, чем предыдущие пики. При этом расчет конечной глубины колеи возможен по максимальному пику давления на почву:
Глубина колеи гусеничной машины с двумя типами траков при влажности почвы 65 %
Гусеничный движитель Расчетное значение h т Экспериментальное значение h3
С резинокордными траками
при q = 84 кПа г -«max 0,106 0,080
С металлическими траками
при qmax = 131 кПа 0,156 0,150
й - hp
А 1 М Р Ah = 32,00 46,60
h М
- qcp +
2bL + qmax qcp
- наибольший пик статического давления; q —
-ампли-
где #шах
среднее статистическое давление на почву; Ар -туда динамической нагрузки на почву вследствие колебаний машины; Ь — ширина траков; Ь — длина опорной поверхности гусеничного полотна; V — коэффициент, учитывающий сглаживание с глубиной колеи давления.
Приведенные выше выводы верны только при принятой схеме деформирования почвы как жесткопластического тела.
Особенности формирования колеи при переменной нагрузке на почву, выявленные выше, необходимо учитывать и при расчете составляющей сопротивления движению гусеничной машины от деформации почвы. С достаточной достоверностью можно считать, что существенная деформация почвы происходит под направляющим участком гусеницы и в дальнейшем — под опорным участком лишь при прохождении пиков давления больших, чем предыдущие. Последнее возможно, если центр масс машины смещен назад.
88
Обозначения: км, кр — глубина колеи с металлическим и резинокордным траками соответственно.
Для компенсации отрицательного эффекта от увеличения высоты траков вполне достаточно достигаемого при этом снижения динамических нагрузок на почву от вертикальных колебаний машины. Кроме того, следует ожидать снижения сопротивления качению от деформирования почвы за счет более равномерного распределения давления на почву и снижения пиковых давлений вдоль опорных поверхностей гусениц.
В соответствии с представленными аналитическими расчетами получены экспериментальные значениями глубины колеи (см. таблицу).
При проведении эксперимента на почве влажностью 42 % деформация почвы гусеничным движителем составляет незначительную величину, поэтому результаты ее измерения имеют большой разброс и здесь не приводятся.
Исходя из линейной зависимости Нэк = дшах - дкр, экспериментальным значениям глубины колеи определяем: к = 671 кПа/м; дкр = 30,3 кПа (к — коэффициент пластичности).
Анализ данных, приведенных в таблице, показывает, что расхождение между теоретическими и экспериментальными данными составляет величину незначительную. Как показали теоретические расчеты, более равномерное распределение давления снижает глубину колеи и компенсирует этим отрицательное влияние повышенной высоты траков.
Таким образом, результаты теоретических и экспериментальных исследований показали, что применение резинокордных траков вместо металлических позволяет обеспечить сохранность почвы и улучшить ее плодородие.
Список литературы
1. Воронин, В.А. Основы теории тракторов, автомобилей и самоходных сельскохозяйственных машин / В.А. Воронин. — Благовещенск: БСХИ, 1981. — 64 с.
2. Лапик, В.П. Совершенствование эксплуатационных качеств гусеничных движителей кормоуборочных комбайнов с резино-кордными траками: дис. ... канд. техн. наук / Лапик Владимир Павлович. — Брянск: Брянская ГСХА, 1995. — 168 с.
V,
