CC BY
21
УДК 656.137
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МАШИН ВЫСОКОЙ ПРОХОДИМОСТИ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ НЕФТЕПРОВОДА
НА ДАЛЬНЕМ ВОСТОКЕ
М.В. Канделя1, Н.М. Канделя2, В.Н. Рябченко3 'ЗАО «Биробиджанский комбайновый завод «Дальсельмаш», г. Биробиджан;
2Управление сельского хозяйства Правительства ЕАО, г. Биробиджан; Дальневосточный государственный аграрный университет, г. Благовещенск
В статье рассмотрены вопросы использования гусеничных машин высокой проходимости, приведены данные исследований по определению влияния воздействия на почву разных движителей. Применение ходовых систем с резиноармированными гусеницами в разных мобильных машинах позволяет реализовать принципы ресурсосбережения и экологически допустимого воздействия на почву и повысить их экологический эффект.
В настоящее время наблюдается активизация производственно - хозяйственной деятельности на территории Восточной Сибири и Дальнего Востока. Анализ ресурсной базы по содержанию полезных ископаемых и особенно по нефти показывает, что выявленные и в значительной мере разведанные месторождения в состоянии удовлетворить внутренние потребности региона и обеспечить крупные поставки углеводородного сырья на Азиатско-Тихоокеанский рынок. Технологическое решение использования нефтеприродных ресурсов осуществляется путем строительства нефтепровода (рис. 1).
Его протяженность по территории Дальнего Востока составляет: Читинская обл. 300,8 км. Амурская обл. -1402,8 км. Еврейская автономная область (ЕАО) -
328,1 км. Хабаровский край - 245,8 км. Приморский край - 545,2 км.
Техническое решение этой масштабной стройки очень многогранно. Строительство нефтепровода, его эксплуатация и выполнение комплекса природоохранных
мероприятий по защите окружающей природной среды, обеспечивающей исключение или максимальное снижение возможного негативного воздействия, потребуют привлечения многочисленной мобильной техники. Ведущая роль принадлежит автомобильному транспорту, в том числе и транспорту высокой проходимости.
Как известно, формирование сети автомобильных дорог на Дальнем Востоке определяется исторически сложившимся территориальным размещением производства и населения. Наиболее благоприятные климатические и природные условия южной и юго-восточных частей Читинской, Амурской, Еврейской автономной областей способствовали более активному экономическому развитию и транспортному освоению региона. По Дальнему Востоку проходит автомобильная дорога «Амур» от Читы до Хабаровска, которая большей своей частью прилегает к будущей трассе нефтепровода. Она проходит от 300 м до нескольких км от транссибирской железнодорожной магистрали и будет являться основой
Рис. 1. Маршрут транспортировки Российской нефти в страны Азиатско-Тихоокеанского региона (конечная точка - Перевозная)
транспортной сети, используемой при строительстве и эксплуатации нефтепровода.
Транспортная сеть района нефтепровода в настоящее время по параметрам и техническому состоянию большинства наиболее грузонапряженных автомобильных дорог Дальнего Востока не соответствует сложившимся размерам транспортных потоков. Ухудшение экологической обстановки, высокий уровень аварийности и другие факторы не позволяют достигнуть современного уровня доставки грузов и пассажиров в регионе. Все это настоятельно требует безотлогательных мер по совершенствованию и развитию автомобильных дорог. С другой стороны, дефицит финансовых средств не позволяет в короткие сроки исправить данную ситуацию.
Плотность автомобильных дорог общего пользования с твердым покрытием на 1 тыс. км2 территории Дальневосточного федерального округа составляет 5,3 км, что является очень низким показателем. В частности, Еврейская автономная область, имея более выгодное географическое положение в регионе, по плотности дорог в Дальневосточном федеральном округе занимает первое место и имеет самые высокие показатели -
53,1 км. В целом в зоне тяготения к трассе нефтепровода дороги находятся в удовлетворительном состоянии, что способствует активному экономическому развитию и транспортному освоению.
Потребуется строительство и новой транспортной сети вдоль трассы нефтепровода. Однако и строительство, и содержание автомобильных дорог, особенно в специфических условиях оксилеротации на Дальнем Востоке (частые ливневые дожди, паводки и подъем воды в реках от таяния снега и сброса на гидростанциях и т.п.), зачастую является большой народнохозяйственной проблемой. В этих условиях использование высокопроходимой техники является и актуальным, и экономически целесообразным.
Мировой и отечественный опыт позволяет создавать большой парк транспортных средств для обеспечения проходимости мобильных машин. На Дальнем Востоке России имеется необходимая база и все условия для оснащения гусеничными ходовыми системами комплекса мобильных машин, удовлетворяющих экстремальной, агротехнической и экологической проходимости. Бывший завод «Дальсельмаш» (ныне ЗАО «Биробиджанский комбайновый завод «Дальсельмаш»), в творческом сотрудничестве с ДальГАУ и ДальНИПТИМЭСХ имеет многолетний опыт в разработке и использовании машин высокой проходимости в сложных условиях сельскохозяйственных работ и для обеспечения технологических процессов в условиях бездорожья.
Уже более 40 лет выпускаются и модернизируются гусеничные ходовые системы для специфических условий Дальнего Востока. На сегодняшний день есть реальная возможность существенно улучшить техникоэксплуатационные качества региональных гусеничных машин, повысить их надёжность, проходимость и экосовместимость [1]. Это очень важная народнохозяйственная задача, так как по критерию максимально допустимого давления на почву [2] ни одно серийное энергетическое средство не отвечает требованиям экологически безопасного воздействия на почву. Жесткий кон-
такт с дорогой порождает проблему улучшения эргономики (условий труда) и асфальтоходности.
Исследования гусеничного движителя в условиях Дальнего Востока показывают, что металлические гусеницы, обладая высокой проходимостью, оказывают вредное воздействие на почву: разрушают структуру, уплотняют плодородный слой, нарушают агрофизические процессы и экологию. Особенно отрицательное воздействие ходовых систем на почву проявляется в зонах, подверженных переувлажнению.
Сегодня вопросы охраны окружающей среды и в том числе сохранения плодородия почвы, приобретают важное народнохозяйственное значение. Верхний растительный покров является ценным, но медленно возобновляющимся природным ресурсом. В результате передвижения транспортных средств верхний растительный покров подвергается деструкции. То же происходит при проходе тяжелой техники по дну рек, ручьев и водоемов. Последнее влечет за собой увеличение мутности воды, вынос мелких взвесей и заиливанию участков водотоков на большое расстояние (до 1000 м). При этом уничтожаются биотопы бентических организмов, основного питания туводных рыб, нарушается сложившаяся экосистема и соответственно продуктивность. Кроме того, воздействие ходовых систем вне дорог уничтожает редкие виды растений и деревьев.
Перспективным направлением совершенствования гусеничной ходовой системы является использование резиноармированных гусениц [3], получивших широкое распространение в конструкциях гусеничных машин за рубежом. В настоящее время крупнейшие тракторные и комбайновые фирмы: Джон Дир, Катерпиллер, Клаас, Кейс, Нью-Холланд и другие - ведут опытные разработки и серийный выпуск тракторов и комбайнов на резиноармированных гусеницах, что позволяет в сравнении с традиционной для западных стран колесной техникой снизить вредное воздействие на почву и улучшить тяго-во-сцепные свойства машин. Для России, и в частности для Дальнего Востока, использование резиноармированных гусениц имеет особое значение, так как отечественная промышленность в течение многих лет выпускает тракторы и комбайны на металлических гусеницах.
Поисковые исследования уборочно-транспортных машин высокой проходимости на резиноармированных гусеницах конструкции и производства японской фирмы «Бриджстоун» («Bridgestone») [3,4] выявили их значительные преимущества перед металлогусеничным движителем, особенно в плане их экологического соответствия и повышения надежности гусеничной ходовой системы и машины в целом. По результатам исследований, ресурс до предельного состояния резиноармированных гусениц в сравнении с серийными возрос в 4,5 раза (20000 км у резиноармированной гусеницы, 4500 км у металлической). Только после пробега 20000 км наблюдались трещины и изломы на беговых дорожках резиноармированных гусениц в местах размещения металлических закладных элементов.
С целью оценки влияния воздействия на почву типа и параметров гусеничных ходовых систем были проведены расчеты по ГОСТу 26953-86, ГОСТу 26955-86 и
по методике научно-производственного объединенияна-учного автотранспортного института (НПО НАТИ). Максимальное давление на почву гусеничного движителя определялось по формуле:
9шах=^р, (1)
где ъср - средний коэффициент неравномерности рас-
пределения давления; К - коэффициент, зависящий от величины тяговой нагрузки; qc- среднее давление гусеничного движителя на почву
Сущность метода НПО НАТИ заключается в определении расчетного показателя, уплотняющего воздействия ходовой системы на почву Критерием для оценки уплотняющего воздействия рассматривается изменение плотности почвы при образовании следа в процессе прохода гусеничной машины по полю. Плотность почвы в следе движителя:
Реп = Ро + аи~ (2)
где ро - плотность почвы на контрольном участке (р0 =1,17); а - динамический коэффициент для напряжения сг_:
а =
Е0Н
(3)
где U - показатель уплотняющего воздействия ходовой системы на почву; v - коэффициент бокового расширения; Е — модуль общей деформации почвы; Н-глубина распространения деформации.
Показатель уплотняющего воздействия [2] рассчитывается по формуле:
U — , (4)
где ю - коэффициент, зависящий от размеров и формы опорной поверхности движителя; b - ширина движите-
Максимальное давление определяется по выражению:
^/шах — ^/шах. ^ • (5)
где А - коэффициент пропорциональности.
Его величина:
Штт (1 -Штт)
А=^- + ------^ат
М,
М,
(6)
где тн- масса неподресорных частей; М- эксплуатационная масса машины; аТ - динамический коэффициент для максимального давления.
Результаты измерений и соответствующих расчетов приведены в табл. 1.
Приведены линии влияния напряжений на глубине 0,02 м под движителями с различными ходовыми системами. Анализ результатов воздействия на почву показывает следующее.
По степени увеличения воздействия на почву (от меньшего к большему) испытывавшиеся объекты располагаются в такой последовательности:
ТГР-4<ТГР-3<ДТ-75<КСП-0 ККСП-80
Установка РАГ (Вар. №3, ТГР-3) приводит к существенному (30 %) снижению уплотняющего воздействия его на почву.
Применение торсионно - балансирной подвески С РАГ ТГР-4 приводит к снижению воздействия на почву в 2,5 раза.
Воздействие на почву ТГР-4 (U=73,1 кН/м) находится ниже безопасного для почвы предела (U=75 кН/м).
При этом под РАГ напряжения в почве на глубине
0,2 м самые низкие, а уплотнение почвы в следах и глубина следа меньше, чем в следах трактора ДТ - 75, имеющего в 2,5 раза меньшую массу и одного из наиболее «легких» по воздействию на почву среди сельскохозяйственных тракторов.
Установка резиноармированной гусеницы на серийную ходовую систему приводит к снижению максимального давления и уплотняющего воздействия на почву (рис. 2). Несмотря на некоторое увеличение массы, коэффициент неравномерности распределения давления движителя с резиноармированной гусеницей в 1,7202,02 раза ниже, чем серийного. При этом улучшается эргономика машин, обеспечивается асфальтоходность и снижается техногенное воздействие на почву до экологически безопасного уровня.
Сотрудниками ЗАО Биробиджанский комбайновый завод «Дальсельмаш» разработана конструкция гусеничного движителя нового поколения (рис. 3), которая обеспечит надежную работу уборочно-транспортных машин, серийно выпускаемых для дальневосточного региона и вновь разрабатываемых на основе резиноармированных гусениц [5].
Ходовые системы с резиноармированными гусеницами на базе УЭС-РГ могут быть использованы для на-
Таблица 1
Результаты испытаний и расчетов по оценке воздействия на почву разных ходовых систем
№ Обозна чение объект ов испыта ния Напряжение , кПа Показатели воздействия на почву Показатели уплотнения почвы в следах движителей
эксп. на глуб. 0,2 м а0,2 расчет по ГОСТ 26954-86 Глуб. 0.5 расчет по ГОСТ 26953-86 по методике НАТИ плотность в слое 1 см 0-10 твер- дость почвы 10-20 твердое ть почвы суд. макс. глубина следа, см
ст0,5 ь кПа qT кПа Чг кПа СО С[тах кПа f/кН/м
1. КСП-01 П 4,0 25.3 3.06 39.9 122.0 1.73 170.0 182.0 1.400 1.464 15.3 5.7
2. КСП-80 192.0 30.8 4.12 48.5 200.0 1.73 206.0 221.0 1.422 1.500 16.7 6.2
3. ТГР-3 90.0 29.1 2.76 44.4 123.0 1.72 120.0 133.0 1.340 1.412 13.0 5.0
4. ТГР-4 60.0 29.8 1.85 45.9 84.9 1.76 64.0 73.1 1.29 1.37 12.0 3.5
5. ДТ-75 172.0 21.5 2.94 57.8 170.0 1.73 210.0 142.0 1.365 1.42 14.2 6.3
Рис. 2. Линия влияния напряжения на глубине 20 см под комбайнами с разными ходовыми системами:
1 - гусеничная тележка серийная; 2 - тележка с РАГ на торсионной подвеске опорных катков; 3 - тележка с РАГ на серийной подвеске
вески технологического оборудования, дорожно-строительной техники, машин для геологоразведки, работающих в труднопроходимых болотистых местах, машин для укладки нефтетрубопроводов и бытовых передвижных модулей.
По результатам испытаний, кроме отмеченных преимуществ, гусеничные ходовые системы с РАГ позволяют обеспечить:
1) повышение физической и экологической проходимости на почвах с низкой несущей способностью;
2) сохранение дорог и обеспечение асфальтоходнос-
ти;
3) уменьшение вибронагруженности и шума, что обеспечивает увеличение срока службы узлов ходовой системы и агрегатов машины, улучшает условия труда механизатора;
4) снижение трудоемкости технического обслуживания ходовой системы и обеспечение ресурса ходовых систем для мобильных машин не менее 12 лет.
ЗАО «БКЗ « Дальсельмаш» имеет производственные мощности для разработки и выпуска мобильной техники высокой проходимости, в том числе и с резиноармированными гусеницами. Такая техника остро необходима для регионов Дальнего Востока, в том числе и в связи со строительством и эксплуатацией трубопровода и позволит решить многие народно-хозяйственные проблемы в сложных транспортных условиях.
Рис. 3. Универсальное энергетическое средство на резиноармированных гусеницах
Применение ходовых систем с резиноармированными гусеницами в различных мобильных машинах позволяет реализовать принципы ресурсосбережения и экологически допустимого воздействия на почву и повысить их экономический эффект.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Ксеневич И.П. Внедорожные тягово-транспортные системы: проблемы защиты окружающей среды // Тракторы и сельхозмашины. 1996. №6. С. 18-22.
2. Ксеневич И.П. Ходовые системы - почва - урожай. М.: Агропромиздат, 1985. 304 с.
3. Канделя М.В. Исследование и обоснование технического уровня различных типов гусеничных ходовых систем уборочно-транспортных машин. Дисс... канд. техн. наук. Благовещенск, 1997. 162 с.
4. Рябченко В.Н. Исследование взаимодействия с почвой различных типов гусеничных движителей в схеме рисозерноуборочного комбайна / В.Н. Рябченко, А.М. Емельянов, А.В. Липкань / Проблемы механизации сельскохозяйственного производства Дальнего Востока. Благовещенск, 1990. С. 57-66.
5. Емельянов А.М. Разработка движителя с резиноармированными гусеницами / А.М. Емельянов, М.В. Канделя, А.В. Липкань, В.Н. Рябченко и др. // Техника в сельском хозяйстве. 2001. № 2. С. 14-16.
The problems of caterpillar vehicles of high drifting are considered in the article, the data concerning the research aimed at determining the affect of carious vehicles on the soil. The use of vehicles with caterpillars dressed in rubber in various mobile vehicles makes it possible to same the resources, to control there affects on the soil, and to increase their ecological effect.
