Агротехнические показатели функционирования ходовой системы зерноуборочного комбайна высокой производительности

Введение. Появление на полях страны новых зерноуборочных комбайнов высокой производительности вызвало необходимость решения сложных инженерных задач по разработке способов и методов повышения показателей функционирования их ходовых устройств, с целью улучшения качества выполняемого комбайнами рабочего процесса, снижения часового расхода горюче-смазочных материалов, повышения уровня условий труда операторов, а также уменьшения уплотнения почвы [1–5].

Движитель зерноуборочного комбайна, перекатываясь по почвенному опорному основанию, деформирует почву, перемещает её и способствует дроблению почвенных частиц, поэтому изменяются воздушный и тепловой, а также водный режимы почвы, что приводит к ухудшению биологических процессов в почве, и, как следствие, к снижению урожайности [1–7].

Внутреннее строение шин оказывает большое влияние на эксплуатационные показатели шин. Одним из основных элементов, испытывающих радиальные и тангенциальные деформации шины, является корд [2].

В шинах диагональной конструкции (рисунок 1 а ) нити корда, располагаясь от борта к борту под углом 15º–45º к меридиану в обоих направлениях, образуют в боковых стенках чрезмерно жёсткую оболочку [2], что определяет общую высокую жёсткость такой шины. У радиальных шин (рисунок 1 б ) корд располагается к меридиану под углом 0º–15º [2]. Радиальные шины обладают большой податливостью, имеют лучшие, по сравнению с диагональными, тягово-сцепные свойства, а также развивают большую по величине площадь контакта с опорной поверхностью.

а                          б

Рисунок 1 – Конструктивное исполнение диагональных ( а ) и радиальных ( б ) шин ведущих колёс

Целью работы является получение сравнительных агротехнологических характеристик ходовых систем зерноуборочных комбайнов высокой производительности, укомплектованных пневматическими шинами с разным строением корда.

Объект исследования – технологические процессы воздействия на почву шин 30,5L-32 и 30,5R-32 при комплектации ими зерноуборочных комбайнов.

Предмет научных исследований – закономерности изменения агротехнологических показателей диагональных и радиальных шин типоразмера 30,5-32 ведущих движителей зерноуборочных комбайнов.

Метод исследования и условия проведения экспериментов. Метод исследования – экспериментальный с использованием шинного тестера и специально разработанных приспособлений для определения деформаций почвенного опорного основания.

Для ускоренного проведения научноисследовательских работ испытания шин типоразмера 30,5-32 проводились на специальных мобильных установках типа «шинный тестер» [8], а также на зерноуборочном комбайне во время уборки зерновых колосовых. Комплекс измерительной аппаратуры позволял фиксировать [2, 3, 4] деформационные показатели шины движителя комбайна, крутящий момент, подводимый к движителю, угол поворота и частоту вращения оси ведущего колеса, длину пятна отпечатка шины, напряжения в пахотном и подпахотном горизонтах почвы.

Результаты исследований. В соответствии с программой были проведены экспериментальные исследования уплотняющего воздействия шин зерноуборочных комбайнов на почву.

Контурная площадь контакта шины, определяемая по методике ГОСТ 26953-86 на шинном тестере [8, 9], у радиальной шины больше на 13%, чем у шины диагональной конструкции.

Для определения давления в пятне контакта шин с опорным основанием на двух или трёх её грунтозацепах, располагающихся по соседству, устанавливались специальные датчики [2, 3, 4, 9].

Запись давлений в контакте шины с почвой производилась при качении ведущего колеса. Длина опытного участка выбиралась в пределах 200–250 м с целью устранения влияния микрорельефа почвы на итоговые показатели и получения необходимой достоверной информации, обеспечивая не менее чем пятидесятикратную повторность реализаций [2, 3, 4, 5, 9].

Длина контактного отпечатка l по месту расположения каждого датчика определялась непосредственно из осциллограммы:

Li

^Ік=          Mi ,               (1)

n где L – длина контактного отпечатка на осциллограмме для i- повторности;

– масштаб длины контактного отпечатка.

Масштаб длины контактного датчика с почвой определяется из соотношения

A i = 2-^      1 „„ ,         (2)

где l – длина записи на осциллограмме, ко-осц торая соответствует одному обороту колеса при его испытании;

r^c – радиус колеса при свободном режиме качения.

Определение действительной площади контакта шины с почвой можно осуществить по формуле f„ = j ,,        (3)

где Sj - ширина j -ой контактной площадки шины ведущего колеса с почвой.

Результаты измерений давления на выступах грунтозацепов шин зерноуборочного комбайна с комплектацией диагональными 30,5L-32 и радиальными 30,5R-32 шинами при проведении уборочных работ представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Параметры контакта шин зерноуборочного комбайна с почвой

Варианты шин 30,5-32	Площадь контакта, см2	Среднее давление, кПа	Максимальное давление, кПа	Коэффициент неравномерности давлений по длине
30,5L-32	4540	147,4	431,6	1,2
30,5R-32	4680	143,4	417,9	1,1

Анализ показывает, что характер уменьшения нормальных напряжений по глубине в почве для обоих вариантов испытываемых шин идентичен, но воздействие этих шин на пахотный и подпахотный горизонты почвы различно. По величине напряжения в пахотном горизонте почвы (0–30 см) преимущество радиальных шин несомненно. Значения напряжений, возникаю- щих в пахотном горизонте почвы (0–30 см) при прохождении шин диагональной конструкции, более чем на 26% выше, чем под шинами радиальной конструкции.

Значения возникающих максимальных давлений на почву, полученные по стандартной методике (ГОСТ 26953-86) [1, 2, 5], показывают, что максимальные давления меньше на 18% у радиальной шины по сравнению с диагональной шиной.

Средние значения давлений в контакте (см. таблицу 1) испытываемых моделей шин с почвой различны: большие – у шины 30,5L-32, меньшие – у шины 30,5R-32, причем величина средних давлений пропорциональна площадям контакта. Давление по длине контакта у радиальной шины более равномерное.

Для того чтобы измерить напряжения в почве на различной глубине, использовались специальные датчики конструкции АЧИМСХ [2, 5, 9, 10]. Датчики напряжений устанавливались в ниши вертикальной скважины на различной глубине: 5, 10, 20, 30 и 40 см и 10, 20, 30, 40 и

50 см. В первом случае комбайн с работающей молотилкой наезжал на место установки датчиков и останавливался (это необходимо для изучения возникающих в почве деформаций в пахотных и подпахотных горизонтах). Во втором -комбайн с работающей молотилкой проезжал по месту установки датчиков, не останавливаясь. На опытном участке вертикальные скважины располагались на расстоянии 25 м друг от друга [2, 5, 9, 10].

Представленные в таблице 2 данные, полученные при проведении экспериментальных исследований, показывают, что по мере увеличения глубины максимальные нормальные напряжения в почве уменьшаются.

Таблица 2 - Показатели уплотнения почвы зерноуборочными комбайнами

Варианты шин	Максимальные нормальные напряжения, кПа
	Пахотный горизонт, см			Подпахотный горизонт, см
	0	10	20	30	40	50
30,5L-32	660	477	305	185	100	52
30,5R-32	484	350	224	135	90	50

Экспериментальные данные показали, что ни одна из двух испытанных шин преимущества по величине напряжений в подпахотном горизонте практически не имеет. Это объясняется тем, что при высокой массе комбайна, напряжения в почве распространяются ниже пахотного слоя и накапливаются в подпахотных

Физические свойства почвы под воздействием движителей зерноуборочного комбайна высокой производительности изменялись (таблица 3) существенно: плотность сложения почвы на глубине до 20 см по сравнению с фоном увеличилась на 7,8–8,6%.

горизонтах.

Таблица 3 - Показатели агрофизических свойств почвы при прямом комбайнировании озимой пшеницы

По фону и по следу шин комбайна	Пахотный горизонт				Подпахотный горизонт
	Плотность сложения, г/см3	Общая скважность, %	Скважность аэрации, %	Влажность, %	Плотность сложения, г/см3	Общая скважность, %	Скважность аэрации, %	Влажность, %
Фон	1,16	54,5	27,6	26,9	1,26	51,9	25,7	23,8
30,5L-32	1,26	50,2	27,3	22,9	1,27	50,7	26,0	22,3
30,5R-32	1,25	50,7	25,9	24,8	1,27	50,7	26,1	22,8

По следам ведущих колёс, независимо от комплектации различными вариантами шин, по сравнению с фоном в подпахотном горизонте влажность и плотность сложения почвы изменялись незначительно, что подтверждается по- казателями общей скважности, а также скважности аэрации.

Анализ результатов экспериментальных исследований показывает, что по следам ведущих колёс комбайна во всех горизонтах плот- ность сложения и общая скважность почвы не превышают равновесных значений (соответственно 1,27 г/см3, 50,7%) для карбонатного чернозёма, наиболее распространённого в Ростовской области и Краснодарском крае. Меньшее воздействие на почву по анализируемым показателям оказывает зерноуборочный комбайн при его комплектации шинами радиального типа исполнения.

В соответствии с программой экспериментальных исследований нами были проведены экспериментальные исследования по установлению величины энергетических затрат, необходимых на проведение основной обработки почвы после уборки кукурузы на зерно комбайнами, укомплектованными различными по кон- структивному исполнению шинами при влажности почвы около 0,9 НВ.

Рисунок 2 - Пахотный агрегат

Для установления энергетических затрат на основную обработку почвы по следу ведущих колёс комбайна с различными вариантами шин был использован пахотный агрегат (рисунок 2)

в составе гусеничного трактора ДТ-75Б и специально изготовленного динамометрического трёхкорпусного полунавесного плуга (рисунок 3).

1– механизм параллелограммный; 2 – звено тяговое ВИСХОМ; 3 – рама плуга Рисунок 3 – Корпус плуга динамометрический

Измерение возникающего сопротивления на пахоте осуществлялось с помощью тягового звена (см. рисунок 3), установленного на среднем динамометрическом корпусе, который соединён с рамой плуга посредством параллело-граммного механизма, имеющего возможность перемещаться в ограниченных пределах на шариковых подшипниках. Этот корпус при произ- водстве операции основной обработки почвы направлялся точно по центру следа ведущего колеса комбайна. При пахоте скорость движения агрегата была равна 7,5 км/час.

Измеряя ширину и глубину при пахоте, можно по данным экспериментальных исследований вычислить удельные сопротивления корпуса плуга (таблица 4).

Таблица 4 - Удельное сопротивление корпуса плуга при пахоте

Варианты шин и фон	Фон	30,5L-32	30,5R-32
Удельное сопротивление динамометрического корпуса плуга, Н/см2	4,27	9,30	7,40
Прирост удельного сопротивления, %	–	117,8	73,3

Из данных таблицы 4 следует, что энергетические затраты на пахоту почвы, уплотненной шинами зерноуборочных комбайнов высокой производительности, по сравнению с затратами на фоне существенно возрастают. Как показали проведённые испытания, прирост удельного сопротивления почвы по следу движителей комбайнов составил от 73,3% до 117,8%. Степень роста энергетических затрат в значительной мере зависит от конструктивных особенностей шины. Причём она более значительна (до 117,8%) по следу колёс с шинами диагональной конструкции, так как они имеют меньшую контактную площадь с опорным основанием, что подтверждается значениями удельного сопротивления (таблица 4) и напряжениями в пахотных и подпахотных горизонтах почвы (таблица 2).

Применение шин 30,5R-32 позволит уменьшить энергетические затраты при пахоте почвы после уборочных работ более чем на 20%.

Выводы

• 1.    Средние давления в пятне контакта с почвой для диагональных и радиальных шин различны: большие – у шины 30,5L-32, меньшие – у шины 30,5R-32, причем их величина пропорциональна площадям контакта. Давление по длине контакта у радиальной шины более равномерное.

• 2.    Значения возникающих максимальных давлений на почву, полученные по стандартной методике (ГОСТ 26953-86), показывают, что максимальные давления меньше на 18% у радиальной шины по сравнению с шиной диагональной конструкции.

• 3.    Значения напряжений, возникающих в пахотном горизонте почвы (0–30 см) под действием диагональных шин, более чем на 26% выше, чем под шинами радиальной конструкции.

• 4.    Показатель, характеризующий плотность сложения почвы, при проходе зерноуборочного комбайна в пахотном горизонте увеличился по сравнению с фоном от 7,8 до 8,6% (большие значения - при комплектации комбайна диагональными шинами).

• 5.    Применение шин 30,5R-32 на зерноуборочных комбайнах позволит уменьшить энергетические затраты при пахоте почвы после уборочных работ более чем на 20%.

• 6.    Рекомендуется устанавливать на зерноуборочных комбайнах большой мощности шины радиальной конструкции.