Оценка основных показателей агротехнической проходимости комбайна "Vector-410" в условиях Республики Дагестан

Введение. Республика Дагестан, площадь которой составляет 50,3 тыс. км2, расположена на юго-западной терри- тории Прикаспийской низменности и северо-восточных отрогах Кавказского хребта. Площадь сельхозугодий – 3 млн

231 тыс. га. Из них пахотные земли занимают 463,9 тыс. га, площадь под зерновыми культурами – 96,7 тыс. га. Средняя урожайность зерновых колосовых культур по данным отчётов Дагестанстата за последние 10 лет составляет от 28,9 до 29,7 ц/га, и только в Буйнакском районе этот показатель составляет 33,6 ц/га.

Агроресурсный потенциал Республики Дагестан на основании сведений того же Дагестанстата остается далеко неиспользованным. Так, например, пло- щадь неиспользуемых пахотных полей составляет почти 39,0 тыс. га, что объясняется низкой оснащённостью необходимой сельскохозяйственной техникой (таблица 1). Обеспеченность сельскохозяйственных предприятий составляет: мобильными энергетическими средствами (тракторами) – 47%, техникой для основной обработки почвы – 20%, посевными машинами – 72%, техникой для защиты растений – 40% и т.д.

Таблица 1 – Количественный состав основных единиц машинно-тракторного парка в АПК Республики Дагестан

Table 1 – Quantity of the main units of the machine and tractor fleet in the agro-industrial complex of the Republic of Dagestan

Годы Years	Сельскохозяйственная техника Agricultural machinery
	тракторы tractors	комбайны зерноуборочные combine harvesters	комбайны кормоуборочные forage harversters	косилки croppers	пресс-подборщики balers	сеялки sowing machines
1992	12150	2300	643	1551	1798	2123
2000	6187	1354	215	752	1029	1176
2005	4309	1022	149	535	811	928
2010	2816	1064	74	413	582	620
2015	2730	658	73	412	550	605
2020	2088	363	60	306	416	515
2024	2188	479	60	306	416	477

Главные поставщики сельскохозяйственной продукции, около 86,5%, в республике представляют собой малые формы хозяйствования.

На полях нашей страны, в том числе и в предгорных районах Дагестана, при уборке зерновых культур используются высокопроизводительные комбайны отечественного производства пятого поколения. Однако на основании вышеизложенного материала с точки зрения экономической эффективности использования техники на уборке зерновых культур необходимо более широко использовать комбайны четвёртого поколения «Vector-410» (хотя он начал выпускаться позже, чем «Acros-530») и его модификации. Зерноуборочный комбайн «Vector-410» оснащён практически тем же оборудованием, что и «Acros-530», но гораздо компактнее и экономичнее в использовании. В то время как «Acros-530» и другие его модификации требуют большого размаха и больших сезонных уборочных площадей, «Vector-410» целесообразно и экономически выгодно применять в малых и средних фермерских и крестьянских хо- зяйствах в условиях с относительно низкой урожайностью [1–5].

В соответствии с современными требованиями мобильную сельскохозяйственную технику (МСТ) целесообразно оценивать по её агротехнической проходимости на разных по типу и влажности почвах, а также энергетическим затратам на передвижение по агрофону [6–13].

Под термином «агротехническая проходимость» понимается способность машины перемещаться по поверхности поля с установленными требованиями по воздействию на почву, которые обуславливаются допустимым изменением её физико-механических свойств без нарушения потенциального плодородия.

Обобщающим показателем, который характеризует потенциальное плодородие почвы, является её объёмная масса, т.е. плотность сложения. Плотность сложения почвы является одним из главных регуляторов обеспечения растений доступными питательными веществами [14].

Для разных почв существует предельное и допустимое по уплотнению значение плотности сложения почвы. При плотности сложения наиболее распространённых на возделываемой территории Прикаспийской низменности каштановых, в том числе и тёмно-каштановых, почв, до 1,20 г/см3 наблюдается высокий уровень обеспеченности корней возделываемых культур всеми элементами питания. При увеличении плотности сложения почвы выше 1,30 г/см3 наблюдается постепенное снижение обеспеченности питательными веществами растений, и при достижении плотности сложения почвы 1,50 г/см3 снабжение растений питательными веществами достигает минимального уровня. Следует отметить, что плотность сложения каштановых почв менее 1,30 г/см3 наблюдаются сравнительно редко [14].

Целью исследований является определение показателей агротехнической проходимости зерноуборочных комбайнов «Vector-410».

Объект исследования – процесс взаимодействия ходовой системы комбайна «Vector-410» с агрофоном.

Материалы и методы исследования . В процессе исследований нами был принят экспериментальный метод с использованием измерительного комплекса «шинный тестер» (см. патенты на изобретения РФ № 2085891, 2092806 и др.), а также автотракторные весы, планиметр, малогабаритные потенциометрические датчики давлений движителя на почву и датчики напряжений, возникающих в различных слоях почвы после прохода движителя, сушильные шкафы, весы аптекарские, осциллограф К-12-22, персональный компьютер и т.д. [15–19].

При выполнении исследований предусматривалось определение основных показателей агротехнической проходимости (максимальные давления движителя на почву, напряжения, возникающие по слоям почвы, и плотность сложения почвы в различных слоях почвы) комбайна «Vector-410» [20, 21].

Ведущие колёса комбайна «Vector-410» комплектуются радиальными шинами типоразмера 28LR-26, техническая характеристика которых представлены в таблице 2. На колёса управляемого моста комбайна были установлены шины типоразмера 18,4R-24.

Для обеспечения нагрузки на левое ведущее колесо комбайна, как наиболее нагруженное при полных бункере и копнителе (таблица 2), производилось заполнение бункера и копнителя комбайна балластными грузами [13, 20]. Такая же нагрузочная масса на пневматический движитель устанавливалась и при испытаниях его на «шинном тестере».

Таблица 2 – Техническая характеристика шины движителя комбайна «Vector-410» Table 2 – Technical characteristics of the tire of the Vector-410 combine harvester propeller

№ п/п Point No	Параметры шины Tyre parameters	Ед. изм. Unit of measure	Значение параметров Value of parametres
1	Масса, приходящаяся на шину Mass per tire	кг kg	6150
2	Внутришинное давление воздуха Tire pressure	кПа kPa	171
3	Наружный диаметр Outer diameter	мм mm	1640
4	Ширина профиля Section width		712
5	Высота профиля в свободном состоянии Section height in free state		486
6	Высота профиля под нагрузкой Section height under stess		360
7	Шаг грунтозацепов Lug pitch		250
8	Высота грунтозацепов Height of lug		55
9	Статический радиус Static radius		690
10	Относительная радиальная деформация Relative radial deformation	%	25,9

Таблица 3 – Показатели, характеризующие почву на стерне озимой пшеницы Table 3 – Indicators characterizing the soil on winter wheat stubble

№ п/п Point No	Показатели Indicators		Значения Value
1	Микрорельеф поля, мм Microrelief of the field, mm		4,8
2	Высота стерни, см Height of stubble, cm		10
3	Наличие пожнивных остатков, % Presence of crop residues, %		3…4
4	Влажность почвы в слоях, % Soil moisture in layers, %	0–10	16,0
		10–20	18,5
		20–30	17,5
		30–40	18,7
		40–50	21,1
5	Плотность сложения почвы в слоях, г/см3 Soil bulk density in layers, g/cm3	0–10	1,19
		10–20	1,26
		20–30	1,31
		30–40	1,34
		40–50	1,35

Полевые испытания комбайна и отдельно взятого движителя с испытывае- мой шиной на агротехническую проходимость проводились на стерне озимой

пшеницы в соответствии с требованиями ГОСТ 7057-2001 и ГОСТ 20915-2011 (таблица 3).

Движение комбайна и «шинного тестера» осуществлялось со скоростью 5–6 км/ч. Расстояние между соседними проходами 5–6 м.

Площадь контакта колеса с агрофоном и давление в нём были определены по стандартной методике (см. ГОСТ Р 28656-2019) и специальной методике [10, 16, 17, 19, 21].

Специальная методика предусматривала установку малогабаритных потенциометрических датчиков [10, 15, 16, 17] на протекторе шин между их экваториальными и плечевыми зонами (рисунок 1).

Рисунок 1 – Размещение на шине датчиков измерения контактного давления движителя на почву

Figure 1 – Placement of sensors on the tire for measuring the contact pressure of the propeller on the soil

Для устранения влияния неравномерности почвенного фона и получения необходимой достоверности величины давления в контакте движителя с почвой, длина зачётного участка была 400–500 м, что обеспечивало 50–60-кратную повторность измерений.

При определении значений средних давлений пневматического колеса на почву производился долевой учёт показаний всех установленных на шине датчиков. То есть величина среднего давления определялась графоаналитическим интегрированием данных записей сигналов от каждого датчика:

- _ ZF q Zi, где F и l – площадь контакта датчика с почвой и длина кривой давления на осциллографической ленте от данного дат- чика.

По известным масштабам кривых сигналов на осциллографической ленте от всех датчиков можно достаточно точно получить размеры, форму и площадь контакта пневматического колеса с поч- вой.

Для определения средних давлений на почву выступами грунтозацепов д _выст и впадинами q _Bn между ними было произведено разделение площади на

20–24 участка по длине контакта колеса с почвой:

qвыст

^q i^CT :! i :Si XlfS t ; ^{Ч вп}

X^lvSi

XliSi '

где li, S _t - соответственно длина и ширина каждой площадки.

Среднее давление q _cp пневматического колеса на агрофон определялось с учётом выражения (1) по зависимости

_ ^ выст '^ выст + ^ вп '^ вп ^{q cp -}      ^ выст +^ вп    '

Для прямого измерения напряжений в слоях почвы (5; 10; 20; 30; 40 и 50 см) применялись (рисунок 2) специальные датчики 1 (авторское свидетельство № 1701822 СССР), которые устанавливались с небольшим натягом в специальные углубления 2, сделанные в вертикально расположенной скважине 3 [10, 15, 16, 17].

После установки в специальных углублениях (нишах) 2 датчиков и вывода измерительных проводов 4 на поверхность поля к записывающему устройству 5 скважина 3 закупоривалась беззазорно заглушкой 6. Это было необходимо для исключения осыпания почвы внутрь скважины при проходе над ней мобильного средства или «шинного тестера».

Рисунок 2 – Схема размещения датчиков для прямого измерения напряжений в слоях почвы Figure 2 – Layout of sensors for direct measurement of stresses in soil layers

Вертикальные скважины на участке проведения испытаний выполнялись по одной линии с расстоянием между ними 25–30 м. При движении комбайна или «шинного тестера» испытываемое колесо продольной осью перемещалось над скважиной, в которой располагались дат- чики напряжений. Запись показаний датчиков напряжений производили на расстоянии 10–12 м до подхода к первой скважине комбайна или «шинного тестера», а оканчивали её по мере удаления их от последней скважины на такое же расстояние. Повторность таких опытов для одного варианта испытываемой шины – тридцатикратная.

Первичным материалом для установления величины давлений движителя комбайна «Vector-410» на почву и нормальных напряжений в её слоях являлись осциллограммы, которые обрабатывались на персональном компьютере по имеющемся в нём программном обеспечении.

Влажность почвы и её объёмная масса определялась общеизвестным способом.

Результаты исследований и их обсуждение. Для определения значений величин максимального давления движителя комбайна на почвенное основание по стандартной методике (ГОСТ Р 58656-2019) были последовательно определены контурная площадь контакта колеса [15, 16, 19, 22] с помощью планиметра, площадь контакта движителя комбайна со стернёй озимой пшеницы, среднее и максимальные давления комбайна на почвенное основание (таблица 4, рисунок 3).

Таблица 4 – Площадь контакта движителя с опорным основанием и значения давлений ведущих колёс комбайна «Vector-410» на него (по ГОСТ Р 58656-2019)

Table 4 – Contact area of the propeller with the mount and the values of the pressure of the drive wheels of the Vector-410 combine on it (according to GOST R 58656-2019)

Показатели Indicators		Значение Value
Площадь контакта движителя с опорным основанием, см2 Contact area of the propeller with the mount, cm 2	Жёсткое основание Rigid mount	3885
	Стерня озимой пшеницы Winter wheat stubble	4080
Давление движителя на почвенное основание (стерня озимой пшеницы), кПа Pressure of the propeller on the mount (winter wheat stubble), кPа	Среднее Average	147,9
	Максимальное Maximum	211,8

Рисунок 3 – Контурная площадь контакта (-----)

и распределение давления по ширине протектора шины 28LR-26 (–––) движителей комбайна «Veсtor-410» на стерне озимой пшеницы Figure 3 – Contour contact area (-----) and pressure distribution across the tread width of the 28LR-26 tire (–––) of the propellers of the Vector-410 combine harvester on winter wheat stubble

Следует отметить, что по значениям максимального давления, определённых по стандартной методике, на полях с любой влажностью почвы ходовая система комбайна «Veсtor-410» на шинах типоразмера 28LR-26 не соответствует ГОСТ Р 58655-2019 (не более 80–210 кПа в зависимости от периода года).

При определении действительных максимальных давлений, создаваемых движителями комбайна «Vector-410» на стерне озимой пшеницы, по специально разработанной методике после обработки осциллограмм (рисунок 4) было установлено, что распределение давлений по ширине протектора шины движителя имеет явно выраженный провал в экваториальной зоне (см. рисунок 3), а по длине контакта – близкое к трапецеидальному (рисунок 4).

• 1,    2, 3, 4, 5 – показания датчиков давления в соответствии с рисунком 1

Рисунок 4 – Осциллограмма сигналов датчиков давлений по длине контакта с почвой движителей комбайна «Veсtor-410» на шинах 28LR-26 на стерне озимой пшеницы

• 1,    2, 3, 4, 5 – pressure sensor readings in accordance with Figure 1

Figure 4 – Oscillogram of pressure sensor signals along the length of contact with the soil of the combine’s propellers «Veсtor-410» on 28LR-26 tires on winter wheat stubble

Первое показывает определённую перегруженность шин, а второе вообще характерно для шин низкого давления [4] и, очевидно, свидетельствует о значительном напряжённом состоянии резинокордной оболочки.

Обработка данных осциллограмм регистрации давлений датчиков, установленных на протекторе шин 28LR-26 ведущего моста комбайна «Veсtor-410», показала их несоответствие требованиям ГОСТ Р 58655-2019 по максимальной величине максимальных давлений при работе на полях республики.

В результате обработки осциллограмм с помощью программного обеспечения, имеющегося в персональном ком- пьютере, получены зависимости максимальных нормальных напряжений от глубины залегания слоёв почвы (таблица 5).

Они показывают, что величина этих напряжений в почве с низкой влажностью определяется в слоях пахотного (0–30 см) горизонта в основном массой, приходящейся на испытываемое колесо: среднее напряжение в пахотном горизонте, создаваемое движителем комбайна «Vector-410», составляет 211–212 кПа.

В подпахотном горизонте величина напряжений, создаваемых движителями комбайна «Vector-410», с увеличением глубины залегания слоёв почвы уменьшается.

Таблица 5 – Напряжения и плотность сложения в слоях почвы по следу движителей комбайна «Vector-410»

Table 5 – Stresses and bulk density in soil layers along the tracks of the Vector-410 combine’s propellers

Показатели Indicators	Единицы измерения Unit of measure	Глубина слоя почвы, см Soil layer depth, cm	Значение показателей Value of indicators
Напряжение в слоях почвы на стерне озимой пшеницы Stress in soil layers on winter wheat stubble	кПа кПа	0–10	352
		10–20	187
		20–30	96
		30–40	69
		40–50	17
Плотность сложения почвы в слоях агрофона по следу движителя на стерне озимой пшеницы Soil density in agricultural background layers along the track of the propeller on the stubble of winter wheat	г/см3 г/см3	0–10	1,27
		10–20	1,32
		20–30	1,35
		30–40	1,36
		40–50	1,36

На глубине 50 см величина напряжений составляет 17 кПа, что по ГОСТ Р 58655-2019 вполне приемлемо, так как допускаемые значения для различных условий функционирования исследуемого комбайна составляют 25–50 кПа. Между тем, расчёт этого же напряжения по методике ГОСТ 26954-2019 даёт величину порядка 81–85 кПа, и, следовательно, шины требованиям по напряжениям в почве не удовлетворяют. Такое несоответствие между результатами испытаний и расчётов можно объяснить тем, что стандартная методика, предложенная в ГОСТ 26954-2019, совершенно не учитывает физико-механические свойства почвы и поэтому не является совершенной.

После обработки образцов почвы по общепринятой методике вычислены значения плотности сложения и наименьшей существенной разницы (НРС) для неё. Величина последней, при достоверности 0,1, по следу движителя комбайна и фону составляет 0,03–0,05 г/см3. Поэтому приведённые в таблице 5 данные показывают, что уплотнение почвы в пахотном горизонте существенно, в подпахотном го- ризонте несущественно. Такая тенденция для плотности сложения, характеризующей остаточные процессы в почве при её уплотнении, согласуется с приведёнными ранее данными по максимальным нормальным напряжениям в почве, фиксируемым действие на неё движителя только в процессе контакта.

В целом плотность сложения почвы, изменившаяся под воздействием движителей комбайна «Vector-410», в её горизонтах не превышает критического для каштановой почвы значения.

Выводы. Максимальное давление ведущего моста комбайна «Vector-410» на почву, определённое по стандартной методике ГОСТ Р 58656-2019 (211,8 кПа) и полученное прямым измерением (более 400 кПа) не соответствует нормам воздействия движителей на агрофон (не более 80–210 кПа в зависимости от условий функционирования комбайна).

Напряжения в почве на глубине 0,5 м, вычисленные по методике ГОСТ 26954-2019 (81–85 кПа), не соответствуют нормам воздействия (ГОСТ Р 586552019) движителей на почву (не более 25– 50 кПа). Однако прямое измерение воз- никающих напряжений в почве на нормируемой глубине показывает (17 кПа), что комбайн «Vector-410» по этому показателю агротехнической проходимости вполне отвечает требованиям, предъявляемым к современной сельскохозяйственной технике.

Уплотнение почвы в её пахотном горизонте существенно (средняя величина коэффициента уплотнения пахотного горизонта равна 1,1), в подпахотном горизонте – несущественно. А фактическое значение плотности сложения почвы по следам движителей комбайна на испытываемых шинах не выходит за предел равновесного для неё значения. Это доказывает несовершенство стандартной методики определения агротехнической проходимости, поэтому она требует уточнения.