Воздействия на почву ходовых систем МТА и их оценка

Специалистами принято, что при экспертизе сельскохозяйственных МТА необходимо проводить анализ нагрузки движителей на почву. При этом критерием является вертикальная сила, действующая на колесо, которая складывается из веса машины, приходящегося на колесо, и внешних сил. Вертикальная сила передается на почву контактной поверхностью, образующейся между колесом и почвой. Для определения размера этой поверхности разработана специальная методика, недостатком которой является то, что она учитывает силы при статическом состоянии машины и не охватывает все возможные нагрузки, зависящие от размера колеса, ширины и диаметра пневматической шины, давления воздуха, количества слоев корда, типа каркаса шины (радиальный или диагональный), типа, состава, плотности и влажности почвы, состояния поверхности.

На почву со стороны шасси действуют не только вертикальные силы: ведущие колеса создают дополнительно горизонтальные усилия от силы тяги и торможения, управляемые колеса – силы сопротивления, действующие также в горизонтальной плоскости, а при работе машины на склонах и поворотах – дополнительные горизонтальные силы, направленные под различными углами к направлению движения. Все это увеличивает нагрузку на почву в зоне контактной поверхности.

Размер контактной поверхности шин в зависимости от вертикальной нагрузки и давления в них определяется по отпечаткам на твердом основании путем многократного опускания шины с окрашенным протектором.

Для получения заполненного отпечатка перед каждым повторным опусканием шину (колесо) поворачивают на небольшой угол (визуально). Контурные площади пятна контакта получают при различном внутришинном давлении и различных вертикальных нагрузках.

Нагрузки меняются в пределах соответствующих стандартов и технических условий завода – изготовителя шин. При этом учитываются возможные перегрузки шин определенных типов, возникающих на предельных скоростных режимах.

Каждую исследуемую шину сначала нагружают при максимально допустимом внутреннем давлении. Величина нагрузки составляет 60, 80, 100, 120 и 140% от номинального значения для различного внутреннего давления. В зависимости от нагрузки на колесо меняется контактная поверхность. Затем внутреннее давление в шине ступенчато уменьшают и снова проводят измерения. Для каждого значения давления определяется контактная площадь от 60 до 140% номинальной нагрузки, результаты заносят на общую диаграмму.

Диаграммы контактной площади шин определены для многих тракторов. Создана специальная картотека контактной площади шин.

Полученные отпечатки обрабатываются в соответствии с ГОСТ 26953-86 [1], чтобы определить максимальное давление для каждого отпечатка. Однако, этот ГОСТ имеет недостатки и в свое время был подвержен критике. Несмотря на это полученные данные ряда лет дают нам основание для сравнения различных шин. Контурную площадь пятна контакта шин определяют планиметрированием отпечатка. Давление на грунт легко рассчитать, если известны нагрузка на колесо и величина контактной поверхности для определенного давления в шине. Определенное таким образом давление является усредненной величиной и не дает данных о максимальном давлении, которое возникает в центре контактной площади, где деформация шин наибольшая. Усредненная величина давления неприемлема для окончательной оценки воздействия ходовых систем на почву. Эти данные можно использовать только для сравнения различных шин по воздействию на почву.

Для оценки воздействий ходовых систем МТА на почву нами принят комплексный показатель воздействия U.

Этот показатель может быть использован в качестве критерия для оценки уплотняющего воздействия на почву.

Допустимая величина показателя U определяется по формуле

U доп

Р доп - Р о

а

где а = Р о ( 1 -V 02 ) / Е о Н

Р _доп , Р _о -оптимальная и предельно допустимая плотность почвы;

V ₀, Е ₀ -коэффициент бокового расширения и модуль общей деформации почвы.

Многочисленными исследованиями, проведенными в России и других странах СНГ, установлено, что при U <  и_доп движитель не оказывает отрицательного воздействия на почву и не происходит снижения урожайности сельскохозяйственных культур.

Проведенный анализ показал, что установленная линейная взаимосвязь между урожайностью сельхозкультур и показателем U воздействия подтверждается опытными данными многих авторов, полученными в разное время в различных почвенно-климатических условиях и на различных сельскохозяйственных культурах. Ограничительным условием оптимального функционирования системы движитель - почва является условие U < [ U ] = 75 кН/м, которое определяет зону допустимого воздействия движителей сельскохозяйственных тракторов на почву [ 2 ] .

По данным, проведенным в табл.2.2, нами проведены расчеты по определению значения U для пахотных, посевных и пропашных агрегатов с колесными движителями.

Расчеты выполнены на персональном компьютере Пентиум IV с помощью программы Ecsel.

Составлены алгоритмы расчетов для гусеничных движителей, для колесных движителей с колесной формулой 3 х 2, 4 х 2, 4 х 4. При этом для колесных схем 4 х 4 – четыре колеса два следа и четыре колеса четыре следа составлены отдельные алгоритмы расчетов. Показатели воздействия на почву определены отдельно для каждого контактного колеса в соответствии с вертикальной нагрузкой, приходящейся на него.

Обобщенные данные приведены в табл.1.

Таблица 1. Уплотняющее воздействие U движителей МТА на почву, кН/м

Состав агрегата	Передние колеса		Задние колеса		Об щая
	ле вое	пра вое	лев ое	право е
«Магнум» 8940+LD-100	58	57,7	52/1 10	50,8/1 08,5	22 0,9
Т - 4А	-	-	-	-	14 3,4
МТЗ-80Х+СМХ-4+передняя секция КХУ-4	83,9		45,8	47,0	88, 4
МТЗ-80Х+КХУ-4	77,2		62,3	49,0	78, 2

Из таблицы 1 видно, что уплотняющее воздействие на почву отдельно взятых МТА при однократном проходе незначительно превышает допустимую норму. При проходе задних колес по следу передних уплотняющее воздействие их значительно возрастает.

Полученные данные показывают, что все изученные агрегаты по уплотняющему воздействию на почву превышают допустимую норму (75 кН/м). Самое большое уплотняющее воздействие на почву оказывают движители пахотных агрегатов.

Опыты по изучению изменения физико-механических свойств (плотности и твердости) почвы под воздействием колес трактора «Магнум» 8940 и гусениц трактора Т-4А проводились в период ранневесеннего боронования зяби.

При проведении опытов на передние колеса трактора «Магнум» 8940 были установлены шины 16,9 R30, а на задние 720/01 R38.

Необходимо отметить, что в опытах замеры плотности и твердости почвы сначала проводились по общему фону, а затем после прохода тракторов – по центру следов их движителей.

Данные, полученные в опытах, представлены в табл.2.

Таблица 2. Плотность и твердость почвы по вариантам опыта

	Плотность почвы, г/см3			Твердость почвы, МПа
Слой	до	по следу трактора		до	по следу
почвы	прохода			прохода	трактора
, см	тракторов	«Магну	Т-	тракторов	«Магну	Т-
		м»	4А		м»	4А
0...10	1,303	1,485	1,3	0,58	2,26	1,
10...20	1,349	1,571	89	0,96	2,74	12
20...30	1,369	1,515	1,4	1,17	3.02	1,
30...40	1,343	1,469	25	1,42	2,21	69
40...50	1,342	1,418	1,4	1,54	1,97	2.
			14			33
			1,3			1,
			89			92
			1,3			1,
			49			72

Как следует из данных, представленных в табл.2, в период предпосевной обработки почвы под воздействием движителей тракторов «Магнум» 8940 и Т-4А происходит значительное уплотнение почвы. По следам обоих тракторов плотность и твердость почвы существенно больше, чем до их прохода. Особенно сильное уплотнение почвы происходило под воздействием колес трактора «Магнум» 8940. Так, например, в слое 0…30 см после прохода трактора «Магнум» 8940 плотность и твердость почвы увеличились соответственно на 0,183 /см3 и 1,77 МПа, а после прохода трактора Т-4А эти показатели увеличились соответственно на 0,069 г/см3 и 0,81 МПА. Отсюда следует, что колеса трактора «Магнум» оказывают в 2…3 раза больше уплотняющее воздействие, чем гусеницы трактора Т-4А. По этой причине после прохода трактора «Магнум» 8940 на поверхности почвы остаются следы глубиной 10…15 см и шириной 60…70 см. Как показали наблюдения в этих местах без дополнительного рыхления почвы не возможно заделывать семена засеваемой культуры равномерно и на заданную глубину. Это отрицательно влияет на получение полноценных всходов, рост и развитие растений.

Из анализа данных табл.2. следует, что под воздействием движителей тракторов как «Магнум» 8940, так и Т-4А значительное уплотнение почвы происходило в основном в горизонте 0…40 см. В слое 40…50 см по сравнению с верхними слоями уплотнение почвы под воздействием движителей тракторов было значительно меньше, особенно под воздействием гусениц трактора Т-4А.

В Ы В О Д Ы

• 1.    Проведенные расчеты показывают, что самое большое уплотняющее воздействие на почву оказывают движители пахотных агрегатов, составленных на базе тракторов «Магнум» 8940 и МХ-135.

• 2.    Уплотняющее воздействие движителей пахотных, посевных и пропашных агрегатов превышает допустимую норму. Это приводит к ухудшению появления всходов, ухудшению роста и развития растений, а также снижению урожайности сельскохозяйственных культур.