СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ОТРИЦАТЕЛЬНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ КОЛЕСНЫХ ЭНЕРГОНАСЫЩЕННЫХ ТРАКТОРОВ НА ПОЧВУ Российский патент 1999 года по МПК B62D61/00 

Изобретение относится к способам снижения отрицательного воздействия колесных движителей энергонасыщенных тракторов типа "Кировец" на почву при сельскохозяйственном производстве.

Известен способ снижения отрицательного воздействия колесных движителей тракторов на почву путем увеличения опорной поверхности движителя, посредством установки дополнительных колес на ось, реализуемый с помощью переходного устройства для сдваивания бездисковых колес. (а.с. СССР 821230 кл B 60 B 11/06, опубл. 15.04.81 Б.Н. N 14).

К недостаткам известного способа снижения отрицательного воздействия колесных движителей энергонасыщенных тракторов на почву посредством установки дополнительных колес на ось относится то, что, во-первых, одновременно с увеличением опорной поверхности колесного движителя неизбежно увеличивается его масса на величину более двух тонн; во-вторых, увеличение числа колес ведет к двухкратному отрицательному воздействию движителя на почву.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ снижения отрицательного воздействия колесных движителей на почву путем уменьшения кратности проходов колес по одному следу, реализуемый с помощью шасси сельскохозяйственного трактора, содержащее остов, по каждому из двух бортов которого закреплены на разную колею по крайней мере два колеса, колеи которых связаны между собой неравенством
2,5<(L₂-L₁)/B₁<5,5,
где L₁, L₂ - соответственно меньшая и большая колеи колес; B₁ - ширина профиля шины.

(А.с. 1736820 кл B 60 D 61/00, опубл. 22.10.90 Б.К. N 20) - прототип.

К недостаткам известного способа относится следующее: во-первых, способ ограничен в использовании, так как применим только для тракторов типа МТЗ "Беларусь", имеющих разную ширину шин; во-вторых, способ не учитывает время контактирования с почвой между последующим и предыдущим проходом колес; в-третьих, способ не учитывает конкретные почвенные условия, в которых предполагается его эксплуатация; в-четвертых, неравенство, связывающее между собой колеи колес по каждому из двух бортов, в данном способе, не выполняется для энергонасыщенных колесных движителей тракторов типа "Кировец", учитывая, что все колеса у трактора "Кировец" одинаковые и ширина профиля шины Ф-81 равна 780 мм, а стандартная колея колес равна 2080 мм, что повлечет за собой необоснованное увеличение колеи колес.

Необоснованная величина колеи колес повлечет за собой увеличение металлоемкости, массы, габаритных размеров колесного движителя, отрицательно повлияет на долговечность, на качества связанные с управляемостью, маневренностью, учитывая, что сельскохозяйственные агрегаты по ширине захвата колеблются от 3 метров (плоскорезы, плуги, разбрасыватели удобрения, планировщики) до 13, 16, 21 метров (посевные агрегаты и машины для подготовки полей к посеву), колеса более широкой колеи пройдут по колее от колес предыдущего прохода - это противоречит сути известного способа.

Технической задачей изобретения является снижение отрицательного воздействия колесных энергонасыщенных тракторов на почву.

Задача достигается тем, что в способе снижения отрицательного воздействия колесных движителей энергонасыщенных тракторов на почву путем уменьшения кратности проходов по одному следу, реализуемом с помощью шасси трактора с шарнирно-сочлененным остовом, по каждому из двух бортов которого закреплены на разные колеи по крайней мере два колеса, установленных как минимум в два этапа, причем первый этап, определяющий глубину колеи - пробный, а во втором этапе колеса устанавливают на разную колею так, что они образуют почвенный валик, ширина которого определяется из выражения
Δl = (h₁+h₂)tgϕ, (1)
где h₁ - глубина колеи после одного прохода первого колеса одного из бортов шасси; h₂ - глубина колеи после одного прохода второго колеса того же борта шасси; ϕ - угол внутреннего трения для грунтов.

Техническое решение поясняется чертежами. На фиг. 1 изображено шасси шарнирно-сочлененного трактора, на фиг. 2 изображены варианты расположения колес одной из сторон движителя и формы изобар давления под действием шин. На фиг. 3 изображена схема для определения расстояния между следами колес одного борта движителя. Для доказательства справедливости выражения (1) приведем следующее. Известно, что под воздействием колес движителя трактора в почве возникают главные напряжения, приводящие к пластической деформации и уплотнению почвы. Точки в почве, которые испытывают одинаковые напряжения, образуют семейство кривых с одинаковым напряжением, их принято называть изобарами давлений. Распределение главных напряжений и форма изобар давления зависит от прилагаемой нагрузки на колесо, физических свойств почвы, параметров колеса и режима его работы. Наглядное изображение распределения напряжений и форма изобар давления в почве от величины прилагаемой нагрузки на колесо и различных грунтовых условий приведено на с. 63 [1]. На фиг. 2 изображены три варианта расположения колес одной из сторон движителя и формы изобар давлений, возникающие под действием шин, для почвы с нормальной плотностью и влажностью.

В первом варианте колеса 1 и 2 расположены так, что границы изобар давлений 3 и 4 от действия 1 и 2-го колеса пересекаются (Δ < 0). Δ - расстояние между границами изобар от 1 и 2-го колеса. Во втором варианте колеса 1 и 2 расположены так, что расстояние между границами изобар давлений 3, 4 от действия 1 и 2-го колеса равно нулю (Δ = 0). В третьем варианте колеса 1 и 2 расположены так, что расстояние между границами изобар давлений 3 и 4 от действия 1 и 2-го колеса больше нуля (Δ > 0).
Таким образом, из приведенного выше видно, что первый вариант (Δ < 0) не удовлетворяет условию снижения уплотнения почвы, так как почва испытывает двухкратное воздействие от колес одного борта 1 и 2. Рассмотрим второй вариант (Δ = 0) фиг. 3, при котором двухкратное воздействие на почву отсутствует. Для удобства рассмотрения уберем изображение колес. Имеем два следа 1 и 2, расположенных таким образом, чтобы границы расположения изобар давлений 3, 4 в почве проходили касательно к вертикальной оси X. Основной характеристикой следа, учитывающей величину прилагаемой нагрузки, физические свойства почвы, параметры и режимы работы колеса, является глубина колеи h. Расстояние от края первого следа 1 до вертикальной оси X связано со значением глубины колеи через угол внутреннего трения для грунтов ϕ [2]
l₁= h₁•tgϕ (2)
где h₁ - глубина колеи первого следа; ϕ - угол внутреннего трения грунтов.

Аналогично для расстояния от края второго следа до оси X
l₂= h₂•tgϕ, (3)
где: h₂ - глубина колеи второго следа.

Отсюда расстояние между следами при условии отсутствия двухкратного воздействия на почву запишется
Δl = (h₁+h₂)tgϕ,
при условии h₁ = h₂, выражение примет вид
Δl = 2•h•tgϕ, (4)
Величина глубины колеи связана экспонциональной зависимостью накопления деформаций во времени и затуханием колебаний после проходов колеса [3]

где h₀ - стабилизированное значение деформации почвы; h_м - мгновенное значение деформации почвы; l - основание натурального логарифма; t₀ - время протекания обратимой деформации почвы; t_к - время полного затухания упругих колебаний в почве; T - время между последующим и предыдущим нагружениями. Таким образом расстояние между следами запишется

С целью определения эффективности использования тракторов, у которых по каждому из двух бортов закреплены два колеса, установленные на разную колею с зазором, позволяющим выдерживать расстояние между следами колес, определенное из выражения 1, были проведены сравнительные экспериментальные исследования в хозяйственных условиях [4]. Сравнения проводились с серийными тракторами. Почва представляла собой типичный среднемощный, тяжелосуглинистый чернозем с содержанием гумуса 3%.

Данные, полученные в ходе сравнительных экспериментальных исследований, показали, что снижение уплотнения почвы движителем, у которого колеса каждого из двух бортов, установленные на разную колею с зазором, позволяющим выдерживать расстояние между следами колес, определенное из выражения 1, по сравнению с серийным, составило по горизонтам: 0...10 см на 39%, в горизонте 20. ..25 см на 44%, в горизонте 40...45 см на 46%. По твердости почвы в слое 0. ..5 см твердость почвы по следу серийного в 3,1 раза больше, чем вне следа, а на глубине 20...25 см в 1,6 раза. Для разной колеи в 2,4 и 1,45 раза соответственно. Анализ структурного состава почвы показал, что после прохода серийного движителя коэффициент структурности по следу снизился на 64%, для разной колеи снижение составило 52%, по сравнению с контрольным фоном.

Использование трактора с разной колеей колес на посеве яровой и озимой пшеницы способствует значительному сокращению потерь урожайности по следам движителей (на 12. ..30% в сравнении с серийным движителем). Таким образом экспериментальные исследования подтвердили возможность значительного снижения отрицательного воздействия движителя трактора за счет уменьшения кратности прохода движителя по одному следу.

На фиг. 2 изображены варианты расположения колес 1 и 2 одной из сторон движителя и формы изобар давления 3 и 4, возникающих под действием шин. Анализируя данные изображения можно сказать, что начиная со второго варианта, при (Δ = 0), с увеличением расстояния между колесами (следами), уплотнение почвы между следами будет равно нулю (естественному фону). Это подтверждают экспериментальные исследования.

Изменение показателя уплотняющего воздействия на почву колесного шасси U в зависимости от расстояния между колесами шасси, выраженного соотношением X= (L₂-L₁)/B₁. Допустим, что ширина меньшей шины B₁ и меньшая стандартная колея передних колес L₁ шасси трактора неизменны, то с увеличением большей колеи колес L₂ до соотношения X=4, показатель уплотняющего воздействия на почву U уменьшается, с чем еще можно согласиться, однако с дальнейшим увеличением колеи L₂, начиная от значения соотношения X=4 до бесконечности, показатель уплотняющего воздействия U увеличивается. Следовательно, чем больше разница между колеей передних и задних колес, тем сильнее происходит уплотнение почвы под колесами трактора. Такого быть не может, потому что распределение напряжений в почве и форма изобар давлений под колесами движителя зависит от нагрузки на шину и физических свойств почвы, причем с увеличением нагрузки на шину и влажности почвы формы изобар давления становятся более вытянутыми вниз, а напряжения проникают более глубоко, а никак не в стороны, что подтверждает экспериментальные данные, приведенные в источнике [1] и при испытаниях. Тем более, что речь идет об изменении большей колеи относительно меньшей, по соотношению не на сантиметры, а в два и более раз.

Оригинальность предлагаемого решения заключается в том, что в качестве основного параметра при вычислении расстояния между следами колес одного борта является глубина колеи следа, учитывающая величину прилагаемой нагрузки, физические свойства почвы, параметры и режимы работы колеса, а также в возможности использования предлагаемого способа (или выражения 1) для любых типов колесных, гусеничных шасси и любых конкретных почвенных условий.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что колеса каждого из двух бортов устанавливаются на разную колею с зазором, позволяющим выдерживать расстояние между следами колес, определенное из выражения 1.

Пример конкретного выполнения.

Способ снижения отрицательного воздействия колесного движителя энергонасыщенного трактора на почву путем уменьшения кратности проходов по одному следу, реализуемый с помощью шасси трактора, содержащего шарнирно-сочлененный остов 1 (фиг. 1), по каждому из двух бортов которого закреплены на разные колеи по крайней мере два колеса 2 и 3, установленных на разную колею минимум в два этапа, первый - пробный (определяющий глубину колеи), и второй - с колесами, установленными на разную колею так, что они образуют почвенный валик, ширина которого определяется из выражения Δl = (h₁+h₂)tgϕ следующим образом. Так глубина колеи h₁ следа 6 после одного прохода колеса 2 с внутренним давлением в шине 0,14 МПа для почвы, представляющей собой среднемощный тяжелосуглинистый чернозем, с содержанием гумуса 3% и влажностью 22.. .24%, составит 14 см. Глубина колеи h₂ следа 7 после одного прохода колеса 3 и внутреннего давления в шине 0,14 МПа равна 13,7 см [4]. ϕ - угол внутреннего трения для суглинков 0,5 [2].

Расстояние между следами 6 и 7 колес 2 и 3 будет
Δl = (14 + 13,7)•0,5=13,85 см
Далее колеса 2 и 3 устанавливаются так, чтобы было выдержано расстояние между следами 13,85 см, тогда при движении шасси трактора по полю образуются следы 6 и 7 от колес 2 и 3, идущих по соответственно меньшей L₁ и большей L₂ колеями колес. Степень уплотнения и разрушения структуры почвы будет наименьшей, если будет выдержано расстояние между следами колес, определенное из выражения 1, так как почва под следами шасси не будет испытывать двухкратного уплотняющего воздействия.

С целью определения эффективности использования предлагаемого способа на тракторах были проведены сравнительные испытания в хозяйственных условиях, при возделывании яровой и озимой пшеницы, которые позволяют сделать следующие выводы. Использование предлагаемого способа снижения отрицательного воздействия колесного движителя энергонасыщенного трактора на почву путем уменьшения кратности проходов по одному следу позволит: снизить уплотнение почвы на 40%; уменьшить глубину колеи до 30%; сократить потери урожая по следам движителя на 12...30%; уменьшить увеличенную колею до размеров оптимальной; снизить массу движителя за счет определения оптимального расстояния между следами по выражению 1; уменьшить габаритные размеры движителя; учесть физические свойства почвы в конкретных условиях эксплуатации; расширить сферу использования способа для любых колесных шасси.

Способ относится к сельскохозяйственному производству. Способ заключается в уменьшении кратности проходов по одному следу, реализуемый с помощью шасси трактора с шарнирно-сочлененным остовом. По каждому из двух бортов остова закреплены на разные колеи по крайней мере два колеса. Установка колес на разные колеи проводится как минимум в два этапа. Первый этап, определяющий глубину колеи по следам -пробный, а во втором этапе колеса устанавливают на разную колею так, что они образуют почвенный валик, ширина которого определяется из выражения Δl = (h₁+h₂)tgϕ, где h₁ - глубина колеи после одного прохода первого колеса одного из бортов шасси; h₂ - глубина колеи после одного прохода второго колеса того же борта шасси; ϕ - угол внутреннего трения для грунтов. В результате использования этого способа снижается отрицательное воздействие колесных энергонасыщенных тракторов на почву. 3 ил.

Способ снижения отрицательного воздействия колесных движителей энергонасыщенных тракторов на почву путем уменьшения кратности проходов по одному следу, реализуемый с помощью шасси трактора с шарнирно-сочлененным остовом, по каждому из двух бортов которого закреплены на разные колеи по крайней мере два колеса, отличающийся тем, что установка колес на разные колеи проводится как минимум в два этапа, причем первый этап, определяющий глубину колеи по следам - пробный, а во втором этапе колеса устанавливают на разную колею так, что они образуют почвенный валик ширина которого определяется из выражения
Δl = (h₁+h₂)tgϕ,
где h₁ - глубина колеи после одного прохода первого колеса одного из бортов шасси;
h₂ - глубина колеи после одного прохода второго колеса того же борта шасси;
ϕ - угол внутреннего трения для грунтов.