Том 84, № 5 (2017)

В подавляющем большинстве сельскохозяйственной техники в качестве двигателя используют дизель. Количество подаваемого топлива в цилиндры двигателя является основным фактором, определяющим его мощност-ные, экономические и экологические характеристики. Его можно рассматривать как величину, состоящую из двух частей: управляемой системы подачи топлива и неуправляемой, зависящей от качества работы системы. Ухудшение показателей двигателя тем больше, чем выше доля неуправляемой части подаваемого топлива. Отклонение количества подаваемого топлива от заданного может происходить в следующих случаях: неравномерность подачи топлива по цилиндрам двигателя; нестабильность процесса топливоподачи в цилиндр. Если неравномерность подачи топлива по цилиндрам регламентируется требованиями ГОСТ 10578-95 и допускается в зависимости от режима работы в пределах 6-35 %, то нестабильность подачи топлива от цикла к циклу не регламентируется стандартами и может достигать по данным других исследователей до 10-40 %. Совместное влияние этих параметров на процесс топливоподачи приводит к существенному отклонению цикловой подачи топлива. Проведенный теоретический анализ основных показателей двигателя показал, что увеличение неравномерности приводит к их изменению, которое ухудшает показатель. Это ухудшение тем больше, чем больше степень кривизны линии изменения показателя двигателя от изменения расхода топлива. На основании приведенных результатов сделаны следующие выводы: увеличение неравномерности и нестабильности топли-воподачи приводит к ухудшению основных показателей двигателя; степень ухудшения показателей двигателя тем больше, чем больше неравномерность и нестабильность и чем выше нелинейность кривой изменения показателя от расхода топлива; в настоящее время величина нестабильности топливоподачи не регламентируется, что не позволяет управлять качеством процесса.

В результате технического переоснащения машинно-тракторных парков сельскохозяйственных предприятий в последнее время на полях последних появляются технологические агрегаты нового поколения. Принципиальное отличие таких агрегатов состоит не только в их конструктивном модульном построении, но и в агрегатировании их мобильных энергетических средств или универсальных энергетических средств со сменяемыми модулями-адаптерами. Выполнены классификации составных элементов построения таких модульных агрегатов на базе мобильных энергетических средств и универсальных энергетических средств - в качестве их несущих систем и набора сменяемых модулей-адаптеров - в качестве технологических систем. Объекты классификации несущих систем подразделены по их типу, ряду основных отличительных признаков, связанных с принципом формирования агрегатов, исполнением их ходовых шасси, по агрегатированию технологических систем с несущими системами, по конструктивным особенностям размещения или наличия отдельных составных агрегатов и механизмов - силовой установки, кабины управления, механизма замены сменяемых модулей-адаптеров и других. Для объектов технологических систем выделены отличительные признаки, связанные с выполняемыми процессами и назначением сменяемых модулей-адаптеров, их конструктивным исполнением, а также со способами их агрегатирования с мобильными энергетическими средствами и универсальными энергетическими средствами. Приведены марки серийно освоенных машин, опытных образцов перспективных концептуальных разработок. В ходе проведенных патентных исследований выявлен ряд использованных в конструкциях освоенных моделей и разрабатываемых перспективных агрегатах охранных документов (патентов), относящихся к техническим и технологическим решениям. Технико-экономическая оценка функционирования составов машинно-тракторных парков на примере моделей сельскохозяйственных предприятий в подзонах регионов юга России прогнозно подтвердила, что применение машинно-тракторных парков на базе агрегатов нового поколения (мобильных энергетических средств с комплектами сменяемых модулей-адаптеров) обеспечит снижение потребности в энергомашинах, уровня затрат на комплектование новых составов машинно-тракторных парков и их эксплуатацию.

Рассмотрен процесс взаимодействия ведущих колес мобильных энергетических средств с почвой. Предложен расчетно-экспериментальный метод построения эпюр касательных напряжений в зоне контакта буксующего колеса с опорной поверхностью, основанный на использовании эпюр нормальных напряжений, полученных для конкретных грунтовых условий. Детально изучен характер взаимодействия ведущего колеса трактора с различными видами опорного основания: грунтовой дорогой, стерней, полем, подготовленным под посев. Выявлено, что вопреки общепринятым представлениям, у буксующего колеса практически отсутствует зона сцепления в пятне контакта. После касания почвозацепа опорной поверхности, он сразу начинает смещаться назад. Следовательно, при расчете величины касательных напряжений в пятне контакта буксующего колеса с опорой более корректно считать, что сдвиг элементарных точек растет по мере их удаления от входа в зону контакта и зависит от величины буксования. При качении ведущего колеса даже с незначительным буксованием по деформируемой поверхности в месте соприкосновения двух контактирующих тел (шины и грунта) практически отсутствует зона сцепления. На поверхности почвы нормальные напряжения достигают своего максимума, постепенно уменьшаясь с ростом глубины залегания ее слоев. При незначительном буксовании (до 10 %), максимальные значения тангенциальных напряжений возникают в задней части пятна контакта - в зоне наибольших сдвиговых деформаций грунта. С ростом тяговой нагрузки касательные контактные напряжения смещаются в центр пятна контакта - в зону, где деформации грунта не превысила оптимального уровня, характерного для каждого конкретного типа почв. Таким образом, удлинение пятна контакта шины эффективно до определенного уровня, ограниченного предельными значениями сдвиговой деформации почвы, выше которой тангенциальные напряжения перестают расти и для большинства типов связных почв даже начинают снижаться. Выявлено, что чрезмерное увеличение сдвиговой деформация почвы при буксовании приводит к снижению коэффициента полезного действия колесного движителя.

Культиваторные лапы на упругих стойках при работе имеют отклонение от установленной глубины обработки на 10-15 % больше, чем при жесткой подвеске и не сохраняют оптимальную геометрию резания. С увеличением скорости и глубины обработки тяговое сопротивление и отклонение лапы от заданной глубины обработки увеличиваются. Поэтому для обеспечения качества и эффективности работы комбинированного культиватора, оснащенного упругими S-образными стойками, необходимо изменять жесткость стоек. Цель исследования - повышение качества и снижение энергозатрат поверхностной обработки почвы путем регулирования и оптимизации жесткости упругой стойки культиватора. Для изучения работы упругой S-образной стойки использовался метод полного факторного эксперимента, позволивший получить математические модели с учетом выбранных контролируемых факторов. За контролируемые переменные принимали факторы, характеризующие свойства работы упругой S-образной стойки и имеющие определенные численные значения. В ходе исследования изучалось влияние глубины обработки, скорости агрегата и жесткости стойки на тяговое сопротивление и отклонения лапы. Результаты исследований показали, что при увеличении глубины обработки от 0,04 до 0,12 м при скорости 3 м/с тяговое сопротивление S-образной стойки возрастет с 105 до 670 Н. Следует заметить, что увеличение жесткости стойки с 6226 до 21815 Н/м приводит к снижению тягового сопротивления на 100 Н. С увеличением глубины обработки и скорости агрегата отклонение носка лапы увеличивается. При увеличении жесткости стойки отклонение носка лапы уменьшается. Максимальное отклонение наблюдается при скорости 3 м/с, глубине 0,12 м, жесткости стойки 6826 Н/м. В результате исследования для выполнения агротехнических требований при поверхностной обработки почвы предложено установить в конструкцию упругой S-образной стойки регулятор жесткости.