На правах рукописи

Прядкин Владимир Ильич

МОБИЛЬНЫЕ ЭНЕРГОСРЕДСТВА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО

НАЗНАЧЕНИЯ НА ШИНАХ СВЕРХНИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ

Специальность 05.20.01 – технологии и средства

механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Москва - 2013

2

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном

образовательном учреждении высшего профессионального образования

«Воронежская государственная лесотехническая академия»

(ФГБОУ ВПО ВГЛТА)

Научный консультант д-р техн. наук, академик Россельхозакадемии

Измайлов Андрей Юрьевич.

Официальные оппоненты: Годжаев Захид Адыгезалович,

д-р техн. наук, проф., Открытое акционерное

общество «Федеральный исследовательский

испытательный центр машиностроения» (ОАО

«ФИИЦМ»), первый зам. ген. директора;

Халанский Валентин Михайлович,

д-р техн. наук, проф., заслуженный деятель науки

РФ, Российски государственный аграрный уни-

верситет – МСХА имени К.А. Тимирязева, проф.

кафедры технологий и машин в растениеводстве;

Сидоров Владимир Николаевич, д-р техн. наук, проф., Московский государ-

ственный технический университет имени

Н.Э. Баумана – Калужский филиал, зав. кафедрой

«Автомобиле - и тракторостроение».

Ведущая организация: Федеральное Государственное Бюджетное Учреж-

дение «Поволжская государственная зональная машиноиспытательная стан-

ция» (ФГБУ «Поволжская МИС»).

Защита состоится «___» _______ 2013 г. в ______ часов на заседании дис-

сертационного совета Д 006.020.01 при Государственном научном учреждении

Всероссийский научно-исследовательский институт механизации сельского хо-

зяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИМ Россель-

хозакадемии) по адресу: 109428, г. Москва, 1-й Институтский проезд, д. 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ ВИМ Россельхо-

закадемии.

Автореферат разослан «___» ___________ 2013 г. и размещен на офици-

альном сайте ВАК РФ в электронной базе диссертаций и авторефератов

«___» _______ 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

канд. техн. наук Пехальский И.А.

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В Стратегии машинно-технологической модер-

низации сельского хозяйства России на период до 2020 г. ведущее место отво-

дится инновационной модернизации отрасли, способствующей ускорению раз-

вития отечественного агрокомплекса.

В повышении эффективности сельскохозяйственного производства опре-

деляющую роль играет химизация. Высокий её уровень предусматривает ши-

рокое применение техники для внесения минеральных удобрений и химических

средств защиты растений от болезней и вредителей.

Разнообразием почвенно-климатических условий и сельскохозяйствен-

ных культур в России обусловлено, что большой процент работ выполняется на

почвах с низкой несущей способностью, которые составляют 11,2 млн га па-

хотной площади земель в России. Однако применяемые технические средства в

технологиях возделывания сельскохозяйственных культур предназначены для

эксплуатации на почвах с высокой несущей способностью, влажностью 20-

25%. Особую сложность представляют технологические операции при работе

агрегатов в ранний весенний и поздний осенний периоды. В ряде случаев дви-

жение машин по полю в это время становится невозможным. Для получения

высоких урожаев операции по внесению минеральных удобрений должны про-

изводиться в строго заданные агротехнические сроки, согласно микрофазам

роста растений, а не тогда, когда сроки упущены и почва имеет низкую влаж-

ность. Многие технологические процессы в этот период не выполняются в за-

данные сроки из-за отсутствия технических средств, обеспечивающих выпол-

нение операции на этих типах почв.

Эффективным путем повышения агротехнической проходимости агрега-

тов и обеспечения выполнения операций на почвах с низкой несущей способ-

ностью является применение мобильных энергетических средств (МЭС), обо-

рудованных шинами сверхнизкого давления. Поэтому исследования, направ-

ленные на разработку принципиально новых мобильных средств, совершенст-

вование их ходовых систем, актуальны и имеют важное народно-хозяйственное

значение.

Исследования проходимости МЭС с колесными движителями выполня-

лись в основном для шин низкого давления, а режимы движения на высокоэла-

стичных движителях с внутренним давлением воздуха 5-40 кПа требуют уточ-

нения ряда положений, в том числе в области взаимодействия колесного дви-

жителя с почвенно-растительным покровом. Разработка единой обобщенной

теории движения МЭС, оборудованных экологически безопасным колесным

движителем, с выше указанным давлением воздуха, и экспериментальное под-

тверждение этой теории позволят обосновать рациональные параметры таких

движителей и целесообразность их применения на МЭС при внесении мине-

ральных удобрений и обработке пестицидами возделываемых сельскохозяйст-

венных культур.

4

Цель работы: разработать мобильное энергетическое средство, оборудо-

ванное шинами сверхнизкого давления, для реализации агротехнологий на поч-

вах с низкой несущей способностью.

Для достижения цели работы сформулированы и решены следующие за-

дачи исследований:

1. Обосновать эксплуатационные требования, предъявляемые к сельско-

хозяйственным энегосредствам, предназначенным для эксплуатации на почвах

с низкой несущей способностью и растительном покрове.

2. Разработать математическую модель взаимодействия шин сверхнизко-

го давления с почвенно-растительным покровом, методику выбора рациональ-

ных параметров и режимы их работы, обеспечивающие заданные эксплуатаци-

онные требования.

3. Разработать математическую модель исследования плавности хода

энергосредства на шинах сверхнизкого давления при различном характере воз-

мущающих воздействий. Обосновать параметры ходовой части энергосредства.

Провести исследования по оценке плавности хода МЭС, оборудованного сред-

ствами химизации.

4. Оценить влияние параметров шин сверхнизкого давления на агротех-

ническую проходимость энергосредства, экологическую совместимость с ок-

ружающей средой, качество выполняемого технологического процесса, а также

плавность хода.

5. Провести расчетно-экспериментальную оценку тягово-сцепных

свойств, определить базовые параметры шин сверхнизкого давления и парамет-

ры протектора, разработать рекомендации по конструктивному совершенство-

ванию этого класса шин, позволяющие повысить их эксплуатационную эффек-

тивность.

6. Разработать МЭС на шинах сверхнизкого давления, предложить техни-

ческие решения, дающие возможность повысить технологический уровень,

провести их производственные испытания и оценить эффективность примене-

ния в агротехнологиях.

7. Усовершенствовать технологию возделывания сельскохозяйственных

культур путем применения в комплексе машин МЭС, на шинах сверхнизкого

давления, провести ее апробацию и технико-экономическую оценку.

Научную новизну исследований представляют:

1. Методология создания МЭС на шинах сверхнизкого давления, отли-

чающаяся системным подходом на основе применения транспортно-

технологической концепции, учитывающая свойства опорной поверхности, ин-

тенсивность изменения нагрузок со стороны движителей, а так же конструк-

тивные особенности в соответствии с основными критериями, определяющими

их эксплуатационные свойства в специфических условиях на почвах с низкой

несущей способностью.

2. Математическая модель взаимодействия шин сверхнизкого давления с

почвенно-растительным покровом, на основе использования метода конечных

элементов, отличающаяся учетом физико-механических характеристик высоко-

5

эластичных шин, упруго - пластических свойств почвы и растительного покро-

ва, на базе которой разработана методика позволяющая, выбирать рациональ-

ные параметры шин.

3. Математическая модель МЭС для исследования плавности хода и ди-

намической нагруженности при движении по почвенно-растительному покрову,

отличающаяся учетом динамических свойств навесного оборудования, упругих

свойства почвы, сглаживающую способность шин. Позволяющая выбирать па-

раметров ходовой части и компоновку МЭС, параметры навесного оборудова-

ния, режимы эксплуатации на стадии создания, обеспечивающие агротехниче-

скую проходимость и плавность хода.

4. Базовые, тяговые и нагрузочные характеристики шин сверхнизкого

давления и параметры протектора, аналитические зависимости для их расчета,

технические решения по совершенствованию и рекомендации по выбору режи-

мов работы.

Объектом исследований являлись. Мобильные энергетические средст-

ва, оборудованные экологически безопасными колесными движителями на ши-

нах сверхнизкого давления.

Предмет исследования. Предметом исследования являются закономер-

ности функционирования МЭС на шинах сверхнизкого давления при осуществ-

лении технологических процессов на почвах с низкой несущей способностью

Методы исследований. Теоретические и экспериментальные исследова-

ния базировались на применении методов системного подхода, численных ме-

тодов решения дифференциальных уравнений и методов математического мо-

делирования, теории вероятностей, теоретической механики и оптимального

проектирования.

Экспериментальные исследования проводились в полевых условиях и на

лабораторных стендах с использованием современных измерительных средств.

Основные положения, выносимые на защиту: На защиту выносятся

основные положения представляющие новизну и практическую ценность.

Достоверность результатов. Адекватность математической модели дви-

жения МЭС по агрофонам подтверждена сравнением результатов расчета и на-

турного эксперимента. Проведенные комплексные экспериментальные иссле-

дования МЭС подтвердили основные теоретические положения.

Для оценки достоверности годовой загрузки МЭС при внесении мине-

ральных удобрений и пестицидов, производственные испытания проводились в

течение 12 сезонов, с 2000 по 2012 гг., в различных регионах России (Воронеж-

ской, Тамбовской, Калужской, Липецкой, Орловской, Ростовской, Белгород-

ской областях, а также Ставропольском, Краснодарском и Алтайском краях и

Республике Адыгея). Урожайность усовершенствованной ресурсосберегающей

технологии оценивалась в течение трех сезонов в двух областях - Воронежской

и Белгородской. На первом этапе сравнение с базовой технологией производи-

лось на одном поле, на втором этапе сравнение производилось со средней уро-

жайностью по хозяйству.

6

Достоверность результатов исследований подтверждена данными произ-

водственных испытаний и положительным опытом внедрения усовершенство-

ванной ресурсосберегающей технологии.

Практическая ценность. Математические модели динамики МЭС и про-

граммы их расчета, позволяющие выбирать рациональные параметры и опреде-

лить пути их совершенствования. По результатам исследований разработаны

МЭС для внесения удобрений и пестицидов, а также средства для доставки

удобрений на поля, освоено их производство.

Рекомендации по выбору конструктивно-технологических параметров

МЭС, соотношений между параметрами жесткости шины и подвески, а также

параметрами подвесок мостов, сиденья оператора позволяют проводить оценку

их эксплуатационных свойств, что дает возможность прогнозировать улучше-

ние показателей функционирования МЭС в специфических условиях.

Базовые характеристики сельскохозяйственных шин сверхнизкого давле-

ния, позволяющие на стадии проектирования выбирать их рациональные пара-

метры, обеспечивающие агротехническую проходимость. Применение разрабо-

танного протектора и математические зависимости для определения парамет-

ров позволяют не только повысить сцепные свойства движителя, но и снизить

отрицательное воздействие на почвенно-растительный покров.

Рекомендации по выбору режимов работы и годовой загрузки МЭС, по-

зволяющие рассчитывать рациональные эксплуатационно-технические показа-

тели.

Усовершенствованная технология возделывания сельскохозяйственных

культур с использованием в комплексе машин МЭС на шинах сверхнизкого

давления позволяющая снизить влияние почвенно-климатических условий и

повысить на 20-30% урожайность выращиваемых культур.

Внедрение результатов исследований, разработок и рекомендаций:

1. На основании теоретических и экспериментальных исследований, вы-

полненных автором, было разработано и под его руководством создано транс-

портно-технологическое средство ТТС-70 на шинах сверхнизкого давления,

разработана конструкторская и технологическая документация. Производство

первой партии освоено на Воронежском авиационном заводе, изготовлено 22

ед. ТТС-70.

2. На основе модернизации ТТС-70, автором было разработано и под его

руководством создано универсальное технологическое энергетическое средство

УТЭС-271, оригинальность внешнего вида средства защищена патентом на

промышленный образец. После прохождения сертификационных испытаний

производство УТЭС-271 было реализовано на ООО НПФ «Белагроспецмаш» (в

настоящее время произведено 26 ед.).

3. Для доставки удобрений на поля под руководством автора создано мо-

бильное энергетическое средство на широкопрофильных шинах низкого давле-

ния МЭС-90СХ, оригинальность внешнего вида средства защищена патентом

на промышленный образец. После прохождения сертификационных и заво-

7

дских испытаний для освоения производства материалы и документация по

МЭС-90СХ переданы на ООО НПФ «Севэкотранс».

4. Рекомендации по применению совершенствованной технологии вне-

дрены в сельскохозяйственных предприятиях: ООО «ЮНИ» Воронежской

обл.; ООО «Русагро-Инвест» Белгородской обл.

5. Результаты экспериментально-теоретических исследований и методики

выбора параметров энергетических средств и экологически безопасных колес-

ных движителей также используются в учебном процессе на кафедре «Автомо-

билей и сервиса» Воронежской государственной лесотехнической академии.

Апробация работы. По результатам исследований сделаны доклады на

научных конференциях профессорско-преподавательского состава академии и

других вузов – на Всероссийской научно-технической конференции: «Рацио-

нальное использование ресурсного потенциала в агропромышленном комплек-

се» (Воронеж, 1998 г.); на международных научно-практических конференциях:

«Научно-технические проблемы в развитии ресурсосберегающих технологий и

оборудования лесного комплекса» (Воронеж, 1998 г.), «Улучшение эксплуата-

ционных показателей двигателей, тракторов и автомобилей» (Санкт-Петербург,

1999 г.), на Всероссийской научно-практической конференции: «Повышение

технического уровня машин лесного комплекса» (Воронеж, 1999 г.), на между-

народной научно-практической конференции «Интеграция фундаментальной

науки и высшего образования по проблемам ускоренного воспроизводства, ис-

пользования и модификации древесины» (Воронеж 2000 г.); на 4-й междуна-

родной научно-технической конференции «Высокие технологии в экологии»

(Воронеж 2001 г.); на техническом совещании «Транспортно-технологическое

средство на шинах сверхнизкого давления как технология ХХI века» в ГОС-

НИТИ под председательством акад. Черноиванова В.И. (Москва, 2003 г.); на 2-

й международной научно-практической конференции «Земледельческая меха-

ника в растениеводстве» (ВИМ, Москва, 2003 г.); на 3-й международной науч-

но-практической конференции «Машинные технологии производства продук-

ции в системе точного земледелия и животноводства» (ВИМ, Москва, 2004 г.);

на 8-й международной научно-технической конференции «Высокие технологии

в экологии» (Воронеж, 2005 г.); на конференции «Инновационное развитие как

доминантное условие модернизации экономики» (в Российской академии госу-

дарственной службы при президенте РФ, Воронеж, 2011 г.); на международной

научно-технической конференции «Инновационные технологии и техника но-

вого поколения – основа модернизации сельского хозяйства» (ВИМ, Москва,

2011 г.); на международной научно-технической конференции «Система техно-

логий и машин для инновационного развития АПК России» (ВИМ, Москва,

2013 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 36 научных статей в

журналах и изданиях, из них 17 в изданиях рекомендованных ВАК, изданы мо-

нография и учебное пособие с грифом УМО, получено 2 патента на промыш-

ленный объект, 2 патент на изобретение, 18 патентов на полезную модель и за-

регистрировано 2 программы для ЭВМ.

8

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, восьми

глав, общих выводов и приложений. Диссертация изложена на 346 страницах

текста, содержит 185 рисунков, 47 таблиц и список использованных источников

– 269 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационного исследо-

вания, сформулированы цель и задачи, определены новизна и практическая

значимость подлежащих изучению вопросов, дана краткая аннотация работы и

приведены основные научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Проблема применения в агротехнологиях энерго-

средств на шинах сверхнизкого давления» проведен анализ специфических

условий эксплуатации средств химизации для внесения минеральных удобре-

ний и пестицидов. Отмечено, что их эксплуатация приходится на агротехниче-

ские сроки, когда почва имеет высокую влажность и низкую несущую способ-

ность. Ведущими НИИ страны установлено, что несущая способность почвы в

этот период не превышает 40-50 кПа. Соблюдение агротехнического регламен-

та проведения работ в эти периоды обеспечивается различными техническими

средствами: не контактирующими с почвенно-растительной поверхностью -

самолеты, вертолеты и легкие летательные аппараты: контактирующими с по-

верхностью качения - средства на воздушной подушке и на шинах сверхнизко-

го давления.

Наземными средствами химизации в России обрабатывается более 80%

площадей. Проведенными многолетними исследованиями в ВИМе проф. В.А.

Русановым установлено, что обеспечить допустимое по ГОСТ 26955-86 воздей-

ствие на почву с низкой несущей способность наиболее целесообразно исполь-

зованием полевой техники на шинах сверхнизкого давления.

Представленным анализом показана общая характеристика проблемы,

повышения эффективности функционирования средств химизации на шинах

сверхнизкого давления. Однако в силу своих габаритных размеров, трудоемко-

сти и сложности изготовления и специфических условий эксплуатации шины

сверхнизкого давления являются наименее изученным классом шин. Поэтому

исследования, направленные на разработку принципиально новых МЭС, со-

вершенствование их ходовых систем требуют дополнительного рассмотрения.

Анализ работ показал, что в разные периоды развития теории взаимодей-

ствия эластичного колеса с деформируемой поверхностью совершенствовались

и методики исследований. В области исследования проходимости мобильных

машин по почвам с низкой несущей способностью, фундаментальными работа-

ми являются труды: А.М. Кононова, В.А. Скотникова, В.Ф. Бабкова, М.Г. Бек-

кера, Г.Б. Безбородовой, А.Ю.Измайлова, Я.С. Агейкина, В.В. Гуськова, В.И.

Кнороза, А.Ф Полетаева, З.А. Годжаева, Г.С. Горина, В.В. Кацыгина, Н.Ф. Ко-

шарного, И.П. Ксеневича, В.А. Русанова, Н.А. Ульянова, А.Ф. Полетаева и ря-

да других ученых. Полученные ими данные в настоящее время требуют даль-

нейшего развития применительно к шинам сверхнизкого давления, контакти-

рующим с почвенно-растительной поверхностью качения.

9

В опубликованных работах по динамике колесных энергосредств не про-

слеживается единого методологического подхода к построению общей модели

функционирования мобильных средств химизации с монтируемым оборудова-

нием. Однако исследования взаимодействия энергосредства с почвенно-

растительной поверхностью целесообразно проводить на основе единой модели

функционирования.

Показана целесообразность совершенствования технологий путем приме-

нения МЭС нового поколения, снижения себестоимости производимой продук-

ции и повышения ее конкурентоспособности.

На основании анализа литературных источников сформулированы цель и

задачи исследований.

Во второй главе «Процессы взаимодействия колесных движителей с

почвенно-растительным покровом» приведена методика выбора рациональ-

ных параметров и режимов работы шин сверхнизкого давления применительно

к МЭС. С этой целью разработана модель «шина-почва-растение», учитываю-

щая не только процессы взаимодействия движителя с почвой, но и с раститель-

ным покровом. Моделирование выполнялось с использованием одной из раз-

новидностей метода конечных элементов (МКЭ), называемой SPH-методом

(Smoothed Particle Hybridization Method). Использование МКЭ позволяет наибо-

лее точно описать процесс взаимодействия высокоэластичной шины с почвен-

но-растительным покровом, описать контактные давления шины на почву, де-

формации шины при взаимодействии с почвой и растениями, напряжения в

различных уровнях почвенных слоев, исследовать сглаживающую способность

шины.

При исследовании системы «шина-почва-растение», колесо моделирова-

лось в виде двух концентрических окружностей с различными упругими свой-

ствами: тонкостенной высокоэластичной оболочкой и металлического обода

(рис.1). Шина представлена тороидальной поверхностью деформируемой от на-

грузки, приходящейся на колесо и от внутреннего давления воздуха в шине.

Поверхность шины представлена совокупностью из отдельных конечных эле-

ментов шарообразной формы, узлы сетки которой способны

двигаться.

Рис. 1. Конечноэлементная модель колесного движителя и почвы

Расчет сил, действующих в конечных элементах торои-

дальной поверхности шины, производится следующим обра-

зом:

,)(1 11

Ш ШШ N

j

N

k

И

ijk

Р

i

N

j

В

ij

У

iji FFFFF ,

где FУ

ij и FВ

ij – силы упругого и вязкого взаимодействия конечных элементов

i и j (жирным шрифтом здесь и ниже выделены векторные величины); NШ – об-

щее количество элементов в модели шины; FР

i – силы, действующие на элемен-

ты от давления воздуха в шине; FИ

ijk – силы, возникающие из-за изгиба поверх-

10

ности шины.

Вязкоупругая сила F

, действующая на конечный элемент, определяется

по формуле:

vknrcF в

, (1)

где n

и v

– направление и скорость взаимодействия шарообразного элемента с

поверхностью шины; c и k – коэффициенты жесткости и вязкости взаимодейст-

вия; вr - величина внедрения элементов при взаимодействии.

Уравнения движения i-го конечного элемента шины описывались сле-

дующими дифференциальными уравнениями:

Ш ШШ N

j

N

k

И

xijkix

ЭШ

зап

N

j

В

xij

У

xij

i

ЭШ FPsd

kFFdt

xdm

1 1

2

12

2

4

;

Ш ШШ N

j

N

k

И

yijkiy

ЭШ

зап

N

j

В

yij

У

yij

i

ЭШ FPsd

kFFdt

ydm

1 1

2

12

2

4

; (2)

N

GFPs

dkgmFF

dt

zdm

Ш Ш ШN

j

N

j

N

k

И

zijkizЭШ

запШ

В

zij

У

ziji

ЭШ 1 1 1

2

2

2

4

,

где ЭШm – масса элемента шины; t – время; g – ускорение свободного падения;

kзап – коэффициент заполнения шарами-элементами поверхности шины; dЭШ –

диаметр конечного элемента шины; P – давление воздуха в шине; { six, siy, siz}–

нормальный вектор к поверхности шины в месте нахождения элемента i ; G –

нагрузка на колесо; xЦ, zЦ – координаты центра колеса; dД – диаметр диска ко-

леса; ДN - количество элементов, принадлежащих диску колеса.

Распределение элементов шины производится на тороидальной поверх-

ности:

0

44

222

222

222

ЦiЦiШШ

ШШШЦiЦiЦi zzxxdD

ddDzzyyxx

где xi, yi, zi и xj, yj, zj – координаты произвольных элементов i и j; xЦ, yЦ, zЦ – ко-

ординаты геометрического центра колеса; DШ и dШ – диаметр колеса и толщина

шины.

Почва представлялась ансамблем большого количества конечных элемен-

тов шарообразной формы, способных взаимодействовать как между собой, так

и с поверхностью шины.

Силы, действующие на элементы почвы (рис. 2), определялись следую-

щим образом:

ШN

j

В

ij

У

iji

1

)( FFF , (3)

где FУ

ij и FВ

ij – силы упругого и вязкого взаимодействия шаров i и j ;

Рис.2. Вязкоупругое взаимодействие двух частиц почвы

Уравнения движения i-го элемента почвы описывались

следующими дифференциальными уравнениями:

X

Y

Z

FУ

ji

FУ

ij

vji

vj vi

FВ

ji

FВ

ij

Sj

Si

11

ШN

j

В

xij

У

xij

i

ЭП FFdt

xdm

12

2

;

ШN

j

В

yij

У

yij

i

ЭП FFdt

ydm

12

2

; (4)

ШN

j

Ш

В

zij

У

zij

i

ЭП gmFFdt

zdm

12

2

,

где ЭПm – масса конечного элемента почвы.

При внесении пестицидов движение агрегата происходит по ранним

всходам, поэтому при моделировании процесса взаимодействия движителя с

поверхностью качения учитывали его воздействие на растительный покров.

Растительный покров представлялся из стеблей растений способных к изгибу и

излому. Каждый стебель разбивался на шарообразные элементы, взаимодейст-

вие которых носит вязкоупругий характер.

Силы, действующие на элементы стебля со стороны колесного движите-

ля, определяли по выражению:

ЭN

j

И

i

В

ij

У

iji

1

)( FFFF , (5)

где FУ

ij и FВ

ij – силы упругого и вязкого взаимодействия элементов i и j; FИ

i –

сила, возникающая вследствие изгиба стебля; NЭ – общее количество элементов

в модели стебля.

FУ

ij

FУ

ji

Si F

Иi

–FИ

i/2

Si

Sj –FИ

i/2

б в

С

Si+1

Si–1

rij

а

Рис. 3. Моделирование растительного покрова: а - стебель растения в виде отдельных шаро-

образных элементов; б - схема для расчета упругих сил при деформации элементов стебля;

в – схема для расчета возвращающих сил при изгибе стебля

Уравнения движения i-го элемента, описывающего эволюцию стебля рас-

тения с течением времени (рис. 3), имеют вид:

ЭN

j

И

xi

В

xij

У

xij

i

ЭР FFFdt

xdm

12

2

;

ЭN

j

И

yi

В

yij

У

yij

i

ЭР FFFdt

ydm

12

2

; (6)

ЭN

j

Э

И

zi

В

zij

У

zij

i

ЭР gmFFFdt

zdm

12

2

,

где ЭРm – масса конечного элемента стебля растения.

Решение дифференциальных уравнений модели «шина-почва-растение»

производили с использованием метода Эйлера-Коши.

На первом этапе выбора параметров колесного движителя для МЭС про-

водилась их оптимизация по критериям: контактного давления q ; силе сопро-

12

тивления качению ТШF ; массе шины Шm . Решалась задача:

min;,

min;,

min;,max

ШШШ

ШШТШ

ШШ

BDm

BDF

BDq

при constGK и constpw .

Оптимизация проводилась на основе численного эксперимента с разрабо-

танной моделью шины. Полученные графические изображения поверхности от-

клика, представлены с помощью линий уровня на рис. 4.

qmax(DШ, BШ), кПа

DШ, м

BШ, м

0,4 1,4 1,2 1,3 1,5 1,6

0,5

0,6

0,7

FТШ(DШ, BШ), Н

DШ, м

BШ, м

0,4 1,4 1,2 1,3 1,5 1,6

0,5

0,6

0,7

mШ(DШ, BШ), кг

DШ, м

BШ, м

0,4 1,4 1,2 1,3 1,5 1,6

0,5

0,6

0,7

qmax(DШ, BШ) ∩ FТШ(DШ, BШ) ∩

∩ mШ(DШ, BШ)

DШ, м

BШ, м

0,4 1,4 1,2 1,3 1,5 1,6

0,5

0,6

0,7

а) б) в) г)

Рис. 4. Благоприятные области факторного пространства: а) - при минимальном контактном

давлении; б) – при минимальной силе сопротивления качению; в) - при минимальной массе

шины; г) - оптимальная область параметров шины

Оптимальная область, при минимальном контактном давлении, силе со-

противления качению и массе шины, соответствует диапазон изменения диа-

метра шины ШD от 1,2 до 1,5 м, и ширины ШВ от 550 до 700 мм (рис. 4 г).

Моделированием давлений в пятне контакта шин сверхнизкого давления

с почвой установлено, что при нагрузке 2,5 кН продольные эпюры распределе-

ния давления имеют седловидную форму (рис. 5). Наличие мембранного эф-

фекта в продольной плоскости пятна контакта свидетельствует о том, что дав-

ление шины меньше несущей способности почвы. Снижение давления воздуха

в шине с 25 до 10 кПа позволяет снизить максимальные давления на почву с 31

до 15 кПа.

-0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,60

10

20

30

40

q, кПа

L, м

3 1

2

а)

-0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,60

10

20

30

40

q, кПа

В, м

3 1

2

б)

Рис. 5. Расчетные значения распределение давления в пятне контакта шины при нагрузке

2,45 кН: а – продольные; б - поперечные; 1 - WР = 10 кПа; 2 - WР = 15 кПа; 3 - WР = 25 кПа

При нагрузке 4,41 кН продольные эпюры по форме близки к трапеции

(рис. 6). При данной нагрузке условие по обеспечению агротехнической прохо-

димости соблюдается при давлении воздуха в шине не более 40 кПа, а при дав-

лениях воздуха в шине 50-60 кПа максимальные контактные давления превы-

13

шают верхний порог несущей способности почвы. Агротехническая проходи-

мость, при соблюдении экологической совместимости, для МЭС обеспечивает-

ся при нагрузке на колесо 2,5 кН, а при нагрузке 4,41 кН - при давлениях воз-

духа 10-40 кПа.

-0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,60

10

20

30

40

50

60

70

q, кПа

L, м

6

5

4 3

2

1

а)

-0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,60

10

20

30

40

50

60

70

q, кПа

В, м

6

5

4

3

2

1

б)

Рис. 6. Расчетные значения эпюр распределения давлений в пятне контакта шины при на-

грузке 4,41 кН: а – продольные; б - поперечные; 1 - WР = 10 кПа; 2 - WР = 20 кПа; 3 - WР = 30

кПа; 4 - WР = 40 кПа; 5 - WР = 50 кПа; 6 - WР = 60 кПа

Моделированием напряжений в почвенном массиве установлено, что на-

пряжения от катящегося колеса распространяются до глубины 500 мм. Наи-

большая концентрация напряжений имеет место в пахотном слое почвы 0-250

мм, затухание напряжений в этом слое достигают 60%.

С целью повышения сцепных качеств и соблюдения требований по эко-

логической совместимости с почвенно-растительным покровом для шин сверх-

низкого давления был разработан протектор (рис. 7, патент № 2399499).

Рис. 7. Протектор шины сверхнизкого давления

С учетом параметров протектора, выражение для опреде-

ления коэффициента сцепления шины имеет вид:

,33,0

15,004,0

2

150cos15,0

33,02

0

0

Wп

WгWпг

О

г

Wп

WWWппУ

К

WS

К

PLPbPqt

tgPL

PbPqPLhСG

Pk

(7)

где: WkS - коэффициент эффективности площади контакта шины; пh , пt – вы-

сота и ширина почвозацепов; q – давление шины на почву; ψг – угол внутренне-

го трения грунта в зоне поверхности скольжения; γ – угол наклона почво-

зацепов; b0 – общая ширина контакта; пL - длина контакта; УC - удельная сила

сцепления; г - коэффициент трения резины о поверхность качения.

14

Для расчета параметров протектора шин сверхнизкого давления с учетом

выражения 7 разработана номограмма (рис. 8). Применение протектора позво-

лило реализовать коэффициент сцепления, равный 0,665. Рис. 8. Номограмма для расчета парамет-

ров протектора шин: пh - высота почвоза-

цепов; Пk - коэффициент насыщен ности

протектора; - показатель запрессовки

почвы

Моделированием процесса

взаимодействия колесного движите-

ля с растительным покровом, уста-

новлено, что при нагрузках на коле-

со 2,5 кН излома стеблей не проис-

ходит, а имеет место их полегание

(рис. 9). Установлено, что в диапазоне давлений wP в шине 15-25 кПа степень

полеглости растений высотой кh = 150 мм выше, чем растений высотой кh = 400

мм на 5-8% (рис. 10). На полеглость существенное влияние оказывает не только

нагрузка на колесо, но и давление воздуха в шинах. Наибольший уровень по-

леглости достигает 64% при давлении 30 кПа.

10 кПа

15 кПа

20 кПа

25 кПа

30 кПа

Касание Вход Прокатывание После прохода

64 %

57 %

57 %

47 %

33 %

0 5 10 15 20 25 30 35 400

20

40

60

80

NП / NК,

%

PW, кПа

hК=400мм

см

hК=150мм

ммо см

Рис. 9. Этапы взаимодействия колеса с рядом

растений и процент полеглости, при различном

давлении воздуха в шине и высоте растений 150

мм

Рис. 10. Доля полеглых растений по-

сле воздействия колесного движителя

при их высоте 150 и 400 мм

PW, кПа

hн, см

hн, см

PW, кПа

А,мм

5

15 10

10 20

30 30 20 10

0

5

10

15

а б

Рис. 11. Влияние скорости движе-

ния колеса на амплитуду колеба-

ний оси при движении по гармони-

ческим неровностям с периодом Lн

= 350 мм

Рис. 12. Зависимость амплитуды колебаний оси коле-

са при движении со скоростью 20 км/ч по гармониче-

ским неровностям при различном давлении воздуха в

шине

0 10 20 30 400,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

PW, кПа 30 20 10 0 0,3

0,4

0,5

0,7

φк

kS

0,4

0,6

5 15 hП, мм

20 кПа

hП = 0 мм

hП = 10 мм hП = 20 мм

0,6

10 кПа 15 кПа 30 кПа

ρ,

МН/м2

0,05

0,06

10

0,04

kП = 0,10 kП = 0,16

kП = 0,22

А

Б

15

Сглаживающую способность шины сверхнизкого давления в зависимости

от скорости движения оценивали по изменению амплитуды колебаний оси ко-

леса при движении по неровностям (рис. 11). Установлено, что при движении

по гармоническим неровностям высотой нh = 150 мм и давлении воздуха в шине

30 кПа имеет место увеличение амплитуды колебаний, при дальнейшем повы-

шении скорости уровень колебаний амплитуды снижается. Аналогичная зави-

симость имеет место при движении по неровности высотой 75 мм и давлении

воздуха в шине 15 кПа, но при движении по неровностям высотой 150 мм и

давлении 15 кПа рост амплитуды колебаний происходит практически пропор-

ционально скорости движения. Зона с минимальной амплитудой колебаний оси

колеса приведена на рис. 12.

В третьей главе «Математическое моделирование динамики энерго-

средств на шинах сверхнизкого давления» рассмотрены общие методологи-

ческие подходы к выбору параметров МЭС и разработке математической моде-

ли его функционирования, приведены результаты аналитических исследований.

Методология выбора параметров МЭС базируется на транспортно-

технологической концепции и системном подходе, включающем: конструктив-

ные составляющие, эксплуатационные свойства и внешние воздействия, что

обеспечивает максимальное соответствие конструкции специфическим услови-

ям эксплуатации и требованиям, вытекающим из данных условий.

Разработанная модель МЭС состоит из подсистем, «двигатель- трансмис-

сия – МЭС», подсистемы моделирующей пространственные колебания агрегата

и блоков, формирования крутящего момента двигателя, момента сопротивления

агрегата и технологических показателей. Модель составлена с учетом обще-

принятых допущений.

Математическая модель энергосредства с учетом динамической модели

(рис.13), имеет вид:

;212,1212,111

KCMJ Д

;424,2424,2

323,2323,2212,1212,122

KC

KCKCJ

;535,3535,3323,2323,233

KCKCJ

;545,4545,4424,2424,244

KCKCJ

,545,4545,4535,3535,355 СMKCKCJ

n

i

n

j

ijiПij

n

i

n

j

ijiПijC BlZKBlZCZM1 1

0

1 1

00 5,05,0 ;

i

n

i

n

j

ijiПiji

n

i

n

j

ijiПij lBlZKlBlZCJ

1 1

0

1 1

00 5,05,0 ;

n

i

n

j

ijiПij

n

i

n

j

ijiПijX BlZKBBlZCBJ1 1

0

1 1

0 5,05,05,05,0 ;

16

n

i

n

j

ijiПij

n

i

n

j

ijiПij

n

i

n

j

ijijПij

n

i

n

j

ijijПijijij

BlZKBlZC

qKqCm

1 1

0

1 1

0

1 11 1

5,05,0

;

iCCiCCCC lZZKlZZCZm 00, (8)

где J1 - момент инерции маховика, эквивалентного движущемся массам двигателя; J2 – мо-

мент масс трансмиссии; J3, J4 – соответственно, моменты инерции ведущих колес переднего

и заднего ведущих мостов средства; J5 - момент инерции маховика, эквивалентного посту-

пательно движущейся массе средства;

iii ,, - углы поворота, скорости и ускорения соот-

ветствующих масс; 2.1C , 2.1K - соответственно, коэффициент крутильной жесткости и

демпфирования валов коробки передач и карданной передачи; ,, 4.23.2 CС 4.23.2 , KK соответ-

ственно, коэффициенты крутильной жесткости и демпфирования полуосей ведущих мостов;

,5.3C ,5.4C ,5.3K 5.4K - соответственно, коэффициенты жесткости и демпфирования шин в тан-

генциальном направлении; Мд, Мс – соответственно, крутящий момент двигателя и приве-

денный к первичному валу коробки передач момент сопротивления средства; Мс, mij, mc –

соответственно, масса остова средства, неподрессоренные массы подвески и сиденья; Jo, Jx –

соответственно, моменты средства относительно продольной и поперечной осей; СПij,

СШij,KПij ,KШij – соответственно, коэффициенты жесткости и демпфирования подвески и шин;

qi – высота неровности под соответствующим колесом; ij .- линейные перемещения непод-

рессоренных масс.

Рис.13. Пространственная динамическая модель МЭС, оборудованного разбрасывателем

удобрений

Блок модели, описывающий колебания МЭС, оборудованного опрыски-

вателем, с учетом динамической системы (рис.14), имеет вид:

;

5,05,0

22021220211101111011

1 1

0

1 1

00

SZZKSZZСSZZKSZZС

BlZKBlZCZM

НННН

n

i

n

j

ijiПij

n

i

n

j

ijiПijC

17

;

5,05,05,05,0

222021222021

111011111011

1 1

0

1 1

0

SSZZKSSZZС

SSZZKSSZZС

BlZKBBlZCBJ

НН

НН

n

i

n

j

ijiПij

n

i

n

j

ijiПijX

;110111101111

SZZKSZZСZm ННН

;220212202122

SZZKSZZСZm ННН

,5,05,01 1

0

1 1

0

1 11 1

n

i

n

j

ijiПij

n

i

n

j

ijiПij

n

i

n

j

ijijПij

n

i

n

j

ijijПijijij

BlZKBlZC

qKqCm

где: 1Нm , 2Нm - соответственно, масса левой и правой штанги опрыскивателя; 2111, НН СС ,

2212, НН СС - соответственно, жесткости навесного оборудования в вертикальном и попереч-

ном направлениях; 2111, НН KK , 2212, НН KK - соответственно, коэффициенты демпфирования

навесного оборудования в вертикальном и поперечном направлениях; 21,SS - координаты

центров масс штанг опрыскивателя.

Рис. 14. Динамическая модель МЭС, оборудованного штанговым опрыскивателем

Воздействие гармонических неровностей под колесами энергосредства

описывались с учетом их сглаживающей способности:

Уnhi SVtKqq /12sin01 ;

Уnhi SaVtKqq /122sin02 ;

Уnhi SbaVtKqq /122sin03 , (9)

где: 0q - высота неровности; hK - коэффициент, учитывающий снижение высоты

неровности (для шин сверхнизкого давления равен 0,6-0,85); ba, - межосевое

расстояние соответственно между передним и средним и средним и задним

мостами; SУ KSS 0 - длина условной неровности, описываемой осью колеса

( 0S - длина неровности, SK - коэффициент, учитывающий увеличение длины ус-

ловной неровности, для шин сверхнизкого давления равен 2,5-7,0).

18

Воздействие неровностей, отражающих вероятностную связь между ко-

ординатами поверхности качения по длине участка пути, задавались корреля-

ционной функцией:

221 cos21 eAeAR ,

где 21221 ,,,, AA - коэффициенты.

Для обеспечения агротехнической проходимости МЭС по почве с низкой

несущей способностью должно удовлетворяться условие:

допкi qq ,

где кiq - текущее значение контактного давления колесного движителя на поч-

ву; допq , допустимое давление по несущей способности почвы.

Мгновенная величина давления колесного движителя на почву определя-

лась по выражению:

tF

tNtq кi ,

где kiN – нормальная реакция почвы; tF - мгновенная величина площади кон-

такта движителя с почвой.

Нормальная реакция почвы определялась в рамках стержневой модели

опорной поверхности (рис. 15):

N

i

c

ii

iiiк

ckidt

zdK

zzxx

zzzzxxR

CN1

0

2

0

2

0

0

2

0

2

0

. (10)

Рис. 15. Схема сил, действующих на колесо со стороны опорной

поверхности

где kiN – результирующая нормальная реакция со стороны

опорной поверхности; i - индекс стержня, кон-

тактирующего с колесом; N - количество стержней, кон-

тактирующих с колесом; 00 , zx - координаты центра коле-

са; ii zx , - координаты i -го стержня; CC KC , - соответст-

венно, жесткость и коэффициент демпфирование контакта стержня с колесом,

ir - расстояние между стержнем и центром колеса; кR - радиус колеса.

Для решения системы использовался численный метод интегрирования

Рунге-Кутта. На базе разработанной математической модели МЭС и программе

для ее реализации были проведены исследования по определению агротехниче-

ской проходимости и плавности хода.

При определении агротехнической проходимости МЭС за базовые пара-

метры приняты контактные давления колесного движителя на поверхность ка-

чения. Построенные эпюры давлений МЭС, в загруженном состоянии при дав-

лении воздуха в шинах 20 кПа, показали, что максимальные контактные давле-

ния колес на почву не превышают нижнего порога ее несущей способности

(рис. 16). Это свидетельствует, что МЭС обладают высокой проходимостью.

Изменение давления воздуха в шинах агрегата необходимо контролировать и

19

поддерживать в заданных пределах. Проведенные расчеты показали, что повы-

шение давления воздуха оказывает существенное влияние на увеличение веро-

ятности превышения заданного порога контактного давления. Так, при давле-

нии воздуха в шине до 20 кПа вероятность превышения заданного уровня кон-

тактных давлений движителем для почв с низкой несущей способностью не

превышает 0,1, а при давлении 45 кПа и более вероятность равна 1, то есть име-

ет место полное превышение контактных давлений движителем величины не-

сущей способности почвы (рис.17).

L, м

q,

кПа

10

20

15

5

0

24,2 кПа 24,4 кПа 26,4 кПа

0 10 20 30 40 500,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

p

PW, кПа

порожний

загруженный

Рис.16 Расчетные эпюры давления шин

сверхнизкого давления МЭС на почву, в

неподвижном состоянии

Рис.17 Зависимость изменения вероятности

превышения заданного порога контактного

давления колесного движителя на почву от

давления воздуха в шине

В связи с возросшими технологическими скоростями для обеспечения

нормированных показателей плавности хода параметры подвесок должны быть

согласованы с параметрами шин сверхнизкого давления.

Исследование влияния соотношения жесткости шины и жесткости под-

вески Сш/Сп на колебательные процессы агрегата показали, что при отсутствии

упругого элемента в подвеске массы агрегата, приходящиеся на передние коле-

са, испытывают значительные ускорения при движении по неровностям. При-

менение подвески позволяет более чем в 3 раза снизить уровень колебаний

подрессоренных масс. При скорости движения до 20 км/ч соотношение жестко-

стей Сш/Сп практически не оказывает влияния на изменение колебаний подрес-

соренных масс. При скорости движения свыше 20 км/ч уровень колебаний под-

рессоренных масс снижается с увеличением соотношения Сш/Сп (рис.18).

Характер изменения ускорений неподрессоренных и подрессоренных

масс переднего моста при соотношении Сш/Сп = 1,64 от скорости движения по

случайному профилю показывает, что с увеличение скорости движения про-

порционально возрастают ускорения неподрессоренных масс. При скорости

движения до 20 км/ч подвеска не оказывает существенного влияния на вибро-

нагруженность подрессоренных масс, поэтому на тихоходных средствах, обо-

рудованных шинами сверхнизкого давления, не целесообразно вводить подрес-

соривание (рис.19). Эффективность применения подвески совместно с шинами

20

сверхнизкого давления наиболее ярко проявляется в диапазоне скоростей от 20

до 40 км/ч.

Для реализации высоких скоростей движения МЭС наиболее эффектив-

ным диапазоном отношения являются значения Сш/Сп = 1,5–6,0. Малые значе-

ния дают существенный эффект при работе с опрыскивателем при движение по

ранним всходам и низком давлении воздуха в шинах. Большие значения соот-

ветствуют работе МЭС с разбрасывателем при полной загрузке бункера мине-

ральными удобрениями и установке шин большей грузоподъемности.

0 5 10 15 20 25 30 35 400

4

8

12

16

z'', м/с2

v, км/ч

1

2

3

Ш 4

0 10 20 30 40 50 600,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

z''ср, м/c2

v, км/ч

1

2

Рис. 18. Влияние скорости движения агре-

гата на изменение ускорений подрессорен-

ных масс переднего моста: 1- без упругого

элемента в подвеске; 2 - Сш/Сп = 1,5; 3 -

Сш/Сп = 3,0; 4 - Сш/Сп = 6,0

Рис. 19. Зависимость вертикальных уско-

рений от скорости движения в груженом

состоянии по случайному профилю: 1 –

ускорения на оси колеса; 2 – ускорения

подрессоренных масс переднего моста

Реализация повышенных скоростей движения ограничивается также

уровнем колебаний на сиденье оператора. Установлено, что при скоростях

движения 15-20 км/ч имеет место резонансный всплеск среднеквадратических

ускорений на сиденье оператора при движении по пахоте и стерне. Далее уро-

вень колебаний снижается, но с увеличением скорости движения свыше 30 км/ч

колебания возрастают (рис. 20). Однако как при движении по пахоте, так и при

движении по стерне уровень среднеквадратических колебаний на сиденье опе-

ратора не превышает границу комфорта, соответствующую 0,25 g. Теоретиче-

ские исследования показали, что при движении в диапазоне рабочих скоростей

10-45 км/ч применение специального подрессоривания сиденья для МЭС, обо-

рудованных шинами сверхнизкого давления и независимой подвеской, не тре-

буется.

Реализация высоких скоростей движения при внесении пестицидов имеет

дополнительные ограничения по уровню колебаний штанг опрыскивателя.

Проведенными исследованими влияния скорости движения на амплитуду коле-

баний на концах штанг опрыскивателя при движении со скоростью 10 и 35 км/ч

установлено, что имеют место резонансные всплески амплитуд колебаний, ве-

личина которых не превышает 200 мм (рис. 21). Эти данные свидетельствуют о

том, что при движении по равнинной местности касания штангой поверхности

качения не будет происходить.

21

0 10 20 30 40 50 600,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

z''ср, м/c2

v, км/ч

Пахота, h = 100 мм

Стерня, h = 35 мм

0 10 20 30 40 50 600

5

10

15

20

Azср, мм

v, км/ч

Пахота, h = 100 мм

Стерня, h = 35 мм

100

200

300

Рис. 20. Зависимость средних квадратиче-

ских вертикальных ускорений на сиденье

оператора от скорости движения по случай-

ному профилю

Рис. 21. Зависимость средней амплитуды

колебаний на концах штанг, опрыскивателя

от скорости движения агрегата

Проведенные исследования подтвердили адекватность разработанной ма-

тематической модели. Расхождения результатов исследований находятся в пре-

делах 7-11%.

В четвертой главе «Экспериментальные исследования характери-

стик шин сверхнизкого давления, их воздействия на поверхность качения»

приведены результаты экспериментальных исследований аналогов шин сверх-

низкого давления, различного исполнения.

На рис. 22 и 23 приведены нагрузочные характеристики шин.

Рис. 22. Зависимость нагрузки от относи-

тельного радиального прогиба шины-

оболочки ОШ-1: 1 – Pw = 23,2 кПа; 2 – Pw =

20 кПа; 3 – Pw = 15 кПа; 4 – Pw = 10 кПа; 5 –

Pw = 5 кПа

Рис. 23. Зависимость нагрузки от относи-

тельного радиального прогиба шины

1300х600-533: 1 – Pw = 10 кПа; 2 – Pw = 20

кПа; 3 – Pw = 30 кПа; 4 – Pw = 40 кПа; 5 – Pw

= 50 кПа; 6 - Pw = 60 кПа

По нагрузочным характеристикам установлено, что максимально допус-

тимый относительный радиальный прогиб при рабочих режимах эксплуатации

МЭС, для шины-оболочки ОШ-1 составляет 29%, а шины 1300х600-533 с про-

тектором «косая елка» – 20,8%.

22

Уравнения регрессии для определения нормальной деформаций шин,

равны:

W

ZZ

P

Gh 16043,00186,0 - для шин 1300х530-533 ОШ-1;

W

ZZ

P

Gh 547,0047,13 - для шин 1300х600-533 протектор «косая елка».

Результаты упругих характеристик шин показали, что шина-оболочка

ОШ-1 обладает большей эластичностью, чем шина 1300х600-533. Шина-

оболочка имеет в 4,7 раза меньшую радиальную жесткость, чем шины

1300х600-533, и в 3 раза меньшую радиальную жесткость при одинаковом дав-

лении воздуха 20 кПа.

Определение контактного давления шин ОШ-1 и 1300х600-533 с протек-

тором «косая елка» в пятне контакта проводили на твердой опорной поверхно-

сти и в почвенном канале с применением тензометрических датчиков. Установ-

лено, что номинальная и допустимая величины площадей контакта шины ОШ-1

в зависимости от относительного прогиба 29 и 35% составляют 1444 см2 и 1657

см2, соответственно. Давление воздуха в шине при допустимой площади кон-

такта соответствует 12,2 кПа, при номинальной - 15 кПа,.

Продольные эпюры давлений шины ОШ-1 на почву приведены на рис. 24.

Эпюры шины ОШ-1 имеют вид неравнобоких трапеций с сегментной шапкой.

При снижении давления воздуха в шине-оболочке с 20 до 5 кПа длина опорной

поверхность увеличивается. Для давлений воздуха в диапазоне 20-10 кПа, эпю-

ры имеют оптимальную форму с большой площадью неравнобоких трапеций и

минимальным коэффициентом неравномерности, равным 1,15.

а) б) в)

Рис. 24. Продольные эпюры давлений шины ОШ-1 при радиальной нагрузке Gz = 2,5 кН и

давлении воздуха соответственно: а) - 20 кПа; б) - 15 кПа; в) - 10 кПа

Испытания по определению эпюр давлений шины 1300х600-533 с протек-

тором «косая елка» показали, что при внутришинных давлениях 60, 50 и 40 кПа

продольные эпюры имеют параболическую форму, а при давлениях 30, 20 и 10

кПа эпюры принимают форму криволинейной трапеции. При переходе формы

эпюры от параболической к криволинейной трапеции, шина реализует макси-

мальный тяговый КПД, равный 0,96. Эпюра имеет оптимальную форму, мини-

мальный коэффициент неравномерности =1,47, при давления воздуха 30 кПа.

23

В сравнении с шиной 1300х600-533 при давлении воздуха 20 кПа шина-

оболочка ОШ-1 имеет меньшее в 2,1 раза максимальное давление и в 1,7 раза

меньшее среднее давление и меньший на 19% коэффициент неравномерности

распределения давлений. По удельной грузоподъемности при оптимальном

внутришинном давлении шина-оболочка превосходит шину 1300х600-533 на

31%.

В результате проведенных тяговых испытаний шин сверхнизкого давле-

ния с постоянной нагрузкой и при различном давлении воздуха установлено,

что минимальная сила сопротивления качению для шины ОШ-1 достигается

при давлении 15 кПа, а для шины 1300х600-533 при давлении 30 кПа. По реа-

лизации минимальной силы сопротивления качению обе шины имеют практи-

чески одинаковые значения: для шины-оболочки – 0,151 кН, для шины

1300х600-533 – 0,149 кН.

По результатам тяговых испытаний на мягком грунте установлено, что

шина ОШ-1 имеет КПД, равный 0,78, при полном отсутствии протектора. Шина

1300х600-533 с разработанным протектором повышенной проходимости, типа

«косая елка», имеет КПД, равный 0,89 (рис. 25). Из-за отсутствия протектора,

обусловленного требованием к неповреждаемости ранних всходов, на МЭС

устанавливают эти шины при внесении пестицидов.

а б

Рис. 25. Характеристики шины 1300х600-533 с протектором «косая елка», фон - поле под

посев, Gz = 5,47 кН; Pw = 30 кПа: а - базовая характеристика; б – тяговая характеристика.

Сглаживающая способность шин сверхнизкого давления проявляется в

большей степени, чем у других типов шин. Параметры экспериментально полу-

ченных траекторий осей колес при переезде единичных неровностей показали,

24

что высота подъема оси меньше высоты неровности на 13-40%, а горизонталь-

ная координата оси траектории превышает длину неровности в 2,5-7 раз.

Из условий допустимого прогиба минимуму энергозатрат на качение шин

и коэффициента неравномерности распределения контактного давления соот-

ветствуют оптимальное давление воздуха в шине ОШ-1, равное 15 кПа, а в ши-

не 1300х600-533 с рисунком протектора «косая елка» - 30 кПа (табл. 1).

Таблица 1. Рациональные параметры шин сверхнизкого давления

Марка шины Gz, кН Рw, кПа qmax,кПа qср, кПа ζпрод

MAX

Z

q

G , кН/кПа

1300х530-533

ОШ-1 2,45 15 19,7 17,1 1,15 0,12

1300х530-533

«косая елка» 4,41 30 53,3 36,4 1,47 0,082

Проведенные экспериментальные исследования подтвердили правиль-

ность теоретических расчетов. Полученные характеристики позволяют выби-

рать параметры шин сверхнизкого давления, обеспечивающих агротехниче-

скую проходимость МЭС на стадии проектирования, с учетом их конструктив-

ных особенностей.

В пятой главе «Экспериментальные исследования мобильных энер-

госредств на шинах сверхнизкого давления» приведены результаты экспе-

риментальных исследований плавности хода, эксплуатационно-технических

показателей, экологической совместимости с окружающей средой и результаты

производственных испытаний. Также определены исходные данные для мате-

матических моделей.

Оценка плавности хода

Испытания проводили для двух вариантов исполнения ходовой части.

Первым вариантом была предусмотрена равная жесткость подвесок среднего и

заднего мостов, но меньшая жесткость подвески переднего моста. Вторым ва-

риантом предусмотрена равная жесткость подвесок переднего и заднего мос-

тов, но меньшая жесткость подвески среднего моста. Экспериментальная оцен-

ка влияния жесткостей подвесок трехосного средства показала, что снижение

жесткости подвески переднего моста относительно жесткости подвески средне-

го и заднего мостов приводит к увеличению вибронагруженности остова при

преодолении единичной неровности. С увеличением скорости движения проис-

ходит уменьшение разницы в вибронагруженности подрессоренных масс пе-

реднего моста с 29 до 13% .

Проведенными полевыми испытаниями установлено, что с увеличением

скорости движения уровень ускорений на оси колеса возрастает с 2 до 7,5 м/с2,

при этом спектр собственных частот смещается в сторону более высоких - с

4 до 8 Гц, спектры ускорений становятся более пологими и имеют тенденцию к

сдвигу в сторону высоких частот, что обусловлено влиянием неподрессоренных

масс. При этом вибронагруженность подрессоренных масс при изменении ско-

рости с 10 до 40 км/ч возросла в 2,5 раза и достигла 0,07 g, однако на оси колеса

25

вибронагруженность в данном скоростном диапазоне возросла в 5,6 раза и дос-

тигла 0,76 g (рис. 26).

Рис. 26. Максимальные виброускорения подвески: 1 – виброу-

скорения на переднем мосту; 2 - виброускорения на оси колеса

Экспериментальные исследования подтвердили

правильность теоретических исследований о целесооб-

разности схемы подрессоривания трехосного средства

по второму варианту.

С повышением скорости движения возрастает

влияние неподрессоренных масс на уровень колебаний остова, поэтому на

МЭС, оборудованных шинами сверхнизкого давления, необходимо применение

подвески для обеспечения требуемого уровня плавности хода.

Результаты испытаний по оценке колебаний на сиденье оператора приве-

дены на рис. 27-28. Исследования проводили при отсутствии подрессоривания

сиденья оператора. Уровень колебаний на сиденье оператора при движении по

единичным неровностям высотой 150 мм и длиной 700 мм показал, что на ре-

зонансной частоте в октавной полосе 2 Гц амплитуды колебаний достигают

максимальных значений. С повышением скорости движения спектры ускоре-

ний становятся более пологими и имеют тенденцию к увеличению в сторону

высоких частот. Установлено, что с увеличением скорости движения с 2,78 до

11,1 м/с максимальные значения амплитуд колебаний возрастают в 3,1 раза.

Испытания при движении по грунтовой дороге показали, что наиболее резкое

возрастание вертикальных ускорений на сиденье оператора проявляется на ок-

тавной частоте 1 Гц, при этом уровень колебаний удовлетворяет нормативным

показателям.

Рис. 27. Уровень колебаний на сиденье опе-

ратора при движении по единичной неров-

ности высотой 150 мм: 1 – 10 км/ч; 2 – 20

км/ч; 3 – 30 км/ч; 4 – 40 км/ч

Рис. 28. Уровень колебаний на сиденье опе-

ратора при движении по грунтовой дороге:

1 – колебания на сиденье: 2 – нормативные

значения вертикальных колебаний

26

Экспериментально подтверждено, что при оборудовании МЭС шинами

сверхнизкого давления дополнительное подрессоривание сиденья оператора не

требуется.

Определение эксплуатационно-технических показателей

Проведенными испытаниями установлено, что МЭС имеет рабочую ско-

рость 29,6 км/ч. Показатели качества удовлетворяют агротребованиям при ра-

боте агрегата на повышенных рабочих скоростях. Неравномерность внесения

удобрений при скорости движения 29,6 км/ч по рабочей ширине не превышала

19,2%, а по ходу движения 7,9%, что соответствует нормативным показателям.

Определение воздействия движителя на почвенно-растительный покров

и окружающую среду

При движении по почве воздействие движителя МЭС практически не

влияет на ее агрофизические свойства, внешний вид следа движения указывает

на полное отсутствие формирования колеи. Установлено, что воздействие ко-

лесного движителя на почву незначительно изменяет ее физическое состояние.

Даже после 10-кратного прохода по одному следу объемная плотность почвы

увеличилась в слое 0-5 см с 1,02 до 1,12 г/см3, в слое 5-10 см – с 1,12 до 1,17, в

слое 10-15 см– с 1,16 до 1,21 г/см3, т.е. соответственно по слоям на 0,1, 0,05 и

0,05 г/см3.

Воздействия ходового аппарата на растения, находящиеся в фазе куще-

ния, показали, что после первого прохода они слегка прикатаны, но не повреж-

дены. Даже после 10-го прохода по растениям и одному следу, растения вос-

становились, и полностью вызрели. Через 10-12 дней после прохода колесного

движителя следов на поле не было видно, растения полностью восстанавлива-

лись в росте.

МЭС удовлетворяют требованиям, предъявляемым к экологически безо-

пасным средствам, по совместимости с окружающей средой, и в частности, по

воздействию колесного движителя на почву, растительный покров, а также по

уровню внешнего шума и отсутствию каплепадения от узлов трансмиссии и

гидросистем.

Производственные испытания МЭС

Полученные результаты лабораторных и полевых испытаний энерго-

средств на экологически безопасных колесных движителях были проверены в

производственных условиях рядовой эксплуатации применительно к различ-

ным почвенно-климатическим зонам России. Испытания первой партии МЭС

из двадцати агрегатов на базе ТТС-70 проводили в течение семи сезонов (с 1999

по 2005 гг.) на полях Воронежской, Белгородской, Тамбовской, Калужской,

Оренбургской областей, Алтайского и Ставропольского краев. В результате

было установлено: колёсный движитель на шинах сверхнизкого давления обес-

печивает давление на почву, меньшее, чем ее несущая способность, что обеспе-

чивает агрегату не только высокую агротехническую проходимость, но и спо-

собность обрабатывать сельскохозяйственные культуры на влажной почве с

низкой несущей способностью, практически не повреждая их. Сочетание высо-

коэластичного колёсного движителя, обладающего большой поглощающей

27

способностью, с независимой подвеской обеспечивает хорошую плавность хода

агрегату, что позволяет реализовать высокую рабочую скорость.

Испытания УТЭС-271 и их модификаций проводились в течение шести

сезонов (с 2006 по 2011 гг.) на полях Воронежской, Белгородской, Орловской,

Ростовской, Липецкой областей, в Республике Адыгея, Краснодарском крае.

Установлено, что сменная наработка определяется не только технической ха-

рактеристикой МЭС, но также существенно зависит от технического обеспече-

ния процесса загрузки и организации доставки удобрений на поля. Сменная

производительность при внесении минеральных удобрений, с учетом вышена-

званных факторов, составила 200-240 га. В отдельных случаях при химической

обработке полей и 12 - часовом рабочем дне производительность достигала ре-

кордных показателей - 500 га и выше.

Результаты производственных испытаний показали, что годовая наработ-

ка МЭС при внесении минеральных удобрений составила 5000-7500 га, при

внесении пестицидов - 6000-8000 га.

В шестой главе «Технологическая применяемость мобильных энер-

госредств на шинах сверхнизкого давления» приведена технологическая

применяемость МЭС на шинах сверхнизкого давления в агротехнологиях рас-

тениеводства.

Для эффективного использования в агротехнологиях МЭС, усовершенст-

вована технология (патент № 2467546). Характерной особенностью усовершен-

ствованной технологии является включение в технологическую карту МЭС на

шинах сверхнизкого давления.

Согласно усовершенствованной технологии, химическая обработка про-

водится до всходов, что позволяет уничтожить сорняки и не угнетать рост

культурных растений. Высокая эффективность химической обработки достига-

лась применением малообъемного опрыскивателя с расходом рабочей жидко-

сти 20-60 л/га. Увядшие сорняки покрывают почву, что позволяет защитить

междурядье от прямых солнечных лучей и, как следствие, снизить испарение

влаги и растрескивание почвы, а также предотвратить рост второй волны сор-

няков.

Реализация усовершенствованной технологии оказалась возможной лишь

при применении МЭС, оборудованного шинами сверхнизкого давления. Усо-

вершенствованная технология ориентирована в первую очередь на ресурсные

возможности крестьянско-фермерских хозяйств, их ограниченные финансовые

средства и техническое обеспечение.

Основными преимуществами усовершенствованной технологии являют-

ся: повышение урожайности, а также конкурентоспособности и качества про-

дукции; уменьшение влияния погодных условий на урожайность; снижение ма-

териальных и финансовых затрат.

Данная технология применима для подсолнечника, сои, кукурузы и дру-

гих культур, а также для регионов степной, сухостепной и лесостепной зон на

всех типах почв с различным гранулометрическим составом.

28

С целью повышения эффективности использования МЭС, разработан к

нему комплекс машин, обеспечивающий годовую загрузку 868 ч.

В седьмой главе «Техническая реализация и внедрение результатов

исследований» приведена техническая реализация результатов исследований.

Полученные результаты исследований и производственных испытаний

подтвердили правильность выбора транспортно-технологической концепции

для создания МЭС, обеспечивающих давление колесных движителей на по-

верхность качения, удовлетворяющее требованиям ГОСТ 26955-86. Базируюсь

на результатах исследований, разработаны конкретные рекомендации по со-

вершенствованию конструкции МЭС, которые легли в основу создания образ-

цов машин мелкосерийного производства - ТТС-70, УТЭС-271, УТЭС-271

«Барс» и их модификации, а также МЭС-90СХ для доставки удобрений на поля

(рис. 29).

ТТС-70 с разбрасывателем

МВД-0,5, выпущено 22 ед УТЭС-271 с разбрасывателем,

промобразец № 76639

Энергосредство МЭС-90, патент

на промобразец № 76639

Рис. 29. Образцы машин, созданы по патентам № 95293, 95308, 108402, 108403, 2446957,

116002, 116830.

Техническая новизна разработанных МЭС подтверждена патентами на

изобретения и промышленные образцы. Накопленный банк данных позволяет

проводить поиск рациональных параметров и конструктивных решений пер-

спективных образцом МЭС.

В восьмой главе «Экономическая эффективность от применения

энергосредств на шинах сверхнизкого давления» дана сравнительная эконо-

мическая оценка применения МЭС, оборудованных шинами сверхнизкого дав-

ления, и использования их в усовершенствованной технологии.

Эффективность использования МЭС оценивали методом сравнения с за-

рубежными и отечественными машинами для внесения минеральных удобре-

ний и пестицидов. При использовании МЭС в агротехнологиях затраты на 1 га

обрабатываемой площади в 3,2-5,2 раза ниже, чем применение наиболее попу-

лярных зарубежных и отечественных опрыскивателей. При внесении мине-

ральных удобрений затраты на 1 га обработанной площади у МЭС составляют

47,1 руб., что в 4 раза меньше, чем у John Deere 4930, и в 3,1 раза меньше, чем у

самолета АН-2.

Целесообразность применения усовершенствованной технологии опреде-

ляли на основании результатов испытаний двух вариантов, базовой и усовер-

шенствованной, по конечному результату - урожайности. Экономические пока-

затели при этом сравнивали по всей технологии производства продукции. Усо-

вершенствованная технология обеспечивает снижение затрат средств защиты

29

растений на 23,4%, экономия топлива составляет 46,3%, а затраты на заработ-

ную плату снижаются на 17,2%, расчетная рентабельность технологии состав-

ляет 69,4%. Данная технология обеспечивает не только сокращение затрат при

выполнении комплекса механизированных работ, но так же увеличение уро-

жайности сельскохозяйственных культур за счет лучшего сохранения почвен-

ной влаги.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Выполненный комплекс научных исследований позволяет сделать сле-

дующие основные выводы и рекомендации.

1. Разработана методология создания МЭС на шинах сверхнизкого давле-

ния и эксплуатационные требования, предъявляемые к ним, позволяющие вы-

бирать функциональную схему, компоновку, параметры подвески, колесного

движителя и монтируемого оборудования, обеспечивающие агротехническую

проходимость при выполнении технологических операций на почвах с низкой

несущей способностью и растительном покрове.

2. Разработана пространственная математическая модель процесса взаи-

модействия высокоэластичной шины с почвенно-растительным покровом.

Предложен методологический подход, основанный на методе конечных эле-

ментов, теории упругости и механике сплошных сред. Особенность подхода -

его универсальность, что позволяет моделировать поверхности качения с раз-

личной влажностью, а также учет наличия растительного покрова и жесткости

составных частей колесного движителя.

Оптимальные параметры шины для МЭС должны соответствовать диа-

метру в диапазоне от 1,2 до 1,5 м, а по ширине от 550 до 700 мм. Агротехниче-

ская проходимость движителя, оборудованного шинами сверхнизкого давле-

ния, обеспечивается на почвах с низкой несущей способностью при нагрузке на

шину-оболочку 2,5 кН и давлении воздуха в шинах 5-30 кПа, а при нагрузке на

бескамерную шину 4,41 кН - при давлении воздуха в шинах 10-40 кПа. При

данных нагрузочных режимах наибольшая концентрация напряжений находит-

ся в пахотном слое почвы 0-250 мм, затухание в котором составляет 60%. Мо-

делированием процесса взаимодействия колесного движителя с растениями вы-

сотой 150 мм установлено, что излома стеблей не происходит, а полеглость в

следе достигает 64%.

3. Разработана математическая модель колебаний остова МЭС, учиты-

вающая конструктивные параметры навесного оборудования, сглаживающую

способность шин, упруго-вязкостные свойства почвы, позволяющая исследо-

вать агротехническую проходимость и плавность хода при выполнении техно-

логических операций на рабочих скоростях движения.

Согласно разработанной математической модели и проведенным расче-

там установлено, что для обеспечения требуемого уровня плавности хода МЭС,

оборудованных шинами сверхнизкого давления, ходовая часть должна иметь

30

независимую подвеску и удовлетворять следующим параметрам: отношение

жесткости шины к жесткости подвески 1,5-6,0; отношение жесткости подвески

переднего моста к жесткости подвески среднего моста 1,15-1,25; отношение

жесткости подвески переднего моста к жесткости подвески заднего моста 1,0-

0,95; коэффициент неподрессоренных масс 1,75-4,0; отношение расстояния ме-

жду средним и задним мостами к расстоянию между передним и средним мос-

том 0,6-0,7. Разработанные параметры ходовой части МЭС по уровню колеба-

ний на сиденье оператора соответствуют ГОСТ 12.1.012-90 в диапазоне рабо-

чих скоростей от 2,78 до 11,1 м/с. Амплитуда колебаний штанг на равнинной

местности не должна превышать 200 мм. Оценка адекватности модели произ-

водилась по максимальным амплитудам ускорений подрессоренных масс и си-

денья оператора, при этом отклонение расчетных и экспериментальных значе-

ний амплитуд ускорений находится в пределах 7-11%.

4. Экспериментальными исследованиями параметров плавности хода

МЭС установлено, что при преодолении единичных неровностей, и равной же-

сткости подвесок переднего и заднего мостов, но меньшей жесткости подвески

среднего моста, уровень колебаний ниже, чем при равных жесткостях подвесок

среднего и заднего мостов. С увеличением скорости разница в вибронагружен-

ности подрессоренных масс переднего моста уменьшается с 29% до 13%, на ре-

зонансной частоте в октавной полосе 2 Гц при скорости 5,56 м/с оба варианта

подвесок имеют максимальные уровни колебаний и для второго варианта под-

весок ускорения составляют 0,83 м/с2. Применение независимой подвески

снижает вибронагруженность подрессоренных масс с увеличением скорости

движения с 3 до 5,6 раз.

Экспериментально подтверждено, что при оборудовании МЭС независи-

мой подвеской и шинами сверхнизкого давления не целесообразно применение

подрессоривания сиденья оператора. При преодолении единичных неровностей

высотой 150 мм с увеличением скорости с 2,78 до 11,1 м/с максимальные зна-

чения амплитуд колебаний ускорений возрастают в 3,1 раза и не превышают

0,78 м/с2, а при движении по грунтовой дороге в изношенном состоянии при

скорости движения 30 км/ч уровень колебаний ускорений на сиденье оператора

не превышает 1,1 м/с2

. На всех режимах испытаний уровень колебаний на си-

денье оператора соответствует ГОСТ 12.1.012-90.

5. Экспериментально определены основные характеристики шин сверх-

низкого давления сельскохозяйственного назначения. Установлено, что нагруз-

ка на шину-оболочку ОШ-1 не должна превышать 3,43 кН, а на шину с протек-

тором «косая елка» - 5,47 кН. Относительный радиальный прогиб при рабочих

режимах эксплуатации для шины-оболочки ОШ-1 не должен превышать 29%, а

шины 1300х600-533 с протектором «косая елка» – 20,8%. Рабочее давление

воздуха при выполнении технологических операций, из условия минимума

энергозатрат и обеспечения заданного относительного прогиба, в шине-

оболочке ОШ-1 должно соответствовать 10-15 кПа и в бескамерной шине с

протектором «косая елка» - 20-30 кПа. Коэффициент неравномерности распре-

деления контактных давлений у шины оболочки должен составлять 1,3, у ши-

31

ны с протектором «косая елка» - 1,6. Протектор (патент № 2399499) повышен-

ной проходимости и обоснованные его параметры позволяют реализовывать тя-

говый КПД на поле, подготовленном под посев, равный 0,89, при коэффициен-

те сцепления 0,60-0,66 и коэффициенте сопротивления качению 0,034-0,039.

6. Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено, что ко-

лесный движитель МЭС, оборудованный шинами сверхнизкого давления, явля-

ется экологически безопасным. Максимальное давление на поверхность каче-

ния колесного движителя, при комплектации шинами-оболочками и бескамер-

ной шиной с протектором «косая елка» составляют соответственно 22,8 и 29,5

кПа, что удовлетворяет требованиям ГОСТ-26955-86 по уровню воздействия на

поверхность качения. Физико-механические характеристики почвы практиче-

ски не изменяются даже после 10-кратного прохода движителя по одному сле-

ду. Воздействия высокоэластичного движителя на культурные растения, нахо-

дящиеся в фазе кущения, показали, что растения слегка прикатаны, но не по-

вреждены, через 10-12 дней после прохода они полностью восстанавливаются в

росте и следов от прохода на поле не видно.

7. Шины сверхнизкого давления обладают повышенной сглаживающей

способностью, проявляющейся в большей степени с увеличением частоты воз-

мущающих воздействий, однако с увеличением скорости с 25 до 50 км/ч ампли-

туда колебаний оси колеса снижаются. Установлено, что при одинаковой высо-

те короткой неровности, независимо от ее профиля, траектория оси колеса име-

ет форму сегмента. Высота подъема оси колеса меньше высоты преодолевае-

мой неровности на 13-40% и зависит от давления воздуха в шине.

8. Использование МЭС на шинах сверхнизкого давления позволяет вы-

полнять технологические операции по внесению удобрений и обработке посе-

вов пестицидами в заданные агротехнические сроки на почвах с низкой несу-

щей способностью при любой погоде, как в светлое, так и в темное время су-

ток. МЭС реализует рабочую скорость 29,6 км/ч при внесении минеральных

удобрений, без ухудшения качества технологического процесса, неравномер-

ность распределения удобрений по ширине не превышает 19,2%, а по ходу

движения 7,9%, что удовлетворяет существующим агротребованиям.

9. Сравнительными исследованиями технико-экономических показателей

МЭС на шинах сверхнизкого давления с отечественными и зарубежными ана-

логами установлено, что при внесении минеральных удобрений затраты на 1 га

обработанной площади у МЭС в 4 раза меньше, чем у самоходного средства

химизации John Deere 4930, и в 3,1 раза меньше, чем у самолета АН-2. При хи-

мической обработке полей затраты у МЭС в 5,2 раза ниже, чем у John Deere

4930, при том что сменные производительности их близки.

10. Усовершенствована технология с включением в комплекс машин

МЭС на шинах сверхнизкого давления (патент № 2467546). Рекомендации ис-

пользования в агротехнологиях этих МЭС обеспечивают повышение урожайно-

сти на 15-30%, экономию топлива на 46,3%, снижение затрат на приобретение

средств защиты составляет 23,4%, экономия фонда заработной платы достигает

17,2%, по сравнению с базовой технологией.

32

11. Разработанная методика обоснования параметров шин сверхнизкого

давления, опытно-конструкторские работы и практические рекомендации по-

зволили разработать техническую документацию и наладить производство вы-

сокоэффективных МЭС сельскохозяйственного назначения, включающие сред-

ства внесения минеральных удобрений и средства доставки удобрений на поля.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

а) Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Прядкин В.И. Энергосредство нового поколения // Техника в сельском хо-

зяйстве. – 2012. № 3. - С. 23-25.

2. Прядкин В.И. Вибронагруженность энергосредства на шинах сверхнизкого

давления // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 2012. № 5. -

С. 29-30.

3. Прядкин В.И. Оценка воздействия колесного движителя на растительный

покров // Техника в сельском хозяйстве. – 2013. № 2. - С. 24-26.

4. Прядкин В.И. Агротехническая проходимость энергосредств по почвам с

низкой несущей способностью// Сельскохозяйственные машины и технологии.

– 2013. № 4. - С. 34-37.

5. Прядкин В.И. Воздействие экологичной шины на почву / Вестник Воро-

нежского гос. техн. университета // Том. 7. 2011. № 3. – С. 198-200.

6. Прядкин В.И. Несущая способность высокоэластичной шины / Вестник

Воронежского гос. техн. университета // Том. 7. 2011. № 4. – С. 48-50.

7. Прядкин В.И. Оценка опорной проходимости средств химизации по поч-

вам с низкой несущей способностью // Тракторы и сельхозмашины. 2013. № 5. -

С. 15-18.

8. Гребнев В.П., Прядкин В.И. Нагруженность трансмиссии транспортно-

технологического агрегата//Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2000.

№ 3. - С. 34-36.

9. Бычков Н.Н., Прядкин В.И., Мельник А.Г. Энергосредство для механиза-

ции работ на поймах // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2004. № 10

- С. 6-8.

10. Зайцев С.Д., Стреблеченко Л.С., Прядкин В.И. Энергосредство на шинах

сверхнизкого давления // Тракторы и сельскохозяйственные машины. – 2006. №

10 - С. 9-10.

11. Зайцев С.Д., Стреблеченко Л.С., Гончаренко С.В., Прядкин В.И. Тягово-

сцепные качества высокоэластичных шин сверхнизкого давления // Тракторы и

сельскохозяйственные машины. – 2008. № 9. – С. 29-31.

12. Прядкин В.И, Зайцев С.Д., Стреблеченко Л.С., Гончаренко С.В Выбор ра-

циональных режимов работы высокоэластичных шин сверхнизкого давления //

Каучук и резина. - 2010 № 1. - С. 40-42.

33

13. Зайцев С.Д., Стреблеченко Л.С., Гончаренко С.В., Прядкин В.И. Экспери-

ментальная оценка тягово-сцепных качеств широкопрофильной шины // Трак-

торы и сельхозмашины. - 2010. № 8. – С. 25-27.

14. Гончаренко С.В., Прядкин В.И. Упругие характеристики шин сверхнизкого

давления при различных режимах нагружения. Часть 1. Вертикальные и боко-

вые нагрузки. Каучук и резина // 2011. № 1. - С. 24-26.

15. Гончаренко С.В., Прядкин В.И. Упругие характеристики шин сверхнизкого

давления при различных режимах нагружения. Часть 2. Оценка тангенциальной

жесткости // Каучук и резина. – 2011. № 2. - С. 23-25.

16. Прядкин В.И., Боева А.А., Мордовцев А.А. Многократное снижение затрат

при химической обработке – реальность // Регион: системы, экономика, управ-

ление / Русский провинциальный научный журнал. - 2011. № 2 (13). – С. 243-

246.

17. Кадыров С.В., Прядкин В.И., Русанов А.В., Бриндюк В.Н. Техника для ре-

сурсосберегающих технологий // Сельскохозяйственные машины и технологии.

– 2012. № 2. - С. 44-47.

Б) Монография и учебное пособие с грифом УМО

18. Прядкин В.И. Проходимость колесных транспортно технологических агре-

гатов лесного комплекса. – Воронеж: Воронеж. гос. лесотехн. акад., 2000. –

232с.

19. Волков В.С., Прядкин В.И., Фатхулин Ф.Ф. Проектирование шасси авто-

мобиля / Учебное пособие. Воронеж: Воронеж гос. лесотехн. акад., 2001. - 136

с.

в) Патенты:

20. Прядкин В.И., Бриндюк В.Н., Бриндюк С.В. Колесо транспортного средст-

ва / Патент на полезную модель. № 76283. - 2008.

21. Прядкин В.И., Бриндюк В.Н., Бриндюк С.В. Колесо транспортного средст-

ва / Патент на полезную модель. № 76284. - 2008.

22. Прядкин В.И., Бриндюк В.Н., Бриндюк С.В. Колесо транспортного средст-

ва / Патент на полезную модель. №77575. - 2008.

23. Прядкин В.И., Бриндюк В.Н., Бриндюк С.В. Колесо транспортного средст-

ва / Патент на полезную модель. №77576. - 2008.

24. Прядкин В.И., Бриндюк В.Н., Бриндюк С.В. Подвеска транспортного сред-

ства повышенной проходимости / Патент на полезную модель. № 77578. - 2008.

25. Прядкин В.И., Бриндюк В.Н., Бриндюк С.В. Шина-оболочка для транс-

портного средства повышенной проходимости / Патент на полезную модель. №

79493. - 2009.

26. Прядкин В.И., Рыбин В.Л., Филиппов Л.Е. Транспортное средство повы-

шенной проходимости / Патент на промышленный образец. № 76639. - 2009.

27. Прядкин В.И., Бриндюк В.Н., Бриндюк С.В. Транспортное средство повы-

шенной проходимости / Патент на промышленный образец. № 76642. - 2010.

34

28. Прядкин В.И., Бриндюк В.Н., Бриндюк С.В. Подвеска транспортного сред-

ства повышенной проходимости / Патент на полезную модель. № 95293. -

2010.

29. Прядкин В.И., Бриндюк В.Н., Бриндюк С.В. Дистанционный привод

управления коробкой передач транспортного средства / Патент на полезную

модель. № 95294. - 2010.

30. Прядкин В.И., Бриндюк В.Н., Бриндюк С.В. Пространственная рама транс-

портного средства преимущественно повышенной проходимости / Патент на

полезную модель. № 95308. - 2010.

31. Прядкин В.И., Бриндюк В.Н., Бриндюк С.В. Протектор шины транспортно-

го средства повышенной проходимости / Патент на изобретение. № 2399499. -

2009.

32. Прядкин В.И., Бриндюк В.Н., Бриндюк С.В. Рулевая колонка транспортно-

го средства / Патент на полезную модель. № 98727. - 2009.

33. Прядкин В.И., Бриндюк В.Н., Бриндюк С.В. Крыло транспортного средства

преимущественно повышенной проходимости / Патент на полезную модель. №

99429. - 2009.

34. Прядкин В.И., Бриндюк В.Н., Бриндюк С.В. Шина транспортного средства

повышенной проходимости / Патент на полезную модель. № 103329. - 2010.

35. Прядкин В.И., Бриндюк В.Н., Бриндюк С.В. Транспортно-технологическая

машина типа «пневмоход» / Патент на полезную модель. № 108402. - 2011.

36. Прядкин В.И., Бриндюк В.Н., Бриндюк С.В. Транспортно-технологическая

машина типа «пневмоход» / Патент на полезную модель. № 108403. - 2011.

37. Прядкин В.И., Бриндюк В.Н., Бриндюк С.В. Способ производства посев-

ных сельскохозяйственных культур / Патент на способ. № 2467546. - 2011.

38. Прядкин В.И., Бриндюк В.Н., Бриндюк С.В. Опрыскиватель / Патент на

полезную модель. № 108920. - 2011.

39. Прядкин В.И., Бриндюк В.Н., Бриндюк С.В. Колесо транспортного средст-

ва / Патент на изобретение. № 2446957. - 2012.

40. Прядкин В.И., Бриндюк В.Н., Бриндюк С.В. Транспортно-технологическая

машина преимущественно сельскохозяйственного назначения / Патент на по-

лезную модель. № 116002. - 2012.

41. Прядкин В.И., Бриндюк В.Н., Бриндюк С.В. Транспортно-технологическая

машина преимущественно сельскохозяйственного назначения (варианты) / Па-

тент на полезную модель. № 116830. - 2012.

42. Прядкин В.И., Бриндюк В.Н., Бриндюк С.В. Шина транспортного средства

повышенной проходимости / Патент на полезную модель. № 119684. - 2012.

г) Прочие публикации

43. Гребнев В.П., Прядкин В.И., Чернигин А.С. Особенности математического

моделирования динамики тракторных транспортных агрегатов // Информаци-

онные технологии в учебном процессе и НИР / Воронеж. аграр. ун-т. – Воро-

неж, 1995. - С. 241-250.

35

44. Прядкин В.И. Энергетический баланс транспортно-технологического агре-

гата при движении в тяжелых дорожных условиях // Материалы конф. / Рацио-

нальное использование ресурсного потенциала в агропромышленном комплек-

се. - Воронеж, 1998. – С. 55-56.

45. Бартенев И.М., Прядкин В.И. Моторно-трансмиссионные установки для

мобильных энергетических средств // Материалы конф. / Рациональное исполь-

зование ресурсного потенциала в агропромышленном комплексе. - Воронеж,

1998. – С. 57-58.

46. Бартенев И.М., Прядкин В.И., Стасюк В.В. Повышение проходимости сор-

тиментовоза применением автоматического регулятора давления воздуха в ши-

нах // Материалы конф. / Научно-технические проблемы в развитии ресурсобе-

регающих технологий и оборудования лесного комплекса. - Воронеж, 1998. – С.

192-194.

47. Прядкин В.И. Моделирование процесса колееобразования при движении

колеса по лесной почве // Математическое моделирование, компьютерная оп-

тимизация технологий, параметров оборудования и систем управления лесного

комплекса / Межвуз. сб. тр. ВГЛТА. - Воронеж, 1999. – С. 20-24

48. Прядкин В.И. Моделирование процесса формирования касательной силы

тяги ведущего колеса // Математическое моделирование, компьютерная опти-

мизация технологий, параметров оборудования и систем управления лесного

комплекса / Межвуз. сб. тр. ВГЛТА. - Воронеж, 1999. – С. 66-70.

49. Прядкин В.И., Панюшкин Н.Н. Обоснование параметров колесного движи-

теля сортиментовоза // Вестник вып. 2 ЦЧР отделения наук о лесе академии ес-

тественных наук ВГЛТА, 1999. – С. 147-153.

50. Прядкин В.И. Особенности динамической нагруженности моторно-

трансмиссионной установки транспортного агрегата / Материалы международ-

ной конф. // Улучшение эксплуатационных показателей двигателей, тракторов

и автомобилей. - Санкт Петербургский ГАУ, 1999. - С. 74-75.

51. Прядкин В.И. Методология математического моделирования динамики

транспортно-технологических агрегатов / Материалы международной конф. //

Улучшение эксплуатационных показателей двигателей, тракторов и автомоби-

лей. - Санкт Петербургский ГАУ, 1999. - С. 75-76.

52. Прядкин В.И. Моделирование взаимодействия колеса с короткой неровно-

стью // Материалы международной конф. / Улучшение эксплуатационных пока-

зателей двигателей, тракторов и автомобилей. - Санкт Петербургский ГАУ,

1999. - С. 76-77.

53. Бартенев И.М., Прядкин В.И., Колосов С.А Проходимость почв и повыше-

ние тяговых качеств движителей // Материалы международной научно-

практической конф. / Интеграция фундаментальной науки и высшего образова-

ния по проблемам ускоренного воспроизводства, использования и модифика-

ции древесины. - Воронеж гос. лесотехн. акад., 2000. – С. 252-258.

54. Прядкин В.И., Мельник А.Г. Экологичность высокопроизводительного

транспортно – технологического агрегата оборудованного почвощадящим дви-

жителем // Труды 4-й международной научно-технической конференции «Вы-

36

сокие технологии в экологии» / Воронежское отделение РЭА. - Воронеж, 2001.-

С. 60-64.

55. Прядкин В.И., Кухаренко Д.С. Оценка пассивной безопасности ТТС-70 по

биохимическим параметрам // Экологический вестник Черноземья. – 2002.

Вып.13. - С. 58-61.

56. Прядкин В.И., Мельник А.Г. Эффективность транспортно-

технологического средства на шинах сверхнизкого давления // Мобильная и

стационарная энергетика, сельскохозяйственный транспорт, использование то-

плива в растениеводстве / Научные труды ВИМ, т. 150. - М.:ВИМ. 2003. – С.

134-139.

57. Прядкин В.И., Оценка эксплуатационных качеств экологичного транспорт-

но-технологического средства ТТС–70 на шинах сверхнизкого давления // Ма-

тематическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий парамет-

ров оборудования и систем управления: Межвузовский сборник научных тру-

дов / Под ред. В.С. Петровского. - Воронеж: ВГЛТА, 2004. - С. 213-217.

58. Прядкин В.И. Экологичная мобильная техника сельскохозяйственного на-

значения / Труды 8-й международной научно-практической конференции «Вы-

сокие технологии в экологии».- Воронеж, 2005. - С. 214-218.

59. Бартенев И.М., Прядкин В.И., Одноралов Г.А. Оценка экологического воз-

действия мобильного средства на лесную почву // Лесное хозяйство. – 2010. №

2. - С. 44-45.

60. Прядкин В.И. Оценка воздействия высокоэластичной шины на поверх-

ность качения // Лесное хозяйство. – 2011. № 5. - С. 42-43.

61. Бартенев И.М., Прядкин В.И. Оценка распределения давлений широко-

профильной шины 600/50-22,5 на почву // Лесное хозяйство. – 2012. № 2. - С.

46-48.

Подписано в печать 00.00.13 Формат бум. 60х90 1/16 Усл. печ. л. 2.

Тираж 100 экз. Зак. № 31

Типография ГНУ ВИМ

Москва, 109428, 1-й Институтский проезд, д. 5.