Агротехническая проходимость зерноуборочных комбайнов с комплектацией ведущих колес разными шинами

Полный текст

Введение

Основной задачей, стоящей перед работниками агропромышленного комплекса, является повышение эффективности производства продукции для населения и необходимого для промышленности сырья. Согласно стратегии устойчивого развития сельских территорий Российской Федерации до 2030 г. повышение эффективности производства сельскохозяйственной продукции требует технического перевооружения за счет внедрения новой и усовершенствованной мобильной сельскохозяйственной техники (МСТ). Наибольшее распространение в Российской Федерации получила МСТ на колесных движителях¹ [1; 2].

В Российской Федерации при уборке зерновых колосовых культур используются отечественные высокопроизводительные комбайны пятого поколения: Torum-740, Acros-530 и его модификации² [1; 2], обладающие большой переменной массой. Высокая масса МСТ негативно сказывается на изменении структуры и свойств почвы агрофонов, что приводит к снижению ее плодородия [3–5].

В соответствии с современными требованиями к движителям МСТ целесообразно оценивать их по агротехнической проходимости. Под данным термином [4] понимается способность машины перемещаться по поверхности поля с установленными требованиями по воздействию на почву, которые обуславливаются допустимым изменением ее физико-механических свойств без нарушения потенциального плодородия.

Нормируемыми показателями, характеризующими уплотняющее воздействие МСТ на почву, являются максимальные величины давлений их на поверхность агрофона и нормальных напряжений, возникающих в слоях почвы, которые располагаются на глубине до 50 см, после прохода агрегата.

Следует заметить, что обобщающим показателем, который характеризует потенциальное плодородие почвы, является ее объемная масса, то есть плотность сложения. Плотность сложения почвы выступает одним из главных регуляторов обеспечения растений доступными питательными веществами³.

Для разных почв существует предельное и допустимое по уплотнению значение плотности сложения почвы⁴. Например, для предкавказского карбонатного чернозема они соответственно составляют 1,45 г/см³ и от 1,25–1,27 до 1,30 г/см³ [6; 7]. Наиболее благоприятная для произрастания большинства сельскохозяйственных культур величина плотности сложения чернозема равна 1,15–1,17 г/см³. Следовательно, в зависимости от убираемой культуры – кормовая с последующим ее произрастанием и новым скашиванием или зерновая – допускаемое значение плотности сложения почвы в условиях Северного Кавказа может быть соответственно 1,17 или 1,27 г/см³ [6]. Данные значения плотности сложения являются основными при оценке агротехнической проходимости зерноуборочных комбайнов пятого поколения в указанной зоне.

Целью исследования является оценка основных показателей, характеризующих агротехническую проходимость отечественных зерноуборочных комбайнов пятого поколения при уборке озимой пшеницы.

Обзор литературы

Исследования по определению влияния сельскохозяйственных машин на почву в нашей стране были начаты Н. А. Качинским и М. Х. Пигулевским еще в 20-х гг. прошлого столетия. В тот период на полях в основном использовалась мобильная техника с массой от 3 до 6 т. Находящаяся в эксплуатации современная техника имеет массу от 10 до 20 и более т, что приводит к значительному превышению допустимых норм, установленных стандартами [4].

Аналогичные случаи применения сверхтяжелой техники наблюдаются и в зарубежных странах⁵ [8; 9].

С начала 70-х гг. ХХ в. с появлением на сельскохозяйственных полях мощных энергонасыщенных тракторов и высокопроизводительных комбайнов исследования по проблеме были продолжены учеными Агрофизического НИИ ВАСХНИЛ, ВИМ, Белорусской СХА, БИМСХ, Почвенного института имени В. В. Докучаева и других научных и учебных заведений⁶ [10–12]. Однако полученные ими данные носят противоречивый характер.

Результаты исследований показали, что ходовые системы мобильной техники деформируют почву в трех плоскостях [5; 7; 10]. В большей степени деформация почвы происходит по нормали к поверхности поля, что и определяет величину ее уплотнения. Деформация почвы в продольном направлении, вперед по ходу движения и в противоположную сторону, происходит за счет возникновения в контакте колеса с почвенным основанием нормальных и тангенциальных напряжений.

Характер и величину деформационного состояния почвы определяют конструктивные и эксплуатационные параметры шин [11; 12], режимы нагружения колесных движителей [13; 14], внутришинного давления [15] и ее физико-механические свойства [16].

Работы некоторых зарубежных исследователей⁷ были выполнены с целью выявления влияния, которое оказывает уплотненная почва на процесс развития корней растений.

На основании результатов многочисленных исследований можно сделать вывод, что негативное воздействие современных зерноуборочных комбайнов на почву, в том числе и на подпахотные горизонты, в конечном итоге снижает урожайность возделываемых культур и повышает энергозатраты на последующую обработку агрофона. Однако реальные данные определения показателей агротехнической проходимости современных зерноуборочных комбайнов пятого поколения в настоящее время в научной литературе отсутствуют, тем более отсутствуют данные о показателях проходимости зерноуборочных комбайнов с различной комплектацией ходовых систем.

Критериями воздействия МСТ на почвенное основание стандартами ГОСТ Р 58656-2019⁸, ГОСТ 26954-2019⁹, ГОСТ Р 58655-2019¹⁰ установлены значения максимальных давлений пневматических колес на почву и нормальные напряжения в ней на глубине 0,5 м.

На наш взгляд, по изменению объемной массы (плотности сложения), которая является совокупным интегральным показателем агрегатного состояния почвы, можно судить о величине негативного влияния МСТ на агрофон.

Материалы и методы

В качестве объекта исследования выступил процесс взаимодействия с агрофоном ходовых систем отечественных зерноуборочных комбайнов пятого поколения на шинах моделей Ф-136, Ф-179 фирмы «Cood Year», Ф-81Э (с оптимальным армированием волокон каркаса), Ф-81DP (предлагаемой нами к разработке и изготовлению [17]).

В процессе исследований был принят экспериментальный метод с использованием измерительного комплекса «шинный тестер» [18], а также автотракторных весов, планиметра, малогабаритных потенциометрических датчиков давлений движителя на почву и датчиков напряжений, возникающих в различных слоях почвы после прохода движителя, сушильных шкафов, весов аптекарских, осциллографа К-12-22, персонального компьютера и т. д. [19–21]. Предусматривалось определение основных показателей агротехнической проходимости (максимальные давления движителя на почву, напряжения, возникающие по слоям почвы, и плотность ее сложения в различных слоях) зерноуборочных комбайнов пятого поколения [22–24].

Ведущие колеса комбайна комплектовались поочередно шинами типоразмера 30,5-32 с различным внутренним строением оболочек, техническая характеристика которых представлена в таблице 1.

 

Таблица 1. Техническая характеристика испытываемых шин

Table 1. Technical characteristics of the tested tires

Параметры шины / Tire Parameters	Значение параметров шин / The value of the tire parameters
	Ф-136 / F-136 30,5L-32	Ф-179 / F-179 30,5L-32	«Good Year» 30,5L-32	Ф-81Э / F-81E 30,5R-32	Ф-81DP / F-81DP 30,5DP-32
Наружный диаметр, мм / Outer diameter, mm	1 926	1 798	1 861	1 825 ± 4	1 885 ± 4
Ширина профиля, мм / Profile width, mm	772	774	774	725	768
Шаг грунтозацепов, мм / The pitch of the ground grousers, mm	402	390	240	276	288
Высота грунтозацепов, мм / The height of the ground grousers, mm	80	50	45	65	46
Коэффициент насыщенности рисунка протектора / Saturation coefficient of the tread pattern	0,224	0,273	0,212	0,328	0,315
Масса, приходящаяся на шину, кг / Weight per tire, kg	6 875	6 790	6 750	6 850	6 850
Внутреннее давление воздуха, МПа / Internal air pressure, MPa	0,171

 

На колеса управляемого моста комбайна были установлены шины типоразмера 18,4R-24.

Для обеспечения нагрузки на левое ведущее колесо комбайна, как наиболее нагруженное при полном бункере, производилось заполнение бункера комбайна балластными грузами [25]. Такая же нагрузочная масса на пневматический движитель устанавливалась и при испытаниях его на шинном тестере [18].

Полевые испытания комбайна и отдельно взятого движителя с испытываемой шиной на агротехническую проходимость проводились на стерне озимой пшеницы при строгом выполнении условий, определяемых стандартами ГОСТ 20915-2011¹¹ и ГОСТ 7057-2001¹² (табл. 2).

 

Таблица 2. Показатели, характеризующие почву на стерне озимой пшеницы

Table 2. Indicators characterizing the soil on the stubble of winter wheat

Показатели / Indicators		Значения / Values
Микрорельеф поля, мм / Microrelief of the field, mm		4,60
Высота стерни, см / Stubble height, cm		12
Наличие пожнивных остатков, % / The presence of crop residues, %		3–4
Влажность почвы в слоях, % / Soil moisture in layers, %	0–10 см / 0–10 cm	15,80
	10–20 см / 10–20 cm	18,30
	20–30 см / 20–30 cm	17,40
	30–40 см / 30–40 cm	18,50
	40–50 см / 40–50 cm	21
Плотность сложения почвы в слоях, г/см3 / Soil compaction in layers, g/cm3	10–20 см / 10–20 cm	1,11
	20–30 см / 20–30 cm	1,18
	30–40 см / 30–40 cm	1,19
	40–50 см / 40–50 cm	1,24
	10–20 см / 10–20 cm	1,26

 

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

Максимальное давление ведущего колеса комбайна на поверхность агрофона определялись по ГОСТ Р 28656-2019¹³ и специально разработанной методике¹⁴ [20; 25; 26].

Максимальное значение нормального давления ведущего колеса комбайна на поверхность агрофона $q_{\max }^K$ по ГОСТ Р 28656-2019 определяют по зависимости:

$q_{\max }^K=\frac{G_K{K}_2}{F_K{K}_1},\text{\hspace{0.17em}кПa},$                                                 (1)

где G_K– вертикальная статическая нагрузка на колесо, кН; F_K – контурная площадь отпечатка шины колеса на бетоне, м²; K₁– коэффициент приведения контурной площади отпечатка шины колеса на бетоне к площади его контакта на поверхности агрофона (зависит от наружного диаметра шины); K₂= 1,5 – коэффициент, учитывающий неравномерность эпюры распределения давления по длине контакта.

Для определения величины максимального нормального напряжения (кПа), возникающего в почве на глубине 50 см под ведущим колесом, была применена формула¹⁵:

${\mathrm{\sigma }}_{\mathrm{0,5}}=\mathrm{0,637}\overline{q}[\mathrm{arctg}\frac{ab}{h\sqrt{a^2+b^2+h^2}}+\frac{hab(a^2+b^2+2h^2)}{(a^2+h^2)(b^2+h^2)\sqrt{a^2+b^2+h^2}}],$

в которой                     

$a=\frac{F_{\mathrm{кп}}}{2b_{\mathrm{к}}},$ $b=\frac{b_{\mathrm{к}}}{2},$              

где $\overline{q}$ – среднее давление единичного колеса на опорное основание, кПа; h – глубина опорного основания, м; b_к – максимальное значение ширины площади контакта шины с жестким опорным основанием, м.

Особенность специальной методики испытаний заключалась в том, что давление определялось в результате прямого измерения его величины на выступах грунтозацепов шин и во впадинах между ними при одновременном измерении фактической площади контакта.

Для этого устанавливались (рис. 1a) малогабаритные потенциометрические датчики [20; 25] на протекторе шин между их экваториальными и плечевыми зонами (рис. 1b). Для устранения влияния неравномерности почвенного фона и получения необходимой достоверности величины давления в контакте движителя с почвой, длина зачетного участка составляла 400…500 м, что обеспечивало 50...60-кратную повторность измерений.

Рис. 1. Датчики контактного давления: a) общий вид датчиков контактного давления; b) установка датчиков контактного давления на шине движителя: 1, 2, 3, 4, 5 – размещение датчиков давления на шине

Fig. 1. Contact pressure sensors: a) general view of contact pressure sensors; b) installation of contact pressure sensors on the propelling device tire: 1, 2, 3, 4, 5 – placement of pressure sensors on the tire

Источник: фотографии сделаны И. М. Меликовым в 2023 г. при испытании комбайнов на агропроходимость при комплектации их шинами различного конструктивного исполнения.
Source: the photos were taken by I. M. Melikov in 2023 when testing agro cross-country ability of combine harvesters equipped with tires of various designs.

 

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

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

Для определения средних давлений на почву выступами грунтозацепов q_ВЫСТ и впадинами q_вп между ними было произведено разделение площади на 20–24 участка по длине контакта колеса с почвой:

$q_{\mathrm{выст}}=\frac{{\displaystyle \sum _{i=1}^n{q}_i^{\mathrm{выст}}{l}_i{S}_i{}_{}}}{{\displaystyle \sum _{i=1}^n{l}_i{S}_i{}_{}}};q_{\mathrm{вп}}=\frac{{\displaystyle \sum _{i=1}^n{q}_i^{\mathrm{вп}}}{l}_i{S}_i}{{\displaystyle \sum _{i=1}^n{l}_i{S}_i}},$                                                   (2)

где,  l_i S_i – соответственно длина и ширина каждой площадки, м.

Среднее давление q_cp пневматического колеса на агрофон определялось с учетом выражения (1) по зависимости:

$q_{\mathrm{cp}}=\frac{q_{\mathrm{выст}}{F}_{\mathrm{выст}}+q_{\mathrm{вп}}{F}_{\mathrm{вп}}}{F_{\mathrm{выст}}+F_{\mathrm{вп}}}.$                                                                  

Для прямого измерения напряжений в слоях почвы (5; 10; 20; 30; 40 и 50 см) применялись специальные датчики 4 [20; 25], которые устанавливались с небольшим натягом в специальные углубления 5, сделанные в вертикально расположенной скважине 6 [20; 25] (рис. 2).

После установки в специальных углублениях (нишах) 5 датчиков и вывода измерительных проводов 2 на поверхность поля к записывающему устройству 3 скважина 6 закупоривалась беззазорно заглушкой 1. Это было необходимо для исключения осыпания почвы внутрь скважины при проходе над ней комбайна или шинного тестера.

Вертикальные скважины на участке проведения испытаний выполнялись по одной линии с расстоянием между ними 25–30 м.

При движении комбайна или шинного тестера испытываемое колесо продольной осью перемещалось над скважиной, в которой располагались датчики напряжений. Запись показаний датчиков напряжений производили на расстоянии 10–12 м до подхода к первой скважине комбайна или шинного тестера, а оканчивали ее по мере удаления их от последней скважины на такое же расстояние. Повторность таких опытов для одного варианта испытываемой шины тридцатикратная.

Первичным материалом для установления величины давлений движителя комбайна на почву и нормальных напряжений в ее слоях являлись осциллограммы, которые обрабатывались на персональном компьютере по имеющемся в нем программном обеспечении.

Влажность почвы и ее объемная масса определялись по методике Национального стандарта Российской федерации ГОСТ Р 53764-2009 (ИСО 11461:2001)¹⁶ [6; 7].

 

Рис.  2.  Схема размещения датчиков для прямого измерения напряжений в слоях почвы:
1 – заглушка; 2 – измерительные провода; 3 – записывающее устройство; 4 – датчики напряжений; 5 – специальные углубления; 6 – скважина

Fig.  2.  Layout of sensors for direct measurement of stresses in soil layers:
1 – plug; 2 – measuring wires; 3 – recording device; 4 – voltage sensors; 5 – special recesses; 6 – borehole

Источник: здесь и далее рисунки составлены авторами статьи.
Source: hereinafter in this article the diagrams are compiled by the authors of the article.

 

Результаты исследования

Для определения значений величин максимального давления движителя комбайна на почвенное основание по стандартной методике¹⁷ были последовательно определены (табл. 3, 4) контурная площадь контакта колеса [23; 26] с помощью планиметра, площадь контакта движителя комбайна со стерней озимой пшеницы, среднее и максимальные давления комбайна на почвенное основание.

Приведенные в таблице 3 значения площади контакта сравниваемых вариантов шин на жестком опорном основании F_к и на стерне озимой пшеницы F_КП свидетельствуют о том, что шина модели Ф-179 несколько уступает шине Ф-136. Причиной этого является повышенная у последней глубина рисунка протектора (высота грунтозацепов). При качении колеса высокие грунтозацепы образуют большую по сравнению с низкими длину и площадь контакта с почвой.

 

Таблица 3. Площади контакта шин с опорным основанием

Table 3. The contact area of the tires with the support base

Модель шины / Tire model	Типоразмер шины / Tire size	Нагрузка, Н / Load, N	Площадь контакта, см2 / Contact area, cm2
			Жесткое опорное основание / Rigid support base	Стерня озимой пшеницы / Stubble of winter wheat
Ф-136 / F-136	30,5L-32	67 445	4 386	4 529
Ф-179 / F-179	30,5L-32	66 610	4 377	4 525
«Good Year»	30,5L-32	66 220	4 385	4 530
Ф-81Э / F-81E	30,5R-32Э / 30,5R-32E	67 200	4 329	4 764
Ф-81DP / F-81DP	30,5DP-32	67 200	4 700	5 300

 

 

Таблица 4. Давление в контакте шин с опорным основанием

Table 4. The contact pressure of the tires with the support base

Модель шины / Tire model	Типоразмер шины / Tire size	Давление в контакте, кПа / Contact pressure, kPa
		Среднее по ГОСТ Р 58656-2019 / Average according to GOST R 58656-2019		Максимальное / Maximum
		Жесткое основание / Rigid base	Стерня озимой пшеницы / Stubble of winter wheat	По ГОСТ Р 58656-2019 / According to GOST R 58656-2019	Фактическое / The actual
Ф-136 / F-136	30,5L-32	153,8	148,9	209,1	177,0
Ф-179 / F-179	30,5L-32	152,2	147,2	207,4	176,9
«Good Year»	30,5L-32	151,0	146,2	205,9	175,6
Ф-81Э /   F-81E	30,5R-32Э / 30,5R-32E	155,2	141,1	198,7	157,8
Ф-81DP / F-81DP	30,5DP-32	143,0	126,8	195,0	152,2

 

Для примера на рисунке 3 приведены контурная площадь контакта и распределение давления по ширине протектора для диагональных шин.

 

Рис. 3. Контурная площадь контакта (-----) и распределение давления по ширине протектора диагональных шин (–––) движителей комбайнов пятого поколения на стерне озимой пшеницы: a) Ф-136; b) Ф-176; c) «Good year»

Fig. 3. Contour contact area (-----) and pressure distribution over the tread width of diagonal tires (–––) of fifth-generation combine harvesters on winter wheat stubble: a) F-136; b) F-176; c) “Good year”

 

У шин Ф-179 и «Good Year» данные показатели практически одинаковы, но уступают показателям шины Ф-81Э. Существенно выделяется экспериментальная разработка шины диагонально-параллельной конструкции, площадь контакта которой на 17 % больше. Это можно объяснить тем, что экспериментальные шины имеют лучшие деформационные характеристики, чем серийные диагонального и радиального конструктивного исполнения шины с теми же посадочными и габаритными размерами. Такие шины обладают повышенной радиальной деформацией [21].

Однако по величине средних и максимальных давлений, вычисленных по методике¹⁸, в контакте шины Ф-136, Ф-179 и «Good Year» из-за разной нагрузки на них и различной их собственной массы становятся практически равноценными (табл. 4). Более того, у шин с малой высотой грунтозацепов и повышенной насыщенностью рисунка протектора («Good Year») значения фактического максимального давления даже меньше.

Следует отметить, что по значениям максимальных давлений, определенных по стандартной методике¹⁹, на полях с любой влажностью почвы ходовая система зерноуборочного комбайна пятого поколения на различных шинах, за исключением шин Ф-81Э и Ф-81ДП, используемых в засушливый период при влажности почвы не более 0,5 НВ, не соответствует требованиям²⁰ (не более 80…210 кПа в зависимости от периода года).

При определении действительных максимальных давлений, создаваемых движителями комбайна на стерне озимой пшеницы по специально разработанной методике после обработки осциллограмм было установлено, что эпюра давлений по ширине шины на почву имеет явно выраженный провал в экваториальной зоне (рис. 3), а по длине контакта колеса с агрофоном по форме близко к трапеции (рис. 4).

 

Рис. 4. Образец осциллограммы записи сигналов датчиков давлений по длине контакта с агрофоном ведущих колес комбайна на стерне пшеницы: 1, 2, 3, 4, 5 – запись сигналов датчиков давления в соответствии с рисунком 1

Fig. 4. Sample of an oscillogram recording pressure sensor signals along the length of contact of the driving wheels of a combine harvester with the soil on wheat stubble: 1, 2, 3, 4, 5 – recording of pressure sensor signals in accordance with Figure 1

 

Первое характерно для шин низкого давления [2] и свидетельствует о значительном напряженном состоянии резинокордной оболочки, а второе показывает определенную перегруженность шин.

Наибольшая неравномерность эпюры давления, как продольной, так и поперечной, наблюдается у диагональных шин, а наименьшую неравномерность поперечной эпюры давлений показывают шины 30.5R-32Э и, особенно, 30,5DP-32.

В этом отношении несколько лучше среди диагональных шин выглядит шина «Good Year». Перегруженной следует считать шину Ф-179, у которой неравномерность распределения давления по ширине протектора наибольшая. Нельзя признать нормальным и то, что вследствие повышенного напряженного состояния резинокордной оболочки и неравномерного распределения давления у заднего основания всех грунтозацепов шины Ф-179 вблизи экваториальной зоны образовались трещины при ее пробеге всего 25 км. Для устранения этого недостатка требуется технологическая доработка шины.

В результате обработки данных осциллограмм регистрации давлений датчиков, установленных на протекторе испытываемых шин ведущего моста зерноуборочного комбайна пятого поколения, было сделано уточнение, допускаемое стандартами²¹, коэффициентов K₁ и K₂, используя выражение (1):

  $K_1=\frac{F_{\mathrm{кп}}}{F_{\mathrm{к}}},$ $K_2=\frac{{\displaystyle \sum _{i=1}^n\frac{q_{\max }{}_{{}_i}}{q_{\mathrm{ср}}{}_{{}_i}}{L}_i{S}_i}}{{\displaystyle \sum _{i=1}^n{L}_i{S}_i}},$                                                               

В выражении (2) F_КП, F_К, – площади контакта шины с агрофоном соответственно фактическая, полученная на основе данных осциллограмм, и установленная по стандартной методике²², м²; q_{max i}, q_cpi  – соответственно максимальное и среднее давление на i-ом участке, кПа; L_i, S_i – соответственно длина и ширина i-ого участка, м.

По рассчитанным с учетом уточненных значений коэффициентов K₁ и K₂ фактических показателей воздействия на почву сравниваемыми ходовыми системами комбайна (табл. 4) можно обозначить, что по максимальным давлениям в контакте ведущих колес с почвой комбайн пятого поколения выполняет требования ГОСТ Р 58655-2019 на всех сравниваемых шинах (предпочтение следует отдать шинам 30,5DP-32).

В результате обработки осциллограмм с помощью программного обеспечения, имеющегося в персональном компьютере, получены зависимости нормальных напряжений в почве от глубины залегания ее слоев (табл. 5). Они показывают, что величина этих напряжений в почве с низкой влажностью определяется в слоях пахотного (0…30 см) горизонта, в основной массе приходящихся на испытываемое колесо.

 

Таблица 5. Значения нормальных напряжений в различных слоях агрофона после прохода комбайна

Table 5. The values of normal stress in soil various layers after the combine harvester has passed

Модель и типоразмер шины / Tire model and size		Нормальные напряжения по слоям почвы, кПа / Normal stress in soil layers, kPa
		Глубина измерения, мм / Measuring depth, mm
		0	100	200	300	400	500
Ф-136 / F-136	30,5L-32	384,9	338,7	217,8	128,2	60,7	20,2
Ф-179 / F-179	30,5L-32	357,2	317,8	222,1	107,6	50,0	19,6
«Good Year»	30,5L-32	360,0	318,1	231,9	103,8	39,3	19,2
Ф-81Э / F-81E	30,5R-32Э / 30,5R-32E	358,3	319,2	221,6	104,3	40,4	18,1
Ф-81DP / F-81DP	30,5DP-32	356,4	317,9	221,2	103,7	38,9	17,7

 

Среднее напряжение в пахотном горизонте, создаваемое шинами Ф-179, «Good Year», Ф-81Э и Ф-81DP составляет 214…218 кПа, шиной Ф-136 – около 228 кПа. Здесь уже сказывается влияние высоты грунтозацепов, которая у модели Ф-136 значительно больше.

В подпахотном горизонте разница в величине напряжений, создаваемых шинами, с увеличением глубины залегания слоев почвы уменьшается.

С помощью анализа результатов проведенных экспериментов было доказано, что комплектованием ведущих колес комбайна пятого поколения различными моделями шин существенного преимущества по напряжениям не достигнуто из-за его большой массы.

На глубине 50 см в почве напряжения не превышают 20 кПа, что вполне приемлемо, так как допускаемые значения по ГОСТ Р 58655-2019 составляют 30…35 кПа.

Между тем, расчет этого же напряжения по методике²³ дает величину порядка 81…85 кПа, следовательно, шины требованиям по напряжениям в почве не удовлетворяют.

Такое несоответствие между результатами испытаний и расчетов можно объяснить тем, что стандартная методика, предложенная в ГОСТ 26954-2019, совершенно не учитывает физико-механические свойства почвы и поэтому не является совершенной.

После обработки образцов почвы по общепринятой методике вычислены значения плотности сложения (табл. 6) и наименьшей существенной разницы для нее.

 

Таблица 6. Плотность сложения в слоях почвы по следу движителей

Table 6. Compaction of the structure of soil layers along the propelling device track

Глубина слоя, см / Layer depth, cm	Значение показателей плотности сложения почвы в слоях агрофона на стерне озимой пшеницы, г/см3 / Values of the indicators of the structure compaction of soil layers on the winter wheat stubble, g/cm3
	Ф-136 / F-136 30,5L-32	Ф-179 / F-179 30,5L-32	«Good Year» 30,5L-32	Ф-81Э / F-81E 30,5R-32	Ф-81DP / F-81DP 30,5DP-32
0–10	1,26	1,24	1,25	1,23	1,22
10–20	1,27	1,25	1,25	1,24	1,23
20–30	1,26	1,26	1,26	1,25	1,24
30–40	1,28	1,27	1,27	1,26	1,25
40–50	1,27	1,27	1,27	1,26	1,26

 

Величина последней при достоверности 0,1 составляет между вариантами шин 0,02…0,03 г/см³, между вариантами шин и фоном – 0,03…0,05 г/см³. Приведенные в таблице 6 данные показывают, что уплотнение почвы в пахотном горизонте существенно, в подпахотном горизонте несущественно. Несущественна разница в уплотнении между всеми испытываемыми вариантами шин.

Здесь можно лишь отметить, что на почве с низкой влажностью наблюдается тенденция к наименьшему уплотняющему воздействию на почву тех шин, на которые приходится меньшая масса («Good Year»), или которые имеют пониженную высоту грунтозацепов (Ф-179, «Good Year»).

Такая тенденция для плотности сложения, характеризующей остаточные процессы в почве при ее уплотнении, согласуется с приведенными ранее данными по максимальным нормальным напряжениям в почве, фиксирующими действие на нее движителя только в процессе контакта.

Таким образом, плотность сложения почвы, изменившаяся под воздействием рассматриваемых вариантов шин зерноуборочных комбайнов пятого поколения, в ее пахотном и подпахотном горизонтах не превышает равновесного для предкавказского легкосуглинистого малогумусного карбонатного чернозема значения.

Обсуждение и заключение

Анализ результатов экспериментальных работ по установлению агротехнической проходимости зерноуборочных комбайнов пятого поколения отечественного производства на основе стандартных методик показал, что они на движителях, укомплектованных испытываемыми шинами, по главным показателям (за исключением экспериментальных диагонально-­параллельных шин при влажности почвы не более 0,5 НВ) не соответствуют ГОСТ Р 58655-2019.

Опытные диагонально-параллельные шины образуют, в связи с лучшими деформационными свойствами их оболочек, большую площадь пятна контакта с опорным основанием, поэтому значения показателей агротехнической проходимости имеют на 11…28 % меньше [21], чем другие варианты испытываемых шин.

Однако определение значений показателей агротехнической проходимости прямым измерением доказывает возможность применения современных комбайнов отечественного производства на уборке зерновых колосовых при комплектовании их движителей радиальными (с оптимальным армированием внутреннего строения) и опытными диагонально-параллельными шинами, так как:

– значения их максимальных давлений на агрофон меньше на 12…18 % против шин диагонального исполнения за счет образования большей по величине площади контакта при меньшей неравномерности их распределения в продольном и поперечном направлении протектора шины;

– в подпахотных слоях почвы значения напряжений, полученные в результате прямого измерения, постепенно выравниваются, а на глубине 0,50 м по следу всех испытываемых шин становятся не более 20 кПа (допускаемые по ГОСТ Р 58655-2019 – 30…35 кПа);

– величины плотности сложения почвы и возникающих нормальных напряжений в ее пахотных слоях после прохода комбайна на радиальных и диагонально-параллельных шинах меньше на 18 % и более, чем после шин диагонального исполнения, и не превышают равновесного для предкавказского легкосуглинистого малогумусного карбонатного чернозема значения.

Уточнение значений корректировочных коэффициентов K₁ и K₂, учитывающих типоразмер шин и особенности агрофона, что допускается ГОСТ Р 58655-2019, показало, что в период уборки зерновых колосовых в условиях Южного федерального округа можно применять отечественные комбайны пятого поколения, укомплектованные любым испытываемым вариантом шин, отдавая предпочтение диагонально-параллельным шинам.

 

¹ Кононова Н. Н., Улезько А. В. Технико-технологическая модернизация сельского хозяйства: условия и перспективы : моногр. Воронеж : ФГБОУ ВО Воронежский ГАУ, 2021. 195 с. EDN: EXCQLL

² Там же.

³ Кулен А., Куиперс Х. Современная земледельческая механика. Л. : Агропромиздат, 1986. 349 с.

⁴ Наумов В. Д. География почв. Почвы России. Ч. 2 : учебник. М. : РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева, 2022. 212 с.

⁵ Кулен А., Куиперс Х. Современная земледельческая механика; Gill W. R. Economik Assessment of Soil Compaction. ASAE, 1977.

⁶ Русанов В. А. Проблемы переуплотнения почв движителями и эффективные пути ее решения. М. : ВИМ, 1998. 368 с.; Романюк Н. Н. Снижение уплотняющего воздействия на почву мобильных энергосредств. Минск : БГАТУ, 2020. 200 с. URL: https://clck.ru/3GmJjb (дата обращения: 25.08.2024).

⁷ Кулен А., Куиперс Х. Современная земледельческая механика.; Gill W. R. Economik Assessment of Soil Compaction.

⁸ ГОСТ Р 58656-2019. Техника сельскохозяйственная мобильная. Методы определения воздействия движителей на почву [Электронный ресурс]. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200169433 (дата обращения: 25.08.2024).

⁹ ГОСТ 26954-2019. Техника сельскохозяйственная мобильная. Метод определения максимального нормального напряжения в почве [Электронный ресурс]. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200169046 (дата обращения: 25.08.2024).

¹⁰ ГОСТ Р 58655-2019. Техника сельскохозяйственная мобильная. Нормы воздействия движителей на почву [Электронный ресурс]. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200169432 (дата обращения: 25.08.2024).

¹¹ ГОСТ 20915-2011. Испытания сельскохозяйственной техники. Методы определения условий испытаний [Электронный ресурс]. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200094197 (дата обращения: 25.08.2024).

¹² ГОСТ 7057-2001. Тракторы сельскохозяйственные. Методы испытаний [Электронный ресурс]. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200030186 (дата обращения: 25.08.2024).

¹³ ГОСТ Р 28656-2019. Газы углеводородные сжиженные. Расчетный метод определения плотности и давления насыщенных паров [Электронный ресурс]. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200163754 (дата обращения: 25.08.2024).

¹⁴ Русанов В. А. Проблемы переуплотнения почв движителями и эффективные пути ее решения.

¹⁵ ГОСТ 26954-2019. Техника сельскохозяйственная мобильная. Метод определения максимального нормального напряжения в почве.

¹⁶ ГОСТ Р 53764-2009 (ИСО 11461:2001). Качество почвы. Определение содержания почвенной влаги в виде объемной доли с применением трубок для отбора пробы грунта. Гравиметрический метод [Электронный ресурс]. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200076671 (дата обращения: 25.08.2024).

¹⁷ ГОСТ Р 58656-2019. Техника сельскохозяйственная мобильная. Методы определения воздействия движителей на почву.

¹⁸ ГОСТ Р 58656-2019. Техника сельскохозяйственная мобильная. Методы определения воздействия движителей на почву.

¹⁹ ГОСТ Р 58656-2019. Техника сельскохозяйственная мобильная. Методы определения воздействия движителей на почву.

²⁰ ГОСТ Р 58655-2019. Техника сельскохозяйственная мобильная. Нормы воздействия движителей на почву.

²¹ ГОСТ Р 58655-2019. Техника сельскохозяйственная мобильная. Нормы воздействия движителей на почву; ГОСТ Р 58656-2019. Техника сельскохозяйственная мобильная. Методы определения воздействия движителей на почву.

²² ГОСТ Р 58656-2019. Техника сельскохозяйственная мобильная. Методы определения воздействия движителей на почву.

²³ ГОСТ 26954-2019. Техника сельскохозяйственная мобильная. Метод определения максимального нормального напряжения в почве.

 

Об авторах

Людмила Владимировна Кравченко

Донской государственный технический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: lyudmila.vl.kravchenko@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-9228-3313
SPIN-код: 9684-8955
Scopus Author ID: 57204646125
ResearcherId: ABD-9790-2021

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой проектирования и технического сервиса транспортно-технологических систем

Россия, 344003, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, д. 1

Владимир Алексеевич Кравченко

Донской государственный технический университет

Email: a3v2017@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-9152-5851
SPIN-код: 9983-4293
Scopus Author ID: 57204159481

доктор технических наук, профессор кафедры техники и технологии пищевых производств

Россия, 344003, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, д. 1

Виктор Викторович Журба

Донской государственный технический университет

Email: ic.zhurba@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-1075-6157
SPIN-код: 1453-5517
Scopus Author ID: 57212377815

доцент, доцент кафедры проектирования и технического сервиса транспортно-технологических систем

Россия, 344003, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, д. 1

Иззет Мелукович Меликов

Дагестанский государственный аграрный университет имени М. М. Джамбулатова

Email: izmelikov@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8928-8714
SPIN-код: 3194-9952
Scopus Author ID: 57211759742

кандидат технических наук, доцент кафедры технической
эксплуатации автомобилей

Россия, 367032, г. Махачкала, ул. Магомета Гаджиева, 180

Список литературы

Дополнительные файлы