2.2. Вплив ходової частини на тягові властивості і ущільнення ґрунту

Механізація оброблення культурних рослин і трав здійснюється застосуванням системи сільськогосподарських і транспортних машин, серед яких значну частину становлять МЕЗ.

Основними властивостями ґрунту, від яких залежить характер взаємодії рушія трактора із ґрунтом, є: структура та механічний склад, вологість, щільність, опір стисканням і навантаженням, що зрушують.

По механічному складі мінеральні ґрунти розділяють на ряд категорій. В основу такого розходження покладені розміри і співвідношеннях двох фракцій: глинистої та піщаної. Гранометрична класифікація за цією ознакою виявляється найбільш прийнятної при вивченні взаємодії рушія трактора із ґрунтом. По цій класифікації залежно від розміру часток мінеральні ґрунти ділять на наступні категорії: пісок, супесь, суглинок і глину.

Механічний склад ґрунту значно впливає на тягово-зчіпні якості трактора. Досить сказати, що при одній і тій же масі та розмірах ходової системи трактор на глинистому ґрунті (сухому) може розвивати в 2 рази та більш ніж на ґрунтах органічного походження.

Великий вплив на характер взаємодії руху трактора із ґрунтом виявляється вологість. При різній вологості той самий ґрунт, наприклад глина, в одних умовах являє собою тверде тіло, а в інші –пластичне. Відносна вологість ґрунту (масова частка вологи) визначається відношенням ґрунту, укладеної в даному обсязі. Абсолютна вологість ґрунту (вологовміст) визначається відношенням маси води до маси сухої речовини в даному обсязі. Вологість, при якій повністю заповнені всі пори ґрунту, називають повною вологоємністю.

Відомо, що при певній вологості будь-який ґрунт здобуває особливі властивості, при яких вона "готова" до механічної обробки. Стан ґрунту, при якому механічна обробка найбільш ефективна, одержало назву фізичної спілості. При фізичній спілості ґрунт краще кришиться, а для її обробки потрібно мінімальні енергетичні витрати.

Структуроутворення ґрунту відбувається під впливом наступних факторів:

1) біогенні (коренева система рослин і різні живі організми);

2) кліматагенні (зволоження і висихання, зміна температур, заморожування і відтавання ґрунту і інші);

3) діяльність людини, пов'язана з обробкою та іншими видами впливу на ґрунт.

Установлено, що після проходу колісних і гусеничних машин змінюється структура ґрунту: збільшується число грудок крупніше 10 мм та відповідно зменшується число їхніх розмірів 0,25...10 мм. Число таких грудок визначають методом просівання фракцій сухого ґрунту, поораної після проходу трактора, і порівнюють їх із фракціями ґрунту, по якій не проходили колеса або гусениці машини.

Число грудок розміром більше 10мм збільшується в ґрунті після проходу коліс або гусениць на 15–20%. Така зміна структури відбувається до глибини 30–60 см (залежно від маси трактора, кратності проходів по одному сліді, типу та стану ґрунту). Крім того, різко збільшується число часток менш 0,25 мм, тобто відбувається розпилення ґрунту після проходу машин.

Найбільше істотно структура ґрунту позначається на її щільності, а також на поровом просторі, тобто на обсязі пор та розподілі їх по розмірах.

Щільність ґрунту є істотною характеристикою, від якої залежить комплекс фізичних умов у ґрунті: водний, повітряний і тепловий режими, а отже, умови біологічної діяльності. Тому в системі обробки ґрунту в нашій країні та за рубежем передбачається, насамперед, регулювання щільності ґрунту.

Колеса і гусениці машин ущільнюють ґрунт (рис. 2.4) на тій або іншій глибині (до 50 см). Найбільше сильно ущільнюються верхні шари її (до 20 см). Установлено, що підвищена щільність зберігається протягом 1...3 років у шарах ґрунту, що не піддавалися обробці, і збільшується при наступних проходах машин. Наприклад, прохід тракторів типу МТЗ, Т-150К, К-701, по дерено–підзолистому ґрунту м'яко - пластичного стану викликається збільшення щільності її в шарі 0...10 см на 0,08...0,25 г/см³ і навіть на 0,35 г/см³.

Однак при меншій вологості цей ґрунт тракторами типу МТЗ і ДТ-75 не ущільнився, у шарах ґрунту на глибині 15...30 см приріст щільності після одного проходу тракторів становив 0,02...0,04 г/см³. У процесі наступних проходів істотно підвищувалася щільність тільки нижніх шарів.

Звичайно щільність ґрунту, що не піддавалася впливу машин, у шарі 0...20 см перебуває в межах 1...1,41 г/см³. Отже, після проходу машин щільність ґрунту у верхніх шарах підвищилася на 6...20%. У нижніх шарах після багаторазових проходів машин щільність ґрунту збільшилася ще більше.

На інших ґрунтах, наприклад чорноземах, отримані такі ж результати, як і на дерено-підзолистому. Так, після проходу трактора К-701 щільність чорнозему в шарі 0...80 см збільшилася на 0,39 г/см³. Установлено також, що ущільнення крупно пилуватих суглинків залежить від їхньої вологості.

Таким чином, ступінь ущільнення ґрунту тими самими тракторами залежить від її гранометричного складу та вологості. Встановлено, що найвищої врожайності рослини досягають при оптимальній щільності, що має різне значення для різних ґрунтів і щільності ,що відрізняється від рівноважної (щільності природного складання). Для ґрунтів однакового механічного складу підвищена щільність по-різному впливає на врожайність однієї і тієї ж культури. Наприклад, на супіщаному ґрунті врожай зеленої маси кукурудзи при щільності 1,45 г/см³ буде на 28% вище, ніж при щільності 1,1 г/см³. На суглинному ґрунті при щільності 1,45 г/см³ урожай зеленої маси кукурудзи на 30% менше врожаю зеленої маси кукурудзи на пухкому ґрунті.

Рис 2.4. Фізичні процеси, що відбуваються в ґрунті в результаті дії рушіїв тракторів: а – колісних; б – гусеничних.

Наведені дані показують, що щільність ґрунту є важливим чинником урожаю. Можна створити високий рівень родючості за допомогою мінеральних і інших добрив, домогтися нормальної водозабезпеченості поля, але і у цих випадках надмірно висока щільність не дозволить одержати високий урожай. Для підтримки високого рівня родючості багатьох типів ґрунтів не слід допускати їхнього переущільнення, тобто щільність ґрунту повинна бути 1,25...1,35 г/см³.

Механічний вплив рушіїв на ґрунт не може розглядатися тільки як ущільнююче, тому що одночасно відбувається інтенсивне руйнування структури ґрунту під впливом буксування. Крім ущільнення та руйнування структури ґрунту під впливом рушіїв, утворюються колії, які утрудняють виконання наступних технологічних операцій обробки ґрунту, погіршують роботу сільськогосподарської техніки, знижують якість польових робіт, служать штучним руслом стоку води, приводять до збільшення витрат енергії (палива), знижують продуктивність праці.

Опір обробці ґрунту на сліді гусеничних тракторів зростає на 25%, по сліду колісних – на 40%, важких автомобілів – на 65% у порівнянні з опором обробки не ущільнених ділянок. Не ущільнені ділянки практично не перевищують 10–15% щільності поля, тому що в процесі підготовки ґрунту, посіву, догляду за рослинами, збирання врожаю та залишків різні машини проходять по полю 5–15 разів. Сумарна площа слідів рушіїв цих машин в 2 рази перевищує площа польової ділянки, 10–12% площі поля піддається впливу машин від 6 до 12 разів, 65–80% площі від 1 до 6 разів.

Таким чином, родючість цілком визначається фізичними умовами в ґрунті і залежить від щільності, що у значній мірі визначає пористість, зміст вологи, розміри мікро- і макрочастіц, кількості живих організмів і мікроорганізмів. При експлуатації сільськогосподарських тракторів, машин і знарядь необхідно керуватися принципом, що техніка, призначена для роботи в тім або іншім середовищі, повинна мати екологічну сумісність із цим середовищем.

Агротехнічні вимоги полягають, насамперед, у зниженні тиску рушіїв на ґрунт, зменшення кількості проходів, застосування порівняно нешироких коліс, що добре вписуються в міжряддя просапних культур.

Протиріччя між вимогами агротехніки та розвитком функціональних властивостей тракторів створює об'єктивні труднощі надалі вдосконалюванні їхніх параметрів, тому що не можна поступитися одним вимогам на користь інших. Для просапних тракторів це протиріччя досягло критичного стану. Гранична сумарна вантажопідйомність чотирьох шин, що вписуються в міжряддя, відповідає приблизно 60...70 кН при агротехнічне припустимому тиску в них 0.1 МПа, а експлуатаційна маса універсально-просапного трактора за допомогою двигуна 110 кВт із умов забезпечення надійності перебуває в межах 4...5 тонн. Маса сільгоспмашин і ємностей з технологічним матеріалом для ефективного використання такого трактора також становить 4...5 т, а сумарна маса начіпного комбінованого агрегату 8...10 т. Отже, вантажопідйомність коліс трактора нижче необхідної вже в цей час.

Агротехнічні властивості тракторів і їхній вплив на навколишнє середовище проявляються найбільше помітно через руйнуючий вплив їх рушіїв на ґрунт. Ця негативна властивість наростає, тому що прагнення підвищити продуктивність супроводжується неминучим збільшенням їхньої маси.

При обробленні культур можливими способами зниження шкідливого впливу МТА на ґрунт можуть бути; забезпечення мінімального числа проходів по полю; створення агрегатів змінної маси та змінного тягового класу; скорочення площі витоптування щодо ширини захоплення.

Технічними шляхами реалізації цих способів є: створення комбінованих агрегатів (машин, робочих органів, що виконують кілька операцій за один прохід);

– використання тракторів високої енергонасиченості зі знаряддями, що мають активні робочі органи;

– створення агрегатів з можливістю зміни їхньої маси виходячи з вимог забезпечення необхідного тягового зусилля;

– застосування активних коліс сільськогосподарських машин замість пасивних на технологічної частини агрегату з метою використання їхньої маси для створення тягового зусилля (у цьому випадку маса трактора може бути меншою і буде визначатися тільки вимогами надійності).

Ефективним способом підвищення тягово-зчіпних якостей і прохідності трактора є збільшення площі контакту рушіїв із ґрунтом шляхом застосування широко профільних, аркових шин, напівгусеничного ходу та здвоєних коліс. Так, при роботі трактора 1,4 кН на здвоєних колесах із шинами 13,6R38 (тиск повітря 80 кПа) на стерні суглинку нормальної вологості колія зменшується приблизно на 40% (від 0,072 до 0,051 м), а опір руху - на 37%. При заміні колеса шириною 15,5R38 (b = 0,394 м) на здвоєні колеса 13,6R38 (b=0,670 м) крюкове зусилля на ґрунті, підготовленого для посіву, зростає на 24% при рівному буксуванні.

Трактор є органічним елементом енерготехнологічного комплексу МТА. На основі того самого трактора можна комплектувати агрегати різного технологічного призначення.

Самохідний комбайн - це технологічний комплекс, призначений для виконання тільки однієї, головним чином, збиральної операції.

У зв'язку з інтенсивним зростанням номенклатури та загального числа самохідних комбайнів зложилися два напрямки технічного розвитку засобів механізації на основі універсальних енергетичних засобів (тракторів) і на основі спеціальних самохідних машин і комбайнів. Комбайни використають епізодично (5...10% пори року). Через те, що більшу частину часу комбайни не працюють, основна частина непродуктивної витрати металу в сільськогосподарському машинобудуванні доводиться на самохідні машини незалежно від їхнього призначення.

Співвідношення самохідних комбайнів і тракторів у парку сільськогосподарського техніки повинне бути оптимальним, економічно обґрунтованим. Число спеціальних самохідних машин можна скоротити тільки за умови підвищення технологічної універсальності трактора як елемента єдиного енерготехнологічного комплексу збирального призначення і досягнення збиральним МТА технологічних властивостей комбайна. Рішення проблеми універсальності енергетичного засобу складається в досягненні приблизно однакової його ефективності в складі енерготехнологічного комплексу або МТА різного призначення (збирального, транспортного, ґрунтообробного і ін.).

Функціональні властивості МТА в цілому, а також сільськогосподарської машини і трактора окремо повністю визначаються вимогами технологічного процесу, здійснюваного агрегатом. Якщо співвіднести між собою вимоги технологічного процесу та показники трактора, то можна зробити висновок про ступіньйого технологічності.

Автомобілі становлять самостійний клас машин. Однак у сільському господарстві вони виконують приблизно такі ж транспортні та транспортно-технологічні операції, що і трактори.

Контрольні запитання:

1. Компонувальні схеми мобільних енергетичних засобів.

2. Що таке технологічний простір?

3. Переваги і недоліки тракторного самохідного шасі.

4. Переваги і недоліки модульних енерготехнологічних засобів і МТА на їх основі.

5. Особливість компонування тракторів з колісною формулою 4К4б.

6. Класифікація мобільних енергетичних засобів по компонувальним схемам.

7. Які ознаки має сучасний трактор класичного компонування.

8.Проаналізуйте основні властивості грунту.

9. Які процеси відбуваються в грунті в результаті дії рушіїв МЕЗ.

10. Аналіз агротехнічних вимог МЕЗ.

11. Способи і шляхи зниження шкідливого впливу МТА на грунт.

ЛЕКЦІЯ 3. ПОКАЗНИКИ ТА МЕТОДИ ОЦІНКИ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ

3.1. Показники технологічного рівня

3.2. Оцінка технологічної універсальності

3.3. Кількісна оцінка технологічної універсальності енергетичного засобу

Мета: прослухав лекцію студент повинен;

знати: що таке універсальність і які показники її характеризують;

уміти: зробити оцінку технологічної універсальності в залежності від показників ефективності енергетичного засобу.