ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПУТЁМ УМЕНЬШЕНИЯ УПЛОТНЕНИЯ ПОЧВ ХОДОВЫМИ СИСТЕМАМИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ

Год	Степень уплотнения почвы
	Не-уплотненные	Слабо-уплотненные	Средне-уплотненные	Сильно-уплотненные	Пере-уплотненные
1995	1,97	1,79	1,33	0,91	0,90
1996	3,20	2,83	2,00	1,69	1,42
1997	2,12	1,76	0,85	0,76	0,73
1998	1,58	1,34	0,71	0,61	0,65
Среднее	2,22	1,93	1,22	0,99	0,92

Рис.11. Изменение плотности почвы в зависимости от числа проходов тракторов: 1- неуплотненная, 2 - слобоуплотненная, 3 – среднеуплотненная, 4 - сильноуплотненная, 5 – переуплотненная.

Приведенные выше данные использованы нами в сравнительных расчетах экономической эффективности производства зерна яровой пшеницы с применением стандартного (ДТ-175С) и модернизированного тракторов (ДТ-175СИ).

Рис. 12. Динамика ЧДД двух вариантов инвестирования средств: на модернизацию техники и агромелиорацию уплотненной почвы (при нормах дисконта равных 0,06 и 0,15)

Результаты расчетов экономической эффективности по двум альтернативным вариантам показывают несомненное преимущество вложения средств в инновационную технологию, обеспечивающую сохранение почвенного плодородия в течение длительного срока за счет снижения механической нагрузки при подготовки почвы к севу в ранневесенние сроки. Именно щадящий режим обработки почвы, не допускающий ее быстрой эксплуатационной деградации, в случае модернизации трактора обеспечивает значительно большую экономическую эффективность (на 48-58%) по сравнению с использованием стандартной техники, требующей применения агромелиоративных мероприятий для восстановления агрофизических свойств деградированной почвы.

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволяют сделать следующие основные выводы:

1. Обоснована структурная схема экологических взаимосвязей системы "Трактор-технология-почва". При рассмотрении экологической совместимостью этой системы и внешней среды принимаем совокупность показателей, обеспечивающих ми­нимальное уплотнение почвы и воспроизводство культурной раститель­ности. Реализация этой системы позволяет оценить нанесение экологического ущерба в конкретных условиях, выбрать подходящую систему машин и технологию, уточнять параметры ходовых систем тракторов и машин.

2. При условии обеспечения расчетной производительности, в каждом конкретном случае на систему накладываются ограничения по степени уплотнения и минерализации почв в соответствии с требованиями каждого региона. В качестве критериев экологической оценки уплотняющего воздействия ходовых систем сельскохозяйственной техники применяются следующие показатели: степень крашения почвы при обработке; глубина распространения уплотнения; глубина колеи; изменение прочностных характеристик почвы; разуплотнение почвы под действием природных факторов; нарушение почвенного покрова; минерализация почв, выражающаяся в переходе питательных веществ в усвояемые формы под действием буксования движителей.

3. Одним из важных параметров взаимосвязи системы движитель-почва является несущая способность почво-грунтовых опорных оснований, характеризующих проходимость МТА и уплотнение почвы. Аналитически определено значение критерия колееобразования К0=q0/qs=0,293. Получена зависимость для определения величины и характера распределения нормального давления на почву по звену гусеничного движителя и всему опорному участку гусеницы, которая включает как конструктивные основные параметры ходовой системы, так и эксплуатационные показатели трактора. Результаты расчетов по предложенной зависимости хорошо согласуются с экспериментальными данными (расхождения несущественны при 5% уровне значимости). 4. Установлено, что глубина колеи под движителем представляет собой сумму деформаций уплотнения и сдвигов. На основании этого положения выведены математические модели глубины колеи и уплотнения почвы в колее при однократном и многократных проходах движителя с учетом линейных и нелинейных составляющих деформаций уплотнения и сдвигов почвы. Для практических расчетов глубины колеи и уплотнения почвы в колее достаточно знать численные значения трех величин: коэффициента линейной деформации, несущую способность и предельную деформацию. Степень деформации зависит от физико-механических свойств почвы, ее влажности и плотности, величины нагрузки, задернелости почвы. При повторных проходах машин происходит более интенсивное накопление деформации, что может привести к разрушению структуры почв. Задернелые поверхности обладают повышенной прочностью. Поэтому одним из важных экологических требований к работе сельскохозяйственных машин является сохранение дернового покрова и сохранение условий его возобновления. 5. В результате исследований на полигоне уплотняющего воздействия гусеничного трактора ДТ-175С определены допустимые с точки зрения экологии пределы уплотнения почвы и нарушения травяного покрова. Так, для увлажненных минеральных почв отношение qmax/qср должно быть в пределах 1,3-1,5; для почв с дерновым покрытием экологически допустимое давление qэ должно быть пределах 0,012-0,018 МПа. Степень нарушения травяного покрова не должна превышать 25-30%. В результате обработки литературных данных и собственных исследований составлена шкала характеристики растительных свойств дерново-подзолистой почвы при различной плотности установлено, что пороговое значение плотности, при котором прекращается или сильно затрудняется рост корней растений, находится в диапазоне 1,65-1,70 г/см3.

6. Эксперименты на полигоне показали, что прохода трактора ДТ-175С резко ухудшают физико-механические свойства почвы на глубину 40-60 см. После первого прохода деформация почвы составляет в среднем 6% и при последующих проходах нарастает по 1,3-2%. При двух проходах плотность верхнего слоя увеличивается на 10%, а слоя в 15 см – на 7%. При этом порозность уменьшалась на 8%. Плотность верхнего слоя стабилизируется после четырех проходов, делая скачек на 20-м проходе. Порозность падает до критических значений (30%) при 10 проходах. 7. В результате испытаний было установлено, что серийная конструкция подвесок опорных катков не удовлетворяет требованиям неравномерности распределения давлений под гусеницей и её решено было заменить на индивидуальные подвески. Трактор с новой конструкцией подвески опорных катков позволил снизить глубину колеи на 60-66%, а максимальные удельные давления на почву снизились на 18-25%, глубина деформации снижается с 0,5-0,3 м; критическое значение плотности почвы достигается при третьем проходе трактора ДТ-175С с серийной конструкцией гусеницы, а трактора модернизированного только после 12-14 проходов. 8. Нами предложено вести изменения в конструкцию серийных тракторов типа ДТ-75, Т-170 и ДТ-175С, в том числе увеличить число опорных катков с 6 до 9, сократить расстояние между опорными катками, смешение двигателя вперед, увеличение площади гусениц, перечисленные мероприятия позволят обеспечить снижение уплотнения почвы на 35%. Коэффициент неравномерности распределения удельного давления по опорной поверхности гусениц трактора ДТ-175СИ с индивидуальным подрессовыванием опорных катков на 11-17% меньше, чем при балансирном подрессоривании трактора ДТ-175С. использование трактора ДТ-175СИ на посеве и на подготовке почвы по посев существенно (почти в 1,5 раза) снижает уплотнение почвы.

9. Предложена модель грунтового основания как однородного частично водонасыщенного пористого вязкоупругопластичного тела, обеспечивающая учет основных реологических характеристик грунта и стохастического разброса его свойств, а также методика определения интегральных характеристик контактного взаимодействия эластокомпозитных оболочек с деформируемыми основаниями в приложении к определению выходных характеристик шин. Обсуждено возможное расширение и применение номенклатуры выходных характеристик шин. 10. Выявлено значительное влияние деформируемости основания на жесткостные и уводные характеристики шин. Обнаружено, что при движении колеса по водонасыщенному вязкоупругому основанию, максимальное переуплотнение почвы имеет место в точке, удаленной от центра пятна контакта шины с основанием.

Кроме того, обоснована номенклатура выходных характеристик шин сельскохозяйственных машин и разработана методика их расчетной оценки. 11. На специальном стенде определен ряд эффектов контактного взаимодействия шин с недеформируемым и деформируемым основаниями: а) установлено качественное различие в поведении шины: на жестком основании прогибы шины линейны, на деформируемом – нелинейны; б) максимальное поровое давление в деформируемом основании достигается на глубине примерно равной ширине шины и того же порядке в поперечном направлении от центра контакта;

в) циклы напряжений и деформаций в движущейся шине синфазны и различны по спектральному составу;

г) имеет место асимметрия контакта при движении шины, особенно при движении по деформируемому основанию.

12. Выполнена сравнительная оценка эффективности инвестирования средств в модернизацию сельскохозяйственной техники и агромелиоративные мероприятия для снижения негативного влияния антропогенной нагрузки на почву при ее механической обработке в предпосевной период. Установлено, что (при повышенной влажности обрабатываемой почвы) снижение механического воздействия движителей на почву за счет модернизации обеспечивает 2,0 - 2,5 раза увеличение продолжительности эксплуатации пахотных земель при сохранении плотности почвы и продуктивности посевов. Экономическая эффективность использования инновационной техники (трактор ДТ-175СИ) на 48-58% выше по сравнению с использованием трактора ДТ-175С, механическая нагрузка которого на почву требует последующего (через 6-8 лет) применения агромелиоративных мероприятий для восстановления агрофизических свойств деградированной почвы.

Список опубликованных работ

В изданиях, рекомендуемых ВАК РФ:

1. Карапетян, М.А. Основы концепции экологической совместимости системы «машина-трактор-технология-почва» [Текст] / М. А. Карапетян // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 2005. – №9. – С. 30–32.

2.Карапетян, М.А. Управление движителями транспортно-технологических систем [Текст] / М.А. Карапетян, В.Н. Пряхин // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 2005. – № 10. – С.22-24.

3. Карапетян, М.А. Образование колеи на почве при многократных проходах сельхозмашин [Текст] / М.А. Карапетян //Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 2007. – № 9. – С.31-33.

4. Карапетян, М.А. Уплотнение почвы при образовании колеи сельхозмашинами [Текст] / М.А. Карапетян // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 2007. – №10. – С.31-32.

5. Карапетян, М.А. Результаты исследования коэффициента линейной деформации почвы [Текс]/ А.К. Тургиев, М.А.Карапетян // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. – 2007. – №2 (22). – С.57– 59.

6. Карапетян, М.А. Математическое обеспечение расчета эластокомпозитной оболочки вращения [Текс] / М.А. Карапетян // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. Сер. агроинженерия. – 2007. – №3(23). – С.77– 80.

7. Карапетян, М.А. Деформация почвы гусеничным движителем [Текст]/ М.А. Карапетян // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 2007. – №6. – С.27– 29.

8. Карапетян, М. А. Математическая модель деформации почвы сельхозмашинами [Текст] / М.А. Карапетян // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 2007–№5. – С.26– 28.

9. Карапетян, М.А. Расчет алгоритма управления исполнительной системы МТА [Текс] / М.А. Карапетян, Э.Э. Темирсултанов, В.Н. Пряхин // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 2006. – №8. – С.25– 28.

10. Карапетян, М.А. Воздействия движителей трактора на физические свойства почвы [Текст] / М.А. Карапетян // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 2008. – №7. – С.50–51.

11. Карапетян, М.А. Возможные риски в технических системах на объектах агропромышленного комплекса [Текс] / В.Н. Пряхин, М.А. Карапетян, С. Добренко, Н.А. Мочунова // Международный научный журнал.­– 2010. ­– №3. – С.36–40.

12. Карапетян, М.А. Простейший способ образования колеи [Текст] / М.А. Карапетян // Естественные и технические науки. – 2010. – №4. – С. 418 – 420.

13. Карапетян, М.А. Потери энергии на смятие почвы [Текст] / А.К. Тургиев, М.А. Карапетян, Н.А. Мочунова // Международный технико-экономический журнал. – 2010. – №3. – С. 62 – 64.

14. Карапетян, М.А. Моделирование тяговой нагрузки [Текст] / А.К. Тургиев, М.А. Карапетян // Тракторы и сельхозмашины. – 2010. – №9. – С.6 – 7.

15. Карапетян, М.А. Эколого-экономическая оценка эффективности модернизации движителей сельскохозяйственных тракторов [Текст] / М.А. Карапетян, А.Н. Куликов, Ю.П. Добрачёв // Экономика сельскохозяйственных и перерабатывающих предприятий.– 2010. – №8.– С. 34 – 36.

В других изданиях:

16. Карапетян, М.А. Математическое моделирование эколого-технологических процессов уплотнения почв: Монография [Текст] / М.А. Карапетян. – Изд-во «Спутник+», 2004. – 76 с.

17. Карапетян, М.А. Контактные взаимодействия эластокомпозитных оболочек с деформируемым основанием в приложении к расчету шин. Монография [Текст] / М.А. Карапетян. – Изд-во «Спутник+», 2004. – 88 с.

18. Карапетян, М.А. Выходные характеристики пневматических шин в контакте с деформируемым основанием их номенклатура и расчетно-экспериментальное исследование. Монография [Текст] / М.А. Карапетян. – Изд-во «Спутник+», 2005. – 60 с.

19. Карапетян, М.А. К оценке колееобразования и переуплотнения грунта при движении колесных машин [Текст] /М.А. Карапетян, Н.А. Диятян, А.С. Кузьмин // Эффективность использования, эксплуатация и ремонт мелиоративных машин : Сб. науч. трудов. МГМИ,– М.: 1989. - С. 50-61.

20. Карапетян, М.А. Стенд для испытания крупногабаритных шин [Текст]/ М.А. Карапетян, А.Б. Белослюдовым //Механизация строительных и эксплуатационных работ в мелиорации: Сб. науч. трудов. – М.: МГМИ, 1990.- С. 59-66.

21. Карапетян, М.А. Применение колесных динамометров в натурном эксперименте по определению жесткостных характеристик шин [Текст] / М.А. Карапетян, Н.А. Диятян // Механизация строительных и эксплуатационных работ в мелиорации Сб. науч. трудов. – М.: МГМИ, 1990. - С. 66-70.

22. Карапетян, М.А. К методике определения жесткостных характеристик пневматических шин в стендовом эксперименте [Текст] / М.А. Карапетян // Механизация строительных и эксплуатационных работ в мелиорации: Сб. науч. трудов. – М.: МГМИ,1990.- С. 91-94;

23. Карапетян, М.А. Математическая модель внутренней механики пневматических шин [Текст] / М.А. Карапетян // Реферативный журнал Механизация и электрификация с.-х. производства. - №10. - 1990.

24. Карапетян, М.А. Математическая модель деформируемого основания [Текст] / М.А. Карапетян, А.С. Кузьмин // Реферативный журнал «Механизация и электрификация с.-х. производства». - №10.- 1990.

25. Карапетян, М. А.Датчик крена /М.А. Карапетян // Депонирование научных работ, ВИНИТИ.- №11.- 1990.- 110 с.

26. А.с. 1633315 СССР. Стенд для испытания пневматических шин [Текст] / А.Б. Белослюдов, В.И. Кнороз, А.Ф. Левченков, Б.В. Темнов, М.А. Карапетян, Н.А. Диятян; Заявл. 06.03.1989; заявитель Московский гидромелиоративный институт; регистр в реестре от 08.11.1990.

27. А.с. 1434253 СССР. Устройство для измерения угла наклона [Текст] / Л.М. Вартанян, М.А. Карапетян; Заявл. 14.08.1985; заявитель Южный филиал научно-производственного объединения по тракторостроению; регистр в реестре от 01.07.1988.

28. Карапетян, М.А. Несущая способность и предельная деформация уплотнения грунта.// [Текст] / М.А. Карапетян // Проблемы экологической безопасности и природопользования: Материалы Международной научно-практической конференции. Вып. №5.- М.: Норма, 2004,- С.253-255.

29. Карапетян, М.А. Среднее и максимальное давление на опорной массив [Текст] / М.А. Карапетян // Проблемы экологической безопасности и природопользования: Материалы Международной научно-практической конференции. вып. №5.- М.: Норма, 2004,- С.248-249.

30. Карапетян, М.А. Анализ напряженного состояния грунтов [Текст] / М.А. Карапетян // Проблемы экологической безопасности и природопользования: Материалы Международной научно-практической конференции. Вып. №5.- М.: Норма, 2004, - С.242-244.

31. Карапетян, М.А. Экспериментальные исследования влияния гусеничных движителей трактора ДТ–175С на уплотнение и минерализацию почв [Текст] / М.А. Карапетян // Проблемы экологической безопасности и природопользования: Материалы Международной научно-практической конференции. Вып. №5.- М.: Норма, 2004, С.255-257.

32. Карапетян, М.А. Совершенствование технологий и управление технологическими процессами производства [Текст] / М.А. Карапетян, В.Н. Пряхин // Учебное пособие. « Спутник +», - М.: 2005.- 161 с.

33. Карапетян, М.А. Разработка новых ресурсосберегающих экологически безопасных технологий обработки почвы, с использованием конструктивно разработанной с.-х. техники [Текст] / Э.Э. Темирсултанов, В.Н. Пряхин, М.А. Карапетян, Х.А. Касимов // Материалы Международной научно-практической конференции «Проблемы экологической безопасности и природопользования» Том 1. - М.: Норма, МАЭБП, 2005. – С. 124-128.

34. Карапетян, М.А. Модифицированная номенклатура выходных характеристик шин [Текст] / М.А. Карапетян // Техника и технология. - 2004. - №6. -С. 9-11.

35. Карапетян, М.А. О разработке экологически чистых технических средств и технических процессов для объектов АПК [Текст] / М.А. Карапетян, Э. Э. Темирсултанов, В.Н. Пряхин // Естественные и технические науки. – 2004.- №6 – С. 164-165.

36. Карапетян, М.А. Моделирование АСУ эколого-технологических процессов с.-х. производства [Текст] / М.А. Карапетян, В.Н. Пряхин // Естественные и технические науки. – 2005. - №2 – С. 237-239.

37. Карапетян, М.А. Математические методы анализа уровня развития конструкций ходовой части мобильных транспортных средств [Текст]/ М.А. Карапетян, В.Н. Пряхин, Г.А. Ткачев // Природообустройство и рациональное природопользование – необходимые условия социального-экономического развития России/ Сборник научных трудов по материалам международной научно-практической конференции, посвященной 75-летию основания МГУП Часть 1. - М.: МГУП, 2005. – С. 406-409.

38. Карапетян, М.А. Вероятностное прогнозирование в условиях сельскохозяйственного производства [Текст] / М.А. Карапетян, В.Н. Пряхин, Т.А. Ткачев // Природообустройство и рациональное природопользование – необходимые условия социально-экономического развития России. Сборник научных трудов по материалам международной научно-практической конференции, посвященной 75-летию основания МГУП. Часть 1. - М.: МГУП, 2005. – С. 403-406.