Modelirovanie plosko-parallel'nogo dvizhenija v vertikal'nojj ploskosti shirokokolejjnogo agrosredstva dlja kolejjnojj sistemy zemledelija

MOTROL. Commission of Motorization and Energetics in Agriculture – 2016. Vol.18. No.1. 3-11 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЛОСКО-ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ В ВЕРТИКАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ ШИРОКОКОЛЕЙНОГО АГРОСРЕДСТВА ДЛЯ КОЛЕЙНОЙ СИСТЕМЫ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ Владимир Кувачев, Василий Митков, Александр Шульга Таврический государственный агротехнологический университет Пр. Б. Хмельницкого, 18, Мелитополь, Украина. E-mail: Vladimir Kuvachov, Vasil Mitkov, Alexandr Shulga Tavria State Agrotechnological University B. Khmelnitsky Avenue, 18, Melitopol, Ukraine. E-mail: Аннотация. Перспективными средствами механизации для колейной системы земледелия (Controlled Traffic Farming) являются специализированные ширококолейные агросредства (Wide Span Tractor). Эффективность практического использования последних зависит от обоснованной научной базы или теоретических основ, относительно изучения их технологических свойств. В статье представлены теоретические основы динамики плоскопараллельного движения специализированного ширококолейного агросредства в вертикальной плоскости. Модель функционирования ширококолейного агросредства, как динамической системы, рассмотрена в виде ее реакции на входные возмущения. Последними являются толчки и удары, вызванные неровностями профиля постоянной технологической колеи и неравномерностью тягового сопротивления сельскохозяйственных орудий технологической части агросредства. В основу теоретических исследований положены основные принципы теоретической механики, теории мобильных энергетических средств, статистической динамики и теории автоматического регулирования линейных динамических систем при воспроизведении ими статистически случайных возмущающих входных воздействий. В основу анализа оценки степени влияния схемы и параметров ширококолейного агросредства на динамику его движения в вертикальной плоскости положены амплитудные и фазовые частотные характеристики. Физическим объектом теоретических исследований являлся опытный образец специализированного агросредства для колейной системы земледелия конструкции ТГАТУ. Математические модели движения агросредства представлены в дифференциальной и операторной форме записи. На основании математических моделей построены расчетные амплитудно- и фазовочастотные характеристики отработки возмущающих воздействий: отработки остовом ширококолейного агросредства и его технологической частью колебаний профиля пути с разными параметрами шин опорных колес и давлением в них, разной массой сельскохозяйственных орудий. А также отработки ширококолейным агросредством колебаний тягового сопротивления сельскохозяйственного орудия при разном положении навесного механизма. Построенные математические модели, амплитудно- и фазовочастотные характеристики позволяют оценить влияние возмущающих воздействий на динамику движе- ния специализированного ширококолейного агросредства в вертикальной плоскости, а также его конструктивных и других параметров на плавность хода. Ключевые слова: Controlled Traffic Farming, Wide Span Tractor, колейное земледелие, мостовой трактор, теоретические исследования, движение в вертикальной плоскости. ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ Одним из путей повышения культурнотехнологического уровня земледелия является применение постоянной технологической колеи (Controlled Traffic Farming  CTF) [1]. Перспективность колейного земледелия создает основу для автоматизации и роботизации большинства технологических процессов в растениеводстве, обеспечивает эффективное внедрение «точного» земледелия и дает другие существенные преимущества [2-4]. Практическая реализация основных принципов колейной системы земледелия традиционными тракторно-комбайновыми средствами механизации осложнена определенными проблемами при их использовании. К основным, из которых, следует отнести сложность согласования параметров ходовых систем машинно-тракторных и комбайновых агрегатов параметрам технологической колеи, тяговых свойств энергетических средств с шириной захвата сельскохозяйственных машин/орудий и т.п. [5]. Безальтернативное повсеместное применение традиционных тракторно-комбайновых технологий, как отмечается в [2, 3], создает ряд серьезных проблем, основными из которых является ухудшения эффективного плодородия почвы, низкий энергетический КПД, невозможность автоматизации производственных процессов, истощение естественных запасов топлива и т.д. Научно-технический прогресс создания или усовершенствование традиционной техники для сельского хозяйства неизбежно приводит к тому, что ее улучшение достигается ценой последовательного роста затрат на единицу полезного эффекта [3]. Создание новых машин направлено преимущественно на совершенствование традиционных принципов и осложнение базовых конструкций, их подорожание, т.е. в направлении, которое исчерпало свой потенциал [3]. Перспективными в этом плане является использование специализированных ширококолейных средств механизации сельскохозяйственного производства для колейной системы земледелия (Wide Span Tractor) [5-8]. Применение указанных средств 4 Владимир Кувачев, Василий Митков, Александр Шульга механизации позволяет получать максимальную эффективность (технологическую, социальную, экологическую, экономическую) в процессах обработки почвы и ухода за культурными растениями [2]. Эффективность практического использования таких специализированных ширококолейных средств механизации сельскохозяйственного производства для колейной системы земледелия зависит от обоснованной научной базы или теоретических основ, относительно изучения их технологических свойств. Ширококолейное агросредство в своем движении представляет собой довольно сложную динамическую систему. В частности, динамика его вертикальных колебаний обуславливается рядом конструктивных параметров, к которым относятся и параметры пневматической шины опорных колес [9]. При увеличении основных размеров последних (ширины и диаметра), исходя из формулы Хейдекеля [10], увеличивается и коэффициент жесткости шины, который непосредственно оказывает влияние на динамику вертикальных колебаний агросредства. Известная ныне методология выбора конструктивных схем, обоснования параметров и режимов работы машинно-тракторных агрегатов на основе традиционных энергетических средств [11-13] практически не подходит для изучения динамики движения специализированных ширококолейных агросредств. Преимущественно по причине нетипичной компоновочной схемы, специфики их агрегатирования и условий функционирования. Конструктивно-технологические особенности указанных ширококолейных средств механизации требуют разработки принципиально новой системы их функционирования и использования. АНАЛИЗ ПОСЛЕДНИХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ПУБЛИКАЦИЙ Среди ученых, которые внесли весомый вклад в развитие колейной системы земледелия можно отнести Черепухина В.Д., Медведева В.В., Yuxia L, Tullberg J., Freebairn D., Taylor J., Williford J., Татибер Й., Ziebarth P., Євтушенко В. О., Жолобецкого Г.И., Улексина В.О., Надыкто В.Т., Кюрчева В.Н. и др. [12]. Результаты многолетних теоретических и экспериментальных исследований на выращивании (...truncated)