Graph-analytical optimization of the transverse vertical cross-section of a contact zone between soil and an elastic wheeled mover

Abstract

The intensification of agricultural production under modern conditions implies the use of super-powerful mobile technical means, which leads to an increase in the levels of technogenic impact on soil and, consequently, deteriorates its fertility. Therefore, the most acute issue related to current agricultural production is aimed at resolving the task on improving the operational indicators of wheeled running systems of mobile technical means. This necessitates an analytical study into the processes of soil deformation under the elastic motors of mobile wheeled agricultural machinery. We have proposed a procedure of the graph-analytical step-by-step modeling of the process of soil deformation under pneumatic tires of mobile agricultural equipment taking into consideration the changing shape of an elastic tire sheath. Using appropriate graphic models makes it possible to explore, in stages, the process of soil compaction inside the profile of the track it formed. It has been found that in the contact area «deformed soil – the surface of an elastic wheeled mover of the mobile vehicle» the highest level of compaction is observed in the soil layer, which is directly in contact with the elastic mover. The depth of the recompacted soil layer on the «track bottom» depends on the dimensions of a tire of the wheeled mover and does not exceed the value of 0.075 width of the tire. The highest soil compaction level is observed in the area directly adjacent to the gauge. It has been established that the most dangerous design of a pneumatic tire, in terms of soil overcompaction in the track, is the shape of an elastic tire sheath that is described by the curve of the Cassini oval with four points of inflection. We have outlined distinctive features of recommendations to determine the operational values of tire working pressure depending on specific physical-mechanical and agro-technological properties of soil and the character of performed technological operations.

Інтенсифікація сільськогосподарського виробництва в сучасних умовах передбачає застосування надпотужних мобільних технічних засобів, що призводить до підвищення рівнів техногенного впливу на ґрунт і, як наслідок, погіршення його родючості. Тому, найактуальніший запит сучасного аграрного виробництва спрямований на вирішення проблеми покращення експлуатаційних показників роботи колісних ходових систем мобільних технічних засобів. Це спонукає до необхідності аналітичного дослідження процесів деформування ґрунту під еластичними рушіями мобільної колісної техніки сільськогосподарського призначення. Запропонована методика графоаналітичного поетапного моделювання процесу деформування ґрунту під пневматичними шинами рушіїв мобільної сільськогосподарської техніки з урахуванням змінюваної форми еластичної оболонки шини. Використання відповідних графічних моделей дозволяє поетапно досліджувати процес ущільнення ґрунту у профілі утворюваної ним колії. Встановлено, що в зоні контакту «деформований ґрунт – поверхня еластичного колісного рушія мобільного засобу» найвищий рівень ущільнення спостерігається в шарі ґрунту, який безпосередньо контактує з еластичним рушієм. Глибина переущільненого шару ґрунту на «дні колії» залежить від типорозміру шини колісного рушія і не перевищує значення 0,075 ширини шини. Найвищий рівень переущільнення ґрунту спостерігається в зоні, яка є безпосередньо прилеглою до осі колії. Визначено, що найнебезпечнішою конструкцією пневматичної шини, з точки зору переущільнення ґрунту в колії, є форма еластичної оболонки шини, яка описується кривою овалу Кассіні з чотирма точками перегину. Окреслено характерні особливості рекомендацій щодо визначення експлуатаційних значень робочого тиску у шинах залежно від конкретних фізико-механічних та агротехнологічних властивостей ґрунту і характеру виконуваних технологічних операцій.