The substantiation of the tense state of soil under condition of its interaction with wheels

Abstract

Machine and tractor devices which consist of large tractors and devices corresponding to them, are widely used in the fields. The use of such machine-and-tractor devices results in reduction of both energy usage and labor inputs. But the wheels of large tractors deform and consolidate the soil that results in changes of healthy soil structure as well as in worsening of the agro-ecological soil condition. The use of large machine-and-tractor devices requires laying down of optimal constructional parameters for wheels. Optimized wheels will facilitate the decrease of both consolidation and devastation of the soil’s fertile layer. The paper considers the interaction between the soil and the wheels. The scheme for determining the distribution of tension in soil under condition of vertical loading, has been developed. The task for the calculation of the tense state of soil has been formed. This task makes it possible to determine the level of tension in soil under the wheels of machine-and-tractor devices. The determination of the level of tension in soil enables to determine and to substantiate the parameters of the wheel tires. The use of such tires will make it possible to provide the level of normal state of tension in soil lower than a permissible level. As follows from solving a reverse contact problem, and under condition of equal distribution of contact pressure, a mathematic model has been received. The received mathematic model makes it possible to perform a computer simulation of the effects of wheels’ width of the machine-and-tractor devices on tension which takes place in soil. The received model is universal and makes it possible to carry out the study of wheels of various standard sizes. A theoretical simulation of the performance of a machine-and-tractor device has been made. The distribution of tension in soil environment is given.

На полях широко використовуються машинно-тракторні агрегати, що складаються із важких тракторів та відповідних їм агрегатів. Використання таких машинно-тракторних агрегатів забезпечує зниження енерговитрат та скорочення витрат праці. Проте рушії важкої техніки активно деформують та ущільнюють ґрунт, що призводить до зміни агрономічно цінної структури ґрунту та до значного погіршення агроекологічного стану ґрунту. Застосовування важких машинно-тракторних агрегатів вимагає встановлення для колісних рушіїв оптимальних конструкційних параметрів. Оптимізовані рушії сприятимуть зменшенню переущільненню та руйнуванню родючого шару ґрунту. В статті розглянуто взаємодію із ґрунтом пари колісних рушіїв та розроблена схема для визначення полів напружень для прикладеного вертикального навантаження. Сформоване завдання для розрахунку напруженого стану ґрунтового середовища. Сформоване завдання дозволяє визначити рівень напруженого стану під колісними рушіями машинно-тракторних агрегатів. Визначення рівня напруженого стану дозволяє знайти й обґрунтувати параметри колісних шин. Використання таких шин дозволить забезпечити рівень нормальних напружень в ґрунті нижче допустимих. У результаті рішення оберненої контактної задачі за умови рівномірного розподілення контактних напружень, отримано математичну модель. Рішення отриманої математичної моделі дозволяє виконати комп’ютерне моделювання впливу ширини колісних рушіїв машино-тракторних агрегатів на напруження, які виникають в ґрунті. Отримана модель є універсальною та дозволяє виконувати дослідження колісних рушіїв різного типорозміру. Виконано теоретичне моделювання роботи машинно-тракторного агрегату. Отримано розподіл напружень в ґрунтовому середовищі.

На полях широко используются машинно-тракторные агрегаты, состоящие из тяжелых тракторов и соответствующих им агрегатов. Использование таких машинно-тракторных агрегатов обеспечивает снижение энергозатрат и сокращение затрат труда. Однако двигатели тяжелой техники активно деформируют и уплотняют почву, что приводит к изменению агрономически ценной структуры почвы и к значительному ухудшению агроэкологического состояния почвы. Применение тяжелых машинно-тракторных агрегатов требует установки для колесных движителей оптимальных конструкционных параметров. Оптимизированные двигатели будут способствовать уменьшению переуплотнением и разрушению плодородного слоя почвы. В статье рассмотрено взаимодействие с почвой пары колесных движителей и разработана схема для определения полей напряжений для приложенного вертикальной нагрузки. Сформирована задача для расчета напряженного состояния почвенной среды. Сложившаяся задача позволяет определить уровень напряженного состояния под колесными движителями машинно-тракторных агрегатов. Определение уровня напряженного состояния позволяет найти и обосновать параметры колесных шин. Использование таких шин позволит обеспечить уровень нормальных напряжений в почве ниже допустимых. В результате решения обратной контактной задачи при условии равномерного распределения контактных напряжений, получена математическая модель. Решение полученной математической модели позволяет выполнить компьютерное моделирование влияния ширины колесных движителей машино-тракторных агрегатов на напряжения, возникающие в почве. Полученная модель является универсальной и позволяет выполнять исследования колесных движителей разного типоразмера. Выполнено теоретическое моделирование работы машинно-тракторного агрегата. Получено распределение напряжений в грунтовой среде.