авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Комплексное снижение динамических нагрузок в рабочих процессах машинно-тракторных агрегатов

На правах рукописи

Зимагулов Анас Хафизович КОМПЛЕКСНОЕ СНИЖЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК В РАБОЧИХ ПРОЦЕССАХ МАШИННО-ТРАКТОРНЫХ АГРЕГАТОВ Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Казань - 2003

Работа выполнена на кафедрах «Тракторы и автомобили», «Эксплуатация МТП», «Безопасность жизнедеятельности и производственное обучение» при ФГОУ ВПО «Казанская государственная сельскохозяйственная академия».

Научный консультант:

член-корреспондент Академии наук РТ, Заслуженный деятель науки РФ, д.т.н., профессор Юлдашев Алмаз Киямович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Важенин Александр Николаевич доктор технических наук, профессор Артемьев Владимир Григорьевич доктор технических наук, профессор Тургиев Алан Каурбекович

Ведущая организация: Татарский научно-исследовательский институт сельского хозяйства Республики Татарстан г. Казань

Защита диссертации состоится «28» ноября 2003 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.025.02 при ФГОУ ВПО «Казанская государственная сельскохозяйственная академия» по адресу: 420011, г.

Казань, учебный городок Казанской ГСХА, УЛК ФМСХ, ауд.213.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанской ГСХА.

Автореферат разослан « 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, д.т.н., профессор Мудров Александр Григорьевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Для удовлетворения потребностей общества в продуктах растениеводства требуется повышение производительности и качества работы машинно-тракторных агрегатов (МТА). Это можно достичь путем увеличения мощности, рабочих скоростей, ширины захвата и снижения неустановившихся нагрузок (НН) в МТА.

Промышленность выпускает тракторы и сельскохозяйственные машины (СХМ) с тем расчетом, что они будут работать на стационарных режимах, а сельское хозяйство (с-х) и промышленность эксплуатирует их при НН.

Анализ исследований МТА показывает, что эффективные показатели снижаются при работе в нормальных условиях до 20%, а в экстремальных условиях - до 40% по сравнению с номинальными.

Продолжительность неустановившихся режимов работы агрегата составляет 60... 65% сменного времени. Из-за этого снижается производительность агрегата, повышается расход топлива и растут потери от недоиспользования мощности двигателя (коэффициент использования мощности составляет всего = 0,4...0,5). В России затраты энергии на единицу с-х продукции в 3-4 раза выше, чем в других промышленно развитых странах. В связи с этим возникает проблема снижения НН.

Работа выполнялась в рамках тематических планов научных исследований Казанской ГСХА и РСХАН по теме: «Разработка технологических, технических и организационных решений по энергосбережению и улучшению условий труда на сельскохозяйственных агрегатах и в производстве инженерного комплекса», координационным планом 0.51.03. «Разработать и внедрить комплексные системы увеличения производства продовольственного зерна высокого качества по зонам п.

2.3.» и заданием 0.3 межведомственной проблемы OCX. 108. Номера государственных регистраций 77056691;

7206399;

81031005;

01860070314.

Цель работы - решение проблемы снижения влияния не установившихся нагрузок на процессы в МТА при выполнении технологических операций и изыскание самоприспосабливаемых способов, устройств, новых рабочих органов и средств управления для стабилизации их нагрузочных и скоростных режимов.

Объекты исследований: Комбинированные и одномашинные агрегаты, тракторы и СХМ с одним и несколькими двигателями.

Технологические операции и процессы обработки почвы, посева и уборки.

Методы исследования. Исследования рабочих процессов МТА базировались на применении теоретических методов моделирования.

Экспериментальные исследования выполнены с применением современных методов и измерительной аппаратуры.

Научную новизну составляют:

1. Метод оценки и методология создания средств со свойствами самоприспосабливаемости к режимам нагружения.

2. Технологические процессы, операции и средства, в комплексе снижающие вариации неустановившихся нагрузок в их источниках возникновения и при трансформации до двигателя.

3. Приемы расширения возможностей агрегата и управления процессами рабочих органов.

4. Прогноз технического уровня и эксплуатационные требования к МТА и самоприспосабливающимся средствам.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на: Всесоюзном научно-техническом семинаре «Разработка и оптимизация динамических характеристик двигателей мобильных сельскохозяйственных комплексов». (Казань, КСХИ, 1991);

Всесоюзном и международном межотраслевых научно-технических семинарах посвященных 80 и 100-летию В.Н. Болтинского «Исследование двигателей сельскохозяйственных машин в динамических (неустановившихся) режимах». (Казань, КСХИ, 1983 и КГСХА 2003);

Второй международной научно-практической конференции «Автомобиль и техносфера». (Казань, КГТУ, 2001);

Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы разработки и внедрения машинных технологий в растениеводстве и животноводстве» (Киров, Вятская ГСХА, 2002);





Всероссийской научно-практической конференции «Агроэкологические проблемы». (Казань, АН Республики Татарстан, 2001);

научно-методических конференциях кафедр «Тракторы и автомобили» сельскохозяйственных вузов Поволжья и Предуралья, состоявшиеся в Пермской (1982), Чувашской (1976 и 1983), Ижевский (1975 и 1984), Кировской (1985) и Казанской (1973 и 1994) ГСХА;

научных конференциях С.Петербургского ГАУ (1983), Челябинского ГАУ (1973);

Ежегодных научных конференциях (1970...2002) КГСХА, Белорусского ИМСХ (1975 и 1983), Владимирского ГТУ (1997), Ульяновской (1980 и 1987), Ижевской (1984) и Свердловской (1986) ГСХА;

научно-производственных конференциях и семинарах НПО «Нива» Татарстан. (Казань, 1985...1988);

АН Республики Татарстан (1999).

Практическая ценность и реализация результатов исследований. Использование новых конструкций рабочих органов и систем их управления обеспечивает увеличение производительности агрегата на 6...9%, снижение расхода топлива до 6%.

Почвообрабатывающая комбинированная машина, способная сочетать в себе пять вариантов технологических операций, только в одном варианте по сравнению с основной операцией дает экономию топлива до 42%, сохранение стерни 60...90%.

При внедрении каждого технологического процесса системы самоприспосабливаемости рабочих органов ожидаемый эффект составляет не менее 800 тыс. руб. на один агрегат, на период срок службы.

Теоретические разработки использованы при:

улучшении процессов в технологиях возделывания зернобобовых культур;

обосновании режимов работы комбинированного агрегата на базе трактора Т-150К, культиватора плоскореза КП-2-150 и устройства подготовки почвы и посева (А.с. 1230478), а также при совершенствовании технологических агрегатов ЗИЛ-131В и Урал 375 Т.М.

Силовая передача самоходного сельскохозяйственного комбайна (А.с. 1230873) внедрена при совершенствовании технологического транспортного средства в двух хозяйствах Хмельницкой области Украины.

Научные рекомендации и разработки по снижению вариации нагрузок позволили повысить производительность на 6...9%, снизить расход топлива на 6... 8% в агрегатах с тракторами МТЗ.

Рекомендации и изобретения по реализации предлагаемых технологий внедрены и приняты для внедрения в МСХиП РТ, ОАО «Татсельхозтехника» и АО «мелиорация».

Технология скашивания культур агрегатами с перемещаемым центром масс косилки внедрена в совхозе «Улимановский» Актанышского р-на, в хозяйствах «Якты Юл», «имени Тимирязева и Рахимова Балтасинского района и опробована в отдельных хозяйствах Рыбно Слободского, Лаишевского, Заинского и Арского районов РТ и в учхозе Каз.ГСХА.

Основные положения и результаты диссертационной работы внедрены: в разделах и рекомендациях в книгах [9, 10];

охранных документах [25,...57];

методических пособиях и указаниях для комплексных полевых практических работ по дисциплинам «Основы управления с-х техникой» и «Интенсивная технология зернобобовых культур» (1986... 1996);

в комплекте плакатов по механизации возделывания зернобобовых культур из 5 листов, Москва. - Колос, 1983;

в отчетах по результатам теоретических и экспериментальных исследований многоприводных тяговых, транспортных и уборочных агрегатов.

Результаты исследований по снижению динамических потерь используются в учебном процессе в Вятской, Ижевской и Казанской ГСХА.

Выставочные образцы, планшеты и сборники технических решений по теме экспонировались на выставках в Торгово-промышленной палате и ВДНХ (ВИКО) Республики Татарстан. Отдельными результатами исследований заинтересовались ученые-аграрники США (1980).

Публикации по теме диссертации: Опубликованы работы в количестве 151 (общим объемом 27 печатных листов), из них изобретений, 65 научных статей и 2 монографии.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Концепция снижения вариации колебаний нагрузки на двигатель путем улучшения технологических процессов.

2. Математические модели снижения динамических потерь.

3. Новые технологии отвальной и безотвальной подготовки почвы под посев, посева, уборки зернобобовых культур и трав на равнинных и склоновых полях.

4. Методология оценки комплексной системы управления самоприспосабливаемостью с режимами нагружения.

5. Новые способы и схемы технологических процессов и рабочих органов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов и предложений, содержит 366 с. печатного текста, включающего 15 таблиц, 70 рисунков, 75 с. приложения, 3 с. оглавления и 22 с. списка литературы (270 наименований).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Дана характеристика проблемы, которой посвящена диссертация, определена цель работы, показана актуальность, научная новизна и практическая ценность решаемых задач.

В первой главе дана характеристика исследований, посвященных работе МТА на установившихся и неустановившихся режимах с анализом действия нагрузок.

Научные основы механизации земледелия созданы трудами В.ГТ.Го рячкина, А.Б.Свирщевского, В.А.Желиговского, В.Н.Болтинского, Ф.С.Завалишина, И.П.Полканова и др.

Закономерности изменения внешних воздействий на агрегат при выполнении технологических операций определены в работах Иофинова С.А., Киртбая Ю.К., Кутькова Г.М., Тургиева А.К., Агеева Л.Е., Важенина А.Н., Лурье А.Б., Николаенко А.В., Шарова Н.М., Юлдашева А.К., Хакена Г., Крутова В.И. и др. Этими учеными отмечено, что режим работы агрегатов зависит от условий среды, действий оператора, конструкций трактора и СХМ. Совместное взаимодействие указанных факторов вызывает изменение ветвей скоростной характеристики двигателя.

Существенный вклад в изучение динамики транспортирующих обрабатываемый материал агрегатов внесли Абдрахманов Р.К., Артемьев В.Г., Бурченко П.Н., Беккер М.Т., Гуськов В.В., Ксеневич И.П., Кормщиков А.Д., Кузнецов Н.Г., Макаров П.И., Мазитов Н.К., Матяшин Ю.И., Сысуев В.А., Шкрабак B.C. и др.

Изменение физико-механических и технологических свойств почв и растений в результате механического воздействия колес МТА на нее исследовались Водяником Н.И., Петрушовым В.А., Русановым В.А., Тургиевым А.К., Лопаревым А.А., Мухамедьяровым Ф.Ф., Возовиком И.С., Скотниковым В.А. и др.

В исследованиях Зангиева А.А., Медведева В.И., Скойбеды А.Т.

отмечаются необходимость повышения эксплуатационных показателей агрегата и введения в агрегаты средств самоприспосабливаемости.

Вопросы теории регулирования процессов смесеобразования и горения в двигателях и передачи моментов к трансмиссии при НН рассматриваются в работах Баширова P.M., Багирова Д.Д., Полеваева О.И., Бородина И.Ф., Болотова А.К., Бузенкова Г.М., Галеева Г.Г., Гельфенбейна С.П., Краснощекова Н.В., Кривова В.Г., Криницкого И.И., Морозова А.Х., Петрова В.И., Самойлова Н.П., Лиханова В.А. и др.

Отмечено, что динамические потери значительно зависят от способа регулирования процессов.

Теоретические и экспериментальные исследования МТА при НН проводятся в С.-Петербургском, Воронежском, Волгоградском, Московском, Челябинском ГАУ, в Вятской, Казанской, Нижегородской, Чувашской ГСХА, ВИМ, НИИСХ Северо-Востока, Татарском НИИСХ и в других научных учреждениях.

Характер нагрузки на двигатель имеет различную форму. При переходе двигателя на корректорную ветвь характеристики происходит снижение частоты вращения коленчатого вала (к.в.), уменьшается скорость движения агрегата, нарушаются агротехнические требования. Это, в свою очередь, приводит к снижению производительности и экономичности агрегата.

В условиях эксплуатации МТА неустановившийся режим дистабилизирует равновесие Me=Mc (1) где Ме - крутящий момент двигателя на неустановившемся режиме;

Мс момент сопротивления.

К нарушению этого равновесия приводят технологические остановки, неровности опорной поверхности, неоднородность обрабатываемого материала, колебания значений сцепной массы, нарушение процесса передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колесам и нерегулируемая блокировка дифференциалов.

Основной причиной возникновения динамических потерь является колебательный характер нагрузки на крюке. Степень неравномерности момента сопротивления 5 определяется как (2) Она характеризуется периодом изменения нагрузки. Гребнев В.П., Чудаков Д.А. рекомендуют снизить 5 позиционированием сельхозмашины относительно трактора при помощи позиционно-силового регулятора, установкой на агрегат двигателя с большим запасом крутящего момента или двигателя постоянной мощности, созданием модульных агрегатов и т.д. Однако эти меры не могут существенно повысить технико экономические показатели МТА.

В исследованиях, посвященных повышению эксплуатационных показателей на неустановившихся режимах, не определены допустимые величины колебаний частоты в СЕ. Поэтому динамические качества агрегата не регламентированы государственными стандартами.

Анализ опубликованных работ показал, что в настоящее время проблема внедрения способов и средств, снижающих динамические потери не имеют комплексного решения. Недостаточно проработаны вопросы выбора характеристик средств управления, активации рабочих процессов и способов их реализации. Мало исследований по многооперационным и многодвигательным агрегатам при работе их как в нормальных так и экстремальных условиях.

По проблеме поставлены следующие задачи:

Исследовать характер нагрузки и установить их взаимосвязь с выходными характеристиками двигателя.

Разработать математические модели, позволяющие наметить пути снижения вариаций нагрузки в технологических операциях, процессах рабочих органов СХМ, движителях, трансмиссии и двигателях.

Стабилизировать колебания нагрузки в приводе ведущих колес и рабочих органах СХМ.

Разработать систему и средства комплексной самоприспосабли ваемости МТА к условиям эксплуатации.

Определить эффективность использования комбинированного почвообрабатывающего (с посевом) агрегата, агрегатов для работы на склоне, мобильного энергетического средства со свойствами самоприспосабливаемыми.

Во второй главе изложены принципы и пути снижения динамических потерь в агрегатах.

МТА состоит из нескольких взаимосвязанных между собой основных СЕ, каждая в отдельности влияющих на их производительность.

Физической основой предложенного подхода является снижение влияния динамических нагрузок в их источниках возникновения и при их трансформации до двигателя. Это осуществляется совершенствованием технологических операций, сочетанием приемов обработки, полным использованием сцепной массы агрегата и получением запаса мощности.

Процесс функционирования МТА в системе человек-среда рассматривается как реакция у на входные факторы x1,x2,x3,.....,xn Управляющими являются факторы u1,u2,......,un возмущающими o1,o2, o3,....,on. Входные факторы формируются механизатором, агрегатом и средой. В качестве выходных параметров принимается у, производительность, расход топлива, потери, агротехнические параметры качества. Связь всех параметров представляет собой модель агрегата:

(3) Группа факторов, отнесенная к человеку включает в себя психофизиологическое состояние, квалификацию оператора и службы контроля, а также объективные и субъективные характеристики, связанные с технологической операцией. В группу факторов «машина» включены крюковое усилие и буксование, координаты рейки топливного насоса, распределение сцепной массы и крутящего момента между мостами и колесами, частота вращения к.в., трение поверхности с материалом и т.д. В группу факторов «среда» включены физико механические характеристики материала обработки, метеоусловия и др. В качестве корректирующих переменных использованы скорости протекания процессов, например, изменением положения педали стабилизации скорости движения агрегата. Применительно к работе агрегата зависимость выходного параметра от воздействия на процесс факторов по времени запишется (4) Эта зависимость является общей расчетной схемой решения задач оптимизации параметров процессов в любом агрегате.



В качестве входного фактора принимается крюковое усилие Ркр (рис.

1а и 1б), а выходных факторов принимаются производительность W, удельные крюковой gкр и погектарной gгa расходы топлива. Оптимальность производительности обеспечивается подбором крюкового усилия Ркр, рабочей скорости и ширины захвата Вр степени загрузки двигателя Расчеты завершаются построением потенциальной эксплуатационной характеристики агрегата. Выходные показатели определяются:

(5) Перспективным способом оптимального функционирования агрегата является снижение вариации нагрузки на источнике ее возникновения. Для пахотного агрегата такой подход осуществляется поддержанием постоянными Ркр, Вр, Эффективность МТА с самоприспосабливаемыми свойствами оценивается сравнением теоретической производительности с реальной.

(6) где - степени реализации производительностей, соответственно, отношение производительностей базового (установившегося) агрегата Wy к теоретической WT, разработанного со свойствами самоприспосабливаемости Wpаз к теоретической и установившегося агрегата производительность к разработанного.

Динамические потери агрегата определяются путем построения квазидинамической характеристики. Квазединамической характеристикой называется изменения исследуемых показателей, по стационарной характеристики в соответствии изменением частоты вращения коленчатого вала двигателя. Показатели реального агрегата накладываются на квазидинамическую характеристику. Разница ординат это текущие динамические потери, а площадь между ними суммарные динамические потери (рис. 1в). Динамические потери разработанного агрегата определяются формулой Совершенство агрегата определяется уровнем самоприспосабливае мости МТА к условиям эксплуатации. Коэффициент уровня самоприспо сабливаемости определяется как Кут=Nв/Nо,где Nв- количество внедренных самоприспосабливаемых процессов;

N о - общего количества идеально возможно закладываемых самоприспосабливаемых процессов.

При нарушении установившегося режима моменты сопротивления Мс и двигателя Ме получают приращения. Тогда, основное уравнение динамики принимает вид (7) Динамические потери можно уменьшить, улучшая характеристики агрегата и СЕ, изолируя двигателя от влияния НН, увеличивая запас крутящего момента и выводя неблагоприятные частоты нагрузки из рабочей зоны МТА. Технико-эксплуатационные показатели двигателя описываются регуляторными и корректорными ветвями характеристики с переломом на номинальной мощности Neн.

При этом Ne = Neн + Ne или Ne = Meno=Pкр / (8) Для определения путей снижения влияния НН проведем анализ составляющих мощностей агрегата (двигателя). Баланс индикатрной мощности двигателя при НН представляется в виде (9) где - мощности, соответственно, крюковая, сил преодоления внутреннего сопротивления, сил инерции, воздуха, качения и подъема, трансмисии.

Динамические качества агрегата определяются запасом мощности при неустановившимся режиме в котором и Касательная сила тяги на ведущем колесе определяется зависимостями Рис.1. Характеристики агрегата и его двигателя:

а) Тяговая (зависимость действительной скорости от Ркр);

б) Скоростная (схема определения расчетных моментов и частот вращения к.в. двигателя при колебаниях нагрузки);

в) Квазидинамическая характеристика.

Обозначения в уравнениях (7), (8) и (9): Мк - крутящий момент на ведущем колесе;

rк - динамический радиус качения ведущего колеса;

G нагрузка от сцепной массы;

- коэффициент сцепления движителей;

Ркр, Ртр, Р, Pf - соответственно, крюковое усилие, сопротивление трансмиссии, потеря сил на буксование и сопротивление качению;

частоты вращения к.в. двигателя и колеса;

- кпд тяговый, буксование, трансмиссии;

Jдв. - приведенный к к.в. момент инерции масс агрегата.

При определении силы Ркр = f( ) почвообрабатывающего агрегата используется зависимость Ркр = КВр [1+ = 0,377rк n(1 - )/i, (10) } р где - базовая скорость;

- коэффициент пропорциональности.

Погектарные энергозатраты определяются А = Ме edt;

A = где 5 - рабочий ход;

Тр, Тх, То - соответственно, время рабочего и холостого ходов и время технологических остановок;

- скорость холостого поворота;

Мо - мощность на технологических остановках.

W и А зависят от времени работы и от использования технических возможностей агрегата. Характер колебаний Ркр и его влияние на Ме и приведены на рис. 1.

Тяговое усилие пахотного агрегата определяется известной зависимостью (12) Ркр = Р'кр + Р"кр + Р'"кр = G f +КаВ р + еаВр р, где G - вес плуга;

К - удельное сопротивление почвы;

а, Вр глубина и ширина вспашки;

- скорость движения агрегата;

е - коэф фициент, зависящий от формы рабочей поверхности отвала и свойств почвы;

/- коэффициент сопротивления качению.

Уравнение (12) в приращениях можно записать Ркр= Р' кр + P''кр+ P'''кр Из (12) следует, что расход топлива состоит из затрат топлива Qmc на самопередвижение СХМ, срыв пласта и его подъем Qmn и выбрасывание массы Qmв. Математические ожидания имеют вид (13) M[Qm]= M[Qm с] + M[Qmn] + M[Qmв] Тогда совместное решение уравнений (5), (6), (7), (10), (11), (12), (13) будет представлять динамическую характеристику агрегата.

Из приведенных зависимостей вытекают две основные пути снижения динамических нагрузок (рис. 2а, б,в,г). Для примера рассмотрим системы и меры самоприспосабливаемости в технологических операциях СТО (рис. 2г).

Пути комплексного снижения вариаций неустановившихся нагрузок Непосредственно на В процессе трансфор источнике возник- мацин ее до двигателя новения и его объектов В технологичес- В рабочем В силовой ких операциях органе установке Рис. 2а. Блок схема путей комплексного снижения вариаций неустановившихся нагрузок Рис. 26. Модель взаимосвязей параметров агрегата и обрабатываемого материала: СПСУ, СПТ, СТО - самоприспособление, соответственно, процессов в силовой установке, тягово-сцепных свойств, технологических операций;

1 - двигатель;

2 - трансмиссия;

3 движитель;

4 - рабочие органы трактора;

5 - рабочий орган машины;

6 - обрабатываемый материал;

выходные показатели: W производительность;

Q - расход топлива;

П - потери;

К - удельное сопротивление обрабатываемого материала Рис. 2в. Математическая модель (блок-схема) определения оператора: Сi - i-ые направления для снижения НН;

Yij -j-ые меры в i-ОМ направлении;

Uij -j-ые направляющие воздействия в i-ом направлении Пути снижения НН в технологических операциях Ci РИС. 2 Г. БЛОК схема мер реализации путей снижения колебаний нагрузок Для поддержания параметров динамических характеристик агрегатов на значении их математического ожидания и реализации этих путей разработаны самоадаптирующиеся системы управления оборачиваемой части почвы (рис. 4а) [30,31,32], не нарушая технологии крошения и ровности на борозды, Математическая модель самоприспособления к условиям эксплуатации строится делением системы на звенья (элементы).

Уравнение гибкого элемента (ВО рис. 4б) ;

Каждый член уравнения делим на и получаем дифференциальное уравнение первого порядка и его решение где - вязкость масла, жесткость и координаты пружины гибкого звена;

к1 - коэффициент усиления. Координаты гибкого звена и пружины регулятора равны Уравнение управляющего органа (УО):

(16) где - площадь шарового сегмента;

- приращение давления масла;

- жесткость и координаты пружины регулятора;

- коэффициент усиления;

Т— постоянное время звена.

Уравнение исполнительного органа (ИО) (17) где - жесткость и координаты пружины цилиндра, к3 - коэф фициент усиления, - коэффициент пропорциональности Уравнение движения отвала (РО) выражается так (18) Рис. 4. Пахотный сельскохозяйственный агрегат:

а) принципиальная схема, б) функциональная схема;

OУ - объект управления;

РО - регулирующий орган (отвал);

ИО - исполнительный орган (гидроцилиндр);

УО - управляющий орган (регулятор);

БП - блок питания (гидросистема);

ВО - воспринимающий орган (поршень);

СО - сравнивающий орган Количество почвы, пропускаемой между лемехом и отвалом плуга, определяется из зависимости где = координата отвала при Характеристическое уравнение регулятора запишется (20) Регулятор срезает периодическую составляющую момента сопротивления от до и обеспечивает равенство, т.е. становится максимальным тяговым усилием. Тогда уравнение (2) принимает вид (21) Более общим для агрегата другим источником НН является колебания массы и распределение ее по ведущим колесам и бортам.

Снижение влияния колебаний осуществляется продольным и поперечным позиционированием отдельных масс относительно геометрического центра агрегата. [54]. При поперечном позиционировании отрыв колеса или колес от почвы действует на процессы в движителях и трансмиссии.

Отрыв колес бортам от почвы это крайне опасный случай. Для такого случая определена предельный угол поперечного уклона по зависимости (22) где - сила тяжести агрегата;

- сила тяжести i-ой СЕ;

- поперечная координата центра тяжести СЕ;

- показатели степени, определяющие знак выражении в зависимости от пространственных зон;

-высота центра тяжести i-той СЕ.

42 40 а) 38 б) 36 34 32 30 60 90 120Т,град.

30 60 90 120 Г,град.

Рис. 5. Теоретические зависимости предельного угла поперечного уклона от угла поворота рамы СХМ для разных значений силы тяжести (физическая модель выполнена на базе трактора МТЗ-80):

а) от б) 3000 Н;

- угол склона, - угол поворота рамы СХМ, G2 - сила тяжести от СХМ, и - реакции опорной поверхности на верхние и нижние колеса, соответственно.

График зависимости от угла поворота рамы машин для разных значений силы тяжести С, (рис. 5а,б) показывает, что перемещение центра масс машины, например, в сторону вершины склона снижает возможность отрыва колес от почвы, тем самым снижает динамические нагрузки и обеспечивает устойчивую работу агрегата.

Сочетание технологических процессов в комбинированном агрегате по подготовке почвы и посеву позволяет осуществить самоприспосабливание его к условиям эксплуатации, например, в зависимости от вариации нагрузок. Конструктивные особенности агрегата позволяют получить пять управляемых способов обработки почвы с посевом [33].

Самоприспосабливание осуществляется позиционированием рабочих органов относительно почвы и рамы машины.

Второй путь снижения вариаций нагрузок (момента сопротивления) осуществляется в процессе трансформации до двигателя и его частей.

При линейной зависимости между и эффективная мощность в неустановившихся режимах определяется по известной зависимости (23) где - математические ожидания, и - величина отклонении от математических ожиданий;

к - коэффициент жесткости работы двигателя.

В методическом плане повышение запаса крутящего момента двигателя в установившемся агрегате можно осуществить поворотом корректорной ветви характеристики по ординате выше номинального значения по линии регуляторной ветви. При этом корректорная ветвь будет являться продолжением регуляторной ветви описываться уравнением прямой.

При допущении, что изменение крутящего момента (24) где - цикловая подача топлива, - эффективный кпд. зависит от коэффициента избытка воздуха, и скоростного режима После преобразовании последней зависимости получаем При увеличении нагрузки на двигатель выше номинального корректор всережимного регулятора подает дополнительное топливо, но от системы воздухоподачи дополнительный воздух не поступает. Из-за этого работа двигателя на корректорной ветви характеристики осуществляется со значительным снижением частоты вращения к.в. Для предотвращения такого явления предложены корректирующие устройства [28,36,39].

Для случая, где - коэффициент жесткости характеристики апроксимируется зависимостью (В.Н. Болтинский) (25) При условии дополнительной подачи воздуха после интегрирования уравнения (25) угловая скорость вращения к.в.

определяется как (26) где - частота момента сопротивления. Учитывая зависимость (21) в уравнениях (25) и (26) будет в 2 раза меньше, чем в уравнении (2).

Приращение коэффициента запаса крутящего момента двигателя определяется формулой:

(27) На основе изложенного разработаны требования к комплексной системе самоприспосабливаемости:

1. Все системы двигателя должны быть защищены от влияния неустановившихся нагрузок, возникающих на крюке и ведущих колесах.

2. Должна быть обеспечена постоянная мощность двигателя и скорость движения агрегата.

3. Необходимо максимально использовать тяговую мощность трактора.

4. При комплектовании МТА нужно поддерживать высокую загрузку двигателей по крутящему моменту и минимуму расхода топлива.

5. Требуется усовершенствования установленных в базовом агрегате регуляторов и корректоров.

6. Системы управления, реализующие эти требования должны обладать свойствами всережимностью, многоуровневостью, многокоординатнос тью и многовариантностью. Такими свойствами обладает система [39] (рис. 21 а 4). Датчиком является гибкий элемент, жесткость которого управляется в зависимости от передачи, поэтому координаты гибкого элемента для каждой передачи одинаковы. Система позволяет расширить функциональные возможности устройства за счет обеспечения синхронного регулирования давления воздуха в шинах колес и переключения передач. При этом корректируются сцепление шины с почвой и соотношения подачи воздуха и топлива. Кроме того, объект позволяет контролировать загрузку двигателя.

В третьей главе приведены результаты теоретических исследований по снижению внешних и внутренних динамических нагрузок на ДВС конструктивными методами и способами. Для обеспечения гибкости привода силовой установки и экономичности работы агрегата разработан и рекомендован способ установки нескольких двигателей на один трактор.

Для снижения внутренних потерь в КШМ рекомендуется подпружинить юбку поршня относительно его тела или выполнить тело поршня из гибкого материала, например, эластомера (рис. 6.А1), регулировать просвет между поршнем и гильзой при помощи рабочих газов, находящихся в камере сгорания поршня, и усилие прижатия компрессионных колец к гильзе при помощи рабочих газов (рис.6.А2).

Составлено уравнение процесса обеспечения соотношения подачи воздуха к подаче топлива при работе ДВС на корректорной ветви (рис.6.Б1). Работа оптиматора описывается уравнением равновесия сил (28) где - усилие от пневмодинамического давления;

FK - сила штока корректора;

- усилие пружины штока;

Fno - усилие пружины оптиматора;

Fmрш, - усилие трения шарика;

- сила инерции шарика;

Fnnpk и Fnno - силы предварительного сжатия пружины штока и оптиматора.

Предложено устройство управления впрыском топлива (рис.6.Б2).

Разработан и исследован объект управления систем смазки (А.с. 1458612).

В двигателях передаточное отношение в приводе масляного насоса постоянно. Частота вращения вала насоса nн при НН определяется как (29) где i - передаточное отношение привода насоса;

- номинальная частота вращения к.в.;

- приращение частоты вращения двигателя в зависимости от нагрузки.

На приводе насоса установлен вариатор для изменения частоты вращения вала насоса в соответствии с формулой (29).

Система питания Кривошипно-шатунный механизм I Пропорциональность подачи воз I.Гибкость элементов поршня духа к подаче топлива Рис. 6. Принципиальные схемы технических решений для механизмов и систем двигателя Рис. 7. График изменения передаточного числа i привода масляного насоса в зависимости от приращения частоты вращения коленчатого вала двигателя Д- Можно записать (30) где Q - часовая производительность насоса;

с - конструктивный коэффициент.

Из графика (рис.7) видно, что изменение i в зависимости от приращения частоты вращения пдв имеет гиперболическую зависимость.

Зависимость осевого движения диска вариатора [57] с диаметром привода Dдв выражается (31) где - приращение диаметра привода вариатора. Другими способами улучшения работы системы смазки являются управление процессами очистки, долива, освежения и уменьшения давления.

Важным в работе является измерение и учет загрузки и наработки двигателя. В объектах [39,40] в качестве датчиков оптимизатора приняты гибкие элементы на тягах навески и магнит, размещенный на рейке топливного насоса. Оба датчика находятся под действием динамических нагрузок. Первое измерительное устройство обеспечивает контроль загрузки, а второе-подсчет наработки.

В четвертой главе приведены результаты теоретических исследований кинематической и динамической связи ДВС с движителями при передаче крутящего момента. Основными требованиями к объектам передачи момента являются компактность, управляемость передаточных отношений, возможность распределения сцепной массы и мощности двигателя по движителям.

При равномерном движении касательная сила Рк определяется зависимостью (9), а при динамическом характере движения определяется как (32) Степень неравномерности динамической определяется Рк зависимостью Проанализированы вопросы передачи крутящего момента от двигателей, работающих на каждый ведущий мост, и применения шаровых передач в трансмиссии.

Приведена классификация колесных машин и блокирующихся дифференциалов.

Условия движения определяются агрегата, (33) где р - коэффициент сцепления шин колес с почвой;

G - сцепной вес на колесах.

Исследованы кинематика и динамика самоблокирующихся кулачковых [27,37], центробежных [26], шаровых дифференциалов, дифференциалов повышенного трения, свободного хода [36].

Уравнение момента сопротивления повороту в диференциалах свободного хода [36] определяется из работы пары сил, приложенных к пятну контакта шины с почвой. При этом максимальный поворачивающий момент ограничивается силами сцепления элементов протектора с опорной поверхностью (рис.8б).

Условия работы пары сил в пятне контакта записывается как (34) - равнодействующая от касательных сил;

- рассто яние от линии разделения касательных напряжений в пятне контакта до равнодействующей силы;

- угол поворота колеса.

0, Рис.8. Устройство управления дифференциалом свободного хода при повороте: а) электропневмомеханическая схема, б) зависимость давления в гидросистеме механизма поворота от изменения давления в шинах при правом повороте Работа, выполняемая гидроцилиндрами при повороте определяется как (35) поворачивающий момент, создаваемый рулевым механизмом, - угол между осями симметрии обоих полурам;

Рц - усилие в штоках гидроцилиндра;

h - плечо приложения усилия от гидроцилиндров.

В процессе регулирования давления в шинах в установленных пределах изменяются динамические радиусы качения колес.

Проведена сравнительная оценка влияния компоновки привода ведущих колес на тягово-сцепные свойства и топливную экономичность.

Самоблокирование дифференциалов обеспечивает передачу всего момента на отстающее колесо, и тем самым снижает влияние НН на работу других сборочных единиц.

Выявлено, что индивидуализация привода ведущих колес от отдельных двигателей обеспечивает самоадаптацию привода и снижает НН. Определены параметры качения колес и характер распределения моментов между ведущими осями агрегата 4 х 4 с двумя двигателями.

Для оценки характера распределения полного крутящего момента между передними и задними ведущими колесами вводится коэффициент который зависит от распределения сцепного веса кp = Ма/Ма, коэффициента сцепления ведущих колес с почвой буксования и угловой скорости колеса нагрузок от сцепной массы, действующих на передние Уn и задние колеса У, (36) Теоретические и экспериментальные исследования дали возможность создания МЭС. В МЭС снижаются динамические нагрузки в результате рационального распределения моментов двигателей по движителям трактора, рабочей машины и рабочего органа движителя.

Раздельный привод движителей от отдельных двигателей обеспечивает между ними гибкую связь и мягкую работу агрегата. С ростом тягового класса сочленяемых тракторов и количества ведущих мостов повышается тягово-сцепные свойства МЭС (рис.9). При таком сочленении запас крутящего момента достигает. 20...35%.

Из рис. 9 видно, что линия 1 представляет собой прямую, тангенс угла наклона которой к оси абсцисс равен = 2,0. Тангенс угла наклона линии 2 (при допущении, что она также является прямолинейной) к оси абсцисс равен = 2,4.

Для оценки и прогнозирования потенциальных возможностей увеличения тягового усилия вновь проектируемых МЭС на базе других марок тракторов и компоновок их с дополнительными ведущими мостами можно использовать следующий коэффициент сравнения:

где - фактическое тяговое усилие сочлененных тракторов, Рсум суммарное тяговое усилие сочленяемых тракторов.

Указанный коэффициент находится в пределах от 1,20 до 1,45.

Рис.9. Закономер ность изменения тягового усилия в МЭС и агрегатах с несколькими ведущими мостами от тягового класса сочленяемых (базовых) тракторов;

1 - линия сум марного тягового усилия несочлененных тракторов;

80 40 2 - линия фактического тяговый класс, кМ тягового усилия сочле ненных тракторов В пятой главе приведены теоретические исследования кинематики и динамики качения ведущего колеса, описаны принципы, способы и средства управления движителями, методика расчета параметров колеса при работе с активатором с обратной связью по перемещению и давлению, перспективные схемы взаимосвязи трансмиссии и движителей навесного механизма между собой.

Площадь контакта шины с почвой F представляет собой многоцелевую функцию видаF = f(G, Ркр, Pw Мс...).

Для каждого значения составляющих выражения соответствуют экстремальные значения площади. Но при наложении на показатели ограничений и дополнительных условий, характеризующих технологическую операцию и природные условия, составляющие уравнения кроме давления в шинах могут быть приняты как постоянные величины. В этом случае решение уравнения сводится к исследованию одноцелевой функции вида F = f(Pw).

Рассмотрим случай равномерного движения колеса по почве с постоянной плотностью (рис.10а,б,в). Учитывая то, что плотность почвы обратно пропорциональна объему, находим площадь контакта шины с почвой. При этом делаем допущения, что вертикальная нагрузка на колесо и касательное усилие распределяются по площади контакта равномерно, а основание на глубине Н жесткое.

Рис. 10. Схемы для определения зависимостей параметров качения ведущего колеса: а) кинематика и динамика действия сил колеса на почву;

б) схема процесса образования сопротивления качению и графики закономерности изменения радиуса качения;

в) закономерности изменения сопротивления качению колеса с учетом деформации шины и почвы Площадь контакта шины колеса с почвой определяется как (37) где G - сцепной вес на колесе;

- вертикальная сила от Рк;

Н - глубина жесткого основания;

А - глубина соприкосновения шины с почвой;

ро - первоначальная плотность почвы.

Поверхность контакта шины с почвой имеет форму эллипса (рис.

11в). Тогда нагрузка на колесо определяется как G = F3qпл+FKpqcp (38) n ш Сопротивление качению (8) Рf= Gf= Р f + Р f.

Уравнение касательной силы на участке АВ описывается зависимостью, приращение радиуса качения колеса Рк = R+ o o = r k - r k. Радиус качения колеса при тангенциальных деформациях почвы и шины rк = r0 - - Могут быть случаи:

= 0;

при max, = = при = 0;

. при max, Касательная сила тяги создает горизонтальное и вертикальное напряжения на почву. Тогда сопротивление качению будет равно G Pk Рf = P f + P f. От деформаций почвы и шины изменяется радиус rPknг+ rPkns(рис.10 в).

качения rn = При создании касательной силы тяги необходимо брать величину PKcosa, которая определяет радиус качения при действии тангенциальной деформации шины и почвы. Составляющая изменяет радиус качения от вертикального сжатия шины и почвы, = +. Таким образом, (40) Вертикальные силы, действующие на колесо, определяются выражением Выявлены динамические зависимости изменения площади пятна колеса при работе активатора [55].

Будем считать, что большой диаметр эллипса при регулировании остается постоянным, а изменяется ширина до Тогда, изменяется ширина криволинейной части пятна контакта.

При постоянной сцепной нагрузке агрегата с активатором в зависимости от плотности почвы удельное давление qпл уменьшается до qплmin.

б) F± F в) Рис. 11. Схема взаимодействия шины с почвой и геометрическое соотношение площади контакта колеса и удельного давления на почву:

а — схема активатора;

б — схема взаимодействия шины с почвой;

в — геометрическое соотношение площадей;

1 — плоская зона;

2 — криволинейная зона Где и FKp - площади контакта в плоской и криволинейной зонах эллипса;

qm и qcp - среднее удельное давление в плоской и криволинейной зонах контакта;

и - длина плоской поверхности и ширина криволинейной части контакта;

В и L - ширина и длина криволинейной части контакта при G - const;

qпл = KоPw + - коэффициент жесткости стенок шины (по известным данным, если Pw регулируется, то = 0,4 - 0, кг/см );

к1 - коэффициент, учитывающий неравномерность толщины стенок шины (к1 = 0,9...1,0);

qcp = Do - диаметр пятна контакта при 2 максимальном действии активатора ( R o ).FKp= (R max — R 0 ).

Общее уравнение объекта управления и активатора (40) Определив значение GK для нескольких значений глубины hp, строим зависимость hp =/, находим и В, L. По найденным F, и Fo определяем силу сопротивления качению, силу сцепления колеса с почвой, а затем все показатели тягово-сцепных качеств агрегата.

Активатор площади контакта шины с почвой обеспечивает всплытие колеса, уменьшая среднее удельное давление в плоской и криволинейной зонах пятна контакта.

При разработке и анализе объектов управления работой ведущего колеса были использованы координаты гибкого элемента, размещенного между ободом и диском или на тягах навески, перемещения почвозацепов, положения центра масс агрегата и сборочных единиц.

В шестой главе приведена общая методика, программа и результаты экспериментальных исследований МТА и его сборочных единиц. НН, возникающие при выполнении технологических операций, и изменчивость условий работы не позволяют аналитическим путем учесть влияние всех факторов на выходные показатели агрегата. В лабораторно полевых испытаниях в качестве измерительного комплекса использовалась передвижная тензометрическая лаборатория конструкции ВИСХОМ, дооборудованная дополнительной аппаратурой (8АНЧ-7М, ЭМА, ТОПАЗ-3 и ТОПАЗ-4, порционный расходомер и др.). Наибольшая статистическая погрешность измерений составляла от 1 до 5%.

При изучении режима нагружения дизеля СМД-62 наибольшая амплитуда изменения момента сопротивления на тягах навески получена при плоскорезной обработки почвы (фон - стерня озимой ржи).

При исследованиях выполнены следующие этапы:

- определение скоростного режима агрегата и длины хода неустановившегося движения;

- определение характера нагрузки на крюке;

- измерение моментов от двигателя, распределяемых между ведущими осями, полуосями и технологическими объектами;

- измерение сопротивления передвижению и коэффициентов сцепления шины с почвой;

- определение параметров качения колес агрегатов с колесными формулами 4 х 2, 4 х 4 и 6 х 6;

- определение степени влияния глубины колеи и угла склона на тягово-сцепные свойства и производительность агрегата;

- определение расхода топлива при различных связях приводов ведущих колес и рабочих органов при выполнении технологических операций;

- сравнение показателей разработанного агрегата с базовыми.

Определена длина пути, на котором агрегат достигает установленную скорость движения. На вспашке, культивации, лущении, косовице, посеве и других операциях она находится в пределах от 6 до м. Времени преодоления этого пути составляет в идеальном случае (на стенде) 2...3 с, а в реальных условиях в зависимости от вида агрегата 10... 12 с. Из-за наличия полосы неустановившегося движения нарушается качество проведения технологических операций, увеличиваются потери урожая и топлива. В условиях Республики Татарстан потери урожая от этого составляют 2,5...3,0 кг/га.

При преодолении полосы неустановившегося движения трактор недогружается на 10...30% от номинального в зависимости от изменения нагрузки. Трактор Т-150К при 20% недогрузке за 1 час работы теряет 20, кВт энергии на разгон.

Объект I: Агрегат для подготовки почвы под посев и посева (рис. 12 и 17 а2) позволяет выполнить следующие приемы обработки.

I. Плосокорезное общее рыхление почвы, поверхностная дополнительная полосная обработка почвы на глубину высева семян и посев. Процесс осуществляется при внедрении плоскорезов на глубину рыхления, общего внедрения фрез и сошников. Привод от ВОМ включен.

II. Обычное плоскорезное рыхление почвы. Процесс осуществляется путем подъема верхней рамы относительно рамы плоскореза. ВОМ отключен.

III. Полосное рыхление почвы на глубину посева и посев. Процесс осуществляется путем подъема плоскорезов, внедрения фрез и сошников.

ВОМ включен. Производится полосная обработка почвы и посев.

IV. Посев по необработанной почве. Процесс осуществляется путем опускания сошников относительно фрез при поднятых плоскорезах. ВОМ отключен.

V. Плоскорезное общее рыхление и посев. Процесс осуществляется путем отключения фрез.

Рис. 12 Агрегат подготовки почвы под посев и посева по А.с.

1230478 и комплекс приборов для экспериментальных исследований: 1 токосъемники;

2 - путеизмерительное колесо;

3 - стабилизатор напряжения Для сравнения технологических и энергетических показателей агрегата взяты II и III сочетания приемов обработки. Вариант III по сравнению с вариантом II дает экономию топлива до 9 кг/ч (на 42%).

Расход топлива в варианте II при обработке на глубину 22 см составил 21,5 кг/ч. Кроме того, вариант II сохраняет стерню только на 60%, а вариант III - на 95%.

В вариантах с полосной обработкой почвы возникает толкающая трактор сила от фрез. Из-за выполнения ножей фрезы в виде отвала плуга ликвидируется ударная сила и снижается динамическая нагрузка.

Результаты исследований указывают на необходимость внедрения в агрегат самоприспосабливаемого сочетания приемов обработки в зависимости от свойств почвы.

Объект II: МЭС на базе двух тракторов с колесной формулой 4 x 4.

МЭС позволяет получить четыре схемы компоновок привода ведущих колес от двигателей:

I. Раздельный привод. Каждый двигатель индивидуально работает на свой ведущий мост, а межколесные дифференциалы не блокированы.

2. Двигатели блокированы, а колеса мостов не блокированы.

3. Двигатели и колеса на своих мостах блокированы.

4. Колеса на своих мостах блокированы, а двигатели не блокированы.

ri-r.(i-B) Рис.13. Относительное Рис.14. Номограмма для повышение расхода топлива в определения теоретического и зависимости от крюкового динамического радиусов качения усилия (сравнение схем привода колеса 2 и 3 с 1) При малых значениях относительный расход топлива (рис.13) при сравнении 2 и 3 варианта привода с 1 больше, чем при Коэффициенты распределения полного крутящего момента между мостами для трех вариантов на фонах стерня Кс и вспаханное поле Квс происходит по линейным зависимостям:

дляпривода 1 Кс = 0,38...0,42;

К вс =0,3...0, для привода 2 Кс = 0,44...0 61;

К в с =0,18...0,38;

для привода 3 КС = О,29...О 63;

К вс =0,38...0,77.

Объект III: Ведущее колесо и агрегат с перемещаемым центром масс (ПЦМ).

Исследованы основные характеристики, построена номограмма определения эксплуатационных показателей колеса 11-38" при постоянном давлении в шинах Pw (рис.14). Площадь пятна контакта колес 12-38" изменяется при различных Pw по гиперболической зависимости, а давление наполнения и опорожнения шин при различных давлениях воздуха, соответственно, по параболической и гиперболической зависимостям.

Время наполнения шины при давлениях = 0,32;

= 0,40;

0,45;

= 0,50 МПа составляет, соответственно, 45, 33, 20 и 9 с при диаметре вентиля 5,7 мм. Чем выше входное давление и больше диаметр золотника, тем меньше значение постоянного времени.

Изменения нагрузок на колеса при погрузке и разгрузке транспортного технологического агрегата и агрегата с ПЦМ при работе на склоне имеют синусоидальный характер (рис. 15).

23 21 19 17 15 13 11 9 Рис. 15. Зависимости нормальных реакций опорной поверхности почвы на колеса агрегата с ПЦМ от угла поворота ее рамы при различных значениях:

а) высоты б) при различных значениях расстояния центра массы машины от навески В целом имеется тенденция роста коэффициента самоприспосабливаемости (рис. 16), но интенсивность его роста различна.

В седьмой главе произведена оценка технической, экономической и социальной эффективности объектов исследований. Приводятся основные принципы построения новых типов мобильных агрегатов.

Технический эффект возникает от управления вариацией нагрузки в рабочих органах и повышения их надежности и долговечности.

Ожидаемый экономический эффект на каждую разработку составляет в среднем 800 тыс. руб. (в ценах 2002 года). Использование одного агрегата в течении года дает следующий эффект:

Рис. 16. Графики изменения коэффициента самоприспосабливаемости в различных МТА по периодам:

- пахотный;

- зерноуборочный;

- посевной;

- подготовки почвы под посев (графики построены на основании патентных исследований) I. Агрегат подготовки почвы под посев и посева - 49,0 т.р. 2.

Силовая передача самоходного сельскохозяйственного комбайна - 41, т.р. 3. Многоприводный агрегат 4x4 с двумя двигателями - 44,0 т. р. 4.

Агрегат с ПЦМ машины - 56 т.р.

Социальный эффект возникает от сокращения времени выявления технических решений, повышения производительности и улучшения условий труда и жизненного уровня механизатора.

Принципы построения новых типов МТА. Перспективные агрегаты должны дать возможность достижения:

- высокого качества выполнения агротехнических мероприятий;

-высокого уровня технологических и внутренних процессов, протекающих в агрегате, с обязательным контролем скоростных и нагрузочных режимов;

- приема на себя части функций контроля и управления агрегата;

- рационального выбора приема-обработки и типа рабочего органа в зависимости от Ркр;

- высокого уровня технологической подготовки агрегата и обрабатываемого материала;

- высокого уровня самоприспосабливаемости агрегата и его СЕ к условиям эксплуатации;

- безопасной работы водителя;

- охраны окружающей среды.

Этими качествами и свойствами обладают агрегаты и с-х машины, приведенные на рисунке 17. Они могут стать будут базовыми агрегатами для внедрения комплексного управления над технологическими операциями и процессами. Агрегаты (рис.17 а.1, а.З, а.4, 6.1, б.З, в.2, в.З, в.4), являются с программными управлениями.

Материалы работы могут быть использованы:

- для изучения поведения МТА и их СЕ со свойствами самоприспасабливаемости к условиям эксплуатации;

Рис. 17. Способы и средства улучшения динамических качества афегатов и схемы их работы - для разработки технических условий выбора оптимальных регулировок и проектировании технологических операций;

- для проектирования новых типов МТА.

Основные выводы и рекомендации 1. Характер нагрузки двигателей является неустановившимся.

Нагрузка зависит от плотности, влажности и рельефа почвы, конструкции ходовой части и трансмиссии. Колебания нагрузки на валу двигателя ухудшают индикаторные и эффективные показатели двигателя. Путями снижения вариации нагрузки могут быть создание новых технологий и новых сельскохозяйственных агрегатов.

2. Для повышения производительности и экономичности МТА их рабочие органы должны самоприспосабливаться к условиям функционирования. Доказана необходимость внедрения в МТА комплексной системы приборного управления. Обоснованы требования к этим системам. Предложены и разработаны пути снижения вариации нагрузок на источнике их возникновения и в процессе трансформации нагрузки от рабочего органа до двигателя.

3. Для оценки эффективности снижения вариации нагрузки введена теоретическая (идеальная) характеристика изменения исследуемых показателей в динамических режимах, так называемая квазидинамическая характеристика. Сравнивая характеристики реального агрегата с теоретическими характеристиками, намечают пути повышения производительности и экономичности.

4. Обоснованы и разработаны оптимизаторы снижения вариации неустановившихся нагрузок непосредственно на источнике возникновения и в процессе ее трансформации до двигателя.

Оптимизаторы первого варианта в технологических операциях и агрегатах обеспечивают снижение коэффициента неравномерности тягового сопротивления до 2 раз за счет уменьшения набросов и сбросов нагрузки, внедрения свойств самоприспосабливаемости рабочих органов (процессов) к условиям эксплуатации. Колебания нагрузки выше номинального значения не доводят до двигателя.

Оптимизаторы второго варианта в процессах сборочных единиц агрегатов и органах их самоприспосабливаемости к условиям эксплуатации обеспечивают:

а) оптимальное соотношение подачи воздуха в цилиндры двигателя и цикловых подач, т.е. получение постоянной мощности при работе двигателя на корректорной ветви характеристики. Тогда корректорная ветвь описывается уравнением регуляторной ветви характеристики;

б) комплексное управление вариацией нагрузки путем автоматического переключения передач с подачей дополнительного воздуха при работе двигателя на корректорной ветви характеристики;

в) рациональное сочетание технологических процессов в одной машине;

г) управление работой привода ведущих колес, площадью контакта шин с почвой и положением сцепной массой сельхозмашины относительно продольной оси трактора.

5. Разработанная физическая, математическая модели и методика оценки раздельных приводов ведущих колес МТА на касательную силу тяги дает возможность повысить запас крутящего момента на 25...35% в зависимости от вида мобильных энергетических средств.

6. Предложены комбинированные агрегаты различных компоновок с возможностями снижения вариации нагрузок, которые обеспечивают:

а) экономию топлива при полосной обработке и посеве до 42%, сохранность стерни при плоскорезной обработки почвы до 60...95%;

б) оптимальное сочетание приводов в двухдвигательном тракторе;

в) повышение тягового КПД при раздельном приводе, при сравнении с приводами, когда двигатели блакированы, а колеса неблакированы и когда двигатели и колеса блокированы, соответственно, на 17,7% и 10,0% (фон стерня);

г) самоблокировку дифференциала свободного хода при повороте со снижением неустановившихся нагрузок в 2 раза.

7. Предложенная технология уборки трав на склоновых землях снижает неустановившуюся нагрузку пропорционально повышению коэффициента рабочих ходов до 0,82 против 0,44 базового агрегата. При этом снижается время одного цикла на 18%, производительность агрегата с перемещаемым центром масс машины повышается на 22,6%.

8. На основе теоретических и экспериментальных исследований путей снижения динамических потерь вытекают следующие конструктивные и эксплуатационные рекомендации:

- при расчете рабочих органов, занятых в процессах обработки материала, необходимо учитывать возможность изменения координат их движения в зависимости от колебаний нагрузки;

- при проектировании комбинированных агрегатов необходимо заложить в основу свойство сочетаемости технологических процессов и средств их реализации в одной машине в зависимости от колебаний нагрузки;

- при проектировании агрегата целесообразно предусмотреть возможность бесступенчатого изменения передаточного отношения в приводе сельхозмашины;

- в процессе эксплуатации МТА при максимальных значениях колебаний нагрузок необходимо повышать тягово-сцепные свойства тракторов путем увеличения гибкости приводов.

9. Теоретические и экспериментальные исследования позволили в комплексе улучшить процессы в сборочных единицах машинно тракторных агрегатов в зависимости от условий эксплуатации.

10. Годовой экономический эффект от внедрения результатов исследования на один агрегат составляет:

а) для агрегата подготовки почвы под посев и посева - 49,0 тыс. рублей;

б) для силовой передача самоходного с-х комбайна - 41,6 тыс. рублей;

в) для многоприводного трактора с колесной формулой 4x4 с двумя двигателями - 44,0 тыс. рублей;

г) для агрегата перемещаемым центром масс сельхозмашины 56 тыс.

рублей, (в ценах 2002 года).

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах 1. Зимагулов, А.Х. К определению теоретического и динамического радиуса качения пневматического колеса /А.Х. Зимагулов. // Науч. тр.

Горьк. СХИ, т. 80. - 1986.- с. 18 - 22.

2. Зимагулов, А.Х. Некоторые вопросы кинематики и динамики трактора 4x4 с двумя двигателями, работающими на различные оси / А.Х.

Зимагулов, А.К. Юлдашев //Соверш. экспл. свойств тракторов, автомобилей и двигателей. Науч. тр. Горьк. СХИ, т.71 -1975.-с.3 - 1 1.

3. Зимагулов, А.Х. Эксплуатационные параметры качения колес 11 38" / А.Х. Зимагулов, А.К. Юлдашев //Соверш. экспл. качеств т-ров.

автом. и двигателей, Науч. тр. Горьк.'СХИ, т.81.-1976-с.32-34.

4. Зимагулов, А.Х. Тяговый кпд и мощностной баланс трактора 4x с двумя двигателями / А.Х. Зимагулов, А.К. Юлдашев //Вопросы теории и экспл. т-ров и автом. Науч. тр. Пермьского СХИ. т. 107.-1974.-с. 112 - 116.

5. Зимагулов, А.Х. Интенсификация работы колесных движителей/ /Соверш. экспл. качеств тракторов, автомобилей, двигателей / А.Х.

Зимагулов. Науч. тр. Горьковское СХИ. т. 87.-1977.-c.17-21.

6. Зимагулов, А.Х. Способы повышения тягово-сцепных качеств колесных машин / А.Х. Зимагулов, Р.Г. Нуруллин //Соверш. экспл.

свойств т-ров, автом. и двигателей. Науч. тр. Горьк, СХИ, т. 146. -1980. с.78-82.

7. Зимагулов, А.Х. К вопросу автоматизации работы ходовой части тракторов / А.Х. Зимагулов, Р.Г. Нуруллин //Соверш. экспл. свойств т-ров, автом. и двигателей. Науч. тр. Горьк. СХИ, т. 126. -I979.-c.63 - 67.

8. Зимагулов, А.Х. Некоторые вопросы создания привода ведущих колес с самоблокирующимися дифференциалом / А.Х. Зимагулов //Соверш. экспл. свойств т-ров, автом. и двигателей. Науч. тр. Горьк.

СХИ, т. 146. -I980.-c.83 - 87.

9. Зимагулов, А.Х. Повышение тягово-сцепных колесных тракторов / А.Х. Зимагулов, А.К. Юлдашев. - Казань.: Таткнигоиздат, 1975. - 64с.

10. Зимагулов, А.Х. Пути улучшения работы МТА / А.Х.

Зимагулов, Д.Ш. Гимадеев. - Казань.: Таткнигоиздат, 1980. - 89 с.

11. Зимагулов, А.Х. Способы регулирования пятна контакта шины с почвой / А.Х. Зимагулов, Р.Г. Нуруллин, И.С. Возовик //Исследования экспл. качеств т-ров и автом. Науч. тр. Горьк. СХИ, т. 155. - 1982.- с.36 38.

12. Возовик, И.С. Прогрессивная технология уборки полегающих зернобобовых культур / И.С. Возовик, А.Х. Зимагулов, Р.Г. Нуруллин // Зерновое хозяйство. - 1981. - №7.- с.18-21.

13. Зимагулов, А.Х. Анализ работы дифференциала свободного хода при регулировании давления в шинах на повороте / А.Х. Зимагулов //Анализ работы и пути повышения эффективности использования тракторов и автомобилей с-х производства Предуралья и Поволжья.Сб.

науч. тр. Горьк. СХИ. - 1983. - с.17 - 21.

14. Возовик, И.С. Качество технологического процесса при неустановившихся режимах работы МТА / И.С. Возовик А.Х. Зимагулов.

//Исследование двигателей с-х машин в динамических режимах. Труды всесоюзного семинара. - Казань. - 1984.- с. 40 - 42.

15. Зимагулов, А.Х. Снижение изменчивости сопротивления агрегата / А.Х. Зимагулов //Соверш. конструкций с-х техники. Науч. тр.

Горьк. СХИ. - 1984.- с.З - 5.

16. Зимагулов, А.Х. Методы улучшения эксплуатационных показателей ДВС СХА / А.Х. Зимагулов //Улучшение экспл. качеств автом. Науч. тр. Горьк. СХИ.-1984.- с.28 - 32.

17. Зимагулов, А.Х. К вопросу стабилизации процессов в отдельных элементах двигателя при различных режимах нагрузки / А.Х.

Зимагулов //Исслед. ДВС с-х машин в динамических режимах. Труды всесоюзного семинара. - Казань. - 1984.- с.50 - 52.

18. Зимагулов, А.Х. Некоторые вопросы качения и взаимодействия колеса с почвой / А.Х. Зимагулов //Улучшение эксплуатационных качеств тракторов и автомобилей: Сб.науч.тр. Нижегородский с-х ин-т. Н.

Новогород. - 1993.- с.28 - 36.

19. Зимагулов А.Х. Использование эластомеров в ДВС / А.Х.

Зимагулов, Р.Г. Нуруллин //Улучшение эксплуатационных качеств тракторов и автомобилей;

Сб. науч. тр. Нижегородский с-х ин-т. - Н.

Новгород. - 1993.- с. 1 4 - 16.

20. Зимагулов, А.Х. Этапы исследований управляемых процессов в сельскохозяйственных агрегатах при неустановившихся нагрузках и их функциональные схемы / А.Х. Зимагулов. //Журн. Нива Татарстан, 2001. №6.-сб.

21. Зимагулов, А.Х. Способы улучшения эксплуатационных свойств с-х агрегатов / А.Х. Зимагулов - Казань. Каз. ГСХА, 1997.- с.85 90.

22. Юлдашев А.К. Повышение эффективности функционирования ДВС мобильного агрегата при неустановившихся нагрузках / А.К.

Юлдашев, А.Х. Зимагулов. Труды VI Международного научно практического семинара. - Владимир.: Владимир. ГТУ, 1997. - 2с.

23. Зимагулов, А.Х. Самоорганизующее устройство для автоматического регулирования СХА в продольно-вертикальной плоскости / А.Х. Зимагулов. - Труды Академии Наук Республики Татарстан, 1999.- с.25 - 28.

24. Зимагулов, А.Х. Пути снижения динамических потерь в с-х агрегатах при выполнении технологических операций / А.Х. Зимагулов, А.К. Юлдашев // Проблемы механизации с-х. Науч. тр. Каз. ГСХА, 2000. - с. 1 0 3 - 114.

25. Ас. 463554 СССР, МКИ1 В 60 С 23/00. А 01 В 69/04 Устройство для автоматического регулирования давления пневматических шин /А.Х.

Зимагулов, Р.З. Гатауллин. 1975, БИ№10.

26. А.с.725916 СССР, МКИ2 В 60 К 17/20. Самоблокирующийся дифференциал /А.Х. Зимагулов, Д.Ш. Гимадеев. 1980, БИ №13.

27. А.с.870208 СССР, МКИ2 В 60 К 17/20. Дифференциал транспортного средства / А.Х. Зимагулов, Д.Ш. Гимадеев. 1981, БИ №37.

28. А.с. 791560 СССР, МКИ3 В 60 С 23/00. F 02 D 33/02. Способ регулирования тягового усилия /А.Х. Зимагулов. 1980, БИ №48.

29. А.с. 974952 СССР, МКИ3 А 01 С 7/00. Способ управления работой сеялки /А.Х. Зимагулов, И.С. Возовик, Г.А. Зимагулова. 1982. БИ №43.

30. А.с. 1107769 СССР, МКИ3 А 01 В 63/12. Почвообрабатывающее орудие /А.Х. Зимагулов, Г.А. Зимагулова, А.С. Халилова. 1984, БИ №30.

31. А.с. 1130173 СССР, МКИ А 01 В 15/16. Корпус плуга /А.Х.

Зимагулов, Ф.Г. Гайнутдинов. 1984. БИ№47.

МКИ 32. А.с. 1168108 СССР, А 01 В 15/04.

Почвообрабатывающий агрегат / А.Х. Зимагулов, Ф.Г. Гайнутдинов. 1985.

БИ № 27.

33. А.с. 1230478 СССР, МКИ3 А 01 В 49/06. Устройство для подготовки почвы и посева /А.Х. Зимагулов, Г.Г. Булгариев, Г.А.

Зимагулова. 1986. БИ№ МКИ 34. А.с. 1194300 СССР, А 01 В 63/112.

Сельскохозяйственный агрегат /А.Х. Зимагулов, Ш.С. Исмагилов. 1986.

БИ№ 35. А.с. 1230873 СССР, МКИ3 В 60 К 17/00. Силовая передача самоходного с-х комбайна /А.Х. Зимагулов, P.P. Камалиев, К.Н. Штубов.

1986, БИ№ 18.

36. А.с. 1172753 СССР, МКИ3 В 60 С 23/00. Устройство для регулирования тяговых качеств пневмоколесного транспортного средства с ДВС /А.Х. Зимагулов, Г.А. Зимагулова. 1986. БИ № 37. А.с. 1220947 СССР, МКИ3 В 60 К 17/20. Ведущий мост транспортного средства /А.Х. Зимагулов, Г.А. Зимагулова. 1986, БИ № 12.

38. А.с. 1168438 СССР, МКИ В 60 К 17/06. Реверсивная коробка передач /А.Х. Зимагулов, P.P. Камалиев, К.Н. Штубов. 1985, БИ № 27.

39. А.с. 1273757 СССР, МКИ3 G 01 L 3/27. Устройство для контроля загрузки двигателя тягача /А.Х. Зимагулов. 1986, БИ № 44.

40. А.с. 1251140 СССР, МКИ3 В 07 С 5/00. Устройство для контроля работы транспортного средства /А.Х. Зимагулов, Г.Г. Булгариев.

1986, БИ № 30.

41. А.с. 1364496 СССР, МКИ3 В 60 К 41/00. Устройство управления тяговым режимом тягача с прицепной с-х машиной /А.Х. Зимагулов, Г.Г.

Булгариев. 1988 БИ № 1.

42. А.с. 1181906 СССР, МКИ В 60 К 17/20. Самоблокирующийся дифференциал повышенного трения /А.Х. Зимагулов, Г.А. Зимагулова.

1985, БИ №36.

43. А.с. 1331673 СССР, МКИ3 В 60 К 17/20. Система блокировки дифферинциалов транспортного средства /А.Х. Зимагулов, Т.Б. Исламов.

1987, Б И № 3 1.

44. А.с. 1382421 СССР, МКИ3 А 01 С 7/00. Устройство для управления работой посевного агрегата / А.Х. Зимагулов, И.С. Возовик, Г.А. Зимагулова. 1988, БИ№11.

45. А.с. 1333807. СССР, МКИ3 F 02 F 3/00. Поршень с регулируемой юбкой. /А.Х. Зимагулов, Г.А. Зимагулова. 1987. БИ №32.

46. А.с. 1353896 СССР, МКИ3 F 01 М 1/16. F 02 D 5/00. Система смазки ДВС с корректором, регулятора топливного насоса /А.Х.

Зимагулов, Р.Ш. Сагдеев, P.P. Юнусов, Г.А. Зимагулова. 1988, БИ № 43.

47. А.с. 1364767 СССР, МКИ3 F 02 М 51/00. Топливная система /А.Х. Зимагулов. 1988, БИ № 1.

48. А.с. 1340643 СССР, МКИ3 А 01 D 91/04. Способ диссекации сельскохозяйственных культур /А.Х. Зимагулов, И.С. Возовик, А.В.

Матяшин. 1987, БИ №36.

49. А.с. 1466672 СССР, МКИ3 А 01 В 49/00. Комбинированная почвообрабатывающая машина /А.Х. Зимагулов, P.P. Камалиев, Ю.В.

Якимов. 1989, БИ №11.

50. А.с. 1568899 СССР, МКИ3 А 01 В 11/00, 63/112. Агрегат для обработки почвы /А.Х. Зимагулов, P.P. Юнусов. 1990, БИ №21.

51. А.с. 1687464 СССР, МКИ3 В 60 В 15/26. Устройство для повышения проходимости транспортного средства /А.Х. Зимагулов, Р.Г.

Нуруллин, Х.Х. Матеев. 1991, БИ№40.

52. А.с. 1785921 СССР, МКИ3 В 60 К 17/20. Ведущий мост транспортного средства Татарстан /А.Х. Зимагулов, А.В. Капитонов, Т.А.

Зимагулов. 1993, БИ№ 53. П. 2045437 РФ, МКИ В 60 К 7/20. В 62 D 37/00. Трактор для работы на склоне /А.Х. Зимагулов, Р.Г. Нуруллин, Н.В. Амиров. БИ 1995.

№ 28.

54. Пат. 2081004 РФ, МКИ3 В 60 В 27/00. Агрегат с навесным оборудованием /А.Х. Зимагулов, Р.Г. Нуруллин, И.З. Габдрахимов. 1997, БИ№16.

55. А.с. 1154825 СССР, МКИ3 В 60 С 23/00. Устройство для автоматического регулирования площади контакта шины с фунтом /А.Х.

Зимагулов, Г.А. Зимагулова. 1985. БИ№ 15.

56. Пат. 2049677 РФ, МКИ В 62 D 37/04. В 62 D 55/00. Трактор /А.Х. Зимагулов, Р.Г. Нуруллин, Р.К. Ильдарханов. 1999, БИ №34.

57. А.с. 1458612 СССР, МКИ3 F 01 М 1/16. Система смазки ДВС /А.Х. Зимагулов, P.P. Юнусов. 1989, БИ №6.

58. Зимагулов, А. X. Новая технология подготовки почвы и посева / А.Х. Зимагулов//Тракторы и сельхозмашины. -2003. -№ 4.- с. 16-17.

59. Зимагулов, А. X. Требования к тяговым МЭС для выполнения технологических операций / А.Х. Зимагулов, Р.Г. Нуруллин // Тракторы и сельхозмашины. - 2003. - № 4.- с. 22 -23.



 


Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.