Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Важным резервом производства продуктов питания являются фермерские хозяйства, личные подворья, подсобные участки земли предприятий и учреждений, садово-огороднические кооперативы, тепличные хозяйства. Их характерной особенностью является то, что они обычно являются мелкоконтурными и могут располагаться на "неудобицах". Такие земли в СНГ составляют около 90 млн. га и использовать на них традиционную высокопроизводительную сельскохозяйственную технику экономически неоправданно. Поэтому увеличение производства продуктов питания на базе таких земель может быть осуществлено при условии широкого применения малогабаритных тракторов (МТ) малой мощности классов 0.2 - 0.4 с универсальными наборами орудий.
Современная отечественная техника данного типа, как показали исследования, имеет существенные недостатки, среди которых наиболее характерны: несоответствие условий работы оператора санитарно-гигиеническим (СГ) нормам и низкий коэффициент использования мощности двигателя (X). Среди основных причин этого можно выделить следующие.
1. Применение неуравновешенных одно- и двух-цилиндровых
поршневых ДВС при жестком соединении с остовом трактора способ
ствует передаче на органы управления значительного уровня вибра
ций, превышающих предельно-допустимые значения (ПДЗ). Выпол
ненные научные исследования не позволяют связывать параметры
существующих малоразмерных двигателей (МД), а также перспектив
ных ДВС, с уровнем локальных и общих вибраций на рабочем месте
оператора МТ.
-
Отсутствие систем подрессоривания остова и сиденья МТ вызывает низкочастотные колебания оператора на рабочем месте, превышающие ПДЗ и ограничивающие продолжительность его непрерывной работы по СГ нормам. В научной литературе отсутствуют математические зависимости, позволяющие на стадии проектирования прогнозировать продолжительность непрерывной работы оператора, а также минимизировать уровень его низкочастотных колебаний в системе "Агрофон-Трактор-Человек".
-
Использование на МТ легкой и средней групп упрощенных коробок передач с малым числом ступеней и отсутствие автоматичности трансмиссий в условиях работы на коротких гонах с частыми переключениями передач существенно снижает производительность мини-МТА из-за низкого коэффициента X и высокой динамичности рабочих процессов при трогании с места. Применение бесступенчатых передач является одним из главных рычагов решения данной проблемы.
Использование гидрообъемных приводов на МТ, в особенности легкої группы, не эффективно по причине значительного усложнения конст рукции и ее существенного удорожания. В связи с этим, обоснована эффективности применения механических бесступенчатых импульс ных передач «простейшего типа» (ИП), обеспечивающих возмож ность автоматического регулирования передаточного числа в сочета нии с простотой конструкции, является одним из важных направлениі исследования.
ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ. В качестве основных направлений ис следований в области повышения эффективности колесных тракте ров малой мощности целесообразно выделить следующие:
- определение возможностей увеличения продолжительності непрерывной работы оператора по СГ нормам на основе оптимизациі параметров конструкции МТ;
-оценка эффективности снижения нагруженности трансмиссиі при трогании и повышения использования мощности двигателя прі использовании механических бесступенчатых импульсных переда' «простейшего типа».
ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. В качестве объектов исследова ния принимаются одно- и двух-цилиндровые карбюраторные и ди зельные МД отечественного (СН-бд, СК-12, СН-14д, Т-450д, В2-Ч) і зарубежного (G-1080, G-1450, 3LD-510, Briggs ) производства. Ступен чатые механические трансмиссии тракторов КМЗ-012 и КМЗ-020 і бесступенчатая импульсная трансмиссия опытного трактора КМЗ 012*. Колесные тракторы КМЗ-012 класса 0.2 и КМЗ-020 (0.4), малога баритная коммунально-строительная машина МКСМ-800, шлейс сельхозорудий для мини-техники (ОАО "Курганмашзавод").
НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы заключается в том, что на основі теоретических и экспериментальных исследований:
-предложена методика расчета локальных и общих вибраций и, рабочем месте оператора МТ с учетом параметров уравновешенное! существующих и перспективных МД;
-разработана математическая модель оптимизации параметро системы "Агрофон-Трактор-Человек" по низкочастотным колебания! оператора на рабочем месте;
-создана методика, связывающая параметры конструкции МТ продолжительностью непрерывной работы оператора по СГ нормам;
-разработан алгоритм расчета динамических характеристик бес ступенчатой трансмиссии МТ на основе «простейшей» импульсно передачи;
-обоснована эффективность применения бесступенчатых ИП трансмиссиях МТ по коэффициенту использования мощности двига теля и динамической нагруженности трансмиссии при трогании.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ. Основная часть экспе-іиментальньїх исследований выполнялась в содружестве с ОАО Курганмашзавод" и АО "СКБМ" на основе хоздоговоров с 1990 года с [елью улучшения эксплуатационных показателей мини-МТА на базе олесных тракторов КМЗ-012 и КМЗ-020.
Предложена методика оценки продолжительности непрерывной іаботьі оператора МТ по СГ нормам на ранней стадии проектирова-іия.
Результаты исследования вибровоздействия МД на остов МТ вились основной для выбора рациональных параметров виброзащи-ы рабочего места оператора.
Получены тягово-динамические характеристики МТ с бесступен-атой механической трансмиссией "простейшего" типа на стационарах и переходных режимах.
Данные полевых испытаний шлейфа сельхозорудий и тяговых юпытаний МТ явились основной расчета эксплуатационных показа-елей мини-МТА.
РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Теоретические и экс-ериментальные исследования отражены в 17 отчетах о НИР, пере-[анных АО СКБМ и ОАО "Курганмашзавод". Использование результа-ов исследований позволило сделать рациональный выбор перспек-ивных двигателей для серийного трактора КМЗ-012, сертифициро-ать трактор КМЗ-012 по СГ нормам на рабочем месте оператора, по-ысить качество рабочих процессов шлейфа сельхозорудий и произ-одительность мини-МТА. Результаты работы внедрены в учебный роцесс подготовки инженеров специальности 311300 в Курганской осударственной сельскохозяйственной академии им. Т.С. Мальцева.
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ. Исследования роведены с позиции системного подхода и включают теоретический і экспериментальный разделы. При построении математических мо-іелей вибровоздействия ДВС на остов МТ применялись методы ана-іитической механики, теории дифференциальных уравнений, преоб-іазования Фурье, корреляционного и спектрального анализа.
Исследование нелинейных систем подрессоривания проводи-юсь на основе асимптотических методов малого параметра Крылова-юголюбова-Митропольского. В качестве стратегии многомерной оп-имизации параметров системы "Агрофон-Трактор-Человек" исполь-ован алгоритм скользящего допуска (АСД).
Анализ параметров работы импульсной трансмиссии МТ при ус-ановившихся и переходных процессах осуществлялся на основе равнений Лагранжа с неопределенными множителями и численных іроцедур.
Методы теории вероятности, корреляционных и спектральных функций, быстрого преобразования Фурье использовались при обра-
ботке экспериментальных данных, полученных в результате стенде вых, тяговых и полевых испытаний МТ. Для экспресс-обработки ре зультатов испытаний использовался бортовой измерительне регистрирующий вычислительный комплекс ИРМА, виброизмерителі ная аппаратура, ПЭВМ.
В основе реализации большинства теоретических и экспериме» тальных исследований лежат разработанные автором компьютерны программы, созданные на современных алгоритмических языках.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты докладывались обсуждались на lll-й Всесоюзной НТК по инерционно-импульсным ме ханизмам, приводам и устройствам (Челябинск, 1982), на Vl-й и VII-Всесоюзных НТК по управляемым и автоматическим механически приводам и передачам гибкой связью (Одесса, 1980, 1986), на Всеа юзной НТК "Автоматизированное проектирование машин, оборудовг ния, приборов и технологических процессов в машиностроении" (У( тинов, 1986). Отдельные вопросы по теме диссертации докладывг лись на научных конференциях ЧҐАУ "Исследование тракторов, авт( мобилей и двигателей" (Челябинск, 1992, 1994, 1996), на Всероссиі ской научно-практической конференции "Научное наследие Т.С Мальцева /к 100-летию со дня рождения/ "(Курган, 1995), на Vl-м меа дународном симпозиуме по теории реальных передач зацепление (Курган, 1997), на научно-технических семинарах кафедр "Тракторы автомобили" (КГСХА) и "Гусеничные машины" (КГУ) (Кургаї 1990...1997).
В полном объеме диссертационная работа докладывалась и бь ла одобрена на научных семинарах кафедр " Тракторы и автомобилі (КГСХА) и "Гусеничные машины" (КГУ) (Курган, 1998), на обьер,ілнві ном научном семинаре кафедр ЧГАУ (Челябинск, 1998), на научно семинаре кафедры "Тракторы" МАМИ (Москва, 1998), на o6beflHHef ном научно-техническом семинаре "Совершенствование технике эксплуатационных показателей машин и механизмов" КГУ (Кургаї 1998).
ПУБЛИКАЦИИ. По результатам исследований опубликовано 5 работы, в т.ч. 6 авторских свидетельств. Основные положения ди< сертации содержатся в работах, список которых приведен в конце реферата.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация включает введе ниє, 7 глав, заключение, библиографический список из 119 наименс ваний, приложения; имеет общий объем 316 стр., объем без приле жений 302 стр., содержит 53 табл., 108 рис.
