Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса по анализу форм, параметров и методов проектирования лемешно - отвальных корпусов плугов 9
1.1. Анализ методов построения лемешно - отвальных поверхностей 9
1.2. Формы и параметры лемешно - отвальных поверхностей 16
1.3. Анализ методов проектирования лемешно - отвальных поверхностей 22
1.4. Постановка цели и задач исследования 34
Глава 2. Аналитическое описание движения пласта по лемешно - отвальной поверхности корпуса плуга 38
2.1. Исходные положения 38
2.2. Фазы движения пласта по отвалу 39
2.3. Движение пласта по отвалу 47
2.3.1. Сферическая индикатриса касательных 49
2.3.2. Затраты тягового усилия на преодоление трения пласта о поверхность отвала 53
2.4. Уравнения относительного движения пласта по отвалу в проекциях 55
2.5. Определение силы подпора 63
2.6. Выводы по главе 65
Глава 3. Теоретические основы моделирования плужной поверхности по траектории движения пласта по отвалу 67
3.1. Верхняя предельная траектория 67
3.2. Рекомендации Л.В. Гячева по углам установки лемеха и отвала 68
3.3. Исследование траектории движения пласта по геодезической кривой 73
3.4. Построение геодезической линии на поверхности 79
3.5. Определение относительной скорости пласта 80
3.6. Алгоритм построения траектории движения пласта по развертывающейся поверхности 80
3.7. Моделирование параметров поверхности плужного корпуса 82
3.8. Выводы по главе 90
Глава 4. Анализ результатов полевых испытаний плугов по комплексным показателям 91
4.1. Выводы по главе 117
Глава 5. Практическое применение моделирования линейчатых поверхностей на основе конгруэнтных прямых 119
5.1. Конструирование технических поверхностей новых форм 119
5.1.1. Описание комплекса программ поверхностей плужных корпусов 119
5.1.1.1. Моделирование линейчатых поверхностей не развертывающегося типа 120
5.1.1.2. Моделирование линейчатых поверхностей развертывающегося типа 130
5.1.2. Применение комплекса программ в конструкторской работе 134
5.1.2.1. Проектирование новой поверхности культурного типа, полученной путем моделирования 134
5.1.2.2. Проектирование усовершенствованной поверхности корпуса плуга 135
5.2. Структура архивов технических поверхностей 151
5.2.1. Предложения для компьютерного архива поверхностей плужных корпусов 154
5.3. Расчет экономической эффективности от применения корпуса плуга с оптимальными параметрами 160
5.4. Выводы по главе 165
Основные выводы и рекомендации 167
Литература 170
Приложения 180
- Формы и параметры лемешно - отвальных поверхностей
- Рекомендации Л.В. Гячева по углам установки лемеха и отвала
- Моделирование параметров поверхности плужного корпуса
- Проектирование усовершенствованной поверхности корпуса плуга
Введение к работе
Актуальность темы. Основная обработка почвы во многих странах мира предусматривает вспашку почвы плугами. Процесс этот настолько трудоемкий, что его совершенствованием заняты как ученые, так и инженеры - практики, инженеры - механики.
Кризис топливно-энергетической отрасли заставляет искать выход в создании энергосберегающих технологий, в том числе и в снижении энергоемкости пахотных агрегатов за счет создания новых и совершенствования существующих форм лемешно - отвальных поверхностей плужных корпусов. Результатом таких исследований могут явиться плужные корпусы, эффективно и качественно воздействующие на почву при минимальных затратах энергии.
Создание новых форм рабочих поверхностей плужных корпусов представляет собой длительный процесс. Объясняется это сложностью строения и свойствами почвы, а также многокрите-риальностью взаимосвязи свойств почвы и формы лемешно -отвальной поверхности (ЛОП) корпусов.
Рабочие поверхности плужных корпусов культурного типа, выпускаемые в соответствии с ГОСТом Р50694-94 (ИСО 8910-94), обеспечивают агротехническое качество пахоты и при скоростях выше 7 км/ч их энергоемкость растет, что ставит задачу замены их на новые, менее энергоемкие формы.
Наиболее рациональным путем создания таких форм является моделирование поверхности корпуса плуга в условиях автоматизированного проектирования, отыскание взаимосвязей геометрических параметров поверхности с технологическими и агротехническими показателями для достижения минимальных энергозатрат и максимальной производительности агрегата.
Работа выполнена в соответствии с региональной научно-технической программой "Алтай-наука" раздел 9 - применение информационных технологий "Исследование взаимосвязи и оптимизация геометрических и технологических параметров при создании рабочих органов конкурентоспособной сельскохозяйственной техники", по тематическому плану НИР Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползуно-
ва и по договору о сотрудничестве между АлтГТУ и АО "Алтай-сельмаш - Холдинг".
Цель работы. Снижение энергозатрат и повышение производительности почвообрабатывающих агрегатов.
Предмет исследования. Процесс взаимодействия поверхности корпуса плуга с почвой.
Объект исследования. Поверхности корпуса плуга разных форм.
Методы исследования. Использование методов теоретической механики и механики сплошной среды. Моделирование рабочей поверхности корпуса плуга в системе автоматизированного проектирования на ПЭВМ. Использование методов регрессионного и корреляционного анализа. Статистическая обработка данных полевых испытаний плужных агрегатов по программе на ПЭВМ с аппроксимацией по методу наименьших квадратов, дана оценка абсолютной ошибки формул.
Научная новизна исследований состоит в разработке математических моделей, описывающих движение пласта по лемеш-но - отвальной поверхности, в раскрытии многокритериальных связей параметров поверхности корпуса с технологическими и агротехническими показателями, установлении рационального сочетания этих параметров для обеспечения минимальных энергозатрат пахоты, моделировании поверхности корпуса в условиях автоматизированного проектирования на ПЭВМ.
Практическая ценность работы состоит в реализации методик анализа работы плуга по комплексным удельным показателям для обоснования параметров корпуса плуга из условия минимума энергозатрат, в развитии метода моделирования поверхности по траектории движения пласта в системе AutoCAD на ПЭВМ с анализом влияния свойств почвы, скорости вспашки на тяговое сопротивление корпуса по изменению траектории движения пласта по отвалу.
На основе моделирования создана новая форма поверхности скоростного корпуса культурного типа. Положено начало создания компьютерного архива информационной базы данных для проектирования плужных поверхностей.
Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе специальности 17.10.00 - сельскохозяйственные машины и оборудование Алтайского государственного технического университета (АлтГТУ) имени И.И. Ползунова в кур-
сах "Проктирование почвообрабатывающих машин и орудий", "Основы научных исследований", в курсовом и дипломном проектировании. Результаты работы приняты конструкторско - технологическим центром (КТЦ) ФПГ "Сибагромаш" (г. Рубцовск) к использованию при разработке новых рабочих органов плугов. На защиту выносятся:
математические модели, описывающие движение пласта по лемешно - отвальной поверхности; метод моделирования поверхности и обоснование параметров корпуса плуга поиском многокритериальных связей геометрических, агротехнических и технологических параметров;
метод проектирования поверхности корпуса плуга по траектории движения пласта в системе AutoCAD на ПЭВМ;
метод анализа работы плугов по комплексным удельным показателям. Апробация и публикации. Основные положения работы были доложены, обсуждены и одобрены на ежегодных научно -технических конференциях АлтГТУ им. И.И. Ползу нова в 1994...2000г.г., а также на международной научно - технической конференции "Совершенствование рабочих органов сельхозмашин и агрегатов" (Барнаул, 1994); на международной научно -практической конференции "Проблемы стабилизации и развития сельскохозяйственного производства Сибири, Монголии и республики Казахстан в XXI веке" СО РАСХН (Новосибирск 1999г). В полном объеме диссертационная работа докладывалась на научно - техническом семинаре кафедры "сельскохозяйственное машиностроение" АлтГТУ в 2000 г. Выполненная работа была обсуждена и одобрена на расширенном заседании конструкторско - технологического центра ФПГ "Сибагромаш" (г. Рубцовск) в 2000г.
По материалам выполненных исследований опубликовано 8 печатных работ, в которых отражены основные результаты работы.
Структура н объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы, включающего 108 наименований, в том числе 26 иностранных источников. Работа изложена на 222 страницах машинописного текста, содержит 54 рисунка, 13 таблиц и 5 приложений.
Формы и параметры лемешно - отвальных поверхностей
Типы поверхностей плужных корпусов делятся на развертывающиеся и не развертывающиеся.
Не развертывающейся поверхностью называется такая поверхность, которую невозможно развернуть в плоскости без растяжения или сжатия отдельных участков поверхности. Так, например, невозможно развернуть в плоскости поверхность положительной или отрицательной гауссовой кривизны.
Развертывающейся поверхностью называется линейчатая поверхность, которая может быть развернута в плоскости путем простого изгиба по образующей без растяжения или сжатия отдельных участков поверхности. Простейшими примерами развертывающейся поверхности могут являться цилиндр и конус.
Исследования конструкторской документации поверхностей, применяемых в настоящее время при проектировании плужных корпусов, позволило всех их отнести к линейчатым поверхностям развертывающегося и не развертывающегося типов.
Не развертывающиеся линейчатые поверхности в виде цилиндроидальных поверхностей (рис. 1.1.) используются в плужных корпусах при задании двух направляющих а хи со2.
При этом каждая образующая е, лемешно - отвальной поверхности параллельна дну борозды, то есть координатной плоскости XOY.
Развертывающиеся поверхности в плужных корпусах используются в виде торсовых, конических и цилиндрических линейчатых поверхностей.
Торсовые поверхности представляют собой геометрическое место образующих, касательных к некоторой пространственной кривой ео3, называемой ребром возврата (рис. 1.2.).
В этом случае сох рассматривается как кривая, принадлежащая торсовой поверхности.
При вырождении кривой соъ в точку S, получаем коническую линейчатую поверхность (рис. 1.З.).
В этом случае сох рассматривается как направляющая кривая конической лемешно - отвальной поверхности.
При удалении точки S в бесконечность, образующие линейчатой поверхности будут параллельны друг другу, а поверхность получается в виде цилиндрической линейчатой поверхности (рис. 1.4.).
В этом случае кривая щ рассматривается как направляющая цилиндрической поверхности, а направление удаления точки S (связки образующих конической поверхности) задается вектором Q . На практике вектор Q обычно выбирается параллельно координатной плоскости XOY. Тогда лемешно - отвальную поверхность составляют образующие, лежащие в плоскостях, параллельных плоскости XOY.
Развертывающиеся поверхности занимают особое место в проектировании рабочих органов почвообрабатывающих машин. Их широкое применение основано на ряде важнейших свойств, к которым можно отнести следующие.
1. Простота и дешевизна изготовления. Для изготовления развертывающейся поверхности отвала достаточно взять лист, вырезать из него выкройку и изогнуть по образующим. У цилиндроида и других, не развертывающихся поверхностей, не существует точной выкройки, поскольку при изготовлении поверхности отдельные ее участки подвержены растяжению и сжатию. Изготовление такого рода поверхностей ведется путем штамповки. При этом способе получения отвалов происходит растяжение и (или) сжатие отдельных участков не развертывающейся поверхности, после чего заготовка подвергается закалке. Это приводит к возникновению в металле больших внутренних напряжений. При последующей обработке снимается верхний, наиболее напряженный слой металла, что приводит к перераспределению напряжений в материале отвала и короблению поверхности отвала.
2. Развертывающиеся лемешно-отвальные поверхности обеспечивают лучшее прилегание пласта к поверхности отвала и, как следствие, отвал меньше залипает почвой. Это обуславливается тем, что пласт до вступления на поверхность имеет форму прямоугольного параллелепипеда с плоскими гранями. При деформации пласта эти плоские грани легко изгибаются по образующим, в результате чего пласт прилегает к поверхности всеми своими точками.
Таким образом, развертывающиеся поверхности обладают преимуществами, как с точки зрения технологии вспашки, так и с точки зрения технологии изготовления отвала. Однако широкое распространение поверхностей этого типа сдерживалось до недавнего времени из - за отсутствия удобных и эффективных методов проектирования.
Типы плужных корпусов. Для качественной обработки почвы во всем многообразии почвенно-климатических условий необходимо иметь большой выбор рабочих органов. Применение различных типов корпусов в зависимости от состояния и структуры почвы будет способствовать резкому повышению культуры земледелия и плодородия пахотных земель, увеличению урожайности сельскохозяйственных культур. В настоящее время существуют винтовые, полувинтовые, скоростные, безотвальные, вырезные и др. типы плужных корпусов. В основном в России и за рубежом применяется три основных типа поверхностей.
Винтовые типы поверхностей предназначены для вспашки задернелых и связных почв, основное назначение которых - обеспечить хороший оборот пласта. Они применяются для вспашки почв после трав, где требуется оборот пласта на 180; для пахоты целинных и залежных земель. Однако этот тип поверхности не в состоянии обеспечить качественное крошение пласта, особенно при вспашке освоенных старопахотных земель, стерневых фонов, плотных почв; плохо обеспечивает оборот малосвязных и рыхлых почв.
Полного оборота пласта достигают параллелограммным сечением пласта с наклоном боковых стенок под углом 10-12, для чего дисковый нож устанавливают в поперечно - вертикальной плоскости под углом 10 - 12 ; плоскость полевого обреза в этом корпусе также наклонена на 10 - 12 .
Полувинтовые типы поверхностей занимают промежуточное положение между скоростными и винтовыми типами. По форме ЛОП они больше походят на винтовой тип поверхности и производят крошение хуже, чем скоростной тип, особенно при вспашке средне твердых почв. Полезной фракции почвы у полувинтового корпуса на 12 - 20 % меньше, чем у культурного корпуса. На этих же почвах полувинтовые типы поверхностей дают повышенный процент глыб размером 20 - 40 см. Особенно это ощущается на почвах с недостатком влаги. На сильно задернелых почвах впереди каждого корпуса устанавливают дисковые ножи.
Культурные типы плужных корпусов представляют собой развитие цилиндрических корпусов, приспособленных для работы на скоростях 5-7 км/ч. Культурные типы поверхностей производят энергичное крошение почвенного пласта. Этот тип корпуса получил наибольшее распространение и применяется для выполнения работ на стерневых фонах и обработки легких, среднеплотных старопахотных почв. При установке на плугах предплужников, они успешно справляются с другими видами почв. Однако при вспашке этим типом поверхности травяного пласта, связных и задернелых почв, он сильно рвет пласт на части и не обеспечивает качественного оборота пласта.
Корпусы для скоростной пахоты при работе на скоростях 6-9 км/ч имеют угол установки лемеха в плане 38 вместо 42 у культурного типа. Для скорости 9-12 км/ч корпусы имеют рабочую поверхность с горизонтальными образующими или составную из цилиндроида и двух конусов. Качество пахоты улучшается: увеличивается степень крошения и обеспечивается хорошая слитность пахоты с удовлетворительной заделкой растительных остатков.
Рекомендации Л.В. Гячева по углам установки лемеха и отвала
Так, направление касательной в начальной точке относительной траектории (а,,Д) зависит от углов е1 и ух установки лемеха. Известным должен быть угол вступления пласта на лемех - цх. Для несжимаемого пласта можно принять
Углы установки лемеха выбирают для обеспечения меньшего сопротивления движению лемеха в почве. Углы установки крыла отвала должны обеспечивать меньшую абсолютную скорость пласта при сходе с отвала, что снижает расход тягового усилия.
Углы ах и Д -углы вступления пласта на лемех; при уменьшении их значения сопротивление вступлению пласта на лемех падает. Для уменьшения угла Д уменьшают и значения єх,ух. Уменьшения а, достигают уменьшением єх и увеличением ух. Поэтому, угол , желательно несколько уменьшить, но при этом возрастает угол охвата пласта в и Д.
Направление вступления пласта на лемех
Углы є! и ух установки лемеха и угол вступления пласта не только определяют направление касательной в начальной точке относительной траектории(а,,Д), но и ограничивают а = а(Р). Геодезическая линия имеет свойство, что ее главная нормаль во всех точках совпадает с нормалью к поверхности; соприкасающаяся плоскость кривой проходит через нормаль к поверхности. В начальной точке плоскость исходной кривой должна проходить через нормаль к плоскости лемеха и через касательную к относительной траектории. То есть необходимо указать значение производной — в начальной точке.
Чтобы снизить тяговое сопротивление, необходимо стремиться к уменьшению угла охвата в, для чего необходимо увеличивать ах и уменьшать а2; увеличивать Д и уменьшать Д; или уменьшать Д,Д одновременно. При этом необходимо учитывать и движение пласта вне отвала. Для уменьшения высоты подъема пласта Я и дальности отбрасывания Ly пласта следует уменьшать мало влияет на величину Ly и изменяется в пределах 30-60.
Значения максимальной высоты Я и дальности 1у в поперечно - вертикальной плоскости ZOY получены Л.В. Гячевым [45] для движения частиц пласта после схода
Направление касательных плоскостей к поверхности
Если принять в точке Т2(а2,р2), что касательная плоскость к поверхности перпендикулярна плоскости дна борозды, то при є = 90 (крыло поставлено вертикально) получим:
Исходная кривая может быть представлена как ломаная, состоящая из ряда последовательно соединенных прямолинейных звеньев; тогда построение сведется к построению проекций ломаной на координатной плоскости. Строим в = 6 (/?) и, разбивая в на п равных частей, находим значение /? в серединах, а из уравнения а = a(j3) - значения а в соответствии с (5.
Если положить длины отрезков исходной кривой равными, то получим кривую постоянной кривизны. Если же равным углам поворота касательной будут соответствовать неравные отрезки исходной кривой, то получим кривую непостоянной кривизны. То есть можно построить пространственную кривую с любой заданной закономерностью изменения кривизны в функции дуги кривой.
Если кривизна уменьшается, то можно ожидать отставания пласта от ЛОП и уменьшения тягового сопротивления корпуса, иными словами, снижения сил трения. Но неполное прилегание пласта ведет к залипанню поверхности. Нарастание кривизны траектории по мере движения пласта приводит к повышению тягового сопротивления. Поэтому:
-определяем длины проекций отрезком исходной кривой на одну из координатных плоскостей, находим углы;
-строим ломаную пространственную кривую.
Выбор кривой а = а(Р) при проектировании развертывающейся поверхности Форма проектируемой поверхности связана с кривой а = а(Р). Уравнение индикатрисы определяет всю совокупность направлений касательных к пре дельной траектории, а значения производной направления нормалей на предельной траектории.
У развертывающейся поверхности направления образующих определяются уравнением индикатрисы, а именно, второй производной. То есть:
Функция а"(р) должна быть непрерывной и не иметь перемены геодезической кривизны. Таким образом, углы єх,ух,г]х- определяют начальную точку Тх(ах,рх) индикатрисы и значение производной а (р); а,,Дможно обосновать из условия дальности отбрасывания пласта.
Пусть имеем уравнение кривой а = а(р), проходящей через две заданные точки Тх{ах,рх); Т2(а2,р2). Однако, может оказаться невозможным избежать нежелательного перегиба кривой (рис. З.1.). Запишем угловые коэффициенты касательных в точках 1 и 2:
Можно, однако, остановиться на такой кривой, у которой вторая производная меняет знак за пределами участка сферической индикатрисы касательных, то есть Д Д2, где kvk2 - угловые коэффициенты касательных в этих точках.
Наряду с аналитическим методом возможно использование и графоаналитического метода. В прямоугольной системе координат откладываем по осям углы а и /3, проводим желаемую форму кривой а = а(/3) и составляем для нее уравнение:
При проверке полученных значений = 90, т.е. а = а2,/3 = /32,уг =[у/ху) где у/ху -угол между осью ох и проекцией касательной к исходной кривой на плоскость XOY.
Угол а2 должен быть таким, чтобы кривизна убывала по мере нарастания Д,, что даст свободу выбора формы и размеров кривой полевого обреза.
Моделирование параметров поверхности плужного корпуса
Исследования работы различных типов плужных корпусов показали, что основные геометрические параметры лемешно - отвальных поверхностей существенно влияют на тяговое сопротивление плуга и качество его работы. Выбор этих параметров зависит как от физико-механических свойств почвы, так и от режима работы и скорости движения агрегата.
В качестве исходных данных на рис. 3.6. приведен график зависимости g = g(z) (из графика находим угол у, условно обозначенный индексом g); на рис. 3.7. приведено построение направляющей кривой.
При определении начальных углов /3 и у, соответственно, угла установки лемеха ко дну и стенке борозды, необходимо помнить, что эти углы оказывают большое влияние на степень крошения почвы и боковой сдвиг пласта при наступлении его на рабочую поверхность корпуса плуга.
В результате многолетних теоретических и экспериментальных исследований установлено, что каждой величине скорости движения соответствует свое значение угла /3, который соотносится с минимальным значением удельного тягового сопротивления. При у? = ропт показатель крошения почвы удовлетворяет минимальному значению удельного тягового сопротивления корпуса плуга. Под показателем крошения почвы подразумевается отношениє веса фракции почвы с диаметром комков менее 5 см к общему весу пробы: к = М00%. кр G
С увеличением скорости оптимальный угол ропт уменьшается. При выборе угла постановки лемеха ко дну борозды /?, надо учитывать не только оптимальное значение угла ртт, но и принимать во внимание конструктивные и технологические параметры. Оптимальный угол ротп выбирают в зависимости от начальных условий (физико-механических свойств почвы) и скорости движения агрегата. При /3 /3опт нарушается устойчивость хода плуга по глубине, тыльная сторона лемеха трется о дно борозды, происходит залипание рабочей поверхности.
Угол установки лемеха к стенке борозды у должен выбираться таким образом, чтобы отвал при проектировании получался как можно короче. Анализ зависимости удельного тягового сопротивления Ryy от скорости Ум показывает, что оптимальное значение утт находится при VM=1...9KMN В пределах 35-42.
Начальный угол установки груди отвала /?, составлен наклонной плоскостью СС к дну борозды (рис. 3.8), касающейся поверхности отвала вдоль образующей, которая является линией перемещения нижней и верхней касательной к поверхности. Угол установки крыла отвала уА составлен горизонтальной проекцией этой образующей со стенкой борозды.
Для установки величины этих углов необходимо знать связь между формой ЛОП и направлением перемещения почвенных частиц почвы.
Работа проведена по договору о сотрудничестве между АлтГТУ и АО « Алтайсельмаш».
В задачу раздела входило изучение степени влияния геометрических, технологических параметров плужных корпусов и их связи с агротехническими показателями.
Были изучены материалы испытаний корпусов плугов завода «Алтай-сельмаш» за двадцать лет. В основу положены данные отчета по изысканию рабочих органов плугов для работы на высоких скоростях и выбора оптимальных параметров (1975г.)
Корпусы типов I...IV - культурные скоростные, скорость движения агрегата Ve =9...12 км/ч. Средние величины тягового сопротивления R , скорости Vcp, удельного сопротивления Рудср, глубина вспашки аср, коэффициенты крошения Ккрср, вспушенности Wcp подсчитаны по данным испытаний и находятся в приложении 1. Исходные экспериментальные данные представлены в таблице 3.1.
Принятые в работе обозначения величин: Ъ - ширина захвата корпуса; 0 - угол постановки лезвия лемеха к стенке борозды;
0 - угол постановки плоскости лемеха ко дну борозды;
L - длина вылета направляющей кривой;
Н - высота вылета направляющей кривой;
Л - среднее тяговое сопротивление плуга;
Vcp - средняя скорость движения агрегата;
Р дс - среднее удельное тяговое сопротивление плуга;
ас - средняя глубина обработки почвы;
К с -средний показатель крошения почвы;
Wc - средний показатель вспушенности почвы.
С помощью программы регрессионного анализа получены уравнения зависимости каждого геометрического параметра с каждым агротехническим или технологическим показателем. Полученные таким образом коэффициенты а и Ъ для каждого уравнения при их постановке в программу определяет коэффициенты регрессии г , положительный или отрицательный знак перед которым укажет на существование прямой или обратной зависимости параметров, приложение 2. А величина этого коэффициента покажет степень зависимости, то есть, чем больше его абсолютная величина, тем больше взаимное влияние параметров, и наоборот. Расчет уравнений регрессионного анализа находится в приложении 3.
Опираясь на полученные таким образом коэффициенты корреляции, составили таблицу 3.2., куда занесли все значения коэффициента г . Если его абсолютная величина находится в промежутке от 0,5 до 0,99, то влияние является существенным; если же абсолютная величина меньше 0,5, то влияние параметров друг на друга будет незначительным.
Проектирование усовершенствованной поверхности корпуса плуга
Исходя из выполненного в работе обоснования, в качестве исходных параметров поверхности культурного типа, принимаем следующие значения:
- глубина обработки почвы а = 0,25м;
- ширина захвата корпуса Ъ = 0,40м;
- угол постановки поверхности лемеха ко дну борозды є0 = 23;
- угол постановки лезвия лемеха к стенке борозды у0 = 41;
- скорость движения агрегата V = 2,25м/с;
- разность начального и минимального углов Ау, = 1;
- разность максимального и минимального углов Ау2 = 4;
- пределы изменения значения угла уп определяющие зависимость у = №
Скорость движения агрегата на основании главы 4 для корпуса культурного типа принята Ve = 2,25м /с (рис. 4.18). Кроме того, полученные мною результаты подтвердили данные, приведенные в таблице 16, стр. 102 (книга Л.Е. Агеева "Основы расчета оптимальных допускаемых режимов работы машинно-тракторных агрегатов".- Л.: Колос, Ленинградское отд. 1978 - 296с.) по параметрам перспективных пахотных агрегатов: скорость движения рекомендуется 1,9 - 2,1 м/с при шестикорпусном плуге. При этих значениях скорости приведенные затраты минимальны.
Проектирование усовершенствованной поверхности культурного типа выполнялось в следующем порядке:
1. обоснование вида направляющей кривой и вычерчивание ее на экране дисплея;
2. задание эмпирической зависимости у = f(z);
3. построение и вычерчивание фронтальной проекции проектируемой поверхности (см. рисунок 5.6);
4. построение и вычерчивание горизонтальной проекции, развертки и шаблонов с учетом Аух;Ау2 (см. рисунки 5.7 и 5.8);
5. анализ возможного изменения величины тягового сопротивления корпуса плуга (см. рисунок 5.9).
В процессе проектирования проводился анализ возможного изменения величины тягового сопротивления по сравнительной характеристике геодезической линии и траектории движения пласта по поверхности. Для каждого изменения геометрических параметров строилась на поверхности геодезическая линия и траектория движения пласта в соответствии с алгоритмом, представленным в главе 3. Численные значения исходных данных, используемых при построении, приведены в таблице 5.2.
Сравнительный анализ траектории движения пласта с геодезической линией поверхности (см. рисунок 5.9) показывает, что траектория смещена относительно геодезической линии в сторону крыла. Это соответствует результатам испытаний [68] и указывает на соответствие агротехнических и технологических параметров работы корпуса плуга требованиям. Зависимость величины этого отклонения от исходных параметров определяла степень их влияния на траекторию движения пласта.
Выяснилось, что при уменьшении скорости движения машины от 2,25 м/с до 1,2 м/с происходило отклонение траектории к крылу отвала.
В связи с тем, что была создана компьютерная модель поверхности проектируемого изделия, и анализ этой поверхности делался в условиях автоматизированного проектирования, стало возможным не только проследить изменения траектории движения пласта от тех параметров, величину которых можно измерить в экспериментальных условиях, но и учесть теоретические параметры. Было исследовано изменение величины модуля упругости почвы и его влияние на траекторию движения пласта. При уменьшении модуля упругости почвы от 0,9 мПа до 0,1 мПа траектория смещается к крылу отвала. Причем было установлено, что изменение модуля упругости почвы сильнее влияет на смещение траектории, чем изменение скорости движения агрегата.
Сравним спроектированную поверхность с базовой. Для этого, используя параметры базовой поверхности, строим ее развертку, геодезическую кривую и траекторию для исходных данных.
По результатам визуального сравнения можно сделать вывод о том, что у предлагаемой поверхности тяговое сопротивление будет меньше, чем у базовой поверхности (по степени отклонения относительной траектории пласта от геодезической кривой поверхности).
Таким образом, выполнено проектирование усовершенствование поверхности культурного типа со следующими параметрами: b = 0,4 м; а = 0,25 м; L = 0,237 м; Н = 0,312 м; є0 = 23; у0 = 41; V = 1,6; из условия минимальной удельной энергоемкости (рис. 4.18) Ve = 2,25 м/с.
При проектировании поверхности культурного типа к мини трактору МТ - 16 АО "Алттрак" (г. Рубцовск) рекомендованы следующие параметры: ширина захвата корпуса Ъ = 0,4м; глубина обработки а = 0,2м; скорость движения пахотного агрегата Уе=3м/с выбрана по рекомендации Л.Е. Агеева из условия минимальных приведенных затрат для однокорпусного плуга и по тяговой характеристике мини трактора (II - я рабочая передача).
Принято решение о проектировании рабочей поверхности культурного типа для мини трактора МТ - 16 на основе главы 4 по обоснованию ширины захвата корпуса Ъ, глубины пахоты а и отношения Ъ 1а.
Углы установки корпуса є0 =23, у0 =34 приняты с учетом Ve -Ъм1с по рекомендации А.А. Вилде [37]. Длина вылета направляющей кривой L = 0,215м; высота направляющей кривой Я = 0,334.м; углы установки касательных плоскостей: (Wl) = (25,4);( 2,г2) = (50,40);( з,Гз) = (90,45).
В результате применения комплекса программ моделирования технической поверхности развертывающегося типа с использованием построенной традиционным методом фронтальной проекции проектируемого изделия (рисунок 5.10), окончательный вид которой представлен на рисунке 5.12, спроектирована поверхность, проекции, развертка и шаблоны которой представлены на рисунке 5.11. В рамках проектирования изделия был проведен анализ поверхности по взаимному расположению траектории пласта и геодезической кривой поверхности (рисунок 5.13).