Содержание к диссертации
Введение
Состояние вопроса и задачи исследований 10
I.I. Определения терминов управляемости, устойчивости движения и точности вождения машинно-тракторных агрегатов и критерии их оценки 10
1.2.Анализ основных факторов, влияющих на величину защитных зон у рядков растений 18
1.3.Анализ конструктивных особенностей пропашных машинно-тракторных агрегатов, влияющих на курсовую устойчивость и управляемость 21
I.3.1.Анализ конструктивных особенностей хлопковых пропашных тракторов 21
1.3.2.Анализ конструктивных особенностей пропашных культиваторов 25
1.4.Выводы и задачи исследования 31
2.Теоретические исследования 35
2.1. Программа и методика теоретических исследований 35
2.2.Условия курсовой устойчивости хлопкового пропашного агрегата с жесткой навесной системой культиватора 38
2.3.Условия курсовой устойчивости хлопкового пропашного агрегата с нежесткой навесной системой культиватора 45
2.4.Анализ нежесткой навесной системы культиватора при гармоническом изменении тягового сопротивления 52
2.5. Выводы 59
3.Программа и методика экспериментальных исследований 60
3.1. Программа и методики оценок точности вождения, курсовой устойчивости пропашного агрегата и динамического взаимодействия конструкции с почвой 60
3.2.Объект испытаний
3.3.Измерительная аппаратура 68
3.3.1.Навесная измерительная станция 68
3.3.2.Датчики 72
3.3.Условия проведения испытаний 80
3.4.Выводы 81
4.Результаты экспериментальных исследований 82
4.1. Исследование влияния параметров навесной системы культиватора на точность вождения пропашным агрегатом в междурядьях хлопчатника 62
4.2.Статистические показатели работы культиватора в междурядьях хлопчатника 86
4.3.Определение оптимальных параметров работы пропашного агрегата 94
4.4.Исследование влияния параметров навесной системы культиватора на управляемость и курсовую устойчивость пропашного агрегата 97
4.5.Исследование динамических показателей работы пропашного агрегата в междурядьях хлопчатника ИЗ
4.5.1.Характер изменения поворачивающего момента МТА при междурядной обработки, вызванного тяговым сопротивлением культиватора ИЗ
4.5.2.Динамическое взаимодействие направляющего колеса трактора с почвой 121
4.5.3.Распределение крутящих моментов на ведущих колесах пропашного агрегата 123
4.6.Выводы 125
5. Экономическая эффективность результатов исследований 127
Общие выводы и предложения. 135
Список литературы 138
Приложение
- Определения терминов управляемости, устойчивости движения и точности вождения машинно-тракторных агрегатов и критерии их оценки
- Программа и методика теоретических исследований
- Программа и методики оценок точности вождения, курсовой устойчивости пропашного агрегата и динамического взаимодействия конструкции с почвой
- Исследование влияния параметров навесной системы культиватора на точность вождения пропашным агрегатом в междурядьях хлопчатника
- Экономическая эффективность результатов исследований
Введение к работе
Актуальность темы. В задачах, поставленных ХХУІ съездом КПСС,XX съездом Компартии Узбекистана и последующими пленумами ЦК КПСС и ЦК КП Узбекистана, в других документах ЦК партии и правительства особое внимание уделено переоснащению сельскохозяйственного производства высокоэффективной техникой. В решениях XX съезда Компартии Узбекистана предусмотрено увели -чение производства хлопка-сырца и доведение его среднегодового сбора в одиннадцатой пятилетке до 6,0 млн.т. в год.
Важное значение в решении поставленных задач имеет дальнейшее усовершенствование конструкции комплекса машин,применяемых в хлопководстве.
Известно,что из-за несовершенной конструкции навесных культиваторов в хозяйствах при междурядной обработке хлопчатника увеличивают защитную зону и снижают скорости движения МТА,что приводит к уменьшению соответственно степени механизации их обработки и производительности МТА. Следовательно,повышение качества междурядной обработки хлопчатника путем совершенствования конструкции навесной системы культиватора является весьма актуальной задачей. Ее решение предусматривается координационным планом НИР и ОКР САО ВАСХНИЛ,согласно которому выполнена данная работа по проблеме 0.15.19 и программе 04.01 "Создать и внедрить новые машины для возделывания хлопчатника". В предлагаемой работе повышение качественных показателей междурядной обработки хлопчатника,связанное с характеристиками системы водитель-МТА-почва, в том числе точностью вождения,управляемостью,курсовой устойчивостью пропашного агрегата и динамическим взаимодействием конструкции с почвой,проводилось путем совершенствования навесной системы культиватора.
Исследование проведено в ТИИИМСХ на кафедрах "Эксплуатация машинно-тракторного парка" и "Двигатели внутреннего сгорания" в течение 1979...1982 гг. по заказу ГСКБ по машинам для хлопководства согласно хоздоговору № 23-79 "Исследование влияния нежесткой схемы навески культиватора для междурядий 90 см. на величину защитных зон при первых культивациях".
Цель работы заключается в разработке и обосновании параметров навесной системы хлопкового культиватора,позволяющих повысить производительность и точность вождения,улучшить управляемость и курсовую устойчивость пропашного агрегата, а также снизить динамические нагрузки,действующие на МТА в горизонтальной плоскости.
Объектом исследования служил хлопковый пропашной агрегат,состоящий из трактора МТЗ-80Х и культиватора КРТ-4.
Методика исследований включала теоретическое сравнение условий курсовой устойчивости пропашных агрегатов с серийной (жесткой) и предложенной по а.с. № 1033029 (нежесткой) навесными системами культиваторов.Их главные параметры теоретически обоснованы при действии гармонически изменяющейся тяговой нагрузки.Экспериментальные исследования проведены по ОСГу 70.4.3-74 и разработанным нами уточненным методикам.Эксперимен -тальные данные обрабатывались по специально созданной программе для ЭВМ типа "Минск-32" на алгоритмическом языке Ф0РТРАН-1У.
Научная новизна. Предложен теоретический анализ условий курсовой устойчивости пропашного агрегата со средне-расположенными рамами культиватора,которые жестко и нежестко связаны с остовом трактора. В сравнительных условиях определены преимущества нежесткой навесной системы.Теоретически обоснованы оптимальные параметры нежесткой навесной системы культиватора при действии на МТА гармонически заданной тяговой нагрузки.Экспери -ментально установлена работоспособность новой конструкции,иссле- дованы влияния ее на точность вождения,управляемость,курсовую устойчивость МТА и динамическое взаимодействие конструкции с почвой по предложенным критериям.
Практическая ценность. Методика теоретических исследований курсовой устойчивости пропашного хлопкового МТА позволяет определить его оптимальные параметры.Предложенные методы экспериментальных исследований,навесная измеритель -ная станция и датчиковая аппаратура дают возможность производить испытания МТА с достаточной точностью.Полученные результаты подтвердили повышение качества междурядной обработки хлопчатника при работе пропашного МТА с предлагаемыми параметрами навесной системы культиватора.
Реализация результатов исследований. Пропашные агрегаты с нежесткой навесной системой ис-пытывались в Учхозе ТИИИМСХ и ГСКБ по машинам для хлопководства в 1980 и 1981 гг. Результаты исследований приняты к внедрению ГСКБ по машинам для хлопководства и используются при создании и совершенствовании конструкций хлопковых культиваторов.
Апробация работ ы. Результаты исследований обсуждались на ежегодно проводимых научно-производственных конференциях профессорско-преподавательского состава ТИИИМСХ с 1980 по 1984 гг., на научной конференции профессорско-преподавательского состава,научных работников и аспирантов МИИСП в 1981 г., на республиканской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов Узбекистана 27-28 июня 1983 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ общим объемом 1,69 п.л.
Структураи объем работы. Диссертация состоит из введения,пяти глав,выводов и рекомендаций, списка использованной литературы из 141 наименований,приложения. Основ- ная часть содержит 148 страниц машинописного текста,включает II таблиц и 37 рисунков.
В предлагаемой работе использованы следующие наименования исследуемых навесных систем хлопковых культиваторов:жесткая и нежесткая.
Под жесткой навесной системой хлопкового культиватора подразумеваются конструкции,используемые в настоящее время у культиваторов марок КРТ-4 ,КРХ-4,КРХ-3,6, КХУ-4 и др., которые предполагают жесткое крепление рабочих органов к остову трактора в горизонтальной плоскости.
Нежесткая навесная система представляет конструкцию культиватора, созданную на основе предложенной рабочей гипотезы и предполагает упругодемпфирующую связь в горизонтальной плоскости передней секции культиватора с остовом трактора относительно вертикального шарнира,расположенного спереди по продольной оси трактора.
АВТОР ЗАЩИЩАЕТ результаты сравнительного теоретического анализа курсо -вой устойчивости МТА с жесткой и нежесткой навесной системами хлопкового культиватора; методики оценок точности вождения,управляемости,курсовой устойчивости пропашного агрегата и динамического взаимодействия конструкции с почвой; результаты экспериментальных исследований и обоснование оптимальных параметров навесной системы хлопкового пропашного культиватора.
В первой главе. "Состояние вопроса и задачи исследований" приведен анализ исследований по теме диссертации, обосновывается цель работы и задачи исследований. Приняты опре -деления терминов точности вождения,управляемости и курсовой ус -тойчивости.Анализ существующих навесных систем культиваторов по- казал,что для улучшения параметров управляемости МТА и динами -ческого взаимодействия конструкции с почвой необходимо использовать нежесткое крепление культиватора к трактору с включением определенных стабилизаторовповышающих устойчивость движения системы.
В результате проведенных патентных исследований предложен культиватор по а.с. № 1033029.
Во второй главе "Теоретические исследования" рассмотрены условия курсовой устойчивости пропашных агрегатов с жесткой и нежесткой навесными системами. Теоретический анализ полученных зависимостей показал улучшение стабильности движения пропашного агрегата с нежесткой навесной системой культиватора, как имеющего асимтотическую курсовую устойчивость по сравнению с серийным МТА, у которого получена неасимптотическая устойчи -вость.Анализ взаимодействия нежесткой навесной системы культиватора с гармонически заданной нагрузкой показал,что при существующем на пропашных агрегатах МТЗ-80Х и КРТ-4 расположении рабочих органов в междубазовом пространстве оптимальная угловая жесткость рамы составляет 143 кНм/рад при V =1 м/с, а минимальное значение угловой вязкости демпферов - 19,5 кНмс/рад.
В третьей главе "Программа и методика экспериментальных исследований" представлена программа экспериментальных исследований.Приведено описание разработанной и созданной навесной измерительной установки,индивидуальной датчиковой аппаратуры. Изложена уточненная методика обработки экспериментальных данных на ЭВМ.
В четвертой главе "Результаты экспериментальных исследований"проведен анализ экспериментальных данных по параметрам точности вождения,управляемости,курсовой устойчивости пропашного агрегата и динамического взаимодействия конструкции
9 с почвой. Экспериментально уточнены параметры навесной системы.
В пятой главе "Экономическая эффективность ре -зультатой исследований" приведен расчет годовой экономической эффективности от применения в народном хозяйстве хлопкового пропашного агрегата с усовершенствованной навесной системой культиватора. Годовой экономический эффект с учетом изменения количества и качества продукции составил 227,92 руб на один пропашной агрегат.
Определения терминов управляемости, устойчивости движения и точности вождения машинно-тракторных агрегатов и критерии их оценки
Вопросы управляемости и курсовой устойчивости МТА отражены в работах А.И.Тимофеева (І05,І06),Д.А.Чудакова (І2І,І22),А.И.Корнева (54),П.М.Василенко (14),П.Т.Бабий (9,14),0.Н.Майсурадзе (61),В.И. Фортуны (ІІ2,ІІЗ),М.Л.Гусяцкого (23,24),И.И.ТрепененковШ1),Д.И. Мельникова (63,64),В.Ф.Коновалова (51),П.Б.Бартаханова (II),В.В. Гуськова (21,22,109),М.С.Кринко (52,53) и др. Управляемость и устойчивость хлопковых пропашных МТА исследовались А.Н.Ниновым (74, 75),Т.Г.Зининым (39),В.А.Сергиенко (100),Е.Ф.Дворцовым (28,29), А.Н.Шафигулиным (125,126),В.Е.Ожога (76),О.В.Лебедевым (57),Х.Х. Хайруллаевым (П4,П5),А.И.Кильдеевым (42,43,44),Ю.Л.Колчинским (48,49,50),С.М.Давшан (27),Т.С.Набиевым (72),А.Д.Глущенко (19), В.Г.Сенькиным (101) и др.
В 1969 г. Хэйлз {Hcifedr.) отметил,что "учитывая большое количество и высокое качество последних работ по управляемости автомобиля, просто удивительно,как мало предложено простых количественных оценок поведения автомобиля (предпочтительно одним числом)" (30).
К сожалению,такое положение сохраняется и в настоящее время как у нас в стране,так и за рубежом. Пока еще нет общепринятых определений управляемости и устойчивости движения автомобиля и машинно-тракторных агрегатов и критериев для их оценки. неверным".
По нашему мнению, для того чтобы отделить понятия управляемости и устойчивости,например, в определении И.И.Трепененкова достаточно заменить используемый здесь термин "управляемость" на более обоб -щающий термин "точность вождения" или "точность копировки".
В 1974 г. Министерством автомобильной промышленности был вве -ден отраслевой стандарт ОСТ 37.001.051-73 (78) ,где под управляемостью автомобиля уже понимается свойство автомобиля подчиняться действиям водителя,направленные на сохранение или изменение величины и направления скорости движения, а также ориентации продольной оси автомобиля. Под курсовой устойчивостью понимается свойство автомобиля сохранять в заданных пределах независимо от скорости движения и действия внешних,инерционных и гравитационных сил направле -ние ориентации продольной оси при определенном управлении,закреп -ленном и свободном руле.
Однако исследования,проводимые в этой области,продолжают вносить дополнения и уточнения в существующие определения (2,13).
Д.А. Антонов в своей работе (2) предложил под управляемостью понимать свойство автомобиля исполнять сигнал управления с необходимой точностью и быстродействием при минимальном уровне психомоторных затрат со стороны водителя для обеспечения заданного режима движения, а под устойчивостью - свойство автомобиля сохранять за -данные водителем параметры движения ( или положения) или заданный закон их изменения после прекращения действия возмущающих сил.
В предложенном определении,по нашему мнению,можно заменить пояснение "с необходимой точностью и быстродействием" словом "качественно". Тогда определение управляемости можно представить,как свойство машины качественно исполнять сигнал управления при минимальных затратах энергии водителя для обеспечения стабильного режима движения.
Программа и методика теоретических исследований
Значительный вклад в развитие теории устойчивости движения систем был внесен трудами ученых А.М.Ляпунова (59),Н.Е.Жуковского (35),Я.М.Певзнера (88),М.В.Келдыша (41),А.И.Тимофеева (105,106), И.Г.Малкина (60),Ю.И.Неймарка (73),Н.А.Фуфаева (73),И.Рокара (97), Л.Г.Пановко,П.М.Василенко,П.Т.Бабий (14),В.И.Фортуна (П2),Л.В. Гячева (25,26) и др.
Программа теоретических исследований включала следующие разделы:
- на основе теоретических работ определить условия устойчи -вости прямолинейного движения пропашного агрегата при междурядной обработке с жесткой навесной системой культиваторов;
- определить условия устойчивости прямолинейного движения хлопкового пропашного агрегата с нежесткой навесной системой культиватора и провести сравнительный анализ условий их устойчивости;
- определить оптимальные параметры навесной системы культивато ра при действии на систему гармонически изменяющейся нагрузки.
Определение условий устойчивости прямолинейного движения хлопкового пропашного агрегата проведено по методике Л.В.Гячева (25,26)
Отметим основные предпосылки, использованные в теоретических исследованиях.На рис.2.I и 2.2 представлены схемы сил,действующих на пропашной агрегат с серийной и усовершенствованной навесками передних секций культиватора.
Пропашной агрегат совершает прямолинейное поступательное движение со скоростью Mo-conit в плоскости ХОУ относительно неподвиж -ной плоскостиХДЧ). Центр масс трактора ST перемещается по оси 0У и имеет в данный момент абсциссу Х0 и скорость Хо .Направления приложенных к агрегату сил определяются путем построения многоугольников скоростей (см. рис. 2.1 и 2.2). Геометрические размеры считаются известными и обозначены SrA=CX, $7?)=Ь, $тС С,$тТ) СІ,$ мС=С)СІ)=1. Значения и направления сил сопротивления почвы рабочим органам зависят от формы рабочих органов,свойств почвы и скорости движения МТА. В процессе расчетов принято,что рассматриваемые рабочие органы культиватора движутся в однородной среде, а система реакций почвы движению рабочих органов сводится к одной равнодействующей R , направленной противоположно абсолютной скорости центра приложения D равнодействующей. При составлении дифференциальных уравнений возмущенного движения агрегата считается, что главный вектор R сил сопротивления постоянен по величине и направлен под углом и к продольной оси культиватора.
В процессе исследований необходимо было учитывать влияние упругих шин на движение пропашного трактора. На рис. 2.1 и 2.2 два задних ведущих колеса,расположенные на одной оси нами заменены одним "эквивалентным" колесом,имеющим те же коэффициенты жесткости, что и заменяемые колеса.
Программа и методики оценок точности вождения, курсовой устойчивости пропашного агрегата и динамического взаимодействия конструкции с почвой
В соответствии с поставленными задачами программой экспериментальных исследований предусматривалась следующее:
- создать для проверки рабочей гипотезы и теоретических ис-ледований конструкцию нежесткой навесной системы хлопкового пропашного культиватора;
- для проведения экспериментальных исследований создать навесную измерительную станцию;
- составить уточненную методику экспериментальных исследований пропашного агрегата;
- исследовать влияние нежесткой навесной системы на точность вождения, управляемость, курсовую устойчивость пропашного агрегата и динамическое взаимодействие конструкции с почвой;
- экспериментально уточнить оптимальные параметры навесной
системы культиватора.
Высокая точность вождения,достигаемая системой МТА -води -тель- почва,приведет к повышению качества междурядных обработок, уменьшению защитных зон у рядков растений.
Как видно из выражения ( 1.7), точность вождения зависит дт коэффициента корреляции, между задающей траекторией, осью посевного рядка и следом рабочего органа, определяющего защитную зону, а также характера задающей кривой.
Оценка точности вождения в данной работе проводится в следующей последовательности регистрация замеров в полевых ведомостях, кодирование полученных данных на перфокартах; обработка экспериментальных данных на ЭВМ; анализ данных, полученных на ЭВМ и подготовка выводов и рекомендаций.
Исходя из условий анализа обработки данных для оценки точности вождения,составлена специальная программа на алгоритмическом языке "ФОРТРАН" (см. рис.3.I и приложение).
Сравнение только среднеквадратичных значений защитных зон и коэффициента корреляции не дает полного представления о точности вождения,желательно исследовать более глубже характеристики траекторий оси посевного рядка и копирующего следа рабочего органа, а также их взаимосвязь.
Для раскрытия внутренних свойств и структуры реализаций при анализе динамических систем определяются корреляционные зависимости и спектральные плотности 6Г )случайного процесса. Обе эти характеристики совместно определяют внутренние свойства и структуру процесса:корреляционная функция во временной области, а спектральная плотность - в частотной.
Исследование влияния параметров навесной системы культиватора на точность вождения пропашным агрегатом в междурядьях хлопчатника
Для более полной оценки условий работы пропашного культиватора в междурядьях хлопчатника проведена статистическая оценка результатов замеров. : Программа для обработки экспериментальных данных на ЭЦВМ подробно представлена в приложении и.работе (67).
В результате обработки экспериментальных данных были получены значения основных статистических характеристик реализаций оси по -севного рядка,следа рабочих органов и защитных зон у рядков растений.
Анализ полученных данных показал ,что процес сы, характеризующие: І точность вождения пропашного агрегата в междурядьях хлопчатника,в основном,стационарные и подчинены нормальному распределению Гаусса.
Для раскрытия внутренних свойств и структуры процессов при анализе динамических систем определялись корреляционные зависимости и спектральные плотности &(со) случайного процесса.
На рис. 4.3 а представлено распределение нормированной спектральной плотности б(иу)характерных реализаций защитной зоны,полученных при испытаниях пропашного агрегата с жесткой навесной системой при различных скоростях:кривая I получена при скорости движения У =0,56 м/с; кривая 2 - при V «1,16м/с;кривая 3 - при V=I,24м/с,
Кривая I имеет более широкополосное распределние спектральной плотности по сравнению с кривыми 2 и 3.Максимальное значение б(иї) наблюдается при частоте оУ =0,87 1/м. Ширина спектра в этом случае будет лиУ =1,29 1/м.
С повышением скорости (кривые 2 и 3) спектральная плотность смещается в область низких частот и имеет узкополосный характер.При скорости V =1,16 м/с максимальное значение Ш) наблюдается при частоте от =0,35 1/м, а ширина спектра лоУ =0,45 1/м.
Кривая 3, полученная при скорости V =1,24 м/с, имеет максимальное значение спектральной плотности при частоте =0,26 1/м.Ширина спектра с этом процессе Д иг =0,53 1/м.
Экономическая эффективность результатов исследований
Расчет экономической эффективности составлен по ГОСТу 23728-79 и на основе других материалов.
Исходные данные и сводные сравнительные показатели приведены по форме I и 2 ГОСТ 23728-79 (см.табл.5.1. и приложение П.7 ).
При расчете оптовой цены новой машины использовались соотношения масс серийного культиватора КРГ-4 и экспериментального КРГ-4. Масса экспериментального культиватора принята на 196 кг больше массы базовой машины.
Годовая загрузка культиватора на одной операции принята по технологической карте,но откорректирована из расчета последова -тельного выполнения всех десяти операций одним культиватором за период с 25 апреля по 5 августа,что составляет 100 дней при 7-часовой рабочей смене. Таким образом,годовая нормативная загрузка Тзм для культиватора на одной операции (Ю0:10)х7 =70 ч. Для трактора МТЗ-80Х Тзт =1100 ч. Пропашные агрегаты выполняют пять культивации после полива и пять операций нарезки борозд с внесе -ниєм удобрений.
При расчете годового экономического эффекта учитывалась дополнительная экономия от использования модернизированного культиватора в хозяйстве. Дополнительная экономия получена за счет снижения ручных трудозатрат на трехкратной прополке сорняков.
По данным сравнительных испытаний,проведенных в 1981 г. на 0ПБ ГСКБ по машинам для хлопководства на культивации получены следующие соотношения рабочих скоростей для базовой машины V = 1,25 м/с (4,5 км/ч) для новой V =1,42 м/с (5,1 км/ч). Сменная производительность при нарезке борозд принята по данным САМИС для культиватора KFT-4 V\4,=I,37 га/ч, а эксплуатационная V\4CK=I,Зга/ч с учетом возможности увеличения рабочих скоростей при использовании новой машины расчетным путем получены ее сменная произво -дительность U6f=I,56 га/ч и эксплуатационная V\4c«=I,48 га/ч.
Проведенные сравнительные полевые испытания пропашных агрегатов с двумя системами навески культиватора на трактор показали, что при использовании нежесткой схемы можно повысить рабочую скорость обработки междурядий на 0,7 м/с,среднеквадратичное отклонение защитной зоны при этом снижается на 0,5...0,6 см,что даст возможность уменьшить защитную зону на 2 см. Защитная зона у базового МТА принята из условий агротребований 10 см, а у нового -8 см.
