Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования 8
1.1. Работа движителей в междурядьях 9
1.2. Пути повышения тягово-сцепных свойств картофелеуборочных агрегатов 14
1.3. Модели, определяющие тягово-сцепные свойства картофелеуборочных агрегатов 19
1.4. Краткий обзор научных работ по исследованию динамики картофелеуборочных машин 22
1.5. Цель и задачи исследования 27
1.6. Выводы по главе 1 28
Глава 2. Теоретические исследования работы агрегата с устройствами противоскольжения 30
2.1. Определение конструкционных размеров деталей устройства противоскольжения и его массы 30
2.2. Буксование колесного движителя с устройствами противоскольжения . 40
2.3. Влияние параметров устройства противоскольжения на силу сопротивления движению 2.4 Обоснование конусности, глубины внедрения и количества устройства противоскольжения 43
2.5 Уравнение движения ходовой системы картофелеуборочного агрегата 47
2.6. Выводы по главе 2 58
ГЛАВА 3. Программа и методика экспериментальных исследований 59
3.1.Программа экспериментальных исследований 59
3.2. Объекты и место проведения исследований 60
3.3. Планы проведения экспериментов и уровни варьирования исследуе мых факторов з
3.4. Измерительная аппаратура и точность измерений 66
3.5. Методика проведения и регистрация измеряемых величин 75
3.6. Обработка экспериментальных данных 76
3.7. Оценка погрешностей измерений в опытах 79
3.8. Выводы по главе 3 81
Глава 4. Результаты экспериментальных исследований... 82
4.1. Буксование движителя агрегата 82
4.2. Обоснование сил, действующих на устройство противоскольжения 88
4.3. Определение силы сопротивления движению от устройства противоскольжения 102
4.4. Выводы по главе 4 108
Глава 5. Рекомендации и экономическая оценка эффективности применения устройств противоскольжения 109
5.1. Исходные данные конструкций опытного и базового вариантов
5.2. Сравнительные технико-экономические показатели эффективности конструкций 117
Основные выводы 119
Список использованной литературы
- Модели, определяющие тягово-сцепные свойства картофелеуборочных агрегатов
- Буксование колесного движителя с устройствами противоскольжения
- Измерительная аппаратура и точность измерений
- Определение силы сопротивления движению от устройства противоскольжения
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Картофель - ценная продовольственная сельскохозяйственная культура. В мировом производстве продукции растениеводства он занимает одно из первых мест наряду с рисом, пшеницей и кукурузой. Его используют на продовольственные, технические и кормовые цели.
В осенний период при уборке картофеля почва имеет повышенную влажность, что приводит к снижению производительности картофелеуборочных агрегатов.
При работе на переувлажненных почвах с повышенными нагрузками наблюдается буксование более 30%. Уборка картофеля на переувлажненных почвах требует применения картофелеуборочных агрегатов высокой проходимости, приспособленных для работы в междурядьях.
Существующие съемные устройства противоскольжения не приспособлены для работы в междурядьях, поэтому разработка новых устройств, повышающих эффективность работы картофелеуборочных агрегатов на переувлажненных почвах имеет существенное значение и является своевременной и актуальной.
Степень разработанности темы. Основы теории и расчета мобильных сельскохозяйственных агрегатов и их рабочих органов изложены в трудах академика В.П. Горячкина, дальнейшее развитие они получили в работах С. А. Алферова, М.И. Белова, В.Н. Болтинского, Ю.А. Вантюсова, П.М. Василенко, М.Н. Ерохина, А.П. Иншакова, Г.М. Кутькова, А.Б. Лурье, Я.П. Лобачевского, В.И. Медведева, И.М. Панова, Г. Д. Петрова, В.И. Славкина,
-
А. Сорокина, Ю.А. Судника, М.Б. Угланова, М.М. Фирсова, М.Н. Чаткина,
-
Д. Шеповалова и др.
В основу исследования контакта колеса с почвой значительный вклад внесли М.Г. Беккер, В.П. Горячкин, В.В. Гуськов, Д.И. Золотаревская, А.Х. Зимагулов, А.А. Лопарев, В.И. Кнороз, А.С. Литвинов, Е.А. Чудаков и др.
В настоящее время не изучены способы повышения эффективности работы картофелеуборочных агрегатов на переувлажненных почвах в междурядьях, в связи с этим данный вопрос требует дальнейших теоретических обоснований и новых конструкторских решений.
Исследования проводились в соответствии с планами НИОКР ФГБОУ ВПО РГАЗУ по госбюджетным темам №48 «Усовершенствование технологии машинной уборки картофеля» и №23 «Разработка конкурентоспособных конструкций новых рабочих органов машин для уборки полеглых зерновых культур и картофеля» в соответствии с постановлением Правительства РФ № 446 от 14.06.2007 - «О государственной программе развития сельского хозяйства на 2008-2012 годы, предусматривающей «...Ускоренный переход к использованию новых высокопроизводительных сельскохозяйственных машин и ресурсосберегающей технологии»».
Цель работы - повышение эффективности работы картофелеуборочного агрегата на переувлажненных почвах за счет применения устройства противоскольжения.
Объект исследования - процесс взаимодействия устройства противоскольжения с почвой.
Предмет исследования - колесный движитель картофелеуборочного агрегата, оборудованный устройствами противоскольжения.
Научную новизну работы представляют:
-
математические модели, позволяющие обосновать массу и геометрические параметры устройства противоскольжения;
-
математическая модель, на основании которой получены уравнения движения, передаточные функции и аналитические выражения переходных процессов ходовой системы картофелеуборочного агрегата с устройствами противоскольжения и без них.
Практическая значимость работы. Результаты теоретических исследований послужили основой для разработки конструкции устройства противоскольжения при работе в междурядьях на уборке картофеля. Разработана методика инженерного расчета ходовой системы картофелеуборочного агрегата, которую можно использовать при разработке аналогичных систем для других сельскохозяйственных агрегатов.
Новизна технических решений подтверждена патентами РФ на изобретения №2453445 «Устройство противоскольжения для колеса транспортного средства», №2452160 «Машина для подготовки почвы к комбайновой уборке картофеля» и патентом на полезную модель РФ №106179 «Устройство противоскольжения для колеса транспортного средства».
Разработки по теме диссертации используются в учебном процессе по дисциплинам кафедр «Техническая механика» и «Эксплуатация машинно- тракторного парка» ФГБОУ ВПО «Российский ГАЗУ».
Методы исследования. Теоретические исследования выполнены с использованием методов высшей математики, теоретической механики, сопротивления материалов, аналитической геометрии, дифференциальных уравнений. При проведении и обработки экспериментальных исследований применялись методы планирования и анализа многофакторного эксперимента с использованием статистических компьютерных программ MathCAD, DeltaX 2.0.
Обоснованность и достоверность результатов исследований подтверждаются достаточным объемом экспериментальных исследований с использованием современных средств измерений; достаточной степенью сходимости теоретических и экспериментальных данных; результатами сравнительных испытаний.
Агротехнические, технико-экспериментальные, энергетические и экономические показатели определялись согласно соответствующим стандартам: ГОСТ 11.004-74, ГОСТ 23728-79, ГОСТ 17.4.2.02-83, ГОСТ 8.207-76, ОСТ 70.22-73, ОСТ 70.8.5-74, ОСТ 23.2.455-76.
Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:
-
конструкция и рациональные параметры устройства противоскольжения для работы агрегата в междурядьях на переувлажненных почвах;
-
динамика ходовой системы картофелеуборочного агрегата с устройствами противоскольжения и без них;
-
математические модели буксования, силы сопротивления движению агрегата, оснащенного устройствами противоскольжения;
-
результаты сравнительных экспериментальных исследований картофелеуборочного агрегата с устройством противоскольжения и без них;
-
рекомендации и экономическая эффективность от применения устройства противоскольжения.
Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность результатов подтверждается сравнительными лабораторно-полевыми и хозяйственными испытаниями картофелеуборочного агрегата с устройствами противоскольжения и без них, сходимостью результатов теоретических с экспериментальными исследованиями.
Разработанное устройство, повышающее эффективность работы агрегата на переувлажненных почвах принято к внедрению ООО СХП «Табар», ООО СХП «Алга» при производстве картофеля, Министерством лесного хозяйства Республики Татарстан.
Основные положения диссертации и её результаты доложены и одобрены на итоговой научной конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов Казанского ГАУ (КазГАУ) (2010), на международной научно- практической конференции Российского государственного аграрного заочного университета «Актуальные вопросы развития аграрного образования и науки» (Балашиха, 2010), на Всероссийской научно-практической и международной конференциях «Энергоэффективные и ресурсосберегающие технологии и системы» (Саранск, 2011-2012); на кафедре «Техническая механика» РГАЗУ (Балашиха, 2011-2013); на Всероссийской научной конференции молодых ученых Орловского ГАУ «Особенности технического оснащения современного сельскохозяйственного производства» (Орел, 2012); на международной научно- технической конференции «Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве» (Республика Беларусь, Минск, 2012).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в т. ч. 5 статей в изданиях, рекомендованных ВАК при Минобрнауки РФ. Получены 2 патента на изобретение, 1 патент на полезную модель и 1 свидетельство на программу для ЭВМ. Общий объем опубликованных работ составляет 1,99 п.л., из них автору принадлежат 0,83 п.л.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и основных выводов. Диссертация изложена на 132 страницах машинописного текста, не включая страницы приложений. Список использованной литературы включает 130 наименований, из них 6 на иностранном языке.
Модели, определяющие тягово-сцепные свойства картофелеуборочных агрегатов
Тракторы общего назначения, агрегатируемые с различными сельскохозяйственными машинами используют в растениеводстве для выполнения различных работ (вспашка, сплошная культивация, посев, уборка кормовых и зерновых культур). В зависимости от назначения различают промышленные, сельскохозяйственные, лесопромышленные, лесохозяйственные и мелиоративные тракторы. Сельскохозяйственные, в свою очередь, могут быть общего назначения, универсально-пропашные, специализированные и малогабаритные. Однако, в условиях рыночной экономики, когда образуется большое количество фермерских хозяйств, фермеры не могут покупать отдельно тракторы пропашные и общего назначения, возникает проблема выполнения широкого комплекса работ, не предназначенных для выполнения пахотных работ. Проблема заключается в том, что маломощные тракторы не обеспечивают необходимую касательную силу тяги и не обладают нужными тягово-сцепными свойствами. Картофель выращивают больше половины фермерских хозяйств, тракторы должны быть адаптированы для фермерских хозяйств, в связи с этим возникает проблема применения маломощных тракторов, которые не приспособлены для работы в междурядьях [49].
Колея ходовой части трактора или самоходного шасси должна соответствовать ширине междурядья, а его полевой (дорожный) просвет обеспечивать проход над растениями без их повреждения (рис. 1.1). При прохождении агрегата над растениями стебли их могут пригибаться, не повреждаясь.
Для низкорослых культур (сахарная свекла, овощные) просвет должен составлять не менее 30 см; для средних по росту культур (картофель, неполивной хлопчатник) - до 45 см; для высокорослых культур (кукуруза, подсолнечник, поливной хлопчатник, клещевина) - до 70 см. Рисунок 1.1— Колея ходой части трактора и ботвоуборочной машины БМК-4-75 при уборке картофельной ботвы с одновременным измельчением
Колеса тракторов должны быть достаточно узкими, чтобы проходить по междурядьям, не повреждая растений (рис. 1.2). При сомкнутых междурядьях ходовую часть пропашных тракторов оборудуют специальными бот-воотводителями или обтекателями. Ходовая часть должна создавать незначи-тельное удельное давление (не свыше 0,4 кг/см ), чем предотвращается образование глубокой колеи и повреждение корневой системы культурных растений [61]. На междурядной обработке, кроме универсально-пропашных тракторов и шасси классов 0,6; 0,9; 1,4 и 2,0 т, могут быть также частично использованы тракторы общего назначения.
Колея машинно-тракторных агрегатов, предназначенная для междурядной обработки, должна отвечать условиям работы. Ширину захвата агрегата принимают равной или кратной ширине захвата соответствующих сельскохозяйственных машин. Они должны вписываться в междурядья пропашных культур и проходить над растениями, не повреждая их.
Завод колесных систем «Консима» выпускает комплекты сдвоенных шин и колес, а также широкопрофильные шины низкого давления на почву, применяемые на разборных колесах для работ в междурядьях 45-75 см для зарубежных тракторов John Deere [95], Claas [96], New Holland [97], «Deutz-Fahr» [98], Case [99] и других с мощностью двигателя 200-250 л.с. (рис 1.3).
Для тракторов МТЗ для работы в междурядьях выпускают сдвоенные колеса (рис. 1.4). На тракторах обычно применяют колёса с пневматическими шинами низкого и сверхнизкого давления (например, для тракторов коммунального хозяйства применяют колёса с шинами среднего давления). Тракторные шины для ведущих колёс, как правило, имеют рисунок протектора типа «разрезанная ёлочка», а на ведомых- продольные канавки противоскольжения [34]. (рис. 1.5). Рисунок 1.3 - Сдвоенные шины для работ в узких междурядьях от завода колесных систем «Консима»
В соответствие с этим необходимо выбрать и исследовать направления по повышению эффективности работы картофелеуборочных агрегатов при работе в междурядьях.. 1.2. Пути повышения тягово-сцепных свойств картофелеуборочных агрегатов
В основу теории качения колеса и его контакта с почвой и физики почвы значительный вклад внесли С.А. Алферов [5, 6], М.Г. Беккер [7, 125, 126], В.П. Горячкин [18], Н.А. Качинский [53], И.С. Имамов [48], В.А. Петрушова [94], А.В. Согин [107], Р.Д. Турецкий [112], Д.А. Чудаков [118, 119] и другие.
Исследования, связанные с повышением тягово-сцепных свойств движителей, проходимости машинно-тракторных агрегатов и снижением уплотнения почвы отражены в работах В.Ф. Бабкова [10], В.В. Гуськова [37], A.M. Емельянова [40], А.Х. Зимагулова [45, 46], Д.И. Золотаревской [47], В.В. Кацыгина [54], Лопарева А.А. [66], Ляско М.И. [68], М.М. Махмутова [71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78], В.И. Медведева [79, 80], И.М. Панова [86, 87], СИ. Стригунова [110].
Существующие способы повышения тягово-сцепных свойств колесного движителя можно разделить на три группы: 1) за счет увеличения сцепного веса; 2) за счет увеличения площади контакта шины с почвой; 3) за счет увеличения сцепления колеса с почвой (применения дополнительных устройств противоскольжения).
Увеличение сцепного веса приводит к одновременному повышению глубины колееобразования, сопротивлению сил движению, поэтому увеличение сцепного веса не приемлемо.
Буксование колесного движителя с устройствами противоскольжения
На основании этого система дифференциальных уравнений ходовой системы имеет следующий вид: Мі.2 где Ju J2 - постоянные приведенные моменты инерции на коленчатом валу двигателя и на оси ходовых колес соответственно (кг-м ); со,, со2 - угловые скорости вращения соответствующих валов (рад/с); Мсд1) Мсв2 - моменты сопротивления воздуха (Н-м) на соответствующих валах:
Mc.e.\=D\f Mce2 = D2-a 22, где Dj, D2 - коэффициенты, учитывающие воздушные и другие сопротивле-ния (Н-м-с ); МТ1, МТ2 - моменты сил постоянного трения (Н-м) на соответствующих валах приведения, не зависящие от частот вращения валов; М,(со,) -частичная или внешняя скоростная характеристика двигателя по крутящему моменту на коленчатом валу, которая для данного случая принимается [5]: М,(со,)= А - В-со,, М, 2(cOj, coj момент, возникающий в передаче принимается [5]: М,2(со,, co Aj-Bj-fco/co -i, ; А, А], В, В,, - постоянные коэффициенты; i]2, r/l2, - передаточное число и КПД передачи; F t) - внешняя нагрузка (Н-м), зависящая от времени.
Приведем систему дифференциальных нелинейных уравнений (2.22) относительно со,, со2 к линейному виду. Для этого разлагаем члены системы уравнений (2.22) в ряды и ограничиваемся только линейными элементами приращений Лео,, Лсо2, относительно установившихся значений у,, 5j2:
Подставив (2.23) - (2.26) в (2.22), где вместо моментов взяты их приращения, получим следующую систему линейных уравнений (приложение 3) движения ходовой системы картофелеуборочного агрегата:
Запишем уравнение (2.30) в операторной форме, заменив при начальных нулевых условиях каждый член уравнения соответствующим ему изображением по Лапласу: [a2P2+ a,P+ aJ-Y- P+bJ-X, (2.31) где Хи Y- изображения по Лапласу входной а (рад.) и выходной V(м/с) величин; P=d/dt - оператор дифференцирования.
В соответствии с (2.31) передаточная функция ходовой системы картофелеуборочного агрегата Wn (Р) имеет вид (приложение 4):
Численные значения коэффициентов передаточной функции для комбайна КГЖ-2-01 (МТЗ-80+КПК-2-01) (2.32, 2.33) определялись по экспериментально полученным кривым разгона [106], которые снимались в период уборки картофеля на полях ООО «Апастовская сельхозтехника» Апастовско-го района Республики Татарстан. Характеристика участка определялась согласно ГОСТ 20915-2001 [22], данные заносились в таблицу. Испытания проводились по методике, определенной стандартом ГОСТ 7057-2001 [33] и типовой технологией механизированных работ. Рельеф полей выбирался ровный.
Перед началом и после окончания опытов проводили проверку всех тарировок, установку нулевых линий, параметров, записываемых на магнитограф Н068. Тензоизмерительная аппаратура устанавливалась в кабине трактора.
При получении кривых разгона на первой рабочей передаче возмущение осуществлялось резким нажатием на педаль, управляющую производительностью топливного насоса. За выходную величину при экспериментальных исследованиях вместо Аа 2 нами было принято приращение скорости поступательного движения AV, которое выражали через Лсо2 [5]. AV=Aa)2Rd(l-8l), (2.34) где Rd - динамический радиус (м) ходовых колес трактора; 8t - коэффициент буксования ходовых колес трактора.
После нанесенного возмущения происходило возрастание скорости уборочного агрегата, а спустя некоторое время она достигала установившегося значения.
Время t, скорость движения агрегата Va, частота вращения ходовых колес со2 регистрировались на магнитографе Н068. Скорость поступательного движения выбиралась в диапазоне рабочих скоростей 1,9 - 2,5 м/с.
Экспериментальные кривые разгона ходовой системы картофелеуборочного агрегата и статическая характеристика приведены на рисунках 2.17а, би2.18. tc Tm=Z8c б) Рисунок 2.17 - Переходные процессы ходовой системы (МТЗ-80+КПК-2-01): а) без устройства противоскольжения б) с устройствами противоскольжения; 1 - экспериментальный; 2 - расчетный; 3,4- границы доверительных интервалов при доверительной вероятности 0,95.
Далее проводили расчет коэффициентов передаточной функции по результирующей нормированной кривой разгона, определенной усреднением по множеству отдельных переходных процессов (см. приложение 1, табл. 1). Для этого использовали метод площадей [101] на основании которого передаточная функция звена представляется в виде:
Расчет коэффициентов передаточной функции ходовой системы картофелеуборочного агрегата производим в следующей последовательности [81]: 1. По кривой разгона (рис. 2.17) определяем время запаздывания ходовой системы т=0,2...0,4 с. 2. Разбиваем ось абсцисс (рис. 2.17) на отрезки с интервалом времени zl/=0,2 с из условия того, что функция на интервале At мало отличается от прямой. Результаты заносим в графу 1 табл. 2 (приложение 1). 3. Делим значения AV ъ конце каждого интервала At на конечное установившееся значение AV(oo), данные расчетов заносим во вторую графу табл. 2 (приложение 1). 4. Определяем площади Fp F2, ... Fp по которым находим коэффициенты передаточной функции, для чего:
При выборе передаточной функции ходовой системы принимали, что функция исходной экспериментальной кривой разгона агрегата (рис. 2.17) и ее первая производная при t = 0 равны нулю. Тогда согласно [101] порядок ее числителя должен быть на две единицы меньше порядка знаменателя. Следовательно, с практической точностью можно принять, что передаточную функцию более простого вида:
Измерительная аппаратура и точность измерений
Оценка погрешностей измерений регистрируемых параметров показывает качество проведенных экспериментальных исследований и достоверность полученных материалов. Погрешности измерений опытных данных рассчитывались по методике, основанной на положениях о теории ошибок, согласно которой по характеру проявления погрешности различают систематические и случайные промахи. По численному выражению - абсолютные, выраженные в единицах измеряемой величины и относительные, выраженные в процентах измеряемой величины. Предельная относительная ошибка суммы или разности по теории ошибок определяется наибольшей относительной ошибкой слагаемых. Предельная относительная ошибка произведения, или деления равна сумме относительных ошибок сомножителей или делимого и частного. Согласно теории вероятности вероятностные значения ошибки не превышают 1/3 предельной ошибки.
С учетом вышеизложенного и принимая во внимание результаты тари-ровочных характеристик применяемых приборов, величины погрешностей измерений опытов составляли, при регистрации измерения коэффициента буксования трактора в зависимости от крюковой нагрузки, параметров и количества устройства противоскольжения 4,7%. Результаты тарировки динамометра и твердомера приведены в приложении П.8, П.9.
Влияние исследуемых факторов на величину буксования движителя при уборке картофеля оценивалось после обработки результатов (приложение 7, таблица П. 11) опытов по разработанному алгоритму (табл. 4.1).
Сравнение коэффициентов регрессии при факторах, рассчитанных по плану второго порядка с соответствующим доверительным интервалом, показывает, что наибольшее влияние на буксования 8 оказывает фактор количества устройства противоскольжения, а наименьшее - фактор глубины внедрения устройства противоскольжения в почву. Влияние коэффициента объемного смятия почвы ниже в 1,74 раза от значимого фактора (табл. 4.1), а конусности стойки устройства противоскольжения - 54,2%.
Постановка эксперимента с реализацией центральных композиционных планов второго порядка позволяет также выявить влияние квадратов. Наибольшее влияние на величину буксования 8 оказывает фактор глубины внедрения устройства противоскольжения в почву, а наименьшее - фактор конусности стойки устройства противоскольжения. Влияние количества устройства противоскольжения на ведущих колесах ниже в 5,4 раза от наименее значимого фактора. Остальные значения коэффициентов регрессии имели показатели ниже доверительного интервала и не представляли интереса для исследования.
Что же касается коэффициентов факторов при парных взаимодействиях, то наиболее значимыми среди исследуемых факторов на величину буксования 8 являются факторы конусности стойки устройства противоскольжения с коэффициентом объемного смятия почвы, а наименее значимым - факторы конусности стойки устройства противоскольжения с количеством устройства противоскольжения на ведущих колесах. Почти одинаковое влияние на величину буксования оказывают факторы коэффициента объемного смятия почвы с количеством устройства противоскольжения и конусности стойки устройства противоскольжения с глубиной внедрения устройства противоскольжения в почву и составляют 30,1% от наиболее значимых факторов.
Глубина внедрения устройства противоскольжения в почву hd и Zc В34 -0,54 Влияние парных факторов глубины внедрения устройства в почву с количеством устройства противоскольжения составляет 58,1% от наименее значимых факторов. Остальные значения коэффициентов регрессии, в условиях проведенного эксперимента имели показатели ниже доверительного интервала и не представляют интереса для исследования.
Таким образом, уравнение регрессии, отражающее в закодированном виде влияние значимых факторов на величину буксования 8, будет иметь вид (приложение 2, таблица П. 5): где Хг - конусность стойки устройства противоскольжения; Хз - коэффициент объемного смятия почвы; Х4 - глубина внедрения устройства противоскольжения в почву; Х5- количество устройства противоскольжения.
В результате анализа уравнения регрессии (4.1) получено, что с увеличением конусности стойки устройства противоскольжения буксование снижается по параболической зависимости (рис. 4.1).
При глубине внедрения he = 0,10 м и с увеличением конусности стойки в диапазоне 0,5... 1,0 буксование снижается на 1,5%, а в диапазоне 1,0... 1,5 -на 1% (рис. 4.1).
При конусности стойки устройства противоскольжения С.,=1,0ис увеличением коэффициента объемного смятия почвы в диапазоне 6...8106Н/м3 буксование уменьшается на 3,5%, а в диапазоне 8... 10-10 Н/м - на 1,0% (рис. 4.2).
При количестве устройства противоскольжения Zc= 2 шт. и с увеличением глубины внедрения в диапазоне 0,05...0,10 м буксование снижается на 2,5%о, приО,10...0,15м-наО,5%(рис. 4.3).
Определение силы сопротивления движению от устройства противоскольжения
Влияние исследуемых факторов на величину силы сопротивления движению Pfy от устройства противоскольжения (приложение 7, таблица П. 14) оценивалось после обработки результатов опытов по разработанному алгоритму (табл. 4.9).
Сравнение коэффициентов регрессии при факторах, рассчитанных по плану второго порядка с соответствующим доверительным интервалом, показывает, что наибольшее влияние на силу сопротивления движению от устройства Pfy оказывает фактор глубины внедрения устройства противоскольжения в почву, а наименьшее - диаметр стойки устройства противоскольжения. Влияние конусности стойки устройства противоскольжения составляет 73,8% от наименее значимого фактора (табл. 4.10).
Постановка эксперимента с реализацией центральных композиционных планов второго порядка позволяет также выявить влияние квадратов. Наибольшее влияние на величину силы сопротивления движению Pfy оказывает фактор глубины внедрения устройства противоскольжения в почву, а наименьшее - конусности стойки устройства противоскольжения. Влияние парных факторов коэффициента объемного смятия почвы и диаметра стойки ниже в 5,4 раза от наиболее значимого фактора. Что же касается коэффициентов факторов при парных взаимодействиях, то наиболее значимыми среди исследуемых факторов на величину силы сопротивления движению Pfy являются парные факторы диаметра стойки устройства с конусностью стойки устройства противоскольжения, а наименее значимыми — диаметр стойки устройства с глубиной внедрения устройства противоскольжения в почву.
Одинаковое влияние оказывают парные факторы конусности устройства противоскольжения с коэффициентом объемного смятия почвы и диаметра стойки устройства противоскольжения с коэффициентом объемного смятия почвы и составляют 87,5% от наиболее значимых факторов. Остальные значения коэффициентов регрессии имели показатели ниже доверительного интервала и не представляли интереса для исследования. где Х2 - конусность стойки устройства противоскольжения; Хз - коэффициент объемного смятия почвы; Х4 - глубина внедрения устройства противоскольжения в почву; Х5 - количество устройства противоскольжения.
В результате анализа математической модели (4.4) получено, что с увеличением конусности стойки устройства противоскольжения сила сопротивления движению увеличивается по параболической зависимости.
При диаметре стойки устройства противоскольжения Ds = 0,5 м и с увеличением конусности стойки устройства противоскольжения в диапазоне 0,5... 1,0, сила сопротивления движению устройства противоскольжения увеличивается на 0,08 кН, при 1,0... 1,5 - на 0,3 кН (рис. 4.13).
При конусности устройства противоскольжения Ск =1,0 и с увеличением коэффициента объемного смятия почвы в диапазоне 6...8106 Н/м3 сила сопротивления движению от устройства противоскольжения увеличивается на 0,15 кН, при8...10106Н/м3-наО,1 кН (рис. 4.14).
При коэффициенте объемного смятии почвы Кт = 8-10 Н/м и с увеличением глубины внедрения устройства противоскольжения в почву в диапазоне 0,05...0,15 м сила сопротивления движению от устройства противо 106 скольжения увеличивается на 0,12 кН, при 0,10...0,15 м - на 0,15 кН (рис. 4.15).
Влияние количества устройства противоскольжения на силу сопротивления движению: 1 -К = 6-106 Н/м3; 2 - К = 8-106 Н/м3; 3 - К = 10-106 Н/м3.
Проверка с помощью критерия Фишера (Ft=2,30) гипотезы адекватности модели (4.4) показала пригодность ее использования в качестве прогнозирования процессов буксования движителя, оборудованного устройствами противоскольжения с доверительной вероятностью 95%.
Со снижением буксования повышается сила сопротивления движению. Следовательно, процесс носит экстремальный характер. Для нахождения условного экстремума была проведена оптимизация процесса путем совместного решения уравнений регрессии для определения буксования и силы сопротивления движению от устройства. Для этого была рассмотрена и решена задача оптимизации процесса (приложение 9) с учетом количественного и качественного параметров.
1. Приведены математические модели и дан сравнительный анализ коэффициентов уравнения регрессии второго порядка при исследовании влияния значимых факторов на величину буксования и силы сопротивления движению от устройства противоскольжения. Также получены математические модели по определению сил внедрения и тяги.
2. С увеличением конусности на 0,5 ед. буксование уменьшается на 4%. При увеличении коэффициента объемного смятия почвы на 2-10 H/MJ буксование уменьшается на 1%, а глубины внедрения на 0,05 м - на 1,5%. С увеличением количества устройства противоскольжения на 2 шт. буксование уменьшается на 3-4 %.
3. С увеличением конусности на 0,5 ед. сила сопротивления от устройства противоскольжения в среднем увеличивается на 0,2 кН. С повышением коэффициента объемного смятия почвы на 2-10 H/MJ сила сопротивления движению увеличивается на 0,1 кН. При увеличении глубины внедрения на 0,05 м сила сопротивления от устройства противоскольжения увеличивается на 0,12 кН, а увеличении количества устройства противоскольжения на 2 шт. -на 0,15 кН.
Порядок расчета оптимальных параметров устройства противоскольжения при работе агрегата в междурядьях основан на теоретических и экспериментальных моделях и может выполняться при помощи программы Math Soft MathC AD 13. Рациональные параметры устройства противоскольжения в зависимости от коэффициента объемного смятия почвы приведены в таблице 5.1.
Ожидаемая экономическая эффективность колесных тракторов, агрегатов и сельскохозяйственной техники, движители которых оборудованы устройствами противоскольжения, определялась способом наложения в соответствии ГОСТ 23730-88 «Методы экономической оценки универсальных машин, энергетических средств и технологических комплексов» [23]. В качестве базового варианта использован трактор без устройства противоскольжения, а опытного - с устройствами противоскольжения. Основные показатели работы комбайна и баланс времени работы комбайнов за нормативную смену приведены в приложении 5 (таблицы П.6-П.7).
