Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследований 10
1.1. Анализ состояния механизации уборки грубых кормов 10
1.2. Анализ работ по теоретическому исследованию процесса копирования рабочими органами кормоуборочных машин . 22
1.3. Механизмы подвески кормоуборочных машин 33
1.3.1. Анализ работы механизмов подвески
подбирающего устройства пресс-подборщиков 40
1.4. Цель и задачи исследований 44
2. Теоретические предпосылки к оптимизации параметров механизма подвески подбирающего устройства пресс-подборщика 46
2.1. Теоретические основы определения параметров механизма подвески и предпосылки к его оптимизации 46
2.2. Теоретические исследования параметров механизма подвески подбирающего устройства пресс-подборщика 55
2.2.1. Выбор параметров оптимизации 64
2.3. Теоретические основы определения минимальной нагрузки копирующего элемента на поверхность поля 68
2.4. Выводы 75
3. Программа и методика экспериментальных исследований 76
3.1. Программа экспериментальных исследований 76
3.2. Устройство лабораторной экспериментальной установки . 77
3.2.1. Методика лабораторных исследований 83
3.2.2. Методика тарировки оптических компьютерных датчиков 86
3.3. Методика планирования лабораторных исследований 89
3.4. Методика обработки данных, полученных в ходе лабораторных исследований 93
3.5. Методика определения параметров и характеристик механизмов подвески 96
3.5.1. Методика определения центра тяжести подбирающего устройства 98
3.5.2. Методика определения приведенной результирующей нагрузки в лабораторных условиях 100
3.5.3. Методика определения жесткости пружины 102
3.6. Методика проведения лабораторно-полевых исследований 103
3.6.1. Методика определения статистических характеристик возмущающих факторов 103
3.6.2. Методика планирования полевых исследований на лабораторно-полевой установке 104
3.6.2.1. Методика обработки экспериментальных данных полученных в ходе полевых исследований 105
3.6.3. Методика проведения полевых исследований 107
4. Результаты экспериментальных исследований 112
4.1. Результаты обработки экспериментальных данных исследования механизма подвески лабораторной установки 112
4.2. Результаты определения оптимальных параметров подвески подбирающего устройства пресс-подборщика 121
4.3. Результаты исследования нагрузки механизма подвески подбирающего устройства на поверхность почвы копирующим элементом в лабораторных условиях 128
4.4. Результаты лабораторно-полевых исследований и обработки экспериментальных данных 133
4.4.1. Анализ результатов эксплуатационной проверки рулонных пресс-подборщиков с базовым
механизмом подвески подбирающего устройства и оптимизированным 140
5. Экономическая эффективность использования рулонного пресс-подборщика с оптимизированным механизмом подвески подбирающего устройства ... 142
Основные выводы и рекомендации 147
Список литературы 149
Приложения 161
- Анализ работ по теоретическому исследованию процесса копирования рабочими органами кормоуборочных машин
- Теоретические основы определения параметров механизма подвески и предпосылки к его оптимизации
- Устройство лабораторной экспериментальной установки
- Результаты обработки экспериментальных данных исследования механизма подвески лабораторной установки
Введение к работе
Заготовка высококачественных кормов - главное условие развития продуктивного животноводства. Для его выполнения необходимо внедрение в сельскохозяйственное производство новейших кормозаготовительных технологий и комплексов машин для их осуществления. Только в этом случае хозяйства смогут встать на путь ускоренного развития животноводства как одного из основных направлений реализации приоритетного национального проекта «Развитие АПК» [1].
Быстрейшее развитие животноводства, являющееся в настоящее время неотложной задачей подъема сельского хозяйства, требует в первую очередь укрепления кормовой базы. Немалое значение в этом деле имеют грубые корма.
Заготовка высококачественных грубых стебельчатых кормов возможна
лишь при комплексной механизации технологических процессов, осуществляе
мой в соответствии с природно-климатическими и хозяйственными условиями
[2]. '
Кормопроизводство и животноводство являются ведущими отраслями сельского хозяйства Северо-Западной зоны России. Развитие животноводства и повышение его продуктивности не возможно без создания прочной кормовой базы, поэтому животноводство должно быть обеспечено высококачественными кормами в достаточном количестве.
Однако производство кормов за последние годы снизилось вследствие, во-первых, уменьшения посевных площадей кормовых культур и, во-вторых, падения урожайности, при этом качество кормов остается низким. В этих условиях произошло резкое падение эффективности использования кормов [3,4].
Сено, как один из основных видов грубого корма включен в обязательный рацион крупного рогатого скота, согласно установленным зоотехническим требованиям. Следует особо подчеркнуть, что для животных в сене, как ни в каком другом виде фуража, питательные, биологически активные вещества, минеральные соли находятся в особо благоприятном соотношении [5].
Увеличение объемов и повышение качества кормов в настоящее время имеет решающее значение для интенсификации животноводства. В кормовом балансе животноводства России около 60% приходится на объемистые корма (сено, сенаж, силос, зеленые корма), которые служат основой рациона жвачных.
Исследования и многолетний опыт хозяйств показывают, что количество и качество заготавливаемых грубых кормов зависит, прежде всего, от применяемых технологий и машин для заготовки, хранения, четкости выполнения предусмотренных технологических параметров и режимов осуществления производственных операций [6,7].
Проводимые исследования направлены на повышение эффективности работы кормоуборочной машины, а именно рулонного пресс-подборщика, путем оптимизации параметров механизма подвески подбирающего устройства.
Объект исследований. Рулонный пресс-подборщик с механизмом подвески подбирающего устройства и технологический процесс подбора грубого корма из валка.
Предмет исследований. Влияние параметров механизма подвески подбирающего устройства на эффективность работы при движении по неровностям поверхности поля.
Методика исследований. Частные методики теоретического исследования параметров механизма подвески и их влияния на качество работы с.-х. машины базировались на теории анализа и синтеза пружинных механизмов. Разработанная методика исследования процесса копирования рельефа поверхности применялась на лабораторной экспериментальной и лабораторно-полевой установках с применением оптических компьютерных мышей в качестве датчиков, регистрирующих факторы, влияющие на этот процесс. Для проведения лабораторно-полевых исследований и обработки данных применялись метод математического планирования многофакторного эксперимента, однофакторный дисперсионный анализ. Лабораторно-полевая оценка агротехнических показателей проводилась по государственным и отраслевым стандартам испытаний сельскохозяйственной техники. Для определения экономической эффективности получен-
7 ных результатов применены стандартные методики экономической оценки технологических и технических оценок.
Обработка экспериментальных данных проведена на персональном компьютере с использованием прикладных статистических программ.
Диссертационная работа выполнена на кафедре «Сельскохозяйственные машины им. М.Н. Летошнева» ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет (СПбГАУ)» по научно-исследовательской тематике 7.8.5 «Создание и освоение прогрессивных технологий и технических средств для производства и переработки сельскохозяйственной продукции».
Реализация результатов диссертационной работы представлена в виде двух рулонных пресс-подборщиков ПРП-1,6 с оптимизированными механизмами подвески подбирающего устройства, которые прошли эксплуатационную проверку в полевых условиях в ООО «Подгороднее» и 000 «Сельское» Тверской области. По результатам получены акты о проведенной проверке научно-исследовательской работы и справки об использовании результатов научно-исследовательских разработок.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем. Разработаны лабораторная экспериментальная установка для исследования процесса копирования рельефа поверхности, а также методики проведения лабораторных исследований и обработки полученных результатов. Разработаны методики по применению оптических компьютерных мышей в качестве датчиков, регистрирующих параметры системы копирования рельефа поверхности. На основе исследований предложены математические модели механизма подвески и обоснованы рациональные конструкционные параметры механизма подвески подбирающего устройства для рулонного пресс-подборщика ПРП-1,6: основной шарнир подбирающего устройства (точку крепления к раме машины) рекомендуется сместить вертикально вниз на 150 мм; изменить точки крепления разгружающей пружины механизма подвески на раме машины; увеличить рычаг приложения сил пружины до 300 мм; угол, характеризующий текущее положение разгружающей пружины принять равным 91 ±2, угол, характеризую-
8 щий текущее положение двуплечего рычага - 54 ± Г с учетом рабочей зоны хода исполнительного органа (-18... +16,5).
Также необходимо отметить практическую значимость внедрения рулонных пресс-подборщиков с оптимизированным механизмом подвески подбирающего устройства - его применение позволяет повысить эффективность его использования при заготовке грубого корма, уменьшает массовые потери заготавливаемого корма за агрегатом, снижает расход горюче-смазочных материалов в сравнении с использованием заводского аналога.
Научные положения, выносимые на защиту:
результаты теоретического исследования параметров механизма подвески подбирающего устройства рулонного пресс-подборщика;
разработанная лабораторная экспериментальная установка для исследования процесса копирования рельефа поверхности и методика применения в качестве датчиков компьютерных оптических мышей;
индивидуальные методики проведения лабораторных и лабораторно-полевых исследований;
конструкция оптимизированного механизма подвески подбирающего устройства с рациональными конструкционными параметрами;
результаты лабораторно-полевых исследований оптимизированного варианта рулонного пресс-подборщика;
технико-экономические показатели эффективности применения рулонного пресс-подборщика с оптимизированным механизмом подвески подбирающего устройства.
Основные результаты исследований по диссертационной работе доложены, обсуждены и одобрены на: Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых Северо-Западного Федерального округа «Молодые ученые в научном обеспечении сельского хозяйства на современном этапе», посвященной 100-летию СПбГАУ (г. Санкт-Петербург - Пушкин, ноябрь 2003 г.); региональной научно-практической конференции «Агропромышленный комплекс: состояние и перспективы развития», посвященной 100-летию со дня ро-
9 ждения профессора А.К. Ермолаева на секции «Инженерно-техническое обеспечение АПК» (г. Великие Луки, апрель 2005 г.); научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов СПбГАУ, на секции «Сельскохозяйственных машин и переработки продукции растениеводства» (г. Санкт-Петербург - Пушкин, январь 2005-2007 гг.) (доклад в 2006 г. отмечен грамотой); межрегиональной научно-практической конференции «Инновационные технологии и тенденции развития сельскохозяйственного производства» на секции «Инженерно-техническое обеспечение АПК» (г. Великие Луки, апрель 2006 г.).
Основные положения диссертационной работы и результаты исследований изложены в семи опубликованных работах общим объемом 2 п.л., в том числе имеется публикация (0,125 п.л.) в журнале «Сельский механизатор», входящем в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий ВАК.
Выражаю глубокую признательность коллективу кафедры «Сельскохозяйственные машины им. М.Н. Летошнева» СПбГАУ за помощь в проведении лабораторных исследований.
Отдельно хотелось бы отметить и поблагодарить Лапина Василия Анатольевича за оказанную помощь в разработке лабораторной экспериментальной установки, проведении лабораторных исследований, применении новых регистрирующих датчиков в виде компьютерных оптических мышей и оригинального программного обеспечения к ним, разработанного совместно с В.А. Тере-хом.
Считаю своим приятным долгом выразить глубокую признательность и благодарность моему научному руководителю доктору технических наук, профессору кафедры «Сельскохозяйственные машины» Валерию Васильевичу Белову за научное руководство, консультации и ценные советы во время выполнения и написании кандидатской диссертации.
Анализ работ по теоретическому исследованию процесса копирования рабочими органами кормоуборочных машин
В нашей стране началось производство безременных пресс-подборщиков ПР-200 и ПР-1200 и ременного ПРМ-1200. Пресс-подборщик рулонный многоцелевого назначения ПРМ-1200 предназначен для уборки сена, соломы хлебных злаков, тресты и соломки льна в рулонах диаметром до 170 см, шириной 120 см. Новая модель предельно проста и надежна в эксплуатации [26]. Для работы машины необходим трактор типа «Беларусь» или трактора тягового класса 0,9 -1,4 тс (9 -14 кН). В отличие от прежней модели ПРП-1,6 в новом пресс-подборщике: - отсутствует питающий транспортер, - подборщик подает массу прямо в прессовальную камеру, - замена прессующих ремней не требует много времени и может быть выполнена в полевых условиях, - предусмотрена возможность работы, как с боковым, так и с задним расположением подборщика относительно трактора. Отечественные рулонные пресс-подборщики выпускаются в исполнениях, когда формируют рулоны диаметром 1,2 - 1,6 м и массой менее 500 кг. Выпускается также модель крупногабаритного рулонного пресс-подборщика ПР-Ф-750 с камерой постоянного объема, формирующего рулоны диаметром 1,8 м и массой 750 кг [26,27,28]. Преимущественное развитие в России получили пресс-подборщики с пресс-камерой постоянного объема, образованной вальцами. Производство пресс-подборщиков с комбинированной пресс-камерой не получило широкого применения. В отечественных пресс-подборщиках не используется возможность увеличения плотности прессования за счет применения в их конструкциях измельчающего механизма, в результате чего плотность рулонов при прессовании, на-пример, сена не превышает 200, а соломы —140 кг/м .
В конструкциях современных отечественных пресс-подборщиков не предусматривается оснащение системами электронного контроля и управления, что существенно снижает их технический уровень и сдерживает дальнейший рост производительности машин и качества выполнения технологического процесса [21].
Широкое применение рулонных пресс-подборщиков резко сократило затраты труда на заготовку грубого корма, полностью исключает ручной труд, обеспечивает комплексную механизацию всех операций и высокую производительность. Простота и меньшая стоимость по сравнению с пресс-подборщиками для заготовки грубых стебельчатых кормов в крупных прямоугольных тюках обусловили доминирующее положение рулонных пресс-подборщиков на мировом рынке (до 80% продаж) [20].
По сравнению с технологией прессования в прямоугольные тюки рулонная технология обеспечивает повышение производительности в 1,5-2 раза. По данным зарубежных фирм, традиционный рулонный пресс-подборщик способен заменить три, а крупногабаритный — пять пресс-подборщиков для формирования прямоугольных тюков [21].
При сравнении двух сходных по ширине захвата отечественных пресс-подборщиков ПС-1,6 (прессование в прямоугольные тюки) и ПРП-1,6 (прессование в рулоны), производительность машин для подбора стебельчатых кормов из валка в значительной мере определяется мощностью последнего. Так, при увеличении массы валка с 1 до 3 кг на 1 пог. м. эксплуатационная производительность поршневого и рулонного прессов возрастает в 2,5 - 3 раза (рис. 1.1), где производительность принята по данным испытаний или рассчитана с учетом сравнения скоростей движения, эксплуатационных коэффициентов и массы рулонов [29].
При производительности до 10 т/ч сменного времени наиболее эффективным является комплекс машин для заготовки сена в рулонах [10].
Создание устройств для герметичной упаковки рулонов в синтетическую пленку открыло широкие возможности для заготовки в рулонах силосной массы. Причем, если раньше тюкообмоточные машины выпускались определенными фирмами, то в настоящее время многие фирмы, изготавливающие пресс-подборщики, налаживают производство и рулонообматывающих машин (например, фирмы «Krone», «Claas» и др.).
Ведущими зарубежными фирмами создано новое поколение рулонных пресс-подборщиков, в конструкциях которых нашли отражение наиболее прогрессивные технические решения, позволяющие обеспечить высокую надежность работы этих машин и повысить качество заготавливаемых кормов.
Рулонная технология заготовки кормов занимает в мировой практике лидирующее положение. Ведущими зарубежными фирмами создано новое поколение рулонных пресс-подборщиков, обеспечивающих более высокие производительность, плотность прессования и качество заготавливаемых кормов. Наметилась тенденция преимущественного применения пресс-подборщиков с пресс-камерами переменного объема, как обеспечивающими лучшее качество кормов [17,30]. Наиболее существенным новшеством, позволяющим увеличить плотность прессования на 10 - 20%, является использование измельчающего механизма, который может располагаться как перед пресс-камерой, так и внутри ее. Увеличению плотности прессования способствует применение пресс-камер с новыми системами прессования. Большинство новых моделей оснащено устройствами двойного узловязания, обвязки сеткой и комбинации сетки со шпагатом. Практически все фирмы предусматривают возможность оснащения пресс-подборщиков электронными системами контроля и управления, позволяющими оптимизировать технологический процесс и улучшить условия труда оператора [31,32,33,34,35,36]. Для повышения технического уровня отечественных рулонных пресс-подборщиков при создании новых машин возможно использование опыта ведущих зарубежных фирм.
Теоретические основы определения параметров механизма подвески и предпосылки к его оптимизации
Механизм подвески исследуемого рулонного пресс-подборщика представляет собой радиальный механизм подвески (рис. 2.1). Радиальным механизм назван по виду траектории движения точки подвеса рабочего органа. В рассматриваемом механизме подвески точка подвеса движется по радиусу [67].
На серийных рулонных пресс-подборщиках рекомендуется настроить механизм подвески так, чтобы в крайнем нижнем положении была минимальная нагрузка на копирующий элемент, а в крайнем верхнем положении не более 20 кг (200 Н) [34, 62]. Диапазон колебаний механизма подвески подбирающего устройства по высоте был установлен ± 10 см (всего 20 см). В заданном диапазоне механизм подвески должен обеспечивать надежное копирование рельефа поля.
Исследование механизма подвески проводились аналитическими методами [67,68]. Разработанные расчетные зависимости использованы для исследования механизма подвески. На основании выражений определяли характеристики различных вариантов механизмов подвески. По полученным выражениям, которые представляли собой математическую модель механизма, находили рациональные конструкционные параметры механизма подвески подбирающего устройства рулонного пресс-подборщика, удовлетворяющие требованиям качественной работы при выполнении технологической операции по подбору грубых стебельчатых кормов из валка.
Используя операторы динамических систем (дифференциальные уравнения), можно определить рациональные параметры механизма. Получение операторов динамической системы посредством учета реальных параметров механизмов можно при использовании дифференциальных уравнений движения системы, а, используя передаточные коэффициенты и т.д., определение конструкционных параметров затруднено, как и выявление их физической сущности. По операторам динамических систем устанавливают связь между входными и выходными характеристиками данной системы [69,70].
Возмущающие факторы в полевых условиях носят случайный характер, поэтому наиболее удобным путем решения этой задачи является составление математических моделей функционирования механизма подвески подбирающего устройства, которую можно было бы применить для практических расчетов тех или иных интересующих параметров с известной степенью достоверности [71]. При математическом описании моделей производили некоторую идеализацию, что позволяло упростить составление модели. Допущения о равновесных состояниях системы позволяло описать характер возможных движений агрегата, т.е. построить физическую модель агрегата, как динамической системы.
Исходя из реальных условий работы, рассматривали динамическую модель рулонного пресс-подборщика. При работе машины в полевых условиях происходит ее колебание в разных направлениях в разной степени. Исходя из условия, что на качество работы пресс-подборщика влияет положение подбирающего устройства относительно поверхности поля и его колебания в продольно-вертикальной плоскости, примем во внимание колебания, вызывающие изменение данных параметров (рис. 2.2) [72,73,74].
На рис. 2.2 объектом исследования является подбирающее устройство 4 рулонного пресс-подборщика 2, которое, вследствие поддержания заданного технологического параметра, копирует рельеф поверхности поля с помощью копирующего элемента 6.
При движении пресс-подборщика с поступательной рабочей скоростью УРАБ оказывает влияние большое число факторов, основные из них вызваны неровностями поверхности поля Z(t). Из чего можно отметить, что воздействиями, влияющими на динамическую модель пресс-подборщика с механизмом подвески с разгружающей пружиной 3 подбирающего устройства 4, будут:
Возможные движения агрегата в поперечно-вертикальной плоскости Zff(t); боковые перемещения при действии боковых сил, угловые колебания
вокруг продольной оси. Эти колебания оказывают отрицательное воздействие на процесс копирования. Крен возникает при наезде одного из опорных колес, как самой сельскохозяйственной машины, так и трактора на неровности, что вызывает отклонение установленной высоты расположения подбирающего устройства. Но, так как копирующий элемент контролирует процесс копирования только с одной стороны подбирающего устройства (с правой по ходу движения), и практически невозможно контролировать рельеф поверхности по всей ширине захвата рабочего органа (1600 мм), то примем во внимание, что, в конечном итоге, колебания в поперечно-вертикальной плоскости Za{t) отразятся на положении подбирающего устройства (p{i).
Устройство лабораторной экспериментальной установки
Для определения рациональных параметров механизма подвески рабочего органа необходимо исследовать процесс копирования рельефа поля. В связи с этим нами совместно с инженером В.А. Лапиным разработаны экспериментальная лабораторная установка (рис. 3.1, 3.2, 3.3) и методика исследований, позволяющие исследовать некоторые особенности процесса копирования рельефа [94,95].
Задачей проведение экспериментальных лабораторных исследований являлось установление зависимости результирующего тягового сопротивления (нагрузки), действующего на механизм подвески экспериментальной установки от ряда факторов, таких как: - рабочая скорость движения агрегата; - угол между рычагами механизма подвески и рамой; - силы трения сопротивления рабочего органа о копируемую поверхность; - направления движения. Экспериментальная лабораторная установка (рис. 3.1, 3.2, 3.3) состоит из подвижной каретки с приводом 1, на каретку смонтирован параллелограммный четырехзвенный механизм подвески, имеющий две вертикальные стойки 2 и 3, и два рычага 4. Длина рычагов механизма подвески варьируется (0,4 - 0,7 м). Стойки 2 и 3 имеют отверстия, при помощи которых можно изменять начальный угол р (угол между рычагами механизма подвески и горизонталью) (рис. 3.1, 3.2). Каретка движется по направляющей б. В качестве копирующего элемента 5 были использованы копирующий каток и копирующая лыжа, что дало возможность судить о влиянии силы трения сопротивления о поверхность [94]. Перемещение каретки 1 осуществляется при помощи двухскоростного электродвигателя, что позволяет получить две постоянные скорости поступательного движения каретки. Двигатель, через червячный редуктор вращает барабан, на который наматывается трос (на рис. 3.1,3.2 условно не показан). Трос перекинут через блок, установленный на каретке I. Другой конец - снабжен пружиной, которая закреплена на раме и снабжен датчиком усилия (рис. 3.1, 3.4). На регулируемой стойке 2, установленной на подвижной каретке 1, смонтирован датчик, регистрирующий высоту изменения высоты рельефа исследуемой поверхности и, соответственно, угол (f (рис. 3.1, 3.3). Оба датчика подключаются к портативному ПК. Это позволяет регистрировать показания датчиков в режиме реального времени, и получить числовые массивы непосредственно на мониторе компьютера. Дальнейшая обработка полученных результатов и их анализ проводятся при помощи ПК и современных цифровых технологий. Смонтированные на экспериментальной установке датчики (рис. 3.3 и 3.4) позволяют во время движения копирующего элемента регистрировать высоту изменения рельефа исследуемой поверхности; тяговое усилие, действующее на механизм подвески, возникающие во время движения копирующего элемента по неровностям поверхности. На экспериментальной лабораторной установке предложена и опробована идея использования контроллеров в виде компьютерных оптических мышей (Optical Mouse), в качестве датчиков перемещения (сигнал, поступаемый на контроллер (рис. 3.3), преобразует угловое перемещение рычага четырехзвен-ного механизма из-за изменения высоты рельефа поверхности, в кривую, которая полностью копирует рельеф исследуемой поверхности на мониторе ПК) (на рис. 3.5 - кривая 3, на рис. 3.6 - кривая 4). Оригинальное программное обеспечение для опроса компьютерных оптических датчиков и записи, регистрирующих ими сигналов разработано инженерами В.А. Лапиным и В.А. Терехом [96]. Тяговое усилие, возникающее при движении копирующего элемента по неровностям поверхности, регистрируется датчиком тягового усилия (рис. 3.4). Контроллер регистрирует перемещение «экрана», закрепленного на подвижном штоке датчика. Регистрация контроллером этого перемещения, возникающего из-за изменения величины усилия, при компьютерной программной обработке, полученных данных на ПК, позволяет судить о значении тягового сопротивления. Настоящая компьютерная программа производит опрос оптических мышей (их может быть до 32 штук), подключенных к ПК, а также производит оцифровку, запись и выгрузку данных. Причем опрос всех датчиков ведется в режиме реального времени, с достаточно высоким быстродействием. К преимуществам предлагаемого метода относятся следующее: - возможность измерений в режиме реального времени; - получение цифровых массивов непосредственно на ПК; - способность к многократным измерениям; - сравнительно малая стоимость и доступность; - возможность применения, как в лаборатории, так и в полевых условиях (при использовании портативного ПК); - возможность гибкого изменения параметров «регистрирующей аппаратуры»; - возможность передачи, как результатов замеров, так и результатов обработки, в удаленную лабораторию (например, с использованием мобильной или спутниковой связи) [96,97].
Результаты обработки экспериментальных данных исследования механизма подвески лабораторной установки
Согласно разработанной методике проведения исследований на экспериментальной лабораторной установке с механизмом подвески, представленной в п. 3.2, после математических вычислений в среде Microsoft Excel 2002 получили зависимость тягового усилия от перемещения с аппроксимирующей ее кривой, описываемой уравнением регрессии, которая представлена на рис. 4.1. Анализ графиков (рис. 4.1) показывает, что при прохождении копирующим элементом участка подъема рельефа, происходит увеличение тягового сопротивления (участок времени от 1 до 4 сек.), при прохождении участка снижения (5 - 10 сек.) тяговое усилие - снижается. Участок времени от 4 до 5 сек. условно можно считать прямолинейным, так как тяговое усилие выравнивается при прохождении вершины неровности.
По полученным уравнениям регрессии строятся кривые в условных координатах, что позволяет упростить их анализ и сравнить их (рис. 4.2). Для дальнейшего анализа, кривые группируются по различным факторам, рассмотренным в п. 3.2. На рис. 4.2 представлены графики, полученные при движении лабораторной установки при различных начальных углах установки q рычагов механизма подвески с использованием копирующего катка. Аппроксимирующие линии, описываемые уравнениями параболы для каждого исследуемого угла (р, сведены точками экстремума в начало координат, что облегчает работу по анализу полученных результатов.
По рис. 4.2 анализируем интенсивность изменения тягового сопротивления: чем ближе ветви параболы к оси ординат, тем более жесткий режим работы установки с углом (р механизма подвески, то есть, при одинаковом приращении перемещения, нарастание тягового усилия происходит более интенсивно, и процесс является более энергоемким.
Для математического анализа полученных кривых, использовали сравнение условных работ. Графически, работа, затрачиваемая на перемещение механизма подвески лабораторной установки при принятом угле р, отображается как площадь, ограниченная кривой и осью абсцисс [117]. Для вычисления условной работы, уравнение регрессии интегрируется в исследуемом диапазоне с пределами интегрирования от 0 до 500.
Результат вычисления работ, совершенных при перемещении установки, при прямом и обратном ходах, представлен графически на рис. 4.3.
Анализируя рис. 4.3, можно видеть, что работы, совершаемые экспериментальной лабораторной установкой при обратном ходе, превышают значения работ при прямом ходе. С полной уверенностью, можно сделать вывод о том, что при обратном ходе, тяговое сопротивление также является большим, чем при прямом, что подтверждается теоретическими основами [67].
В связи с тем, что проводимые исследования направлены на оптимизацию механизмов подвески устройств с копирующими элементами, исходя из условия, что тяговое усилие в процессе работы машины с копирующим элементом должно быть минимальным, далее более подробно рассмотрим диапазон углов установки механизма подвески при прямом ходе.
Для более детального анализа условные работы при прямом ходе представлены на рис. 4.4. Опираясь на результаты, представленные на рис. 4.4, можно сделать вывод, что оптимальным по величине тягового сопротивления является диапазон изменения угла (р - 17 ф 25". В исследованном диапазоне изменения угла (р тяговое сопротивление стремится к минимальному значению Fn -» min.
Отметим, первое, что указанный диапазон является оптимальным при движении лабораторной установки по неровностям поверхности, то есть при некотором начальном угле установки рычагов механизма подвески необходимо, чтобы во время движения угол между рычагами механизма подвески и горизонталью не «выходил» за рекомендуемый диапазон, именно в этом диапазоне
