Содержание к диссертации
Введение
Условия эксплуатации МТА
1. Влияние условий работы МТА на его эксплуатационные характеристики . 7
2. Условия эксплуатации МТА на базе малогабаритных энергосредств 11
Сравнение технических показателей полноразмерных и малогабаритных МТА 13
1. Анализ технических характеристик малогабаритных энергосредств как энергетической части МТА 13
2. Анализ технических характеристик сельскохозяйственных машин и орудий для малогабаритных энергосредств 21
Методы и средства изучения процесса тягового сопротивления 25
Задачи исследования 33
Вероятностный характер тягового сопротивления машин и его влияние на характеристики МГЭС 37
Вероятностный характер тягового сопротивления рабочих машин 37
Формирование вероятностного характера тягового сопротивления рабочих машин с малым количеством рабочих органов 50
1. Влияние числа рабочих органов на вероятностный характер тягового сопротивления сельскохозяйственной машины 51
2. Влияние расположения рабочих органов на вероятностный характер тягового сопротивления сельскохозяйственной машины 57
Выводы 78
Выбор методики исследования формирования вероятностного характера тягового сопротивления отдельных рабочих органов и машины в целом 79
Выбор объекта испытаний 79
Выбор типа датчиков и схема их размещения. 80
Выводы 91
Аппаратное обеспечение методики исследования формирования вероятностного характера тягового сопротивления , 92
Выбор регистрирующей аппаратуры и промежуточных устройств 92
Обоснование технических характеристик измерительно- информационной системы 93
4.3. Измерительно-информационная система 98
5. Апробация и испытание измерительно-информационной системы 109
5.1. Средства имитации нагрузок на рабочих органах культиватора. 109
5.2. Определение метрологических характеристик измерительно-информационной системы 118
5.3. Экономическая эффективность применения измерительно-информационной системы 126
Общие выводы 129
Список литературы '. 132
Приложения 141
- Влияние условий работы МТА на его эксплуатационные характеристики
- Анализ технических характеристик малогабаритных энергосредств как энергетической части МТА
- Вероятностный характер тягового сопротивления рабочих машин
- Влияние числа рабочих органов на вероятностный характер тягового сопротивления сельскохозяйственной машины
Введение к работе
Современное сельскохозяйственное производство невозможно без высокого уровня механизации технологических процессов. При этом повышение эффективности земледелия, в первую очередь, основано на применении индустриальных технологий, базирующихся на энергосберегающих методах производства. Энергоемкость технологических сельскохозяйственных операций в значительной степени определяется эксплуатационными-свойствами машин и режимами работы машинно-тракторных агрегатов (МТА).
В условиях реальной эксплуатации работа МТА сопровождается непрерывными изменениями внешних воздействий. Начиная с 40-х годов прошлого века, большое внимание уделяется исследованиям влияния характера изменения действующих на трактор нагрузок на его выходные характеристики (тяговую мощность, скорости движения, буксование, расход топлива). Как показали многочисленные исследования, проведенные В.Н. Болтинским [7], Ю.К. Киртбая [41], С.А. Иофиновым [36], Л.Е. Агеевым [1], Г.М. Кутьковым [44] и другими учеными, мощностные и экономические показатели тракторного двигателя при этом снижаются до 20% по сравнению с показателями, полученными в стендовых стационарных условиях.
В связи с этим, уменьшение динамики тягового сопротивления сель-
скохозяйственных машин может существенно улучшить тягово-
динамические показатели трактора и повысить его тяговый к.п.д.
В настоящее время в сельскохозяйственном производстве широкое применение находят малогабаритные энергосредства (МГЭС). Однако, исследования, проводимые с целью улучшения тягово-динамических характеристик МТА, ориентированы в основном на полноразмерные агрегаты. При определенных производственных условиях, МГЭС являются единственным возможным средством механизации технологического процесса. Например, сельскохозяйственные агрегаты на базе МГЭС выполняют работы там, где применение полноразмерной техники затруднительно или невозможно по
5 причине ее больших габаритных размеров или невысокой эффективности применения и т.д. Современные МГЭС по своей универсальности (ряду выполняемых работ, набору машин и орудий) практически не уступают тракторам более высоких тяговых классов. При этом в литературе практически отсутствуют данные по эксплуатационным характеристикам МГЭС. Комплектование МТА на базе МГЭС осуществляется по аналогии с полноразмерными агрегатами: согласование тягового сопротивления сельскохозяйственной машины с тяговыми характеристиками энергосредства осуществляется за счет изменения ширины захвата полноразмерной сельскохозяйственной машины путем сокращения числа рабочих органов или уменьшением ширины захвата одного рабочего органа.
Более глубокий анализ формирования процесса тягового сопротивления сельскохозяйственных машин показал, что невозможно теоретически определить эксплуатационные характеристики МТА на базе МГЭС путем переноса аналогичных характеристик полноразмерных МТА пропорционально ширине захвата агрегата и применять при их определении нормальный закон распределения без учета влияния дополнительных факторов.
Практически все известные методы исследования тягового сопротивления основаны на определении степени и характера влияния одного или нескольких внешних факторов на исследуемый процесс. При этом сельскохозяйственная машина рассматривается как единое целое, хотя в эксплуатационных условиях ее общее тяговое сопротивление формируется из тяговых сопротивлений рабочих органов. Как показывает проведенное в данной работе теоретическое исследование, влияние таких факторов как число рабочих органов и схема их размещения, раскрыто не полностью.
Возрастающая сложность сельскохозяйственных машин, повышение требований к качеству их работы и усложнение условий их эксплуатации привели к необходимости увеличения объема и скорости получения информации при испытаниях. При этом не менее важным требованием, предъявляемым к методам и средствам измерения, является достоверность получае-
мой информации. Перспективным направлением реализации предъявляемых требований, является разработка и применение методов и средств измерения, основанных на использовании современной микропроцессорной техники. Применение таких приборов и информационно-измерительных систем позволяет не только регистрировать информацию, но и производить ее обработку и визуализацию непосредственно при испытаниях.
В связи с выявленной проблемой, в данной работе разработана методика изучения формирования процесса тягового сопротивления отдельных рабочих органов и сельскохозяйственной машины в целом.
В качестве объекта испытаний предложен агрегат в составе трактора МТЗ-82 и культиватора КПС-4Г.
С учетом особенностей проведения исследований по предложенной методике для регистрации исследуемых процессов и обработки полученной информации разработана информационно-измерительная система^ позволяющая одновременно регистрировать до 32 независимых физических величин и существенно снизить затраты времени и труда на обработку полученной информации.
Разработанная в данной работе методика определения вероятностных характеристик тягового сопротивления сельскохозяйственных машин по вероятностным характеристикам их рабочих органов использована для прогнозирования на этапе проектирования энергетических затрат на выполнение технологического процесса для условий реальной эксплуатации ОАО «МО им. Карла Маркса».
Результаты исследований используются в учебном процессе в ВГМХА им. Верещагина в курсах «Эксплуатация машинно-тракторного парка» и «Тракторы и автомобили».
Влияние условий работы МТА на его эксплуатационные характеристики
В теории и на практике под термином машинно-тракторный агрегат принято понимать сочетание сельскохозяйственных машин, передаточного механизма (сцепки) и энергетической части (трактора). Эффективность использования агрегатов оценивается рядом выходных параметров, которые, в свою очередь, формируются под воздействием внешних факторов (условий эксплуатации) [1]. К оценочным показателям, или выходным параметрам, агрегата (рис.1.1) относятся: технико-экономические - производительность, энергоемкость, расход топлива на единицу выработки, удельные затраты труда и денежных средств; энергетические - коэффициент полезного действия трактора и агрегата, тяговая и эффективная мощность, массовый и удельный расход топлива, частота вращения коленчатого вала двигателя, скорость движения агрегата и др.
Входными параметрами (внешними воздействиями) агрегата являются конструктивные, технологические и эксплуатационные факторы, в том числе: сопротивление почвы, профиль поверхности поля и рельеф местности, плотность, влажность и другие физико-механические свойства обрабатываемого материала и условия внешней среды, а также техническое состояние и сопротивление рабочих органов и передаточных механизмов, скорость движения и ширина захвата сельскохозяйственных машин, глубина обработки почвы и заделки семян. Из числа входных параметров особо следует выделить тяговое сопротивление агрегата, момент сопротивления на коленчатом валу двигателя, тяговый момент сопротивления и момент сопротивления на валу от бора мощности.
В эксплуатационных условиях факторы, оказывающие внешнее воз действие на агрегат, имеют непрерывно изменяющийся случайный характер.
Этим обусловлены колебания нагрузочного режима, как по тяговому усилию трактора, так и по крутящему моменту на коленчатом валу двигателя. Впервые влияние случайного характера нагрузок на показатели работы двигателя рассматривалось в трудах академика В.Н. Болтинского. [7;8]. Установлены значительные изменения показателей работы двигателей при периодических колебаниях внешнего момента сопротивления. Свойства тракторного двигателя обычно определяются его характери стиками (скоростной, нагрузочной и др.), для этого используют детермини рованные зависимости, полученные на стендах при искусственно задаваемых ступенях нагрузки. Основными показателями характеристики двигателя являются: а) номинальная частота вращения (число оборотов) пн, определенная технической документацией, и соответствующие ей номинальная эффектив ная мощность двигателя NeH, номинальный крутящий момент двигателя Мен, номинальный расход топлива - часовой GTH И удельный geH; б) аналогично для режима холостого хода двигателя - nx; Nex=0; Мех=0; GTx; В) ДЛЯ реЖИМа МаКСИМаЛЬНОГО МОМеНТа Метах - П(Мтах); Ne(Mmax); GT(Mmax); Se(Mmax)j г) для режима минимально устойчивых оборотов двигателя nmin -Ne(nmin); МЄ(ПтіП); Gx(nmin); ge(nmin). Кроме указанных основных показателей, характеризующих возможности двигателя при различных строго определенных режимах его работы, в эксплуатационных расчетах применяют также показатели, обусловленные режимами работы данного агрегата: а) при рабочем ходе - np, Nep, Мер, GTp, gep; б) при холостом ходе агрегата - nx.a, Nex.a, Мех.а, GTx.a, gex.a-[36].
В связи со случайным характером внешних воздействий нагрузочный режим следует рассматривать как вероятностный. Поэтому для эксплуатационных условий все указанные выше характеристики должны быть установлены как показатели двигателя, возможные к реализации при различном значении степени вариации нагрузки. Таким образом, для анализа тягового сопротивления агрегата и момента сопротивления на валу двигателя применимы вероятностно-статистические оценки (рис. 1.2).
Применение вероятностно-статистических методов оценки нагрузочных режимов МТА рассматривалось в трудах С.А. Иофинова, А.Б. Лурье, Б.Г. Волкова, Л.Е. Агеева и др.[1; 36; 35; 48]. Эти работы показывают, что вероятностный характер внешних воздействий на агрегат в виде случайных функций или случайных последовательностей, проявляющийся в неравномерности нагрузочного режима, существенно отражается на показателях, определяющих уровень машиноиспользования при выполнении технологиче ских операций. При анализе опытных данных, полученных в процессе испытаний пахотных, посевных, культиваторных и уборочных агрегатов [1], было установлено, что эмпирические распределения внешних воздействий (тягового сопротивления агрегата, момента сопротивления на валу двигателя, тягового момента сопротивления, момента сопротивления на валу отбора
В настоящее время сельскохозяйственное производство достигло достаточно высокого уровня механизации процессов. Для крупных хозяйств характерно комплексное использование тракторов, в основном высоких тяговых классов. Теоретические выкладки, изложенные в предыдущем пункте, основаны на исследованиях полноразмерных агрегатов. К настоящему времени МТА на базе малогабаритных энергосредств (МГЭС) прочно внедрились в сельскохозяйственное производство в нашей стране и, особенно, за рубежом и степень их использования в рабочем процессе продолжает возрастать. Исходя из специфики мелких крестьянских и фермерских хозяйств, малогабаритная техника выполняет практически весь спектр механизированных работ. Одним из основных потребительских свойств МГЭС является высокий уровень универсальности, то есть возможность эксплуатироваться с различными сельскохозяйственными машинами и стационарным оборудованием.
Анализ технических характеристик малогабаритных энергосредств как энергетической части МТА
Основные отличительные особенности полноразмерных и малогабаритных энергосредств можно отметить уже при рассмотрении их классификационных признаков по соответствующим стандартам. Существующие классификации энергосредств основаны на двух признаках силе тяги на крюке и тяговой (крюковой мощности). В Российской Федерации действует стандарт ГОСТ 27021-86 [22]. В качестве международных действует система стандартов, например ИСО 730/1-77 ИСО 730/2-79, ИСО 730/3-82 и др.
ГОСТ 27021-86 «Тракторы сельскохозяйственные и лесохозяйствен-ные. Тяговые классы» включает в себя десять тяговых классов и распро страняется на сельскохозяйственные и лесохозяйственные тракторы. Каждому тяговому классу соответствует определенный диапазон номинальных тяговых усилий тракторов (таблица 1.1).
ГОСТ 27155-86 «Тракторы сельскохозяйственные и лесохозяйственные. Термины и определения видов» все малогабаритные энергосредства обозначает одним термином - малогабаритный трактор - и определяет его как сельскохозяйственный трактор для выполнения работ в растениеводстве на мелкоконтурных участках, делянках, террасах и в коммунальном хозяйстве. ]. ГОСТ 27021-86 «Тракторы сельскохозяйственные и лесохозяйственные. Тяговые классы» не определяет тягового класса для малогабарит ных энергосредств, но традиционно для них отводится тяговый класс 0,2 с диапазоном номинальных тяговых усилий от 1,8 до 5,4 кН, хотя могут быть созданы конструкции, соответствующие признакам термина «малогабаритный трактор» и развивающие тяговые усилия выше указанного диапазона. Исходя из классификационных признаков, малогабаритная техника отличается от полноразмерной уже тем, что размер тягового диапазона, установленный для класса 0,2 кН существенно шире, чем у других тяговых классов. Отношение верхней границы диапазона номинальных тяговых усилий к нижней равно 3 для класса 0,2 кН, тогда как для остальных оно находится в пределах 1,2...1,5. Это объясняется тем, что данный тяговый класс охватывает большое количество разнообразной малогабаритной техники, поэтому требуется наличие дополнительных классификационных признаков.
Для конкретизации термина «малогабаритный трактор» в 1992 году впервые введен ГОСТ 28523-90 «Мобильные средства малой механизации сельскохозяйственных работ. Тракторы малогабаритные. Типы и основные параметры» [24], который подразделяет малогабаритные тракторы (МГТ, мг-трактор) по количеству осей на два типа - одноосные (мотоблоки) и двухосные. Основные параметры мг-тракторов по ГОСТ 28523-90 приведены в таблице 1.2. Стандарт ИСО 3339/0-86 в отличие от ГОСТ 28523-90 дает более широкие возможности для описания объектов и разделяет малогабаритные энергосредства на три типа: малогабаритные тракторы, мотоблоки (пешеходные тракторы) и мотокультиваторы, причем мотоблоки подразделяются на гусеничные, двухколесные и одноколесные.
Анализ технических характеристик предлагаемых промышленностью малогабаритных энергосредств [приложение 1, приложение 2] говорит о том, что существующие классификации энергосредств не учитывают в полной мере развитие малогабаритных энергосредств. При создании принципиально новых моделей мотоблоков и малогабаритных тракторов им не находится места в классификациях. Стандарт ГОСТ28523-90 регламентирует показатели только колесных энергосредств, хотя в настоящее время присутствуют конструкции гусеничных малогабаритных тракторов. Это можно объяснить тем, что малогабаритные энергосредства получили интенсивное развитие в последние десятилетия. Появляются новые типы энергосредств, и те классификационные признаки, которые имели существенное значение для тракторов больших тяговых классов, чаще всего непригодны для описания свойств малогабаритных энергосредств. [73]
Для механизации различных сельскохозяйственных работ в личных подсобных хозяйствах, приусадебных участках и выполнения малых объемов работ в крупных сельскохозяйственных предприятиях предназначены мотоблоки и мотоорудия - малогабаритные энергосредства, способные выполнять функции тракторов, источником энергии которых являются двигатели внутреннего сгорания или электродвигатель. «Мотоблок» — многофункциональный одноосный малогабаритный трактор, оснащенный двигателем внутреннего сгорания, и имеющий возможность эксплуатироваться с различными навесными и прицепными агрегатами в т. ч. с приводом от вала отбора мощности (ВОМ).
«Мотокультиватор» — одноцелевая самоходная машина для рыхления почвы и уничтожения сорняков с помощью устанавливаемого на его полуосях ходовых колес ротационного органа, приводимого в движение от двигателя внутреннего сгорания или электродвигателя.
«Моторыхлитель» - облегченный мотокультиватор для рыхления почвы в междурядьях и окучивания пропашных культур.
«Мотофреза» - ротационная почвообрабатывающая машина, выполняющая поверхностную и основную обработку почвы (глубиной до 16 см.). Эта группа мотоорудий относится к специализированным средствам малой механизации и предназначена для обработки почвы путем ее измельчения ротационными почвообрабатывающими органами (фрезерные барабаны или фрезы).[73, 5].
Малогабаритные тракторы предназначены для механизации сельскохозяйственных работ на мелкоконтурных участках, неудобьях, стесненных помещениях, если в них по санитарным нормам допускается работа машин с двигателями внутреннего сгорания. В зависимости от мощности двигателя, массы, габаритов, возможностей агрегатирования мг-тракторы могут использоваться в хозяйствах площадью от долей до нескольких гектаров как основные, то есть выполняющие весь комплекс механизированных работ, а в крупных хозяйствах - как вспомогательные. Кроме того, мг-тракторы находят широкое применение для обслуживания животноводческих ферм и механизации прифермских севооборотов.
Вероятностный характер тягового сопротивления рабочих машин
Тяговое сопротивление рабочих сельскохозяйственных машин зависит от множества различных факторов: почвенно-климатических, конструктивных и эксплуатационных. Большинство этих факторов носит непрерывно изменяющийся случайный характер. Соответственно и тяговое сопротивление сельскохозяйственной машины будет иметь вероятностный характер изменения. Внешние возмущающие воздействия на МТА характеризуются частотой (периодом) и амплитудой колебаний [44]. В связи с различной скоростью изменения воздействия этих факторов будет различна и их степень влияния на вероятностную составляющую тягового сопротивления агрегата. На некотором промежутке времени постоянными можно считать климатические факторы. Хотя атмосферное давление и температура окружающей среды и оказывают влияние на работу двигателя энергосредства, но скорость их изменения достаточно мала в сравнении с другими эксплуатационными условиями. Например, такие параметры как влажность почвы, уклоны обрабатываемого участка поля и другие могут изменятся уже на протяжении гона [73]. Поэтому их необходимо учитывать при исследованиях МТА и их эксплуатации. Более сильное влияние, в связи с высокой динамичностью, на характер изменения тягового сопротивления агрегата оказывают факторы, которые непосредственно формируют тяговое сопротивление рабочих органов. Это плотность и твердость почвы, ее структура, микропрофиль поверхности ПОЛЯ, ширина захвата машины или орудия, глубина хода рабочих органов и др. Колебания внешней нагрузки МТА условно делятся на макроколебания (0 f 0,2 Гц), мезоколебания (0,2 f 3,0 Гц) и микроколебания (г 3...5Гц).[1]
Применение вероятностно-статистических методов оценки дает возможность найти законы распределения, наиболее вероятные значения, пре делы изменения и частотные спектры тягового сопротивления машин и орудий. Для характеристики процесса имеющего вероятностную составляющую оценочными показателями являются математическое ожидание, дисперсия, среднеквадратическое отклонение и коэффициент вариации, функция распределения вероятностей и плотность распределения вероятностей случайной величины. Более полное описание процессов возможно получить, представив их в виде случайных функций-зависимостей какого-либо параметра, имеющего случайный характер (функции), от времени или текущего значения координаты, имеющих неслучайный характер (аргумента). Случайные функции так же могут быть оценены их математическим ожиданием и дисперсией, корреляционной функцией и спектральной плотностью случайной функции.[73]. Это позволяет изучить процессы, как в отдельности, так и их взаимосвязь в динамике.
В результате анализа опытных данных исследований пахотных, посевных, культиваторных, уборочных и др. агрегатов установлено что процесс . изменения их тягового сопротивления соответствует нормальному закону распределения с вероятностью согласия Р(х ) от 0,2 до 0,85.[1, 71, 33].
Воздействие определенных факторов на характер изменения тягового сопротивления сельскохозяйственных машин подтверждается результатами многочисленных исследований [71, 79, 28, 48, 15, 93, 14, 45, 46, 65].
С увеличением рабочей скорости агрегата заметно возрастает удельное тяговое сопротивление. Это обусловлено свойствами обрабатываемой среды и конструктивными параметрами самого агрегата. Одновременно при увеличении скорости происходит и изменение амплитуды и частоты колебаний тягового сопротивления относительно математического ожидания. Например, исследованиями пахотного агрегата в составе трактора Э-151 и плуга П-5-35МГА установлено, что при рабочей скорости равной 4,78 км/ч коэффициент вариации тягового сопротивления составил 8,7%, а при увеличении скорости до 8,04 км/ч он равнялся 13,8% [93]. Подобный характер изменения наблюдается и при исследованиях агрегатов других типов. Наибольший диа пазон колебаний сопротивления наблюдается у пахотных агрегатов. На культивации, лущении и бороновании пределы изменения орудий примерно одинаковы [71]. Для МТА в составе ДТ-75А и плуга П-5-35 среднеквадратиче-ское отклонение тягового сопротивления составило 3,5 кН при среднем значении Рср=27,8 кН, а для культиваторного агрегата среднеквадратическое отклонение составило 1,58 кН при Рср=7,6 кН. Следует так же отметить, что наряду со случайным характером изменения таких факторов как свойства почвы и микрорельеф поверхности поля, подвержены изменению в эксплуатационных условиях и первоначально фиксированные значения - глубина обработки, ширина захвата машины или орудия, сцепной вес тягового средства и вес рабочей машины.
От изменчивости характера тягового сопротивления машин существенно зависят показатели работы двигателя энергосредства: развиваемая мощность, удельный расход топлива, показатели надежности. Вопрос влияния колебаний нагрузки на параметры работы машинно-тракторных агрегатов и энергосредств подробно изучался многими известными учеными, начиная с В.Н. Болтинского и изложены в работах [1, 7, 9, 37, 2, 30]. Этими исследованиями установлено, что характеристики работы МТА, определенные с учетом вероятностной составляющей тягового сопротивления, не соответствуют характеристикам того же агрегата, определенным при статическом характере нагрузки. Изменяются не только абсолютные значения параметров, но и положение их оптимумов, что заставляет назначать режимы работы МТА, отличающиеся от режимов, рассчитанных классическими методами без учета вероятностного характера нагрузки.
Вероятностный характер тягового сопротивления машин является определяющим при расчетах таких эксплуатационных характеристик энергосредств как степень использования тяговой мощности, силы тяги на крюке, эксплуатационной массы, скорости и насыщенности ряда передач и др. [30, 74].
Комплектование МТА на базе малогабаритных энергосредств осуществляется сельскохозяйственными машинами, имеющими меньшую ширину захвата. Это выполняется за счет сокращения числа рабочих органов стандартной широкозахватной машины. Вследствие этого уменьшается и количество факторов воздействующих на характеристики МТА. При проектировании малогабаритных энергосредств необходимо учитывать тяговое сопротивление сельскохозяйственных машин, которые предполагается с ними аг регатировать. То есть необходимо определить среднее значение тягового coat- противления (постоянная составляющая) и учесть характер и амплитуду его колебаний (вероятностная составляющая).
Влияние числа рабочих органов на вероятностный характер тягового сопротивления сельскохозяйственной машины
Анализ результатов исследования условий работы машинно-тракторных агрегатов подтвердил, что вероятностный характер тягового сопротивления сельскохозяйственных машин определяется рядом факторов. Снижение динамичности этого процесса позволило бы добиться"определен-ных улучшений технико-экономических показателей работы МТА. Это возможно после проведения более глубокого детального анализа параметров формирующих тяговое сопротивление агрегата, а именно его вероятностную составляющую. О влиянии почвенно-климатических условий на характер изменения тягового сопротивления к настоящему времени в научной литературе опубликован достаточно большой объем информации. Эти факторы оказывают влияние на протекание технологического процесса и определяют режимы работы МТА, но в эксплуатационных условиях изменить их параметры с целью оптимизации процесса невозможно. По этому признаку их можно объединить в одну группу «естественных» факторов, независящих от типа агрегата и его режимов работы, но которые необходимо учитывать. Факторы, Которые можно отнести к другой группе — «конструктивные», так же принимают непосредственное участие в формировании колебаний тягового сопротивления, как было указано в пункте 2.1, изучены недостаточно. В отличие от факторов первой группы, они могут быть изменены с целью уменьшения их отрицательного влияния.
Исследованиями установлено, что на характер тягового сопротивления малогабаритных сельскохозяйственных машин, так же как и широкозахватных существенное влияние оказывают число рабочих органов, скорость движения и тип агрегата. Выявлена невозможность получить, пропорционально ширине захвата, вероятностные характеристики малогабаритных машин, исходя из соответствующих характеристик широкозахватных машин.
Снижение стабильности процесса тягового сопротивления сельскохозяйственной машины вследствие сокращения числа рабочих органов обусловлено изменением количества факторов, воздействующих на нее. Можно предположить, что между характеристиками тяговых сопротивлений отдельных рабочих органов в составе сельскохозяйственной машины присутствуют определенные взаимосвязи, которые влияют на характер вероятностной составляющей тягового сопротивления всей машины в целом. Учитывая наличие и степень этих взаимосвязей между отдельными рабочими органами, можно по вероятностным характеристикам их тягового сопротивления, определить характер вероятностной составляющей общего тягового сопротивления машины. Методика, позволяющая провести такие расчеты, предложена в работе [90].
В качестве примера для расчета предложена сельскохозяйственная почвообрабатывающая машина, которая состоит из трех рабочих органов (три культиваторные лапы), расположенные на одной линии. Линия их расположения перпендикулярна направлению движения агрегата. Находясь под воздействием выше указанных факторов, каждый рабочий орган создает тяговое сопротивление.
Поскольку тяговое сопротивление имеет случайный (в вероятностном смысле) характер, то обозначим их для каждого рабочего органа как случайные функции X(t); Y(t) и Z(t). Аргументом для них является неслучайная величина (t), например, координата, отложенная вдоль направления движения. При значениях аргумента, равных t, t2, ... tn случайные функции принимают соответствующие значения х)} х2, ...xn; yj, у2, ...yn; Zi, z2, ...zn. Обозначим эти последовательности значений как X, Y и Z.
Равносильно можно утверждать, что среднее значение тягового сопротивления всей машины равно сумме средних значений тяговых сопротивлений ее рабочих органов.
Переменная составляющая характеризуется законом распределения и дисперсией, средним квадратическим отклонением и коэффициентом вариации тягового сопротивления. В большинстве случаев для описания функции распределения тягового сопротивления агрегатов исследователи применяли нормальный закон распределения.
Решая полученное выражение (2.11), рассмотрим влияние взаимосвязи случайных функций тяговых сопротивлений отдельных рабочих органов на динамику тягового сопротивления всей машины. Ниже приведены три варианта решения при различном характере взаимосвязи и дополнительных условиях:
а) допустим, что тяговые сопротивления отдельных рабочих органов являются независимыми случайными функциями при этом рабочие органы идентичны друг другу, а почва не меняет своих свойств на пути перемещения агрегата, то есть изотропна по своим свойствам. Исходя из последних двух допущений, математические ожидания и дисперсии этих функций будут равны. Таким образом, в принятых условиях дисперсия суммы тяговых сопротивлений равна сумме дисперсий тяговых сопротивлений рабочих органов в отдельности.
Выражения, полученные в вариантах (а) и (Ь), неприемлемы для практических расчетов, так как свойства почвы могут меняться уже на коротком промежутке пути движения агрегата, то есть предложенные условия не вы 55 полняются. Известно, что на вероятностный характер тягового сопротивления агрегата оказывает непосредственное влияние микрорельеф поверхности поля, а плотность почвы меняется уже в пределах, соизмеримых с размерами сельскохозяйственной машины. При этом все исследования тягового сопротивления МТА выявляют наличие периодической составляющей в этом процессе, период которой выраженный в единицах линейного перемещения соизмерим с расстоянием между рядами рабочих органов в агрегате и шириной захвата этого сельхоз орудия. Наличие периодической составляющей при количестве рабочих более одного, позволяет предположить существование взаимосвязи между отдельными рабочими органами в составе сельскохозяйственной машины;
с) в третьем варианте предположим существование корреляционной связи между случайными функциями тяговых сопротивлений рабочих органов, которая определяется коэффициентом корреляции гху. Коэффициент корреляции приближенно равен отношению числа сечений, в которых пары текущих значений сечений xs и yi случайных функций X и Y связаны функцио -нально, к общему числу сечений. Учитывая эти условия, математическое ожидание произведения двух случайных функций можно представить в следующем виде.
