Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса 8
1.1 Причины и факторы, влияющие на равномерность подачи обрабатываемого материала8
1.2 Анализ работ по исследованию динамики рабочих органов картофелеуборочных комбайнов 24
1.3 Системы регулирования технологического процесса картофелеуборочных машин 32
2 Определение динамических характеристик основных рабочих органов самоходного картофелеуборочного комбайна 46
2.1 Вывод уравнения движения ходовой части комбайна 46
2.2 Динамическая модель гидромеханической трансмиссии самоходного комбайна в виде энергетической цепи 55
2.3 Определение передаточной функции ходовой части комбайна 59
2.4 Вывод уравнения подкапывающих рабочих органов 66
2.5 Уравнение движения и передаточная функция сепарирующих органов 68
2.6 Анализ устойчивости процесса сепарирования 76
Выводы 77
3 Исследование динамических свойств самоходного картофелеуборочного комбайна оснащенного системой регулирования загрузки 79
3.1 Выбор параметра и структурной схемы регулирования загрузки 79
3.2 Вывод уравнений и передаточных функций звеньев регулятора 84
3.2.1 Уравнение датчика 84
3.2.2 Уравнение движения гидрозолотника 85
3.2.3 Уравнение исполнительного механизма 88
3.3 Система регулирования загрузки и ее передаточные функции 90
3.4 Определение настроечных параметров и исследование системы регулирования загрузки на устойчивость 92
3.4.1 Построение областей устойчивости в плоскости комплексныхпараметров К6 и Т5 методом D - разбиения92
3.4.2 Исследование на устойчивость 94
3,5 Исследование переходных процессов в системе регулирования загрузки самоходного картофелеуборочного комбайна 96
Выводы 102
4 Методика экспериментальных исследований 103
4.1 Общая методика экспериментальных исследований 103
4.2 Методика определения коэффициентов передаточной функции ходовой части 105
4.3 Методика определения коэффициентов передаточной функции сепарирующих рабочих органов 108
4.4 Методика выбора датчика толщины слоя клубненосной массы 110
4.5 Методика сравнительных испытаний самоходного картофелеуборочного комбайна с системой регулирования загрузки 112
4.6 Методика обработки результатов измерений и оценка погрешности опытов 116
5 Результаты экспериментальных исследований и хозяйственных испытаний 119
5.1 Результаты исследований процессов разгона ходовой части и сепарирующих органов 119
5.2 Результаты сравнительных лабораторно-полевых и хозяйственных испытаний комбайнов 121
5.3 Эффективность применения системы регулирования загрузки на самоходном картофелеуборочном комбайне124
Выводы 126
Общие выводы 129
Литература 131
Приложение 146
- Анализ работ по исследованию динамики рабочих органов картофелеуборочных комбайнов
- Вывод уравнения движения ходовой части комбайна
- Уравнение движения гидрозолотника
- Методика сравнительных испытаний самоходного картофелеуборочного комбайна с системой регулирования загрузки
Введение к работе
Прогресс в развитии сельского хозяйства неразрывно связан с рациональным применением передовых технологий выращивания и уборки сельскохозяйственных культур, обеспечением высокого уровня механизации и автоматизации всех технологических операций. Отечественный и зарубежный опыт свидетельствуют о том, что использование прогрессивных технологий возможно только при условии применения сложных самоходных энергонасыщенных сельскохозяйственных машин. Интенсификация сельскохозяйственного производства требует систематического совершенствования и обновления парка машин с оптимальными технологическими, энергетическими и эксплуатационными показателями.
Особого подхода и углубленного анализа требуют самоходные сельскохозяйственные агрегаты. В процессе работы, из-за специфики технологических процессов и изменчивости свойств обрабатываемых сред, они подвергаются систематическим колебаниям нагрузки. Поэтому для обеспечения рациональных энергетических режимов, самоходные машины оснащаются всевозможными системами контроля и автоматического управления. Регулируются: неравномерность подачи обрабатываемого материала, угловые скорости рабочих органов, поступательная скорость машин, интенсивность воздействия рабочих органов на обрабатываемый продукт и другие параметры. Большинство регулирующих устройств, устанавливаемых на уборочных машинах, имеют принципиальные сходства и обладают примерно одинаковыми преимуществами и недостатками. Уровень совершенства систем регулирования имеет важнейшее значение в технологических схемах уборочных машин и во многом определяет производительность машин и качество уборочных работ.
Существующие и вновь создаваемые самоходные картофелеуборочные комбайны, как у нас в стране, так и за рубежом, не отвечают еще современным требованиям. Они не производительны, не приспособлены к работе на всех почвенных разновидностях, не отвечают эксплуатационным требованиям и не надежны в работе. Поэтому разработка и совершенствование картофелеуборочных машин на базе самоходных комбайнов в современных условиях продолжает оставаться важнейшей народнохозяйственной задачей. При этом особо важное значение приобретают исследования, раскрывающие физическую сущность явлений, происходящих в таких сложных динамических системах, как картофелеуборочный комбайн.
Особенно малоизученной операцией в технологическом процессе существующих комбайнов является нерегулируемая подача клубненосной массы на рабочие органы. Естественная изменчивость свойств клубненосной массы во времени, ее влажность, случайное размещение клубней в гнездах растений, колебание скорости комбайна и глубины хода подкапывающих органов, и многие другие факторы свидетельствуют о том, что подача клубненосной массы в комбайн носит случайный характер и подтверждают необходимость регулирования загрузки рабочих органов самоходного картофелеуборочного комбайна. Для этого необходимо функционально связать поступательную скорость комбайна с изменчивостью подачи клубненосной массы.
Предлагаемая работа является продолжением исследований начатых в ВИСХОМе по совершенствованию способов и средств регулирования подачи клубненосной массы на сепарирующие органы картофелеуборочных машин, а также изменений динамики рабочих органов и ходовой части комбайнов в связи с регулированием.
Цель работы. Разработка и исследование средств регулирования загрузки рабочих органов самоходного картофелеуборочного комбайна, обеспечивающих повышение эксплуатационных и качественных показателей работы.
На защиту выносятся следующие основные положения диссертации:
математические модели основных рабочих органов и ходовой части самоходного картофелеуборочного комбайна и методика их динамического расчета;
система регулирования загрузки рабочих органов самоходного картофелеуборочного комбайна, результаты исследований по выбору ее настроечных параметров и исследование ее на устойчивость;
результаты расчета динамических характеристик самоходного картофелеуборочного комбайна оснащенного системой регулирования загрузки;
показатели лабораторно-полевых и хозяйственных испытаний, оценка экономической эффективности результатов исследований и разработок.
Лабораторно-полевые и хозяйственные испытания проводились на полях СХПК «Ключ-Сузгарьевский» Рузаевского района Республики Мордовия и ОПХ «Ялга» Октябрьского района г. Саранска, соответственно, в 2003 и 2004 гг.
На разработанную систему регулирования загрузки картофелеуборочного комбайна в Федеральную службу по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам Российской Федерации нами была подана заявка на полезную модель.
Результаты исследований использованы: ОАО «ВИСХОМ» при разработке самоходных картофелеуборочных комбайнов и расчете его основных рабочих органов и ходовой части, оснащенной гидростатическим приводом и при создании экспериментальных образцов систем регулирования загрузки рабочих органов комбайнов; Государственным унитарным предприятием Республики Мордовия «Центр испытания и внедрения сельскохозяйственной техники и машинных технологий» при совершенствовании методики и проведении испытаний сельскохозяйственной техники; кафедрами мобильных энергетических средств и сельскохозяйственных машин Института механики
и энергетики ГОУВПО «МГУ им. Н,П. Огарева» при подготовке студентов и научных кадров.
В итоге выполненной научно-исследовательской работы была разработана, изготовлена и испытана система регулирования загрузки самоходного картофелеуборочного комбайна, позволившая стабилизировать процесс подачи клубненосной массы, повысить производительность, улучшить качественные и эксплуатационные показатели и сократить сроки уборочных работ. Доказана экономическая эффективность использования системы регулирования загрузки. Методика ее расчета может быть использована при конструировании и модернизации подобных систем для других мобильных сельскохозяйственных уборочных агрегатов.
Научные исследования выполнены в 2001-2006 гг. на кафедре мобильных энергетических средств института механики и энергетики ГОУВПО «Мордовский государственный университет имени Н.П.Огарева» и отделе машин для уборки картофеля, корнеклубнеплодов и овощей ОАО «ВИСХОМ» в рамках проблемы «Программа развития агропромышленного комплекса Республики Мордовия до 2010 года».
Анализ работ по исследованию динамики рабочих органов картофелеуборочных комбайнов
При совершенствовании сельскохозяйственной техники большое значение придается теоретическим исследованиям процессов, протекающих в сложных динамических системах. Поэтому дальнейшее изучение динамических характеристик самоходных уборочных машин остается резервом улучшения их эксплуатационных качеств и является объектом исследований ученых. Общие принципы динамики сельскохозяйственных машин были сформулированы основоположником земледельческой механики академиком В.П, Горячкиным [33]. Академик И.И. Артоболевский, основатель научной школы теории механизмов и машин, назвал динамику машинных агрегатов одной из центральных проблем механики [8]. Дальнейшее развитие исследования об щих вопросов динамики сельскохозяйственных машин получили в работах С.А. Алферова [2, 3, 4, 5, 6], И.И. Артоболевского [9, 10], М.И. Белова [12], Ю.А, Вантюсова [17], П.М, Василенко [18, 19], Л.В. Гячева [38, 39], А.П. Лев-цева [60, 61], А.Б. Лурье [63, 64, 65, 66], А.И. Любимова [66, 67], И.С. Нагор-ского [76, 77, 78], В.П. Рослякова [98, 99, 100], А.И. Тимофеева [130, 131], Б.И. Турбина [132, 133], М.Б. Угланова [134], В.Д. Шеповалова [136, 137, 138, 139], Gechan Мс [147], Grolla D.A. [148], Hude G.M. [149], Kanafojski Gz. [150], И. Попова [152, 153], Rehygler G.E. [155], Siering G. [156], Spilse E. [157] и др. Эти основополагающие работы имеют большое теоретическое и практическое значение для решения современных задач по модернизации и улучшению показателей работы мобильных сельскохозяйственных машинных агрегатов. Общие принципы и методы решения задач, касающиеся непосредственно динамики картофелеуборочных машин изложены в работах Г.С Алферова [2, 116, 118], Иншакова А.П. [119], А.Б. Лурье [64, 65], М.Е. Мацепуро [71], Г.Д. Петрова [86, 87, 91, 92], В.И. Славкина [107, 108], А.А. Сорокина [122, 123], Б.И.Турбина [133,134], В.Д. Шеповалова [136] и др. Одной из первых работ по исследованию закономерностей просеивания почв является работа М.Е. Мацепуро [71]. Автором установлено, что закон просеивания почв по длине пруткового элеватора выражается показательной функцией: О, = , (1.2) где Q„ - масса непросеянной почвы; Q0 - масса почвы, поступающей на элеватор; ад - коэффициент зависящий от типа и состояния почвы; 1С - длина элеватора. В работе [103] при обосновании оптимальной длины элеватора также рассматриваются закономерности просеивания почвы. Автором предлагается выражать просев почвы экспоненциальной зависимостью „ = „ - , (1-3) где gc„, gHn — масса почвы, сходящая с сепаратора и поступающая на него; /J - коэффициент пропорциональности, зависящий от типа, параметров, режимов работы сепараторов, от массы почвы, ее типа, влажности и других технологических свойств.
В исследованиях ВЛО. Кушеля [59] для изучения закономерности сепарации почвы применялись методы гидродинамической аналогии. Таким образом получено уравнение просева почвы при условии, что вся подкопанная масса поступающая на сепарирующие органы является несжимаемой средой с постоянными физико-механическими свойствами и выражается квадратичным полиномом по координате сепарируемой поверхности. А.А. Сорокиным [122] получено дифференциальное уравнение сепарации почвы по длине сепарируемой поверхности в виде = - В, Я, (1.4) где dQ - изменение подачи почвы по длине сепаратора на бесконечно малой длине dl\ Вэ - ширина сепаратора; аиЬ-коэффициенты, определяемые экспериментальным путем. По утверждению автора [122], полученное уравнение достоверно описывает процесс сепарации на любой длине сепаратора. Однако, для определения длины сепарирующей поверхности комбайнов необходимо знать удельную величину сепарации g кг/(м2-с) и ее зависимости от подачи в различных почвен-но-климатических условиях. Наличие же, как показано нами в дальнейшем, нелинейной зависимости между g и Q не приводит к существенному уточнению практических расчетов. Хвостов В.А. [135] при исследовании процесса сепарации на сепарирующих органах предложил зависимость для определения удельной сепарации: - „[!-exp(-Afi)], (1.5) где q — отсев мелких частиц (удельная сепарация); q„p - предельное значение удельной сепарации, #„/=47,5...272,6 кг/(м2-с); -коэффициент пропорциональности, =0,00581 м-с/кг; Q - количество мелких частиц находящихся на сепарирующей поверхности. Числовые значения вышеуказанных величин, входящих в (1.5), определены в результате математической обработки массива экспериментальных данных, полученных А,А. Сорокиным [123]. Г.Д. Петров [87], исследуя процесс сепарации клубненосной массы на сепарирующих органах картофелеуборочных комбайнов, предлагает формулу, в которой учитывается саморазрушение комков 7 = 1-« +( - и)«..(«- -0, (1.6) сск ссп где ц — коэффициент полноты просеивания почвы; а\0 - коэффициент, определяющий способность почвы к просеиванию; оси - коэффициент, показывающий содержание мелкой почвы в исходном продукте; сс\г - коэффициент, характеризующий разрушаемость комков. Определяя коэффициенты, можно более точно приблизить процесс к реальному. Однако определение неизвестных коэффициентов связано с определенными трудностями. По экспериментально снятым разгонным характеристикам, обработанным методом площадей, А.И. Малько [68] определена передаточная функция грохота WS(P) картофелеуборочного комбайна КГП-2 по управляющему воздействию в виде изменения частоты его колебаний.
где W„(P) и WC(P) - передаточные функции прицепного и самоходного картофелеуборочных комбайнов; т - временное запаздывание, г= 0,1...0,5 с; Г33п, Гэ3, Т2П, Т2, Т1п Т}, Кп, Кс- постоянные времени и коэффициенты
усиления звеньев, определяемые экспериментально.
Вывод уравнения движения ходовой части комбайна
Для решения поставленных задач самоходный картофелеуборочный комбайн представим в виде трех последовательно соединенных звеньев (рис. 2.1): ходовой части; подкапывающих органов (лемехов); сепарирующих органов (основных элеваторов). Закономерности преобразования звеньями входных воздействий в выходные величины опишем уравнениями их движения в линейном приближении [107, 116]. Рис. 2.1. Динамические звенья самоходного картофелеуборочного комбайна: Aaeft), AV(t), AQ(t), AH2(t) - отклонения рычага управляющего производительность гидронасоса ГСТ, скорости движения комбайна, подачи и толщины клубненосной массы от установившихся значений; F)Kt) fi(t) fi(t) внешние возмущения 2.1 Вывод уравнения движения ходовой части комбайна Ходовая часть самоходного картофелеуборочного комбайна, как было отмечено выше, представляет собой сложное динамическое звено, на которое действуют различные воздействия, большинство из которых подвержены естественной изменчивости и носят стохастический характер. При изучении динамики ходовой части следует учитывать следующие основные факторы: скоростные характеристики двигателя, тяговые характеристики фрикционных передач, приведенные моменты инерции, силы трения и воздушного сопротивления, а также внешние нагрузки. Пульсациями крутящего момента двигателя, биением передач и упругими колебаниями в приводе можно пренебречь [5, 118].
Для исследования динамики ходовой части самоходного картофелеуборочного комбайна воспользуемся его кинематической схемой [88] на основе которой построим ее динамическую модель (рис. 2.2) [118]. Опишем системой нелинейных дифференциальных уравнений движение основных частей комбайна в соответствии с уравнением Лагранжа-Даламбера [109]: М М м J A + К,з + мп + К (0 = 2.3 Овд); (2.1) В системе (2.1) первое уравнение описывает движение вала двигателя и приводного вала гидронасоса с общим моментом инерции Jt; второе - выходных валов гидромотора и коробки перемены передач ходовой части с моментом инерции J2\ третье - валов ходовых колес с приведенным моментов инерции комбайна Js. Здесь Ji J2, J3 - соответственно постоянные приведенные моменты инерции на коленчатом валу двигателя с валом гидронасоса, выходном валу гидромотора с выходным валом коробки передач, на оси ходовых колес комбайна, кг-м2; &1, б)2, соз - угловые скорости вращения соответствующих валов (рад/с); ЩІ) Fx(t) J S J2C02 J\CQ\ J4CO4 Рис. 2.2. Динамическая модель ходовой части самоходного картофелеуборочного комбайна КСК-4-1: 1 - двигатель с гидронасосом; 2 - гидромотор с коробкой передач ходовой части; 3 - ведущие колеса; 4 - гидронасос выгрузного транспортера; 5 - выгрузной транспортер Мсв}, Мсв2, Мсв3 — моменты сопротивления воздуха на соответствующих валах, Н-м; Мсв1=В}о} Мсв2=В2й} ; Мсв3=В3й 32; В/, В2, В3 - коэффициенты, учитывающие воздушные и другие сопротив-ления, Н-м-с ; МТь Мт2, Мтз - моменты сил постоянного трения на соответствующих валах, Н-м; М}(о),) - изменение крутящего момента по регуляторной характеристике двигателя [6]; Мі(щ) = A - С б),\ Mu(ojh 0)2), М2.з(а 2 о з) - моменты, возникающие в гидростатических и фрикционных передачах [6]: Ми(б),, 6)2) =АГСҐ (a/ojjiu; М13(о)2 й)з) =АТС2 (щ з)і2.з; где А, Аь А2, С, С/, С2 - постоянные коэффициенты, Н-м; Н-м-с/рад; h.2 h.3, UA , їй, І2.і, Ли - соответственно, передаточные числа и КПД по передачам; Fx(t) - внешняя нагрузка, являющаяся функцией времени, Н-м. Принимаем момент Ми, возникающий в приводе выгрузного транспортера, постоянным. Приведем систему дифференциальных нелинейных уравнений (2.1) относительно &1, й)2, &з к линейному виду. Для этого разлагаем составляющие уравнений (2.1) в ряды и ограничиваемся только линейными элементами приращений Аі,Аб)2, Д(о$ относительно установившихся значений 3) и а)2, ъ [118]: где а и & — вещественные постоянные числа, характеризующие, соответственно, амплитуду и частоту колебаний; Найдем далее производные от заданной правой части первого и = enj(U2e 2 - U0) + 7,V віпЦ - ? Ввиду того, что Q мало по сравнению с є2, \ и Q первое слагаемое в левой части уравнения (2.15) опустим. Общее решение соответствующего линейного однородного дифференциального уравнения имеет вид Afi»;=e [C/ SMfl+C2e ] = 5e 7,s sm(0,564/ + 51)f (2.18) где Си Сг. В — коэффициенты; 5{ - начальная фаза. Поэтому общее решение уравнения (2.15) примет следующий вид Л уэ = Be- sin(0,564/ + St) + a (U2o)2 uj + Ufa2 sm{t-S). (2.19) Таким образом, в общем решении неоднородного дифференциального уравнения (2.4) первое слагаемое представляет собой свободное затухающее колебание и при достаточно большом t его влияние на движение системы (2.9) оказывается ничтожным. Для больших t главное значение имеет последнее слагаемое, определяющее вынужденное колебание. Его частота совпадает с частотой вынуждающей силы, его амплитуда пропорциональна амплитуде а этой силы. Аналогично получим общие решения для Дй?і и кщ. Дд , = - JlJi [о,193Де 7 5 sin(0,564f + 5,)-0,8065е"0-"" cos(0,564/ + 8,) GMG32 Следует отметить, что Дйі и Аа 2 имеют туже структуру, ЧТО И Дй з. Таким образом, система (2.9) обладает свойством конвергенции, т.е. система имеет единственное равномерно асимптотически устойчивое решение [40].
Также можно отметить, что первое слагаемое в (2.19)-(2.21) описывает переходный процесс, относительно системы (2.9). В данном случае, как было отмечено выше, он является затухающим колебанием. Затухание происходит без всплесков. Следовательно переходный процесс асимптотически устойчив [40]. Исследование динамики ходовой части самоходного картофелеуборочного комбайна показало, что математическая модель ее описывается дифференциальным уравнением третьего порядка. Для инженерных расчетов с достаточной точностью можно описать ее дифференциальным уравнением второго порядка. Правомерность понижения порядка дифференциального уравнения (2.13) до второго подтверждается также разработанной ниже динамической моделью ходовой части самоходного картофелеуборочного комбайна, представленной ниже в виде энергетической цепи.
Уравнение движения гидрозолотника
При синтезе СРЗ требуется знать области изменения настроечных параметров, внутри которой система остается устойчивой, а также границу и запас устойчивости. В исследуемой системе (3.29) наиболее удобными настроечными параметрами будут Кв — коэффициент усиления рычажной системы исполнительного механизма и Т$ - постоянная времени гидроцилиндра исполнительного механизма. 3.4.1 Построение области устойчивости в плоскости комплексных параметров К6 и Т$ методом D - разбиения Для построения областей устойчивости характеристическое уравнение замкнутой СРЗ (3.29) разрешим относительно коэффициента К6. (Аґ + А2ґ + А3Р + А4Р + і)е _К г КХК2К,КАК5 Т5Р Предположим, условно, что К6 комплексное число и сделаем отображение мнимой оси плоскости корней (плоскости Р) на плоскость К( . Для этого в равенстве (3.31) произведем замену Р - ico, и представим полученное выражение в алгебраической форме K6(ia ) = U(a ) + iV(a ), (3.31) где U(co) и V{co) - соответственно, действительная и мнимая части выражения. Далее, используя пакет программ MATLAB и подставляя в выражение (3;30) значения о от - оо до + оо, получим границу D - разбиения в плоскости К& Нарис. 3.5 показаны кривые 1 и 2 D — разбиения в плоскости комплексного параметра К6 при двух характерных значениях т0: О и 1,4 с. Областью, соответствующей полиномам, имеющим наибольшее число корней слева от мнимой оси, будет область (рис. 3.5), которой принадлежат точки действительной оси удовлетворяющие неравенству 0 Кб 13,375 при Го = 0иО Аб 4,839 при r0 = 1,4 с. Это соответствует максимальному коэффициенту усиления К6 при различных г0 и выбранных значениях постоянных времени АиА2,А А4, Т$. Как видно из рисунка 3.5 с увеличением т0 значения Кб max умеНЬШаЮТСЯ. iV(co) 12 Рис. 3.5. Кривые 1,2 Z)- разбиения плоскости Кв при г0 равном: 0 и 1,4 с Для построения областей устойчивости следующего параметра характеристическое уравнение замкнутой СРЗ (3.29) разрешим относительно постоянной времени Т5 Ъ = к, к2 К3 К4 К 5 К-1 (Л}Р5 + А2Р + А3РЪ + А4Р2 + Р)ё р + К}К2К,КАК5К6Р Предположим, условно, что Т$ комплексное число и отобразим мнимую ось плоскости корней (плоскости Р) на плоскость Т5. Для этого заменим Р на ico в равенстве (3.32) и представим полученное выражение в виде (3.31): Затем, на ЭВМ, применяя программный пакет MATLAB и подставляя в выражение (3.32) значения со от - со до + со, построим границу D - разбиения в плоскости Т5. На рис. 3.6 представлены кривые 1,2 D-разбиения на плоскости комплексного параметра Т5 для г0 равного, соответственно, 0 и 1,4 с.
Из видно, что областью, соответствующей полиномам имеющим наибольшее число корней слева от мнимой оси, будет область которой принадлежат точки действительной оси, удовлетворяющие неравенству Ts 0,261 с при т0 — 0; Т5 0,558 с при щ = 1,4 с. Это соответствует минимальному значению постоянной времени Т5 при различных г0 и выбранных значениях остальных коэффициентов , А2, А А Кв. Следует отметить, что с увеличением То прослеживается тенденция увеличения параметра Г5. 3.4.2 Исследование на устойчивость Устойчивость линейных систем с запаздыванием можно определять пользуясь частотным критерием Найквиста [1, 129]. Для этого разомкнем систему по первому звену (см. рис. 3.2) и составим выражение передаточной функции разомкнутой системы W(P). Оно имеет вид: . Кривые 1,2 D - разбиения плоскости Т$ При т0 равном 0 и 1,4 с или в развернутом виде W(P) = К,К2К3К,К,{К6Т5Р к.У {AXPS + А2РА + А3Р3 + А,Р2 + P)TS (3 Сделаем замену в выражении (3.34) Р на ico и получим выражение амплитудно-фазовой характеристики (АФХ) разомкнутой системы, которое представим в форме суммы действительной и мнимой части W(ia ) = U(a ) + Ща ). (3.35) Воспользовавшись ЭВМ и пакетом программ MATLAB подставим в выражение (3.34) значения со от -да до +оо и построим АФХ разомкнутой системы. На рис. 3.7 представлена АФХ разомкнутой системы, где кривые 1 и 2 построены для двух характерных значений г0. Как видно из рис, 3,7 система устойчива в замкнутом состоянии, так как согласно критерию Наиквиста АФХ разомкнутой системы не охватывает точку с координатами (- 1, /о). Следует отметить, что угол у (рис. 3.7) - определяет запас устойчивости системы по фазе (при т0 = О, у = 1,53 рад; г0 = 1,4 с, у = 0,99 рад), а отрезки lx, /і - запас устойчивости по амплитуде, вида h = 1/1, соответственно равны /( — 0,21; l\ = 0,58. Это подтверждает то, что выбранные параметры К6 и Т5 обеспечивают требуемые запасы устойчивости по амплитуде и фазе [2, 129, 145].
Методика сравнительных испытаний самоходного картофелеуборочного комбайна с системой регулирования загрузки
Для экспериментальной проверки теоретических выводов были проведены сравнительные полевые испытания по оценке качества работы комбайна с СРЗ и без нее. При оценке качества работы сравнивались среднеквадратичные отклонения, дисперсии и коэффициенты вариации толщины слоя клубненосной массы на выходе основных элеваторов при работе комбайна на ручном управлении и работе с СРЗ. На основании этого определялся коэффициент стабилизации загрузки, равный отношению коэффициентов вариации регулируемого параметра при ручном режиме работы комбайна и работе его с системой регулирования загрузки [5, 136].
В связи с этим предусматривалась регистрация на ленту осциллографа следующих процессов: изменение толщины клубненосной массы на выходе основных элеваторов #г(0 (м), изменение крутящего момента MJj) (Н-м) на валу муфты сцепления двигателя СМД-64, скорости поступательного движения комбайна vK(t) (м/с), пути S (м), пройденного комбайном, времени t (с), угла, поворота Х(,{і) (рад) рычага, управляющего производительностью гидронасоса ГСТ.
Крутящий момент на валу муфты сцепления двигателя измерялся с помощью тензорезисторов марки 2ФПК-20-2000 и амальгамно-ртутного токосъемника с индукционным отметчиком оборотов типа ТРАК-4 (рис. 4.7). Установленные на комбайне датчики соединялись через разъемы и кабели с тензоизмерительной аппаратурой. Перед началом и окончанием опытов проводили проверку всех тарировок, установку нулевых линий, записываемых на фотоленту осциллографа Н 004М. Устанавливали полученные расчетным методом параметры настройки СРЗ К(у и Т5. Величину коэффициента усиления К6 определяли с помощью подбора соотношения плеч рычагов и длин тяг в кинематической цепи датчик-гидрозолотник. Постоянную времени исполнительного механизма Т5 устанавливали с помощью регулируемых дросселей ГА-55. Рис. 4.7. Установка тахогенератора и токосъемника с отметчиком оборотов для измерения пэ и Мд на валу муфты сцепления двигателя: 1 - тахогенератор ТЭ-204; 2, 3 - соединительная муфта; 4 - токосъемник с отметчиком оборотов ТРАК-4; 5 - вал муфты сцепления двигателя с приводным шкивом рабочих органов Правильность установки проверяли осциллографированием. Для этого при фиксированных значениях рукояток управления дросселями резко смещали гидрозолотник из среднего положения в крайние поочередно с одновременным осциллографированием. По осциллограммам определяли время полного хода рычага, управляющего производительностью гидронасоса ГСТ, кинематически связанного со штоком гидроцилиндра.
Давление в нагнетательной магистрали Рг (МПа) (рис. 4.8) регулировали клапаном 1 и контролировали манометром 2. Было получено К6 = 2; Т5 — 1,5 с; Рг=1,6МПа. Рис. 4.8. Установка на комбайне элементов СРЗ: 1 - напорный клапан; 2 - контрольный манометр; 3 - датчик толщины слоя клубненосной массы; 4 - исполнительный механизм; 5 - механизм настройки; 6 - гидрозолотник Сравнительные лабораторно-полевые и хозяйственные испытания самоходного картофелеуборочного комбайна, оборудованного СРЗ, проводились в период уборки картофеля в 2003 г. на полях СХПК "Ключ-Сузгарьевский" Ру-заевского района Республики Мордовии и ОПХ «Ялга» Октябрьского района г. Саранска в 2004 г. на двух почвенных фонах в соответствии с ОСТ 70.8.5-74 [83]. Условия испытаний определялись согласно ГОСТ 20915-75 [34] и сводились в таблицу ГЛ (приложение Г). Показатели качества технологического продукта определялись в соответствии с ОСТ 70.8.5-74 [83] и сопоставлялись с отечественными агротехническими требованиями на четырехрядный самоход 114 ный картофелеуборочный комбайн [105] и требованиями Международной системы машин № 16,10. Пахотный слой полей, где проводились испытания, по механическому составу представляет собой легкий и средний темно-серый лесной суглинок и оподзоленный чернозем. Влажность почв соответственно составляла 14,5...21,3 и 16,8,..23,9 %. Характеристика участка и культуры приведены в таблице Г. 1 (приложение Г). Перед началом сравнительных испытаний механизмом настройки устанавливалась оптимальная толщина слоя клубненосной массы, соответствующая данным условиям работы, В соответствии с [69] за оптимальные условия работы принимались такие, когда отсев мелкой фракции заканчивался в конце сепарирующих органов (третьего элеватора). Поступающая из выгрузного транспортера клубненосная масса собиралась на матерчатое полотно, расстилаемое по ходу движения комбайна, откуда брались пробы и определялось количество примесей. Таким способом подбиралась скорость движения комбайна без СРЗ. Параметры кинематического режима работы сепарирующих органов для легкосуглинистых почв выбирались следующие Аэ = 0,013 м, иэ = 10 Гц, v3 = 2,3 м/с, а для среднесуглинистых почв Аъ = 0,026 м, иэ = Ю Гц, v3 = 2,3 м/с. После подбора оптимальных режимов проводились опыты по сравнительной оценке влияния СРЗ на качественные показатели технологического процесса. Качество работы определялось по следующим показателям: количеству примесей 77р в %, повреждениям клубней Пк в % и потерям клубней П в %. Данные сравнительных испытаний сведены в таблицу Г.2 (приложение Г). Проходы с включенной и отключенной СРЗ чередовались.
