Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1.Состояние научной проблемы, её актуальность, постановка цели и задач исследований
1.1..Роль системообразующих факторов в формировании зональных технологий и машин 14
1.2..Макро- и микрозональный анализ производства продукции растение водства 17
1.3..Агроклиматические условия производства продукции растениеводства в Дальневосточном регионе 20
1.4..Физико-механические особенности почв Дальнего Востока 23
1.5..Техногенное влияние мобильных сельскохозяйственных агрегатов на почву 28
1.6 Анализ теоретических исследований по оценке мобильных сельскохо-зяйственных агрегатов в агротехнологиях
1.7.Агротехнические предпосылки направления теоретических и экспериментальных исследований
1.7.1 Модель роста урожая в технологии выращивания картофеля 51
ГЛАВА 2 Теоретические предпосылки по обоснованию технологии и технических средств для возделывания и уборки картофеля
2.1 Обоснование методологии, методов моделирования и оценки эффективности технологии и технических средств
2.1.2 Моделирование технологии, как сложной системы 74
2.1.3 Модель роста энергетических затрат в технологии 82
2.1.4..Энергетическое моделирование агрегатов в технологии 86
2.1.5..Формализация комплексной оценки адаптивной технологии как многоуровневой системы
2.1.6 Новые приёмы и технические средства совершенствования техно логии возделывания и уборки картофеля на переувлажняемых почвах 113
2.2.1..Выбор критериев оценки качеств и свойств агрегатов в технологии 128
2.2.2. Адаптация трактора с полугусеничным движителем к условиям рабочего хода 139
2.2.3 Расчёт касательной силы тяги трактора с полугусеничным ходом по эпюре нормального давления под движителем 143
2.2.4 Обоснование курсовой устойчивости агрегата для вертикальной основной обработки почвы 150 2.2.5.. Обоснование продольной устойчивости агрегата с фронтальным гидронавесным устройством 159
2.2.6 Обоснование курсовой устойчивости агрегата с фронтальным гидронавесным устройством
2.2.7 Агротехнические предпосылки выбора движителя и способа передвижения копателя-погрузчика по полю
2.2.8 Расчёт силы сопротивления самопередвижению копателя погрузчика 179
2.2.9..Определение угла профиля гусеничного звена, обеспечивающего самоочищение гусеницы от налипшей почвы 185
2.2.10 Исследование эффективности инерционных дебалансов при трогании и разгоне транспортно-технологических и транспортных агрегатов
2.2.11 Исследование эффективности дополнительного ведущего моста на технологическом модуле уборочно-транспортного агрегата 200
2.2.12.. Исследование эффективности автотранспортных средств энергетической концепции 204
Исследование эффективности корректирования нормальных реакций по колесам трактора 182
3.1.Задачи экспериментальных исследований 217
3.2..Общая методика исследований 223
3.3..Объекты исследований и условия испытаний 224
3.4..Определение энергетических и тягово-сцепных показателей, средства измерений
3.4.1..Измерение тягового усилия 227
3.4.2 Определение буксования при рабочем ходе агрегатов 229
3.4.3 Измерение нормального давления под колёсами трактора и прицепа 230
3.4.4 Измерение нормальной нагрузки на ведущие колеса и на колеса прицепа
3.4.5 Измерение курсовой устойчивости агрегата 232
3.5.. Методика определения физико-механических характеристик почвы 232
3.5.1 Определение влажности почвы
3.5.2..Определение твёрдости почвы 234
3.5.3. Определение объёмного веса (плотности почвы) 235
3.5.4..Определение уплотняющего механического воздействия на почву 236
3.6Методика наклейки датчиков и построения измерительных цепей 237
3.7.. Определение нормального давления гусеничного движителя на почву
3.8.. Методика определения ошибок прямых и косвенных измерений 240
3.9.. Методика математической обработки экспериментальных данных 243
3.10 Методика планирования многофакторного эксперимента 247
ГЛАВА 4. Результаты экспериментальных исследований и сравнительных испытаний агрегатов255
4.1 Результаты экспериментальной проверки теоретических предпосылок по определению касательной силы тяги и силы сопротивления движению гусеничного движителя
4.2. Результаты тяговых испытаний трактора класса 1,4 с треугольным полугусеничным ходом
4.3. Результаты экспериментальной оценки тяговых агрегатов 259
4.4. Результаты полевых испытаний агрегата для вертикальной обработки почвы
4.5. Результаты полевых исследований агрегата с фронтальным гидронавесным устройством 265
4.6. Результаты эксплуатационно-технологической оценки самоходно гусеничного копателя-погрузчика КПСГ-1,4
4.6.1. Результаты экспериментальных исследований опорно-сцепных свойств движителя копателя-погрузчика
4.6.2. Результаты агротехнологической оценки КПСГ-1,4 275
4.7. Результаты экспериментальных исследований динамических показателей транспортно-технологических агрегатов 275
4.7.1. Влияние конструктивно-технологических схем агрегата на динамические качества
4.8. Результаты сравнительной оценки тягово-сцепных свойств транс- портно-технологических агрегатов
4.9. Результаты экспериментальных исследований влияния среднего передаточного числа на энергетическую эффективность автотранспорта 284
ГЛАВА 5. Оценка результатов исследований, энергетической и экономической эффективности
5.1. Эксплуатационно-технологическая оценка агрегатов и машин при возделывании и уборке картофеля
5.2. Результаты сравнительной оценки тягово-сцепных свойств транспортно-технологических агрегатов
5.3. Энергетическая оценка технологических процессов и машин в технологии
Приложения 302
Список использованных источников 311
- Агроклиматические условия производства продукции растениеводства в Дальневосточном регионе
- Энергетическое моделирование агрегатов в технологии
- Методика наклейки датчиков и построения измерительных цепей
- Результаты агротехнологической оценки КПСГ-1,4
Введение к работе
Актуальность работы: Товарное производство картофеля на Дальнем Востоке в структуре посевных площадей по сравнению с 1990 годом упало с 42,2 % до 10,3% (в 4,2 раза) и сосредоточено в КФХ и ЛПХ (65-78 %). В то же время увеличение объемов производства картофеля решает несколько проблем: продовольственного обеспечения населения, в том числе продуктами длительного хранения; производства высокоэнергетических продуктов – крахмала и патоки; создает предпосылки использования картофеля как источника сырья для производства биотоплива второго поколения – биобутанола.
Применяемые технологии и комплексы машин не в полной мере отвечают зональным почвенно-климатическим условиям: систематическое переувлажнение почв значительно затрудняет использование колесных самоходных машин, усложняет использование прицепных и полунавесных сельскохозяйственных машин, снижает их проходимость, приводит к существенному сокращению количества рабочих дней за календарный срок, вследствие чего потери урожая достигают тридцати и более процентов.
Следовательно, совершенствование технологических процессов и машин в технологии возделывания и уборки картофеля, обеспечивающих агротехническую и опорно-сцепную проходимость, соответствие технологических приемов фазам развития растений, снижение уплотняющего воздействия на почву, непроизводительных энергетических в специфических условиях переувлажнения почв является важной народно-хозяйственной проблемой.
Цель исследований: повышение эффективности возделывания и уборки картофеля в условиях систематического переувлажнения почв за счет совершенствования технологических процессов и конструктивно-режимных параметров машин по критериям тягово-сцепной и энергетической эффективности.
Научно-техническая проблема заключается в изыскании путей, методов и технических решений, обеспечивающих своевременное и качественное выполнение технологических процессов возделывания и уборки картофеля с наименьшими удельными затратами технологических и энергетических ресурсов в условиях переувлажнения почв, способствующих росту объемов производства картофеля.
Объект исследований: технологические процессы возделывания и уборки картофеля в условиях переувлажнения почв с максимальной реализацией тягово-сцепных и динамических свойств технических средств.
Предмет исследований: закономерности изменения тягово-сцепных свойств движителей, тяговой динамики и энергетической эффективности агрегатов, от физико-механических характеристик почвы и конструктивно-режимных параметров машин.
Методология и методы исследований: теоретические исследования базируются на методике многоуровневого системного анализа, экономико-
математического моделирования, линейного программирования, положениях классической механики, механики грунтов, дифференциального и интегрального исчисления, теории вероятности и случайных процессов.
Экспериментальные исследования и обработка результатов выполнены с использованием методики многофакторного эксперимента, математической статистики дисперсионного и регрессионного анализа с использованием прикладных программ для ПК.
Научную новизну исследований представляют:
математические модели оценки эффективности исследуемых технологических процессов возделывания и уборки картофеля как сложной многоуровневой системы;
методика энергетического моделирования агрегатов в технологических процессах по удельным затратам мощности при рабочем ходе агрегата;
методика расчета тягово-сцепных и опорно-сцепных свойств гусеничных движителей машин на основе экспериментальных эпюр нормальных напряжений в почве;
методика расчета скоростного ряда передач технических средств на уборочно-транспортных работах;
технологические схемы и параметры технических средств;
закономерности изменения тягово-сцепных свойств движителей машин от физико-механического состояния почвы.
Новизна технических решений подтверждается авторскими свидетельствами и патентами Российской Федерации на изобретения.
Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:
математические модели и система измерителей для энергетической оценки мобильных сельскохозяйственных агрегатов и комплексной оценки технологических процессов и машин в технологии возделывания и уборки картофеля;
методика энергетического моделирования агрегатов в технологических процессах по удельным затратам мощности при рабочем ходе агрегата; методика расчета скоростного ряда передач по критерию энергосбережения;
аналитические зависимости определения касательной силы тяги, силы сопротивления движению по характеру распределения нормальных напряжений под опорной поверхностью гусеничного движителя; аналитические зависимости определения профиля почвозацепа, обеспечивающего самоочищение гусеницы;
- рациональные технологические схемы и конструктивно-режимные параметры
технических средств для энергосберегающей технологии возделывания и уборки
картофеля на переувлажненных почвах.
Теоретическая и практическая значимость результатов исследований:
На основе системного подхода установлены закономерности накопления энергетических затрат в технологических процессах возделывания и уборки картофеля;
разработана экономико-математическая модель и новые критерии сравнительной оценки технологии; получены теоретические зависимости, уточняющие закономерности образования касательной силы тяги и силы сопротивления движению гусеничного движителя. Усовершенствованы агротехнологические приемы, технологические схемы и конструктивно-режимные параметры машин, которые сохраняют плодородие почв за счет снижения техногенного механического воздействия движителей и рабочих органов, сокращают номенклатуру энергетических средств («один трактор, один комбайн»). Результаты исследований использовались ГСКБ ЗАО «Дальсельмаш» при изготовлении образцов самоходного картофелеуборочного комбайна (КПСГ-1,4.), тракторов класса 1,4; 3 на полугусеничном ходу (2009 г.), роторного плуга и фронтального гидронавесного устройства (ГНУ ДальНИИМЭСХ 2009–2012 гг.), а также используются конструкторскими организациями и заводами-изготовителями сельскохозяйственной техники (картофелеуборочные и кормоуборочные комбайны на гусеничном ходу, колесные тракторы с опцией полугусеничного хода и т.д.).
Степень достоверности и апробация результатов исследований: Работа выполнялась в соответствии с «Государственной программой развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008 -2012 гг.» (постановление Правительства Российской Федерации №446 от 14.07.2007 г.), планом научных исследований ФГОУ ВПО ДальГАУ: проблема 11.8.; тема 15 «Перспективная система технологий и машин для сельскохозяйственного производства Дальнего Востока России» и Государственным заданием 09.01. «Разработать интенсивные зонально-адаптивные экологически безопасные машинные технологии и новую энергонасыщенную технику блочно-модульного исполнения для производства основных групп продовольствия» (темы 09.01.01.; 09.01.02. плана НИОКР ГНУ Даль-НИИМЭСХ). Достоверность результатов исследований подтверждается полевыми исследованиями и высокой степенью сходимости теоретических расчетов и результатов экспериментальных исследований. Основные положения диссертационной работы рассмотрены и одобрены на научно-технических конференциях ДальГАУ (1994-2013 гг.), ДальНИИМЭСХ (2007 – 2013 гг.), ВИЭСХ (2008 г.), ВНИИ сои (2009 г.), ПримНИИСХ (2011 г.), БГСХА (г. Улан-Удэ, 2011 г.), ВИМ (2010 – 2012 гг.). СибИМЭ (2013 г.). Материалы исследований в виде рекомендаций вошли в издания Системы технологий и машин для комплексной механизации растениеводства Дальнего Востока на 2001-2005 гг. (изд. 2002 г.), на 2006-2015 гг. (изд. 2005 г.) и Амурской области на 2001-2005 гг. (изд. 2001 г.), на 2006-2010 гг. (изд. 2006 г.), на 2011-2015 гг. (изд. 2010 г.), рекомендованы к внедрению экспертной комиссией по внедрению в агропромышленное производство научно-технических разработок и передового опыта Министерства сельского хозяйства Амурской области, научно-техническим советом Министерства сельского
хозяйства Хабаровского края, Департаментом сельского хозяйства и продовольствия Приморского края. Технология и опытные образцы машины прошли хозяйственную проверку и испытания в Амурской Государственной МИС, внедрены в ОПХ ДальНИИСХ «Комсомольский» Хабаровского края, колхозе «Луч» Амурской области.
Публикации. По теме исследований опубликовано 69 печатных работ, в том числе 49 статей в сборниках научных трудов, 18 в изданиях, рекомендованных Перечнем ВАК, одна - в зарубежном издании (КНР).
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы 309 наименований, в том числе 14 на иностранных языках и приложений на восьми листах. Работа изложена на 343 листах и включает 34 таблицы и 114 рисунков.
Агроклиматические условия производства продукции растениеводства в Дальневосточном регионе
По различным оценкам климат Дальнего Востока в зональных системах технологий и машин для производства продукции растениеводства в дальневосточном регионе России оценивается как резко континентальный с чертами муссон-ного[51],[101, с.13-14.], [102, с.13], [108, с.7]. Эта особенность объясняется тем, что, с одной стороны, вся территория находится под влиянием азиатского континента (Восточной Сибири), с другой - Тихого океана. С октября по апрель климат находится под влиянием материка. Сухой и холодный воздух проникает на территорию Дальнего Востока, формируя суровые малоснежные зимы с преобладанием ясной погоды. Зимние осадки составляют от 5-7% от годовой суммы. Весна, как правило, холодная, поздняя и засушливая, с повышением температуры начинает действовать летний муссон, когда с океана воздушные потоки продвигаются вглубь территории, формируя облачное и дождливое лето.
Характерной чертой для Дальнего Востока является выпадение основной суммы осадков в период выполнения полевых работ и уборки сельскохозяйственных культур. На период с апреля по октябрь приходится до 80-85% годовых осадков. Распределение их по территории также неравномерно: в пределах Амуро-Зейской депрессии выпадает 400-500 мм, от 450 до 550 мм – на Зейско-Бурейской и Верхне-Зейской равнинах. В нижней части Амура выпадает 550-600 мм, на юго-западных склонах Сихотэ-Алиня – 900-1000 мм.
Колебание среднегодовых температур на территории составляет от (-8оС) на севере Амурской области до (+6оС) в южных районах Приморья. Продолжительность безморозного периода в Амурской области составляет от 120 до 130 дней, Хабаровском крае - от 126-159 дней, в Приморском крае - от 139 до 160 дней. Длительность теплового периода - от 5 до 6,5 месяцев. На территории Амуро-Зейской-Бурейской депрессии проявляется глубокое (2,5-3 м) промерзание и позднее оттаивание почв. Мерзлота удерживает влагу, почвы переувлажняются даже при относительно небольших суммах осадков, нарушается аэрация, уменьшается мобильность питательных веществ. Переувлажнение почв охватывает до 95% пахотных земель Дальневосточного региона и зачастую не позволяет проводить агротехнические приемы по уходу за посевами в традиционных технологиях.
Систематическое переувлажнение почв значительно затрудняет использование колесных самоходных машин, усложняет использование прицепных и полунавесных, имеющих опорные колеса, сельскохозяйственных машин, приводит к существенному сокращению количества рабочих дней за календарный срок (в отдельные годы количество рабочих дней за агросрок оказывается в 1,2-1,8 раза меньше, чем календарных). Наибольшему влиянию таких климатических особенностей подвержены Приморье и Приамурье, где сосредоточено три четверти сельскохозяйственного производства. Анализ нормативных потребностей основных сельскохозяйственных культур, возделываемых в Приамурье, в суммах активных температур за вегетационный период, а также показателей фактических сумм температур и атмосферного увлажнения, из которых складывается коэффициент биологической продуктивности климата, позволяет утверждать, что их производство возможно во всех агроклиматических зонах [188(с.22-27)], [270, с.17-18].
Обширная территория Дальнего востока дифференцирована по структуре почвенного покрова по агроклиматическим зонам. Это усложняет оценку потенциальных возможностей сельскохозяйственных земель, поэтому для оценки влияния типа почв на потенциальную урожайность, на наш взгляд [214], можно принять, что в разных агроклиматических зонах однотипные почвы одинаково влияют на формирование урожая (равное естественное почвенное плодородие по культурам).
Разнообразие типов почв, их различное соотношение в общей площади пашни в сочетании с ярко выраженной зависимостью естественной урожайности от типа почв, по нашему мнению, свидетельствуют о том, что учет естественного плодородия по типам почв может являться одним из базовых элементов прогнозирования урожайности культур и выбора элементов технологий их возделывания [188, с.295-299], [202].
В целом агроклиматические условия Дальнего Востока оцениваются вдвое ниже по сравнению с европейской частью России, Западной Европы, Китаем. Они определяют нестабильность земледелия, низкие урожаи сельскохозяйственных культур, зональную особенность в агротехнологиях.
По оценке дальневосточных ученых Жирнова А.Б. [88, с. 36-37, с.94-96)], Камчадалова Е.П. [111], Кашпуры Б.И. [120], Щитова С.В.[283, с.13-14], из-за особенных агроклиматических условий зональная система машин должна включать в себя машины для гребне-грядовых технологий возделывания сельскохозяйственных культур. Мобильная полевая энергетика должна быть представлена типажом на гусеничном и полугусеничном ходах (до 60%), а колесные машинно-тракторные агрегаты обладать повышенной проходимостью. Из-за большого количества заплывающих почв, небольшого пахотного горизонта в зональной системе машин рекомендуется широкое применение агрегатов с активными рабочими органами.
Неоднородные физико-географические и климатические условия наложили свой отпечаток на формирование основных типов почв. На Дальнем Востоке распространены лугово-черноземовидные, лугово-болотные, лугово-дерновые, лугово-бурые, бурые-лесные, лугово-глеевые и бурые лесные глеевые, буро-подзолистые почвы, торфяники [250]. По механическому составу 65% пахотных угодий относятся к тяжелым суглинкам и глинам. Наиболее распространенные лугово-глеевые почвы по своему механическому составу относятся к иловато-пылеватым и тяжелым глинам. Аллювиальные почвы (лугово-черноземовидные и лугово-глеевые оструктуренные) - к легким и средним суглинкам. В основной своей массе они имеют низкий коэффициент водопроницаемости, маломощный, слабооструктуренный пахотный слой (8-25 см). кроме того, тяжелые по механическому составу, они имеют слабопроницаемый под-гумусовый горизонт [188, с.70-74]. Водопроницаемость (коэффициент фильтрации) гумусового горизонта находится в пределах 1,2-2,6 м в сутки, а подпахотного слоя на глубине 20-30 см, всего – 0,05-0,14 м в сутки. На таких почвах, по оценке И.Б. Ревута [230], затруднённое проникновение воды по глубине и ширине пахотного горизонта увеличивает испарение влаги из верхних его сло-ёв, а при выпадении осадков способствует образованию «мочажин». Сочетание маломощного гумусового горизонта и слабая водопроницаемость подстилающего слоя в условиях муссонного климата вызывают на Дальнем Востоке летне-осеннее переувлажнение.
К основным физико-механическим характеристикам почвы относятся: плотность, структурное состояние, твердость и пористость (общая и межагрегатная). Именно эти показатели имеют определяющее влияние на водную и воздушную проницаемость. Все вместе они определяют потенциальное плодородие почв.
Высокая твердость, характерная для почв Дальнего Востока, увеличивает сопротивление рабочим органам почвообрабатывающих машин, что приводит к ухудшению качества обработки и дополнительным энергозатратам в технологиях. Среднее значение удельного сопротивления при вспашке по типам почв и механическому составу составляет для Амурской области – 60 кН/м2, Приморского края и Сахалинской области – 57 кН/м2, Хабаровского края – 50 кН/м2, в целом по Дальнему Востоку оно колеблется от 40 до 70 кН/м2 [140].
Энергетическое моделирование агрегатов в технологии
Представим энергетическую модель мобильного сельскохозяйственного агрегата в виде графа энергозатрат по структурным составляющим[131]. Тогда блочно-модульная энергетическая модель перспективного полевого агрегата будет состоять из стыкуемых энергетических ступеней, количество которых определяется назначением и природно-производственными условиями реализации технологических процессов. При этом в качестве ограничения принимается минимум потерь энергоресурсов на технологических операциях. Такой подход к построению мобильных сельскохозяйственных агрегатов позволяет, изменяя значения составляющих энергетической модели, рассчитать эффективность применения агрегатов в технологических модулях, в том числе при совмещении операций и сочетании активных и пассивных рабочих органов.
AXi - определитель, получаемый из определителя системы путем замены столбца коэффициентов при Xi столбцом из свободных членов. Таким образом, определив, от каких факторов зависит yi , можно влиять на составляющие энергетической модели агрегатов и, решая совместно системы из уравнений (2.87) и (2.88), добиться максимального использования энергии на полезную работу в технологических процессах, снижая другие составляющие непроизводительных энергозатрат.
Обобщенная оценка технологии, как многоуровневой сложной системы, направленной на решение комплексной задачи повышения урожайности и плодородия почвы с минимальными энергетическими и ресурсными затратами строится на основе частных целевых функций и критериев оптимизации на каждом уровне структурной модели. Используя методику проектирования системы машин, необходимо и достаточно отобрать из всего разнообразия факторов, влияющих на состояние и эффективность технолого-технической системы, основные - достаточные для формализации и оценки технологических процессов в технологии.
В структурной схеме технологии (рис.2.1) блок природно производственных условий (ППУ) характеризуется материально техническими ресурсами производства и зональными почвенно климатическими условиями. Почвенно-климатические условия можно классифицировать по признакам, влияющим на урожайность картофеля и производительность мобильных сельскохозяйственных агрегатов. Если принять, что в различных агроклиматических зонах однотипные почвы одинаково влияют на формирование урожая (равное естественное почвенное плодородие), тогда одним из факторов, влияющих на урожай, принимается бонитет плодородия (БП), а в основу расчетов может быть положен климатический индекс биологической продуктивности (ИБК) с поправочным коэффициентом уровня урожайности по культуре [202].
Зональные почвенные условия достаточно полно характеризуются показателями: средневзвешенной влажностью почвы, (%);
Условия производства на первом этапе оцениваются сложившимся календарным периодом выполнения работ, средневзвешенной длинной гона и площадью поля, а также средневзвешенным значением обобщенного поправочного коэффициента на местные условия: (Кобщ).
Ресурсная обеспеченность определяет доступный уровень технолого-технических решений, направленных на повышение плодородия почвы, применение технологических материалов (сортов, средств химизации и защиты растений, ГСМ, и др.), достаточностью их для выполнения всего цикла полевых работ.
За критерий оптимизации принимаются расчетные удельные технологические затраты на единицу планового урожая (руб./кг).
Згсм - затраты на горюче-смазочные материалы; Второй блок задаваемых параметров представлен исходными требованиями (ИТ), включающими в себя агротехнические требования на операцию и исходные конструктивно-режимные параметры сельскохозяйственного агрегата. Содержание технологического процесса заключается в том, чтобы перевести обрабатываемую среду (почву или растение) из одного исходного состояния в другое, определяемое технологическим адаптером и соответствующим ему техническим средством с соблюдением агротехники.Таким образом, агротехнические требования регламентируют качество проведения работы. Качественные показатели обработки почвы и растений оцениваются допусками на отклонения от агротехнических требований (/ / .Технологическое воздействие движителей машин и агрегатов оценивается величиной буксования (S), рабочей скоростью (о) и нормальным давлением на почву (q).
Методика наклейки датчиков и построения измерительных цепей
Как показывает опыт, тарировочные диаграммы всех измеряемых величин в полевых испытаниях имеют линейный характер, тогда ошибку измерений можно определить: где Pi - текущее значение нагрузки при тарировке, кг, hi - соответствующее значение ординаты на осциллограмме, мм. Величину предельной относительной ошибки рассчитывают по формуле: Ошибка при распределении значения тарируемой величины рассчитывалась: АPi = A1Pi+A2Pi , (3.20), где \Pi - ошибка, определяемая классом точности применяемых эталонных приборов, A2Pi - ошибка округления отсчетов. Ошибка округления отсчета A2Pi может достигать не более 0,5 цены деления, а при достаточном опыте наблюдателя не превосходит 0,2 цены деления. Вследствие наличия упругого гистерезиса в силовом звене, сил трения и зазоров в его механизмах линии нагрузок не совпадают с линиями разгрузок. Относительная погрешность ординаты на определенной ступени нагрузки определяется по формуле: Ahi=hip-_hi 100% где hp;hiH - соответственно, ординаты при разгрузке и нагрузке, hi - средняя ордината при нагрузке
и разгрузке.
Для оценки точности результатов измерений необходимо определить вероятную относительную ошибку. Из теории ошибок известно, что в качестве вероятной ошибки измерений r может быть принята величина стандарта , приблизительно равная 1/3 предельной относительной ошибки.
Соответственно, относительная вероятная ошибка в три раза меньше относительной предельной ошибки.
Обработка полученных результатов экспериментальных измерений проводилась на основании правил теории ошибок, при этом определялись: Среднее арифметическое значение серии измерений:Проверка гипотезы об адекватности состоит в определении отношений между дисперсией адекватности и оценкой дисперсии воспроизводимости. Если эти оценки дисперсий однородны, то математическое описание адекватно представляет результаты опыта, если же нет, то описание считается неадекватным. Проверку гипотезы об адекватности производят при помощи F-критерия Фишера. Критерий Фишера позволяет проверить гипотезу об однородности двух выборочных дисперсий: где у - значение параметра, вычисленного по уравнению регрессии, е - число значимых коэффициентов в уравнении регрессии. Если вычисленное значение критерия (Fр) меньше критического критерия для соответствующей степени свободы (Fт) при заданном уровне значимости, то гипотезу об адекватности не отвергают.
Факторный эксперимент и отбор значимых факторов основан на методе планирования экстремального эксперимента Бокса - Уилсона с минимальным количеством опытов, необходимым для отыскания оптимальных условий. Математической задачей планирования эксперимента является получение некоторого представления о поверхности отклика факторов и их совокупном влиянии на показатель, характеризирующий объект исследований. В общем случае задача описывается функцией: Y = f(x1,x2,x3,...jc„)3 (3.36), где Y - выход процесса (параметр, подлежащий изучению и оптимизации), хъх2,хъ -- п - известные переменные факторы, варьируемые при постановке эксперимента. Результаты эксперимента чаще всего выражаются математической моделью в виде полинома, который является отрезком ряда Тейлора: где bo, bu by, bit - коэффициенты регрессии, (3.37), 243 n - количество факторов, i - порядковый номер фактора (столбца матрицы). Поскольку, согласно предварительным исследованиям, функции отклика должны быть нелинейными, то факторы имеют три уровня варьирования с определенным шагом варьирования и подбором звездного плеча. Для нахождения коэффициентов полинома использовалась матрица планирования полного факторного эксперимента 2: Подбор звездного плеча зависит от количества факторов: при трех факторах, согласно [4], а=1.2154 Преобразование квадратичных переменных проводится по выражению.
Результаты агротехнологической оценки КПСГ-1,4
Во время экспериментальных исследований определялось влияние движущей силы, возникающей при работе дебалансов, на буксование при разгоне и на время разгона. Коэффициент увеличения сопротивления движению при разгоне за счет инерционных сил агрегатов принимался в пределах а = 1,251,5. Минимальное значение динамического фактора по условиям сцепления рассчитывалось по формуле: до =fp{[ + Лp) где p - коэффициент сопротивления качению в первый период разгона Из рисунка 4.27 очевидны преимущества транспортных агрегатов с инерционными дебалансами над базовым агрегатом и очевидное преимущество перевода переднего моста тележки 2ПТС-6 в ведущий режим.
Для определения времени разгона построены графики обратных ускорений. Время разгона подсчитывается по уравнению: t = Z —,с; І где правая часть уравнения представляет собой площадь под кривой величины обратных ускорений, а элементарная площадка от ц. до им определяет масштаб времени разгона.
График времени разгона показывает, что агрегаты достигают скорости 2,5 м/с (номинальный режим работы двигателя на пятой передаче), соответственно, за время tраз. 15,3 с; 12,4 с; 7,2 с; при среднем коэффициенте буксования 25,5%, 21,3%, 16,8%, соответственно.
Расчеты показывают, что за смену экономия времени составляет от 25 до 30 минут, что существенно сказывается на производительности агрегата. А так как транспортные и транспортно-технологические работы занимают 30-35% от общих затрат в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур, применение агрегатов с «механизмами ускорения» экономически оправдано. При этом на транспортных работах предпочтительно использовать тележку с ведущим мостом, на транспортно-технологических - устройство с инерционными дебалансами, позволяющее, в том числе, подключать через ВОМ одновременно и привод рабочих органов технологического модуля агрегата.
Для сравнительной оценки использовались базовый агрегат МТЗ-80х2ПТС-4; агрегаты с механизмами коррекции сцепного веса за счет догрузки ведущих колес долей веса прицепа [215]; инерционными дебалансами; активным приводом переднего моста тележки 2ПТС-6. На основании экспериментальных данных построена тяговая характеристика в безразмерных координатах. Агрофон - вспаханное поле; V - передача, масса тележки - 5 тонн.
Оценка агрегата проводилась по КПД движителя. В пределах значения буксования - 5-7% - КПД движителя всех агрегатов имеет равное значение в пределах ошибки опыта. С увеличением буксования (при ркр 0,1 S 5%) включается активный мост прицепа 2ПТС-6 и отмечается значительный, по сравнению с другими агрегатами, прирост КПД движителя (при буксовании 15-18% прирост составляет 16-17%). КПД движителя агрегатов с коррекцией сцепного веса и инерционными дебалансами сравнительно одинаковы.
Поэтому на транспортных работах преимущество будет иметь комбинированный агрегат, с возможностью подключения инерционных дебалансов на период трогания и разгона, а при установившейся рабочей скорости эффективно работает механизм регулирования сцепного веса энергосредства. На работах, связанных с технологическими переездами по полю в условиях повышенной влажности, например, сопровождение картофелеуборочного комбайна по полю при разгрузке бункера при рабочем ходе предпочтительно использовать агрегат с ведущим мостом тележки 2ПТС-6.
Основной целью эксперимента являлось исследование количества передач и среднего передаточного числа трансмиссии на производительность, расход топлива и степень использования мощности двигателя.
При заданных дорожно-эксплуатационных условиях изменение числа оборотов двигателя по принятой методике приводит к изменению длины участков дороги, преодолеваемых автомобилем с заданным скоростным рядом передач, что, в свою очередь, ведет к изменению iср и средней технической скорости автомобиля.
aЕсли принять, что ij связана, как с передаточными числами коробки передач автомобиля /тр, так и с изменением числа оборотов коленчатого вала двигателя (ид), то изменение числа оборотов коленчатого вала двигателя - пд при заданном значении U приводит к изменению скорости поступательного движения на і І - ой передаче.
Таким образом, имитация изменения іср может быть достигнута изменением скорости поступательного движения транспортного средства на разных передачах его трансмиссии при неизменных величинах передаточных отношений.
При экспериментальных исследованиях имитировалось движение груженого автомобиля ГАЗ-3308 при числе передач его трансмиссии от трех до шести. Используя скоростную характеристику двигателя, были определены числа оборотов, соответствующие:
- максимальной эффективной мощности и" =3200 об./мин.,
- максимальному крутящему моменту по =2200 об./мин.,
- максимальной скорости. п\ =3400 об./мин.
Число оборотов коленчатого вала двигателя для шести расчетных (имитационных) передач назначалась по следующей методике:
Имитация передаточных чисел трансмиссии ведет к иному распределению диапазонов дорожных сопротивлений по передачам и среднего передаточного числа автомобиля, соответственно, его эксплуатационно-технологических характеристик.
По результатам эксперимента получены зависимости изменения производительности, расхода топлива и затрачиваемой энергии на перевозку груза от среднего передаточного числа и количества передач трансмиссии транспортного средства с учетом изменения дорожных условий.
