Введение к работе
Актуальность темы. Мобильные кормоуборочпые машины и комбайны выполняют основную долю технологических операций по механизированной заготовке измельченного корма для животных. Высокие требования, предъявляемые к качеству и эффективности работы, а также уровню конкурентоспособности кормоуборочных машин (КМ) диктуют необходимость решения проблемы повышения их технико-экономического уровня.
Кормоуборочные машины как сложные динамические системы работают в условиях множества случайных возмущений, приводящих к нарушениям энергетического и технологического режимов. Нарушения измельчения как наиболее энергоемкого технологического процесса, доля которого в балансе энергозатрат КМ превышает 50%, приводят к перегрузке и недогрузке дизеля КМ, существенно снижают их производительность и ресурс работы двигателя. Нестабильность подачи в машину растительной массы, вызванная колебаниями урожайности и скорости движения машин, ухудшает качество выполнения технологического процесса, увеличивает количество и длительность простоев. По данным различных МИС, простои КМ достигают 18% общего времени их работы. При проігускной способности современных кормоуборочных машин до 80 кг/с (на измельчении кукурузы) снижение их производительности только на 5% приводит к недобору свыше 50 т корма в смену.
Одновременно с управлением КМ оператор (механизатор) осуществляет непрерывный контроль выполнения технологического процесса, технического состояния агрегата, а также обеспечивает безопасность его движения. В реальных условиях работы машины человек практически не в состоянии обработать огромный поток информации и принять правильные решения по управлению и выбору режимов работы КМ (особенно при работе машин на повышенных скоростях). Ручное управление является недостаточно эффективным, потенциальные возможности современных КМ не используются в полном объеме в связи с ограничениями, вносимыми «человеческим фактором».
В настоящее время одним из эффективных инструментов исследования и совершенствования сельскохозяйственных машин, в частности кормоуборочных, является моделирование их энерготехнологических режимов работы на основе использования современных средств вычислительной техники. Известные методы и средства управления КМ не дают существенного эффекта, не отвечают современным требованиям. Поэтому разработка эффективных инженерных методов совершенствования управления технологическим процессом КМ, оптимизация энерготехнологических режимов и конструктивных параметров основных рабочих органов на базе их компьютерного моделирования является актуальной и практически значимой проблемой сегодняшнего дня.
Цель исследования заключается в разработке методов и технических средств, обеспечивающих эффективное і ь технологического процесса кормо-уборочной машины и повышение ее техниконэконо^щ^цод^дд^я.
%щ
| СПетер
09 МО
Задачи исследования. Для достижения цели поставлены и решены следующие задачи:
разработка методик, алгоритмов и компьютерных программ технологического расчета рациональных параметров цилиндрического, дискового, роторного измельчителей, ротационного режущего аппарата;
разработка теории, алгоритмов и и компьютерных программ движения частиц измельченных растений в цилиндрическом, дисковом и роторном измельчителях и резания растений;
разработка теории, алгоритма и и компьютерных программ динамического расчета трансмиссии в ручном и автоматическом режимах регулирования подачи растительной массы в кормоуборочный комбайн;
проведение экспериментальных исследований измельчения и срезания растений;
- проведение хозяйственных испытаний разработанных средств.
Объект исследования - технологические потоки растительной массы,
трансмиссия и основные рабочие органы кормоуборочных машин.
Методическая база и методы исследования. Решение поставленных задач проведено на основе применения положений механики сплошной среды, теоретической механики, теорий вероятностей и математической статистики, численного анализа, программирования, автоматического управления и оптимизации. При проведении экспериментальных исследований использованы методы тензометрирования, осциллографирования и фотосъемки. Проверка полученных результатов осуществлена на компьютерных моделях, а также на реальных объектах.
Научная новизна. Выполненные в работе исследования позволили получить совокупность новых положений и результатов:
разработаны теория, алгоритмы и компьютерные модели технологического процесса измельчения растений и законы управления его рациональным режимом;
разработаны теория, алгоритмы и компьютерные модели для расчета и обоснования рациональных параметров измельчителей растительной массы;
разработаны теория, алгоритмы и компьютерные модели динамического расчёта трансмиссии КМ при ручном и автоматическом управлении;
методами разработанной теории созданы и испытаны на реальных объектах новые средства управления процессом измельчения и подачи растений в КМ. Достоверность теоретических положений подтверждена экспериментальными исследованиями, а также производственными и лабораторно-полевыми испытаниями разработанных средств. Новизна технических решений подтверждена авторскими свидетельствами на изобретения и регистрацией программного обеспечения в Госфонде алгоритмов и программ.
Практическая ценность результатов исследования - создание научных основ, методов и технических средств, с помощью которых можно:
получать адекватные математические модели технологического процесса измельчения растений, а также визуализировать динамику этого процесса;
осуществлять технологический, динамический расчет и поиск рациональных параметров различных типов измельчителей растений;
- определять динамические нагрузки в трансмиссии КМ;
- существенно сократить сроки и затраты на проектирование новых
технических средств измельчения растений;
- реализовать новые технические решения по измельчению растений, ав
томатическому управлению подачей растительной массы в КМ и тем самым:
а) повысить производительность и качество работы КМ, улучшить усло
вия труда механизаторов;
б) снизить удельные энергозатраты и время простоев КМ;
в) увеличить ресурс работы кормоуборочных машин, а также повысить их
конкурентоспособность.
Реализация результатов исследования. Программный продукт компьютерных моделей внедрен в ОАО «ВИСХОМ» и использован при разработке совместно с Красноярским комбайновым заводом цилиндрического измельчаю-ще-швыряющего аппарата кормоуборочного комбайна «Енисей-324», а совместно с ГСКБ по комплексу кормоуборочных машин ПО Гомсельмаш - цилиндрического измельчителя кормоуборочного комбайна КСК-ЮОА, дискового до-измельчающего аппарата прицепного кормоуборочного комбайна КСД-2. Система автоматического регулирования прошла апробацию на комбайне КСК-ЮОА. Результаты компьютерного моделирования использованы ОАО «ВИСХОМ» при разработке трансмиссии высвобождаемого энергетического модуля ВЭМ-220 и на его базе блочно-модульного самоходного картофелеуборочного комбайна БМСК-4К.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и одобрены на секциях НТС и научно-технических конференциях ОАО «ВНИИКОМЖ» (1980-1989), секциях НТС «ВИСХОМ» (1982,1989), заседаниях кафедры ИУС МГАУ им. В.П. Горячкина (2003-2004), НТС ФГУ «Центральная машиноиспытательная станция» (г. Солнечногорск, 2004), Всероссийской научно-технической конференции (г. Саранск, 2001, 2002) и Международной научно технической конференции, посвященной 100-летию В.Н. Болтинского (МГАУ, 2004).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 30 печатных работ объемом 8,9 п.л., получено 3 авторских свидетельства на изобретения.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав с выводами, общих выводов, изложена на 254 страницах машинописного текста, содержит 151 рисунок, 15 таблиц, список литературы, включающий 101 наименование.
