Введение к работе
Актуальность проблемы.
Биологические нормы потребления более чем в три раза превосходят реальное количество фруктов и ягод в пище людей,однако решение этого вопроса сдерживается не в последнюю очередь недостаточной механизацией производственных процессов.в том числе и уборки плодов. Сьем плодов требует от 26 до 42Z всех затрат на возделывание садов.
Механизированно убирают плоды на всех континентах и в том же объеме остается актуальной проблема повреждаемости коры и тканей дерева, существенного сокращения периода продуктивности Деревьев. Проблема усугубляется обьемом площадей продуктивных посадок, составляющих миллионы гектаров.
Правительство приняло ряд постановлений,в которых были предусмотрены как задания по повышению технического уровня машин и оборудования для сельского хозяйства, так и отмечены важнейшие направления решений соответствующих проблем. К их числу отнесено широкое применение математических методов и создание систем автоматизированного проектирования.
Анализ опыта проектирования показывает,что сроки создания рабочих органов составляют несколько лет с соответствующими материальными затратами,причем создаваемые конструкции не всегда являются оптимальными с точки эрения воадействия на дерево,несущую конструкцию плодоуборочной машины,включая условия работы операторе, массовых, силовых, энергетических и других характеристик рабочего органа
Естественный отбор как путь совершенствования не может удовлетворить темпам научно-технической революции. Эволюционные и эмпирические методы не соответствуют требованиям сегодняшнего дня, особенно в условиях рыночной экономики. Только глубокое понимание протекающих процессов является условием результативной разработки.
Возникает необходимость разработки как единых научных основ создания рабочих органов с учетом обобщения всего лучшего,так и системы автоматизированного проектирования их, что позволит повысить качественные характеристики различных рабочих органов,су-
- 2 -іцестьенно сократить сроки и стоимость разработок. Такая работа является важной научно-технической проблемой,имеющей большое народно- хозяйственное значение.
Цель работы.
Разработка единых научных основ описания,исследования, оптимизации и выбора параметров,системы автоматизированного проектирования рабочих органов плодоуборочных комбайнов и машин,повышение на этой базе качественных характеристик рабочих органов, существенное сокращение сроков и стоимости их разработки.
Объекты исследований.
Объектами исследований являлись: рабочие органы, плодовые де-, ревья,стенды для иследования динамики систем "дерево-вибратор" и моделирования дерева, динамические процессы в системах '^дерево-вибратор" и "вибратор-несудая конструкция",САПР рабочих органов плодоуборочных комбайнов и машин.
Методы исследований.
В теоретических исследованиях испольвовались методы теории систем, аналитической механики,теории вынужденных колебаний и колебаний с периодическим параметрическим возбуждением,математической физики,теории специальных функций,теории дифференциальных уравнений,включая уравнении с разрывной правой частью,численные методы и пакеты прикладных программ для ЭВМ,оптимизационные методы, включая методы многокритериальной оптимизации.
В экспериментах использовались известные и специальные стенды, экспериментальные установки,макетные и опытные образцы рабочих органов, методы математической статистики,включая робастные методы, пакеты прикладных программ по обработке данных методами математической статистики.
- З -Научная новизна работы.
Разработаны уточненные физические и математические модели систем "дерево-вибратор" для линейных,дебалансных и импульсных вибраторов. Получены и качественно исследованы уравнения движения этих систем. Построены выражения для проведения кинематически го,силового,энергетического анализа на неустановившемся и устано вившемся режимах работы при использовании стандартного матобеепе чения ЭВМ. Рассмотрена устойчивость движения систем. Изучено взаи модействие вибраторов с несущей конструкцией. Разработан метод оп ределения приведенных динамических характеристик механических систем,позволивший получить необходимые приведенные характеристи ки деревьев. Определены и исследованы собственные частоты,продолжительность протекания переходных процессов в системах "дерево-вибратор" в диапазоне от реальных условий до чисто упругого состояния. Разработано программное обеспечение по всем выше-рассмотренным вопросам и проведен численный анализ установившегося и неустановившегося режимов колебаний. Поставлена и решена задача о многокритериальной оптимизации рабочих органов плодоубо-рочннх комбайнов и машин. Решена задача по минимизации амплитуды угловых колебаний вибраторов относительно штамба,что существенно уменьшает повреждаемость коры и тканей дерева,реализует устойчивый режим работы вибратора. Разработана САПР рабочих органов в рамках САПР плодоуборочных комоайнов и машин.
Практическая ценность работы.
Разработаны,с учетом обобщения всего созданного,единые научные основы проектирования рабочих органов, включая вопросы взаимодействия их с деревом,с несушей конструкцией плодоуборочных машин, многокритериальной оптимизации и выбора параметров рабочих органов.
Научные основы реализованы в виде САПР рабочих органов, что позволяет практически определять требуемые параметры,существенно уменьшить повреждаемость коры и тканей плодовых деревьев,резко сократить сроки (не менее чем на 3 года) и стоимость проектирования рабочих органов,повысить технический уровень как самого рабочего органа,так и плодоуборочной машины в целом.
- 4 -В целях широкого распространения и внедрения в практику полученных научных результатов разработаны и иэданп отраслевые методические указания Ш 23.2-41-87 "Научные основы и методы расчета параметров вибраторов плодоуОорочных машин".
Результаты внедрения и экономический эффект.
Результаты работы использовались в плодоуОорочных машинах и комбайнах ВУМ-1б,ВУмМБА,ШГУ-1,Ш1У-1А,КПУ-2. разработанных и поставленных на производство в соответствии с Системой машин для растениеводства на 1971-1Є7Б гг. ,1976-1080 гг. ,1981-1086 гг. Рабочие органы в общем обьеме разработки и изготовления машин и комбайнов составляют 16-20 X. Долевое участие автора данной работы в общем экономическом эффекте от вышеприведенных машин составляет 2 X.
Исследования использовались при разработке рабочих органов экспериментальных образцов комбайна для поточной уборки сливы КС-300 и комбайна плодоуборочного КПП-1.
Полученные научные результаты позволяют снизить массу рабочих органов от 33 до 44 X .увеличить диаметр обрабатываемых штамбов деревьев с 210 до 300 мм без увеличения массы рабочего органа, существенно уменьшить уровень усилий,передаваемых на несущую конструкцию.
Автор данной работы руководит разработкой САПР плодоуборочных комбайнов и машин. Экономический эффект от работ,выполненных до 1987 г. составил свыше 788 тью. руб., из которых 138,6 тыс. руб. приходится на долю САПР рабочих органов,которую автор разработал сам.
Среднегодовой эффект от работ по САПР составляет не менее 180 тыс.руб. (в ценах 1087 года),при этом долевое участие автора составляет 20 X.
Автором получено пять авторских свидетельств (в соавторстве).
Обший (расчетный) экономический'эффект по выполненной работе складывается из экономического эффекта в народном хозяйстве от плодоуборочной техники,от работ по САПР с учетом долевого участия автора и составляет 2,83 млн. руб.
- 5 -Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы были доложены и одобрены на П Республиканской конференции "Проблемы прикладной и теоретической механики и применение ей в народном хозяйстве" (г. Кишинёв, 1978г.),на НТС ГСКВ НПО "Плодсельхозмаш" (г. Кишинев, 1980г.), на секции НТС ВИСХОМа (г. Москва, 1980г.), на отраслевой конференции по САПР (г. Тула, 1986г.),на Республиканской научно-производственной конференции "Повышение надёжности и эффективности использования сельскохоаяйственной техники при применении индустриальных технологий" (г. Кишинёв, 1987г.),на Всесоюзной конференции по вибрационной технике (г. Кобулети,1987г.),секции НТС НПО ВИСХОМ (1988-1992г.),НТС ГСКБ ПО "Агромашина"
Публикации.
По теме диссертационной работы опубликовано 25 печатных работ,в том числе отраслевые методические указания,3 авторских свидетельства.
Структура и обьём диссертации.
Диссертация состоит из введения,тринадцати глав,общих выводов и рекомендаций,списка литературы и приложений. Общий объём диссертации составляет 567 стр. ,в том числе 367 стр. основного текста,110 фотографий,список использованной литературы (125 наименований источников,из них 80 на иностранных языках).
