МЕХАНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕОБОСНОВАНИЕ ПОВЫШЕНИЯ эффективностИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ

Таким образом,разработанная методика позволяетустановить структуру МТА, обеспечивающуювысокий уровень их функционирования.Влияние структуры МТА (x1) на показателииспользования для различныхпроизводственных условий (x2) установлены методом планированияэкспериментов в двухфакторномэксперименте. В качестве критерия оптимизации принятыприведенные затраты (П), затраты труда(З),капитальные вложения (К),эксплуатационные затраты (Э).

После реализацииматрицы планирования эксперимента,определения коэффициентов и приведения уравнений кканонической форме полученыуравнения:

(4)

Анализповерхностей отклика проводится с помощьюдвумерных сечений, придавая различныезначения критерию оптимизации в областидопустимых значений варьирования факторов. Нарисунках 3,4,5,6 приведены поверхности откликаизменения приведенных затрат, эксплуатационныхзатрат, капитальных вложений и затрат труда.

Рисунок 5– Изменение капитальныхвложений

Рисунок 6 – Изменениезатраттруда

В главе«Энергетические параметры,определяющие эффективность функционирования МТА»приведеныисследования по обоснованию базовыхпараметров энергетических средств,которые являются составной частьюагрегата, определению основныхэксплуатационно-технических показателейагрегатов в переменныхусловиях внешней среды.

Установлено, чтопараметры МТА оказывают существенноевлияние на показатели уровня их функционирования,что предъявляет особые требования к ихобоснованию.

Режимы работы силовойустановки МТА в процессе ихфункционирования изменяются. Для этихизменений силовая установка имеет всережимныйрегулятор, который позволяет получитьтакую характеристику двигателя, для обеспечения адаптации МТА к различным режимам работы. Анализразличных типов аппроксимации корректорнойветви характеристики двигателяпоказывает, что в наибольшей степени характеруее протекания соответствуетуравнение эллипса, так как при этомобеспечивается наибольшая точность (ошибка непревышает 3%). При этом зависимость частотывращения вала двигателя от нагрузкиопределяется выражением:

(5)

где -обороты двигателя на корректорной ветвихарактеристики, при максимальном иноминальном моменте; - максимальный и номинальный моментдвигателя; Э,Ркр -передаточное число трансмиссии,энергонасыщенность и тяговое усилие.

При обоснованиипередаточных чисел трансмиссиитрактора необходимо использоватьдиапазон потенциальной тяговойхарактеристики в зоне наибольших значений тягового КПДи передаточные числа выбрать так, чтобы не допуститьснижения загрузки двигателя нижедопустимых значений при переключенияхпередач. Существенная особенность методики обоснованияпередаточных чисел состоит в том, чтонеобходимо сначала определить параметрытрансмиссии на условной передаче,котораясовмещается с потенциальной тяговойхарактеристикой при максимальномзначениитягового КПД и уже потом определятьпередаточные числа на основной и другихпередачах. При этом чтобыиметь резерв мощности для преодоленияперегрузок, обусловленных случайным характеромтягового сопротивления основная передача совмещается спотенциальной тяговой характеристикой призначении тягового КПД равном 0,92-0,95max.

Этому положениюметодики определения передаточных чиселтрансмиссии соответствуетуравнение:

(6)

где rk,f, зд– радиус ведущего колеса,коэффициент перекатывания и коэффициент загрузкидвигателя.

Гидростатическаятрансмиссия обладает некоторымипреимуществами по сравнению с механическойтрансмиссией. Общий диапазонрегулирования скоростным и силовымпотоками этой трансмиссии определяетсяпараметрами тяговой машины для которойона проектируется.

Разработаннаяметодика определения тяговых показателейМТА и алгоритм для еёреализации обеспечиваютполучение результатов с достаточнойточностью, адля её определения достаточно исходнойинформации,заключённой в технической характеристикедвигателя и трактора, следовательно, можноопределитьпоказатели как существующих, так и вновьпроектируемых тракторов. При этомучитывается характер протеканиярегуляторной характеристики двигателя трактора отнагрузки на регуляторной и корректорнойветвях этой характеристики, что даётвозможность получить оценки уровняфункционирования МТА с наибольшейточностью. Алгоритм для определениятяговых показателей трактора представленуравнениями 7, 8, 9, 10, а его схема приведенана рисунке7.

а) на регуляторнойветви

скорость движения

(7)

крюковая мощность

(8)

б) на корректорнойветви

скоростьдвижения

(9)

крюковаямощность

(10)

Методика определениятяговых показателей бесступенчатойтрансмиссии позволяет установить тягово-сцепныевозможности трактора и определитьпараметрыгидромашин, входящих в эту трансмиссию дляеё предварительного расчёта. Особенность методикисостоит в том, что для определениязависимости скорости движения отнагрузкикрутящий момент двигателя трактора и момент силсопротивления приводится к валугидромотора. После преобразований получимуравнение (11), по которому и строится тяговаяхарактеристика (рис. 8).

(11)

Рисунок 7 -Блок-схема алгоритма для определения

тяговых показателейтрактора

Для энергетическихсредств различной энергонасыщенностиуравнение позволяет получить семейство кривых,которые отличаются друг от друга нанекоторуювеличину (на рис.8 приведены кривые для Nдв =120, 170, 220 л. с.).

Для того, чтобы средиразличных решений определить кривую,проходящую через заданную точку,необходимо знать начальные условия,которые задаются техническими требованиями наразработку трактора, так, например, длятрактора тягового класса 3,0 такими начальнымиусловиямибудут номинальное тяговое усилие Ркр=3000 кг и рабочаяскорость при номинальном тяговом усилии Vр=9км/ч.

Основным источникомколебаний МТА при работе их на характерныхфонах (стерня, поле, подготовленное под посев,вспаханное поле, полевая дорога и др.)являютсянеровности профиля поверхности поля,которыевоздействуют на их ходовые системы.

Спектральныехарактеристики неровностей позволяют определить ихдлину, соответствующую каждой частоте.Сравнивая эти длины с конструктивнымипараметрамиходовых систем МТА, можно выделить те неровности,которые в наибольшей степени воздействуют наагрегат.

Анализ этихвоздействий показывает, что гусеничныйдвижитель имеет существенныепреимущества по сравнению с колёсным движителем,так как он фильтрует (сглаживает) внесколько раз больше неровностей, чтоулучшает условия труда, плавность хода, качествовыполняемых операций и другие показателиМТА и тем самым повышает уровень ихфункционирования. Так, например, на активныйдиапазон частот колёсного движителятрактора К-701 приходится значительно большаядоля дисперсии профиля поверхности поля,чем у этого трактора на сменных гусеничныхдвижителях. На паровом поле эта величинасоставляет 108-169%, на вспаханном поле, полевой дороге и стерне–соответственно 131-197%, 170-213% и 105-124%.

Рисунок 8 – Тяговаяхарактеристика трактора класса 3

Особенность методикиопределения эксплуатационно-технологическихпоказателейМТА состоит в том, что учитываетсявероятностный характер изменения тяговогосопротивления агрегата. При этом пофункции распределения можно определить долю работыагрегата на той или другой скорости, а,следовательно, и установить среднююскорость движения и производительностьМТА, что значительно повышает точностьрасчётов при оценке уровняфункционирования агрегатов.

В главе«Анализмеханизма адаптации сельскохозяйственныхМТА»приведены результатыисследований механизма адаптации МТА напримере сеялочных агрегатов и методическиеположения по установлению их оптимальныхпараметров.

Под действием внешнихусловий (воздействий) сельскохозяйственный МТА постоянно изменяет своипараметры. Чтобы параметры находились взоне допускаемых значений, оценки этих параметров необходимопостоянно уточнять. Если этого не делать, токачество выполняемой работы не будетсоответствовать предъявляемым к нейтребованиям, да и невозможно предсказатьповедениесамого агрегата. При этом уровеньфункционирования МТА снижается. Такоеуточнение в процессе работы агрегатаполучило название адаптивное управление.

Причинами отклоненияпараметров от заданного значения являютсяпомехи (условия функционирования), кнаиболее важным из них многие авторы относятпрофиль поверхности фона, на которомработаютсельскохозяйственные МТА, так как этот фон характерендля работы любого типа агрегатов.

В связи с этим былиустановлены основные характеристикипрофиля поверхности в виде коэффициентовкорреляционных функций и соответствующиеим спектральные плотности, которыеизменяются только от характеристикирассматриваемых фонов и скоростидвижения, следовательно, их можноиспользовать для определения параметровлюбых сельскохозяйственных агрегатов, работающих на этихфонах.

Средипочвообрабатывающих и посевных агрегатовнаиболее сложными по технологическомупроцессу представляются сеялочныеагрегаты, так как их рабочий процессвключает ряд последовательно илипараллельно выполняемых операций. В общем случаеэти операции включают: отбор семянвысевающим аппаратом из бункера, формированиесеменного потока на выходе из высевающегоаппарата, транспортирование семян по семяпроводу к сошнику,формирование посевной борозды, укладкуи распределение по ней семян, заделку семянспециальными рабочими органами, прикатываниебороздок семян, выравнивание имульчирование поверхности поля. Каждый изэтих этапов оказывает влияние на качествовыполнения технологического процесса вцелом. Наиболее важными показателямикачества посевного агрегата являютсяраспределение высеваемого материала поплощади питания и неравномерность высева,которыеоказывают влияние на урожайность сельскохозяйственныхкультур.

Для обеспечениятребований агротехники по распределениювысеваемого материала по площади питанияконструкция высевающего аппарата должнаобеспечивать высев семян или удобренийравномерным непрерывным потоком, а недискретно(дозами), как наиболее распространённыекатушечные аппараты с прямым зубом.

Проведенныеэкспериментальные исследования (рис.9)показывают,что в наибольшей степени требованиямагротехники отвечают винтовые катушечныевысевающиеаппараты с косым зубом и аппаратывибродискретного типа, при этом последние хорошокомпонуются с современными сеялками,обеспечивают независимость работы отвнешних факторов, легко настраиваются навысев культур с различными свойствами изначительно снижают металлоёмкостьагрегата.

Параметрысемяпроводов оказывают влияние накачество работы высевающей системы сеялки. При этомнеобходимо выбрать такую формусемяпровода, при которой обеспечивается наиболеебыстрый спуск потока семян от высевающегоаппарата до сошника, так как время спускаоказывает влияние на неравномерностьвысева.

Результатамиисследований установлено, что линиейнаибыстрейшего спуска потока семян извысевающего аппарата до сошника являетсядуга циклоиды, следовательно, семяпровод сеялки должен иметьформу циклоиды, но радиус образующейокружностициклоиды должен быть выбран таким образом,чтобы арка циклоиды прошла через заданныеточки.

Рисунок 9 - Показателикачества высева аппаратами

вибродискретного типа

В связи с этимразработана методика, которая позволяетопределить параметры семяпроводов, отвечающиеуказанным требованиям для любого типасеялок. Нарисунке 10 показана форма семяпроводовприменительно к сеялкам типа СЗП.

Рисунок 10 – Параметрысемяпроводов сеялок типа СЗП

Известно, чтодинамические свойства сельскохозяйственного агрегата определяются егопередаточной функцией, которую можноустановить различными способами. Передаточнаяфункция связывает входные воздействия наагрегат с его выходными показателями. С другойстороны, спектральная плотность процесса на выходесистемы (Sy())тоже связана со спектральнойплотностью процесса на входе системы (Sx()).

В свою очередьчастотная характеристика случайногопроцесса А()может быть получена из передаточнойфункции подстановкой p = j.Тогда можно установить частотнуюхарактеристику случайного процесса поформуле:

(12)

Как уже отмечалось,основным входным воздействием на сельскохозяйственныеМТА является профиль поверхности фона, накотором работает этот агрегат. Основныехарактеристики этих фонов нами обобщены.

Нормативные выходныепоказатели сеялочных агрегатов тожеизвестны, так как они регламентируютсяагротехническими требованиями на этимашины. В частности при глубине заделки семянравной 6-8 см отклонения от этой глубины не должныпревышать±1 см.

Таким образом,известны входные и выходныехарактеристики случайных процессов и,следовательно, можно установить операторсистемы, обеспечивающий оптимальное преобразованиевходных воздействий, т.е. можно провестисинтез посевного агрегата, как динамическойсистемы.

При этом еслиспектральные плотности входного ивыходного случайных процессовпредставлены своими нормированнымизначениями, то получим уравнение:

(13)

где y,x –нормированные спектральные плотности выходногои входного случайных процессов;

Dy,Dx –дисперсии выходного и входного случайныхпроцессов.

Исходными данными дляопределения спектральной плотностивыходного(глубина заделки семян) процесса являлисьреализации, полученные в результатемоделирования этого процесса.

Для определенияоптимальных параметров динамическойсистемы необходимо знать зависимостьамплитудно-частотной характеристики отэтих параметров. При этом известно, чточастотная характеристика представляет собойчастный случай передаточной функции,которая в свою очередь зависит отпараметровдинамической системы. Для физическиосуществимых устойчивых систем передаточнуюфункцию можно заменить частотнойхарактеристикой без потери информации.

При этом работусошника сеялки можно представить какдинамическую систему с двумя входами и однимвыходом, так как на сошник с одной стороныдействуетвозмущающаясила от профиля поверхности поля, с другойстороны - рама сеялки, с которой связансошник. В результате воздействия этих факторовсошник с массой m cмещается навеличину y(t), которая иявляетсявыходным показателем системы. При этомсошник связан с рамой сеялки через пружинус жёсткостью и демпфер спараметром с. На современных сеялках обычно нетспециальных демпфирующих устройств,однако сошник движется в почве, которая вэтом случае обладает демпфирующимисвойствами.

Для определенияпередаточной функции системы необходимознать уравнение движения, которое можнополучить, пользуясь законами механики,согласно которым сумма всех сил, приложенных кмассе, равна нулю.

(14)

С учётом этого былаполучена частотная характеристика, модулькоторой определяется уравнением:

(15)

где , с– частотавынужденных колебаний и частотасобственных колебаний сошниковой группы.

Таким образом, с однойстороны амплитудно-частотнаяхарактеристика может быть выраженауравнением, которое связывает её спараметрами эксперимента (нормированныеспектральные плотности, дисперсии), с другойстороны - уравнением, которое связывает еёс параметрами динамической системы.Следовательно, сравнивая этиуравнения,можно определить параметры динамическойсистемы.

На рисунке 11 приведенаамплитудно-частотная характеристика,полученная всоответствии с этим уравнением.

Рисунок 11 –Амплитудно-частотная характеристика

сошниковойгруппы

Анализ кривых,приведенных на рисунке 11а, показывает, чтопри n=0 и при совпадении частотысобственных колебаний с частотойвынужденных колебаний =с амплитудаколебаний возрастает до бесконечности, т.е.наступает явление резонанса. По мереувеличения параметра n значение амплитудыуменьшается,и при n=0.6 амплитуда повеличине не превышает значений, полученных вначале координат (рис. 11б) и не имеетвсплесков по величине во всёмдиапазоне рассматриваемыхчастот, что является нижнейграницей установления параметровсошниковой группы сеялок.

Зависимость дисперсиивыходного процесса от частоты колебанийполучена при сравнении уравнений 13, 15 иопределяется выражением:

(16)

Таким образом,разработанная методика позволяетопределить основные параметры сошниковойгруппы посевных машин. Она основана насравнении экспериментальной амплитудно-частотнойхарактеристики, которая связана спараметрами эксперимента (нормированныеспектральные плотности, дисперсии), самплитудно-частотной характеристикой,полученной в результате анализа условийдвижениядинамической системы, которая в своюочередь связана с параметрами этойдинамической системы.

В главе «Техническая эксплуатация какфактор повышения эффективностифункционирования МТА»установлено, что техническаяэксплуатация, которая включает в себясвоевременное и качественное проведениетехнического обслуживания и ремонта,рациональное использование топлива исмазочных материалов, использованиеэффективных приёмов хранения техники,оказывает влияние на работоспособность машини их надёжность.

Надёжность – это свойствомашин выполнять заданные функции, сохраняявыходные эксплуатационные характеристикив заданных пределах в течение определённого времени.Уже это определение указывает на то, чтотехническая эксплуатация МТП являетсяважнейшим фактором, обеспечивающимвысокий уровень эффективностифункционирования сельскохозяйственных агрегатов. Без учёта этогофактора дажесамая строгая оптимизация параметров МТАне сможет обеспечить их эффективногоиспользования. При этом эффективноеиспользование топливно-смазочных материаловобеспечивает не только надёжность работыМТА, но и поддержание их параметров в зонедопускаемых значений, что является обязательнымусловием высокого уровня ихфункционирования. Более того, достижения науки итехники показывают, что надёжные,долговечныемашины, оборудование и приборы могут бытьсозданы только при удачном решении задачтрения,износа и смазки.