Вирішення проблеми підвищення ефективності експлуатації комбінованих ґрунтообробно-посівних агрегатів при сівбі зернових культур. Створення математичної моделі руху та витрат палива комбінованим ґрунтообробно-посівним агрегатом. Тягові показники.
Аннотация к работе
Використання в технології прямої сівби комбінованих ґрунтообробно-посівних агрегатів дозволяє за один прохід поєднувати передпосівний обробіток ґрунту та сівбу, знизити погектарну витрату палива, питому матеріалоємність агрегатів, вивільнити механізаторів, підвищити продуктивність праці, зменшити кількість проходів по полю, тим самим знизити ущільнення ґрунту. Виконання технологічної операції прямої сівби повязане з великими витратами енергії як для виконання самої технологічної операції, так і для динамічних процесів, що виникають в системі трактор - знаряддя і які впливають на стійкість руху та витрату палива. розробити математичну модель руху та витрат палива комбінованого ґрунтообробно-посівного агрегату на базі трактора з шарнірно-зєднаною рамою та сівалкою прямої сівби; проаналізувати вплив динамічних складових руху комбінованого ґрунтообробно-посівного агрегату на його витрати енергії при виконанні технологічного процесу; Вперше: - за допомогою розробленої математичної моделі руху комбінованого ґрунтообробно-посівного агрегату обґрунтовані раціональні траєкторії руху окремих елементів агрегату, які дозволяють вирішувати задачі динаміки і оцінювати тягово-енергетичні показники [8, 9, 10];У відомих дослідженнях при оцінці ефективності різних технологій обробітку ґрунту та посіву розглядали чотири основні системи обробітку: традиційна технологія обробітку ґрунту і сівби; технологія безполицевого основного обробітку та мульчування ґрунту; технологія сівби з поверхневим обробітком та мульчуванням ґрунту рослинними рештками; технологія прямої сівби озимих культур. В другому розділі "Теоретичне обґрунтування енергетичних витрат комбінованим ґрунтообробно-посівним агрегатом" виконано математичне моделювання і аналіз впливу динамічних складових руху комбінованого ґрунтообробно-посівного агрегату на енергетичні витрати в технологічному процесі прямої сівби, запропоновано метод визначення витрати палива. Введемо наступні припущення: в процесі складання математичної моделі розглядався плоско-паралельний рух агрегату; не враховувалися процеси, які відбуваються в гідроприводі рульового керування, трансмісії трактора та динамічні характеристики двигуна в процесі розгону та гальмування агрегату; остови елементів агрегату приймались як абсолютно тверді тіла, а весь агрегат симетричний щодо поздовжньої площини; не враховувались дисипативні сили; бічні зусилля на шинах обмежені зчепленням коліс з дорогою; поступова швидкість руху агрегату постійна. 1, які використовуються при складанні математичної моделі: , - колові зусилля на ведучих колесах трактора; , , , - сили опору перекочуванню коліс елементів агрегату; , , , - бокові зусилля в місці контакту шин елементів агрегату з опорною поверхнею; - опір, який чинить ґрунт на другу півраму сівалки; , , , - маса елементів агрегату; , , , - моменти інерції елементів агрегату відносно вертикальної вісі; , - повертаючі моменти піврам трактора; , - моменти опору повороту піврам трактора; , , , , , , , , , , , , - геометричні параметри елементів агрегату; , , , - бічні жорсткості шин елементів агрегата; - кругова жорсткість зєднувально-керуючого модуля; - кут злому піврам трактора; - момент, що діє в точці зєднання піврам трактора; , , , - кути між центральною віссю елементів агрегату та віссю ОХ. При використанні таких систем та при керуванні трактором вручну зміну кута повороту першої піврами трактора представляємо у вигляді синусоїди: (2) де А - амплітуда впливу оператора (кут повороту рульового колеса), рад; 0,0785 - коефіцієнт переводу кількості впливів оператора, рад; n - кількість впливів оператора на рульове колесо (на гоні довжиною 100 м).В дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення наукового завдання, що виявляється в створеному математичному моделюванні процесу руху комбінованого ґрунтообробно-посівного агрегату як процесу нелінійної динаміки чотиромасової коливальної механічної системи з керованим збудженням. Це дозволило підвищити ефективність експлуатації комбінованих ґрунтообробно-посівних агрегатів. Проведеним аналізом результатів відомих досліджень встановлено, що використання комбінованих ґрунтообробно-посівних агрегатів ефективне на виробництві зернових культур з суміщенням передпосівного обробітку ґрунту та сівби. За допомогою розробленої математичної моделі руху комбінованого ґрунтообробно-посівного агрегату обґрунтовані раціональні траєкторії руху окремих елементів агрегату, які дозволяють вирішувати задачі динаміки і оцінювати тягово-енергетичні показники. При збільшенні частоти впливу оператора на рульове керування від 6 до 15 частоти траєкторій елементів агрегату зростають від 0,05 Гц до 0,2 Гц, частоти другої піврами трактора збільшуються з 0,85 Гц до 1,15 Гц (перша частота) та 0,25 до 0,45 Гц (друга частота).
План
Основний зміст роботи
Вывод
В дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення наукового завдання, що виявляється в створеному математичному моделюванні процесу руху комбінованого ґрунтообробно-посівного агрегату як процесу нелінійної динаміки чотиромасової коливальної механічної системи з керованим збудженням. Це дозволило підвищити ефективність експлуатації комбінованих ґрунтообробно-посівних агрегатів.
1. Проведеним аналізом результатів відомих досліджень встановлено, що використання комбінованих ґрунтообробно-посівних агрегатів ефективне на виробництві зернових культур з суміщенням передпосівного обробітку ґрунту та сівби. Виконання технологічної операції прямої сівби повязане з великими витратами енергії як для виконання самої технологічної операції, так і для динамічних процесів, що виникають в системі трактор-знаряддя і які впливають на стійкість руху та витрату палива. Для підвищення прямолінійності руху комбінованих сільськогосподарських агрегатів необхідно застосувати системи автоматичного керування напрямком руху, які забезпечать потрібну точність заданої технологічної траєкторії та знизять витрати енергії на виконання технологічного процесу.
2. Вирішена нова наукова задача, спрямована на підвищення ефективності експлуатації комбінованих ґрунтообробно-посівних агрегатів в складі трактора з шарнірно-зєднаною рамою та сівалкою прямої сівби. За допомогою розробленої математичної моделі руху комбінованого ґрунтообробно-посівного агрегату обґрунтовані раціональні траєкторії руху окремих елементів агрегату, які дозволяють вирішувати задачі динаміки і оцінювати тягово-енергетичні показники. Встановлені залежності витрати палива та пройденого шляху комбінованим ґрунтообробно-посівним агрегатом в складі трактора з шарнірно-зєднаною рамою та сівалкою прямої сівби від амплітуди та частоти відхилення елементів агрегату. Дані закономірності відрізняються від відомих врахуванням динамічних складових елементів агрегату при русі на гоні.
3. Найбільший вплив на динаміку елементів агрегату має частота впливу оператора на рульове керування. Амплітуда відхилення має менший вплив ніж частота. Зміна кутів повороту всіх елементів агрегату являє собою синусоїдальний закон з двома вимушеними частотами. Перший елемент сівалки (бункер для посівного матеріалу) при частотах впливу оператора на рульове керування від 6 до 15 на гоні 100 м повертається на найбільший кут до 12°.
При збільшенні частоти впливу оператора на рульове керування від 6 до 15 частоти траєкторій елементів агрегату зростають від 0,05 Гц до 0,2 Гц, частоти другої піврами трактора збільшуються з 0,85 Гц до 1,15 Гц (перша частота) та 0,25 до 0,45 Гц (друга частота). Комбінований ґрунтообробно-посівний агрегат, як динамічна система, має властивість збудника та вказує на наявність широкого спектру вимушених частот досліджуваного механізму.
4. Траєкторії елементів агрегату співпадають при кількості впливів оператора від 10 до 40. При 10 та менше впливах оператора і амплітуді відхилення >0,5 м друга піврама трактору рухається по іншій траєкторії, збільшуючи тим самим площу ущільненої поверхні поля. Амплітуди відхилення траєкторії першої, другої піврами трактора та першої піврами сівалки збільшуються від 0,6 м до 1,8 м зі збільшенням амплітуди впливу оператора на рульове керування від до (при кількості впливів оператора від 10 до 40). Друга піврама сівалки (культиватор з сошниками) має найбільш стійкий рух. Кут повороту не перевищує 5°, а відхилення від прямолінійної траєкторії не більше ±0,25 м.
5. Для функціонування агрегату необхідна потужність знаходиться в межах від 78,7 КВТ до 96,9 КВТ з частотами 1 та 0,2 Гц, А = 0,25рад(14,3°), n = 12 та максимальна потужність 97,1 КВТ при , . Витрата палива комбінованим ґрунтообробно-посівним агрегатом збільшується від 0,262 кг до 0,899 кг при збільшенні частоти впливу оператора від 6 до 40 при А = 0,25 рад. При збільшенні амплітуди впливу від 0 до 1 рад витрата палива зростає на 32 г при на гоні довжиною 100 м. Найменша витрата палива агрегатом спостерігається при амплітуді впливу оператора на рульове керування до 0,25 рад та кількості підкермовувань на гоні не більше 10.
6. Розроблений пристрій для контролю за траєкторією руху та витратою палива, який вказує трактористу про необхідність зміни режиму роботи, відпочинку оператору або технічного обслуговування агрегату. Пристрій видає попереджуючий сигнал у випадках, коли: довжина гону та амплітуда відхилення збільшилась відносно до попереднього проходу на і вище; амплітуда відхилення та довжина пройденого шляху поступово зростають на і вище на кожному проході відносно першого проходу; витрата палива збільшилась відносно до попереднього проходу на і вище; витрата палива поступово зростає на і вище на кожному проході відносно першого проходу.
7. Проведені експериментальні дослідження в лабораторних та виробничі випробування в польових умовах, які підтвердили адекватність математичної моделі руху та витрати палива комбінованого ґрунтообробно-посівного агрегату. Розбіжність розрахункових і експериментальних результатів не перевищує 7%.
8. Результати експлуатаційно-технологічних досліджень в ФГ "Восход" Сахновщинського району Харківської області комбінованого ґрунтообробно-посівного агрегату в складі трактора ХТЗ-150К-09 і сівалки прямої сівби АПП-6 з встановленим пристроєм контролю за траєкторією руху та витратою палива показали збільшення продуктивності агрегату на 8% і зменшення погектарної витрати палива на 5,2%. Це забезпечило зниження експлуатаційних витрат від впровадження пристрою на 12 грн/га та 2545,32 грн на один агрегат в 2009 р.
Пристрій контролю за траєкторією руху та витратою палива передано у відділ Головного конструктора ВАТ "ХТЗ" для встановлення на трактори під час їх модернізації та при розробці нових моделей. Розроблена математична модель руху та витрати палива комбінованим ґрунтообробно-посівним агрегатом використовується в державному підприємстві "Інститут машин і систем" Мінпромполітики і НАН України в практиці аналізу енергетичних складових руху сільськогосподарських агрегатів.
Список литературы
1. Антощенков В.Н. К вопросу построения математической модели комбинированного машинно-тракторного агрегата / В.Н. Антощенков, Р.В. Антощенков // Тракторная энергетика в растениеводстве: Сб. научн. тр. - Х.: ХГТУСХ, 2003. - Вып. 6. - С. 80-85.
2. Антощенков Р.В. Енергетичний коефіцієнт корисної дії мобільного енергетичного засобу в складі комбінованого сільськогосподарського агрегату / Р.В. Антощенков // Весник Национального технического университета "ХПИ": Тематический выпуск "Автомобиле- и тракторостроение". - Харьков, 2007. - Вып.12. - С.39-44.
3. Лебедєв А.Т. Залежність ефективного коефіцієнту корисної дії мобільного енергетичного засобу від різних варіантів розподілення енергії / А.Т. Лебедєв, Р.В. Антощенков // Тракторна енергетика в рослинництві: Вісник ХНТУСГ. - Х.: ХНТУСГ, 2007. - Вип. 60. - С. 52-57.
4. Антощенков Р.В. Методика получения и обработки данных лабораторно-полевых испытаний МТА / Р.В. Антощенков // Праці Таврійської державної агротехнічної академії. - Мелітополь: ТДАА, 2007. - Вип. 7, т. 1. - С. 123-129.
6. Антощенков Р.В. Аналіз навігаційних пристроїв як систем автоматичного напрямку руху машинно-тракторного агрегату при використанні у системі точного землеробства / Р.В. Антощенков // Системи управління, навігації та звязку - К: ЦНДІ НУ, 2008. - Вип. 3 (7). - С. 24-26.
7. Антощенков Р.В. Експериментальні дослідження комбінованого посівного агрегату в складі трактора ХТЗ-150К-09 та сівалки прямої сівби АПП-6 / Антощенков Р.В. // Технічний сервіс АПК, техніка та технології у сільськогосподарському машинобудуванні: Зб. наук. пр. ХНТУСГ, Харків, 2009. - Вип. 76. - С. 335-339.
8. Лебедєв А.Т. Математична модель руху комбінованого посівного агрегату в складі трактора ХТЗ-150К-09 та сівалки прямої сівби АПП-6 при впливі оператора на рульове керування / А.Т. Лебедєв, Р.В. Антощенков // Системи обробки інформації - Х.: ХУПС, 2009. - Вип. 3 (77). - С. 135-138.
9. Лебедєв А.Т. Математична модель руху комбінованого посівного агрегату в складі трактора ХТЗ-150К-09 та сівалки прямої сівби АПП-6 при прямолінійному русі першої піврами трактора / А.Т. Лебедєв, Р.В. Антощенков // Праці Таврійського державного агротехнологічного університету. - Мелітополь: ТДАУ, 2009. - Вип. 9, т. 1. - С. 151-157.
10. Мазоренко Д.І. Результати моделювання впливу оператора на рульове керування трактора ХТЗ-150К-09 в складі комбінованого посівного агрегату / Д.І. Мазоренко, Р.В. Антощенков // Системи управління, навігації та звязку - К: ЦНДІ НУ, 2009. - Вип. 2 (10). - С. 93-96.
11. Мазоренко Д.І До питання визначення витрати палива комбінованим ґрунтообробно-посівним агрегатом / Д.І. Мазоренко, Р.В. Антощенков // Тракторна енергетика у рослинництві: Вісник ХНТУСГ. - Х.: ХНТУСГ, 2009. - Вип. 89 - С. 5-11.
12. Лебедєв С.А. Використання тракторів типу ХТЗ-160 на енергоємних роботах / С.А. Лебедєв, В.М. Антощенков, О.В. Єсіпов, Р.В. Антощенков // Механізація сільського господарства: Вісник ХДТУСГ. - Х.: ХДТУСХ, 2004. - Вип. 29. - С. 62-66.
13. Антощенков В.М. Аналіз гнучких технологічних процесів виробництва продукції рослинництва / В.М. Антощенков, Н.С. Парфьонова, Р.В. Антощенков // Механізація сільського господарства: Вісник ХНТУСГ ім. П.Василенка. - Х.: ХНТУСХ, 2005. - Вип. 41. - С. 43-47.
14. Антощенков В.М. Аналіз технологічних процесів механізованих робіт виробництва продукції рослинництва / В.М. Антощенков, Р.В. Антощенков // Механізація сільського господарства: Вісник ХНТУСГ ім. П.Василенка. - Х.: ХНТУСГ, 2006. - Вип. 44, т.2 - С. 22-27.
15. Антощенков В.М. Аналіз технологічного процесу міжрядної обробки просапних культур / В.М. Антощенков, Р.В. Антощенков, П.В. Летута // Механізація сільськогосподарського виробництва: Вісник ХНТУСГ. - Х.: ХНТУСГ, 2007. - Вип. 59. - С. 273-278.
16. Антощенков Р.В. Обґрунтування необхідності та пристрою для визначення витрати палива // Молодежь и сельскохозяйственная техника в ХХІ веке: IV-й Международный форум молодежи. Сборник материалов форума. Харьков, 3-4 апреля, 2008г. - Харьков: ХНТУСХ, 2008. - С. 116.
17. Антощенков Р.В. Результати лабораторних випробувань витратомірів палива "IVA-MM", "ПОРТ-1", "РТ-1" // Молодежь и сельскохозяйственная техника в ХХІ веке: V-й Международный форум молодежи. Сборник материалов форума. Харьков, 1-3 апреля, 2009г. - Харьков: ХНТУСХ, 2009. - С. 155.