авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

«из ФОНДОВ РОССИЙСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ БИБЛИОТЕКИ Ко5елев, Александр Вячеславович 1. Повышение эффективности культиваторного агрегата с трактором класса О,6 применением ...»

-- [ Страница 2 ] --

Для пластичных грунтов (кривая 2, рис. 2.15), когда f„=f^^ и / = О, формула (2.25) имеет вид [181]:

(2.29) к Используем зависимость (2.29) для вывода формулы касательной силы тяги колеса при сдвиге грунта.

/ ^V, ^^ -."^ / у у / с / ^ II / / II // // ^с ^^, / / / / // / ' ! Рис. 2.15. Зависимость напряжений сдвига от деформаций:

1 - плотные грунты;

2 - пластичные грунты Используем зависимость (2.29) для вывода формулы касательной силы тяги колеса при сдвиге почвы.

Суммарную деформацию рыхлителей, равную в начале зацеп ления нулю и достигающую в конце значения А, = 31 ^, как было пока­ зано выше, можно представить в виде треугольника. Тогда деформация Фунта на расстоянии х (см. рис. 2.13) от начала зацепления равна Касательная сила тяги активного колеса-рыхлителя, необходимая для преодоления сдвига почвы равна (2.30) ^ с = Jc^A+J^Z-^^' кл где с- ширина рыхлителя колеса;

с = 2л--^/2 = л--^[здесь d- диаметр рыхлителя (рис. 2.14)];

Д, - длина контакта дискового ножа;

b^ - толщина дискового ножа;

dx - длина элементарной площадки.

Определим величину L,, используя для этого схему на рис. 2.16.

Из прямоугольного треугольника АОО| определим 0|А, учитывая, что AO = (r + hJy 00, =г получим:

0,A = ^h,X2r + hJ, где /;

, - высота диска (см. рис. 2.13 и 2.16).

Так как 0,A = AOsmP^, то угол j3^ будет равен:

/?2 = arcsin (2.31) Предварительно определив значения ВО^ =-\J4r^h^, - Н^ +Л, из пря­ моугольного треугольника ВОзО и О^В = ^Л,(1 + 4г + 2Я + А,) из прямо­ угольного треугольника О2О3В, рассчитаем значение угла Д по теореме косинусов из равностороннего треугольника ОгОВ, и, после преобразова­ ний, получим:

-h,-2Hh„ \ 'ir' (2.32) Д = arccos I 2(r + hJ Тогда значение угла /3 равно:

9 = Д + Д. (2.33) Зная угол /?, можно легко определить величину L,:

L,=(r + hJ^, (2.34) где /^ - угол, выраженный в радианах.

В общем случае Т^ зависит от нормального давления р^, деформа­ ции почвы, его физико-механических свойств, параметров колеса. Из них переменным являются нормальное давление и деформация сдвига, т. е.

^. =ЛР.Л) Для пластичных грунтов, подставляя формулы (2.29) в уравнение (2.30), с учетом, что A^=S-х, получаем K..=]cf..Pjh^dx + ']bJ^^pjh^dx, (2.35) где P,=f(G,x).

Если принять в первом приближении, что давление р^ распределе G но равномерно, т.е. р^ = р^^ = —, то bL К... = К^^^т^^+М^^^Т^^' (2.36) где G - вертикальная нагрузка на колесо, Н [181]:

(\-S)x X ^;

cV rjl-2(l-^)jl- - +0-^) (2.37) к yfJTfl-H' ^;

cV +{\-Sydx dx xth \-2(\-S\j\ ^;

cY (J.

\r.

Определим вторую составляющую касательной силы тяги, возни каюн1ую при срезе почвенных кирпичей боковыми сторонами рыхлителей:

^Kcp=2[r,jX^,' (2.38) где [г^р] - модуль среза, Н/м, который изменяется для разных почв в сле дуюнщх пределах [181]: для среднего суглинка (стерни) [r^J=(l,26^ 1,94)10' Н/м;

для супеси стерни [r^J=(l,5^2,6)lO' Н/м;

^.'Ь. " суммарная длина рыхлителей, одновременно взаимодействуюпщх с поч­ вой, м (зависит от выбранного закона перемеп^ения рыхлителя см. п. 2.2):

JlK=flK.+f.h,„, (2.39) /'I Ё^., -суммарная длина рыхлителей, одновременно взаимодеиствую где 1* нщх с почвой в пределах угла a^, м;

^/г,2, - суммарная длина рыхлителей.

1^ одновременно взаимодействующих с почвой в пределах a^ ^(р,, ^(р^-, Щ /7^,, - / значение длины заглубленной части рыхлителя, при (р^^ значении»

рабочего угла (р^ ((р^_ ^ог,);

/г,^, - / значение длины заглубленной части рыхлителя при ^^, значении рабочего угла р^ (а, ^(р,, ^(р^,)\ п, - число рыхлителей на опорной поверхности жесткого колеса в пределах угла а, :

..л. (2.40) где л, - число рыхлителей на опорной поверхности жесткого колеса в пре 0/ делах угла 9'„.„ (см. рис.2.17):

(2.41),^ _ ВЫ.Г "2. ' t где / - пшг рыхлителя, м;

4^^ - длина контакта колеса, при которой рыхли­ тели выглубляются (см. рис. 2.17), м:

где /3- длина площади контакта колеса, на которой действуют рыхлители (см. рис. 2.17) 1,=г(р„ (2.42) где (р^ - значение рабочего угла (р^, при котором рыхлители взаимодейст­ вуют с почвой (см. рис. 2. 17), рад:

cp,=-4K{2r + h„), (2.43) г где /;

„- значение смещения рыхлителя И^^, при котором происходит его выход из почвы, м.

Значение h^ определяется из условия (г+ /?,,) cos ^,, = г. (2.44) По условию (2.44), с помощью ЭВМ, находят такие значения /?,, и ^„, в пределах а (р^^ ср^ рабочего угла (р^, при которых обеспечивается данное соотношение. Данный поиск предусматривает профамма, предос­ тавленная в приложении 6.

Общее количество рыхлителей активного колеса-рыхлителя опре­ деляется по формуле 4яг,^ ^^^ «„= — • (2.45) Длины /?,,, и /;

,,,, исходя из схемы на рис. 2.13, определятся как h,u=K., (2.46) где //,, - i-e значение смещения рыхлителя при ^,, значении рабочего угла (р в пределах ^,, а,, h,2. =fc+ К.. + / J - (^0 + ^« + ^, - К.. )cos ^, (2.47) где ^^, - значения рабочего угла (р^ в пределах or, - ^^, ср^.

Подставляя уравнение (2.39) в (2.40) получаем /", (2.48) ^«cp=2[rjX^,.,+I/^., Как видно из формулы (2.48), часть касательной силы тяги активно­ го колеса-рыхлителя, необходимая для преодоления напряжений среза, за­ висит от высоты /7^,, шага / рыхлителя, длины площади контакта /, и мо­ дуля среза Грр.

Общая касательная сила тяги активного колеса-рыхлителя с вы­ движными рыхлителями равна (2.49) р-р,р,р 'к ' к1 ^ ' к.сл ^ ' к.ср' где F^., - касательная сила тяги активного колеса-рыхлителя без рыхлителей[181]:

// (\-Зфгу-у^ ^Kl=^Cr,J- X " г 1-2(1-^) +(1-^)'. (2.50) 1Ч 1-2(1-^) г-у W{\'5fdy dy - Jол12гу-у^ х/Л 'О Подставляя формулы (2.36), (2.48), (2.50) в формулу (2.49), имеем (1-^)д/2гу-У ^K=^cr„J \V-Hy-5i^~J^-^{\-5f - J -{)^1ъу- ~,\-2i\-S) л-{\-5^ау \1у^ ^th.(2.51) л, Рис. 2.16. Схема для определения длины контакта дискового ножа /l^//// \ Рис. 2.17. Схема для определения длины заглубленной части рыхлителя /?„ Как видно из формулы (2,51), касательная сила тяги активного ко­ леса-рыхлителя с выдвижными рыхлителями, необходимая для преодоле­ ния сил трения, сдвига и среза почвы, зависит от нормальной нагрузки G, действующей на колесо, параметров колеса {b,r,hp,t), физико механических свойств грунта (f^^,f„,k^,k,7o) и режима движения (коэф­ фициента буксования S).

Составим уравнение движения конца рыхлителя активного колеса рыхлителя. Кинематическая схема колеса-рыхлителя представлена на рис.

2. 18. Для вывода уравнения движения конца рыхлителя расположим неподвижную систему координат следующим образом (рис. 2. 18). Начало координат разместим на уровне максимального выхода рыхлителя /7„,^, в почву (точка 0), за положительное направление оси X примем направление поступательного перемещения машины, ось Y направим вверх так, чтобы в начальный момент движения она проходила через ось кулачка и колеса (точка 0|). Для определения кинематических параметров колеса-рыхлителя рассмотрим процесс его работы.

Пусть колесо повернется из начального положения на угол ^,, то­ гда точка А переместится в точку Aj, а точка В в точку В|, ось колеса пе­ реместится на расстояние г^^. Найдем проекции конца рыхлителя на оси координат [j^ = (r + /2,„,Jl-cos^)' где I// - угол между осью рыхлителя и горизонталью.

При (р^ or, значение ^ = or, - ^,, а при (р^- а^ - xj/ = (р^-а^.

Уравнение (2.52) описывают поверхность вращения, образованную при одновременном вращательном и поступательном движениях плоско­ сти рыхлителя. Эта траектория будет представлять удлиненную циклоиду.

В следующем разделе рассмотрим тяговый баланс культиватор но го агрегата с активными колесами-рыхлителями, Рис.2. 18. Кинематическая схема активного колеса-рыхлителя 2.5. Тяговый баланс культиваторного агрегата с активными колесами-рыхлителями Общее уравнение тягового баланса колесного трактора выглядит следующим образом [ 100] (2.53) F:,'- = F,, + F^±F^ + F,„±F,.

где F,'.'' - касательная сила тяги трактора, Н;

F^,, - тяговое сопротивление, создаваемое работающей в агрегате с трактором машиной, Н;

F^ - сила со­ противления качению, Н;

F, - сила инерции поступательно движущих масс (приложенная в центре масс), Н;

F, - сила сопротивления воздуха (приложенная в центре парусности), Н;

f] - сила сопротивления при дви­ жении трактора при подъеме, либо при спуске, Н.

Рассмотрим режим движения афегата по полю, характеризуемый следующими особенностями: скорость 5... 12 км/ч;

сопротивление воздуха мало и им можно пренебречь - F _ = 0 ;

культиваторный агрегат движется ^, без значительных изменений скорости, поэтому инерционными силами также момно пренебречь - F^ = 0;

уклон поля незначителен, поэтому мож­ но принять /^ =0.

С учетом этих особенностей уравнение тягового баланса примет следующий вид:

F^-=F,, + F^. (2.54) Максимальная касательная сила тяги по двигателю F^. [57] равна FI'-^'ЖьЬгПг!!^ (2.55) где М^ - максимальный крутящий момент двигателя, Нм;

/",,., г]„, - переда­ точное число и КПД силовой передачи;

г^ - радиус качения колеса, м.

Тяговое сопротивление, создаваемое работающей в агрегате с трак­ тором маншной F„, определяется по формуле В.П. Горячкина ^Л7- = GJ.+kAan + cab,nV\ (2.56) где С„ - вес сельскохозяйственной машины, Н;

/„ - коэффициент перека­ тыванию опорных колес сельскохозяйственной машины;

к^ - удельное со­ противление пассивных рабочих органов в почве, Н/м (максимальное удельное сопротивление для культиватора-окучника составляет к^ = И/м [156];

h^ - ширина захвата пассивного рабочего органа сельскохозяй­ ственной машины, м;

я - глубина обработки рабочими органами, м;

л количество рабочих органов;

с - коэффициент, учитывающий энергию на отбрасывания пласта, зависящий от формы отвала и свойств почвы, кг-с /м ;

г - скорость движения агрегата, м/с.

По данным В.П. Горячкина, величина cahnV^ зависит от величины к ban и составляет ab,nV' = {0,05...0,\)k^h,an. (2.57) При максимальном значении mb^nV^ формула (2.56) может быть представлена в следующем виде F,,=GJ^ + \,\kMn. (2.58) Сила сопротивления качению определяется по следующей формуле [57] F,=G„,U, (2.59) где С„, - вес трактора, И;

/„, - коэффициент перекатыванию колес тракто­ ра.

Подставляя в уравнение (2.54), значения его составляющих (2.58) и (2.59) получим следующий вид уравнения тягового баланса культиваторно го aiperara без активных колес-рыхли гелей /^"' = GJ^ + \,\кМп + G,,f„.. (2.60) Составим уравнение тягового баланса для культиваторгюго агрегата с активными колесами-рыхлителями, для этого распишем составляющие уравнения (2.54) применительно для данного культиваториого агрегата.

Касательная сила тяги культиваторного афегата с активными коле­ сами-рыхлителями будет равна F;

;

= F^'-+F^'-n,,., (2.61) где F^'' - касательная сила тяги колеса-рыхлителя, Н (см п. 2.4);

п^.,. - ко­ личество активных колес-рыхлителей.

Тяговое сопротивление, создаваемое работающей в агрегате с трак­ тором машиной с активными колесами-рыхлителями F^.,, в соответствии с формулой (2.53) для данного афегата определится как F,,=GJ^+\,\k^,h,an, (2.62) где k^^ - удельное сопротивление пассивных рабочих органов в почве, по­ сле прохода колес-рыхлителей в почве, Н/м.

С учетом формул (2.59, 2.61 и 2.62), уравнение тягового баланса культиваторного афегата с активными колесами-рыхлителями будет вы­ глядеть следующим образом Fl" = G„/„ + \\кЛс1п + G,,U -. (2.63) F;

'-A7,, Анализируя формулы (2.60) и (2.63) можно сказать, что затраты ка­ сательной силы трактора в культиваторном афегате с активными колеса­ ми-рыхлителями, меньше чем в культиваторном афегате без активных ко­ лес-рыхлителей на величину касательной силы активных колес рыхлителей /\^'«д.,, и удельного сопротивление пассивных рабочих орга­ нов в почве, после прохода активных колес-рыхлителей в почве k^^.

В следующем разделе рассмотрим распределение мощности двига­ теля трактора в культиваторном афегате с активными колесами рыхлителями.

2.6. Мощностной баланс культи ватерного агрегата с активными колесами-рыхлителями Общие затраты мощности, необходимые для работы, агрегата с ак­ тивными колесами-рыхлителями при установивпюмся движении и на ров­ ной поверхности поля определяют по формуле Л^. = ^шп, + Л^л-;

. + ^п- + Л^/ + К. + ^„гпо., (2.64) где yV^- мощность, развиваемая тракторным двигателем, кВт;

/V„^„, - моп;

ность, отбираемая от ВОМ трактора, кВт;

Л^д-,.- мощность на крюке трак­ тора, кВт;

Мц, - потери мощности в трансмиссии трактора, кВт;

N^ - поте­ ри моищости на самопередвижение агрегата, кВт;

N^, - потери мощности на буксование движителей, кВт;

Л^„^/„д, - потери моищости в приводе ВОМ, кВт.

Мощность, отбираемая через ВОМ трактора для привода активных колес-рых;

штелей, равна N„ou = ^ ^ —^ (2.65) где yV,„;

^ - мощность, необходимая для обработки почвы, кВт;

УУ,„, - мощ­ ность подталкивания, кВт;

;

/„ - КПД привода активных колес-рыхлителей.

Мощность, необходимая для обработки почвы, определяется сле­ дующим образом N,= ' '"'\ (2.66) 9554 ^ ^ где М'^'^'- крутящий момент на ВОМ, Нм;

(^)^^^^^, - угловая скорость ВОМ, мин"'.

Мощность подталкивания равна Л^,„., = "л,-^;

''^"10-\ (2.67) где «д./. - количество активных колес-рыхлителей;

F/'" - касательная сила тяги колеса-рыхлителя, Н (см п. 2.3);

V - действительная скорость афега та, м/с.

Действительная скорость афегата определяется по формуле ^ = 2лг,.^(1-^),м/с где «, - частота вращения двигателя, с"';

/„, - передаточное число силовой передачи;

S - буксование движителей трактора, соответствующие задан­ ному тяговому усилию:

Kr = F,,-n,,F^'', (2.68) где F^,,- тяговое усилие, соответствующее максимальной крюковой мощ­ ности, Н.

Мощность на крюке трактора (2.69) N,,, = F:,V\0-\ Потери мощности в трансмиссии трактора N,, = ^'^^~^"'\ (2.70) где N^ - моищость на ведущих колесах трактора, кВт;

г],,. - КПД транс­ миссии трактора.

Мощность на ведущих колесах трактора и колесах-рыхлителях оп­ ределяется по формуле N,={Fl'- + F,"'n)v\0'\ (2.71) Потери мощности на самопередвижение агрегата JG^^GJJV ' где Сц, - вес трактора, Н;

G„ - вес сельскохозяйственной мащины, Н;

/ коэффициент сопротивления качению.

Потери мощности на буксование афегата N,=N,S. (2.73) Потери мощности в приводе ВОМ N„,,nu = ^"""^''~'^'''"^. (2.74) где //л^д, - КПД привода к ВОМ трактора.

Коэффициент полезного действия афегата с рабочими органами движителями равен отношению мощности, затраченной на агротехнически полезную работу, ко всей затраченной мощности. Для определения КПД агрегата необходимо определить категории "полезных" и "вредных" со­ противлений. Так реакция почвы пассивным рабочим органам является "вредным" сопротивлением. При работе агрегата с активными колесами рыхлителями сопротивление почвы создает подталкивающее усилие, на­ правленное по ходу движения трактора и, соответственно, будет "полез­ ным". Мощность, необходимая для обработки почвы является полезной.

При отсутствии пассивных рабочих органов крюковая мощность не отно­ сится к полезной.

Итак, КПД афегата равен N +N ^!lMSLZJlji!L, (2.75) е Тяговый КПД трактора определяется по формуле N = iliz. (2.76) Применение двухпоточного распределения мопцюсти позволяет значительно повысить коэффициент зафузки двигателя и увеличить КПД машинно-тракторного афегата.

Таким образом, при обосновании активного колеса-рыхлителя:

1. Получены уравнения, определяющие кинематические пара­ метры активного колеса-рыхлителя в зависимости от режима его работы.

2. Определены параметры кулачка в зависимости от закона его движения и разработана на ЭВМ профамма для расчета кулачка в соответ­ ствии с параметрами активного колеса-рыхлителя и режима его работы.

3. Получена зависимость касательной силы тяги активного коле­ са-рыхлителя от режима его работы и параметров.

4. Составлены тяговый и мощностной балансы культиваторного агрегата с активными колесами-рыхлителями ГЛАВА 3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 3.3. Планирование эксперимента Целью экспериментального исследования являлось изучение влия­ ния различных факторов на энергетические и силовые показатели культи ваторного афегата с активными колесами-рыхлителями и установление функциональных зависимостей их от доминирующих факторов. Планиро­ вание мгюгофакторного эксперимента позволило выявить силу влияния каждого из факторов на развитие явления, оценить роль возможных взаи­ модействий между ними и отыскать оптимальное сочетание действующих факторов.

При проведении опытов использовалась общая методика экспери­ ментальных исследований [128, 122]. Из классической теории ощибок из­ мерений известно, что количество измерений зависит от надежности (ве­ роятности получения) результатов опыта, определяющий доверительный интервал значений измеряемой величины, и допустимой оншбки вычисле­ ния повторностей, выраженной в долях среднеквадратического отклонения т, для нахождения функциональных зависимостей в технических измере­ ниях по данным Г.В. Веденяпина [39] доверительная вероятность доста­ точна // = 0,90 (10%-ый уровень вероятности) и предельная ошибка An = 2сг, Основной задачей планирования эксперимента явилось статическое описание степени удельных затрат мощности опорно-рыхлящими колеса­ ми и формирование ими движущей силы уравнениями регрессии первой степени. Обнщй ход построения и последующего использования таких мо­ делей сводилось к следующему:

- проводилось предварительное изучение объекта исследования;

- выбиралась зависимая переменная (критерий оптимизации), вы­ являлись действующие на него факторы и по результатам строгого экспе­ римента строились линейные модели факторов;

- производилась проверка адекватности моделей (способности дос­ таточно хороню описывать геометрическую поверхность отклика) и её ин­ терпретация;

- математические модели использовались в ходе разработки реко­ мендаций по оптимизации процесса обработки почвообрабатывающим аг­ регатом с активным приводом на опорно-рыхлящие колеса от ВОМ трак­ тора, т.е. обосновались скоростные и технологические режимы работы, конструктивные параметры опорно-рыхлящих колес.

В качестве критериев оптимизации принимались: у;

=—;

• - удельная мопшость, кВт-ч/м^;

К -движущая сила, кН.

^ Эти зависимые переменные связывали факторы в математическую модель. Так, переменная }', совокупно увязывает энергозатраты на едини­ цу обработанной почвы с результатом работы почвообрабатывающего аг­ регата с активным приводом на опорно-рыхлящие колеса от ВОМ трактора - степенью измельчения почвы (суммарной площадью среза объема поч­ вы). Поэтому любые режимы работы данного агрегата оказываются срав­ ниваемыми, несмотря на различную степень измельчения почвы в том или ином режиме.

После этого на основании предварительного и тщательного анализа литературных данных по теме исследования выбирались действуюпше факторы, изучалась степень влияния каждого из них на переменные У^ и У^. Во время эксперимента соблюдались условия коррелированности и со­ вместимости факторов, они рассматривались как управляемые параметры процесса обработки почвы:

1. Для лабораторных исследований:

- X^- относительная скорость активного колеса-рыхлителя, м/с;

- Х^- количество рыхлителей, шт;

- Ху- догрузка на активное колесо-рыхлитель, кН;

- Х^- тяговое сопротивление, кН;

- Х,- установочный угол кулачка, град.

2. Для полевых исследований:

- А',- скорость движения, км/ч;

- Х-^- глубина обработки, см.

Варьирование факторами осуществлялось на двух уровнях (см.

табл. 3.1).

Переход от количественных факторов к кодированным на верхнем уровне (аналогично и на нижнем) производился по формуле X, — X f.

(3.1) X. =• АХ.

где X,- натуральное значение фактора;

Х^,- натуральное значение на нуле­ вом уровне;

A.V,- натуральное значение интервала варьирования фактора.

Таблица 3. Значения и уровни варьирования факторов Значения фаеторов Уровни варьирования X, Хз Хз Х2 Х Лаборато эных испытаний Основной 30 0,3 0,6 0, Интервал варьирования ziV, 10 0, 0,11 0,3 Верхний (+) 40 0,5 0, 0,42 Нижний (-) 0,2 0,3 0, Полевых испытаний Основной 8,75 - - Интервал варьирования ЛА', 0,65 3 - - Верхний (+) 9.4 - - Нижний (-) 6 - 8.1 Для анализа результатов эксперимента и других расчетов получен­ ные уравнения математической модели раскодировались по этому соотношению [129].

План-матрицы экспериментов и их реализация приведены в табл.

4.1. С целью сокращения опытов при незначительной потере информации о влиянии ряда взаимодействий и выделения наиболее сильно влияющих факторов нами использована, при проведении лабораторных испытаний, полуреплика типа 2^"' с определяющим контрастом / = x,x2x,x4Xj[129]. Для отыскания оптимального сочетания выделенных факторов, дающих мини­ мальную величину удельной мощности У\ и максимальное значение дви­ жущей силы }2, был проведен лабораторный эксперимент, включавщий основных опытов. Кроме этого, для установления характера зависимости критериев оптимизации от доминирующих факторов проведена серия до­ полнительных опытов. Эксперименты проводились с трехкратной повтор ностью. Основная серия опытов по времени проведения разбивалась на че­ тыре блока по четыре комбинации условий в каждом, т.е. получили план с рандомизированными блоками (см. табл. 3.2) [190].

В эксперименте определялись главные эффекты и парные взаимо­ действия, кроме х^х^, XjX^ и дг^л-,, которые из-за малой значимости сме­ шаны с межблоковым эффектом. Каждое такое взаимодействие, как и бо­ лее высоких порядков, смешивается с ошибкой эксперимента.

Таблица 3.2.

Блоки 1 2 ае ад ас (1) ав ве вд ВС се асдс де сд авсд авде авсе веде Эф( ккгы Число степеней свободы Межблоковый дрейф Главные (линейные) Парные взаимодействия Всего После построения матрицы эксперимента ее пригодность проверя лась по условию [129]:

±х,=0;

±х1=0;

±х,х,=0. (3.2) Матрина пригодна, когда соблюдается симметрич1юе расположение факторов относительно центра эксперимента, равенство сумм квадратов элементов для всех столбцов и когда скалярное произведение всех векто­ ров равно нулю. Эти свойства позволяют вычислять коэффициенты рег­ рессии математической модели по простым формулам независимо друг от друга.

3.4. Экспериментальная установка Для осуществления программы исследований и проверки теорети­ ческих предпосылок, изложенных во 2 разделе, нами были разработаны и изготовлены лабораторная и полевая экспериментальные установки.

Лабораторная установка (см. рис. 3.1-3.6) включала почвенный ка­ нал, активное колесо-рыхлитель, установленное на тензометрической те­ лежке, тормозной механизм и тензометрическую станцию. Тензометриче ская тележка (см. рис. 3.1-3.4) представляет собой раму 1, опирающуюся на четьфс колеса 2, совершающих движение по рельсам 3. Ма тележке ншрнирно, а также с возможностью поперечного перемещения, закреплена консольная рама 4, на которой соосно, с помощью соединительных муфт 5, соединены электродвигатель 6, коробка передач 7 (от автомобиля ГАЗ-51) и червячный редуктор 8, на выходной вал которого крепится активное ко­ лесо-рыхлитель 9.

Для создания догрузки на активное колесо-рыхлитель 9, использо­ вался винтовой механизм 10, который через пружину, корпус червячного редуктора 8, создавал давление на активное колесо-рыхлитель.

ON Рис.3.1. Схема лабораторной установки:

1- рама;

2 - колеса;

3 - рельсы;

4 - рама консольная;

5 - муфты соединительные;

6 - электродвигатель;

7 - коробка передач;

8 - редуктор червячный;

9 - активное колесо-рыхлитель;

10 - винтовой механизм;

11 - рычаг с кл'лачком;

12 - механизм тормозной;

13 - тензодатчик;

14 - тензозвеио.

Кулачок устанавливался одним концом ншрнирно на вал активного колеса-рыхлителя (см. рис. 3.4), а другим с помощью рычага 11 на кон­ сольной раме 4. Такое крепление позволило менять угол вхождения рых­ лителя в почву в пределах 30°.

Для создания тягового сопротивления перемещению тележки, вна­ чале почвенного канала установлен тормозной механизм 12 (см. рис. 3.5) фрикционного принципа действия. К активному колесу-рыхлителю 9 кру­ тящий момент передается от электродвигателя 6 через коробку передач 7 и червячный редуктор 8.

Коробка передач и червячный редуктор позволили изменять угло­ вую скорость активного колеса-рыхлителя в пределах 0,78...4,97 рад/с.

Регистрация основных параметров измерения осуществлялась ком­ плексом тензометрического оборудования (см. рис 3.6.). Лабораторная ус­ тановка позволяла производить измерения следующих величин: крутяншй момент на активном колесе-рыхлителе, с помощью тензодатчиков 13;

тя­ говое сопротивление, создаваемое тормозным механизмом, с помощью тензозвена 14 (см. рис. 3.3).

В общем случае тяговое сопротивление лабораторной установки складывается из сопротивления её перекатыванию и технологического со­ противления, создаваемого активным колесом-рыхлителем. Движущая си­ ла при этом определяется разностью сопротивлений Р..=Р.,г^-Р.г, (3.3) где /*^,„- суммарное сопротивление движению тележки с активным коле­ сом-рыхлителем;

Л„- сопротивление движению тележки без активного ко­ леса-рыхлителя.

Составляющие уравнения (3.3) определялись методом плоскостно­ го динамометрирования тяговым динамофафом КЭД 12 с пределом измерения до 5 кН. Так, сила Р,,^,^. определялась динамометрированисм тележки при осуществлении активным колесом-рыхлителем Рис. 3.2. Лабораторная установка (общий вид) Рис. 3.3. Лабораторная установка (вид сзади) Рис. 3.4. Активное колесо-рыхлитель t Рис. 3.5. Тормозной механизм жаиш... -.^ат.! чёс Рис. 3.6. Тензометрическая станция технологического процесса обработки почвы в режиме движителей.

V Сигналы от датчиков регистрировались осциллографом (см. рис.

3.6) на осциллографической фотобумаге.

При этом предварительное натяжение троса исключалось подбором нулевой отметки на осциллограмме, а также охватывались и другие побоч­ ные факторы: изменение натяжения троса по мере увеличения длины про­ висающей части, сопротивление движению его по направляющему ролику, колебание троса при натяжении и т.д.

На основе статической обработки осциллограмм, полученных при трехкратной повторности опыта, значение силы F,,,, определено для раз­ личных режимов работы активного колеса-рыхлителя. Опыты проводились в почвенном канале Самарской СХА. Конструкция почвенного канала от­ носится к типу неподвижных, с прямолинейным движением исполнитель­ ных органов. Почва применялась естественная - чернозем суглинистый.

Подготовка почвы и определенные условий испытаний проводились со­ гласно ГОСТ 20915-75 [52]. Перед каждой серией опытов определялась характеристика почвы: твердость и влажность. Твердость определялась твердомером с коническим наконечником. Влажность определялась весо­ вым методом, взвешивание производилось на аналитических весах ВА 200М с погрешностью 0,01 г. Для проведения полевых испытаний создана мобильная экспериментальная установка на базе агрегата в составе тракто­ ра Т-25А и культиватора КОН-2,8К (см. прил. 1-3, рис. 3.8). Привод актив пых колес-рыхлителей - механический, от независимого ВОМ трактора (рис. 3.9-3.11).

Для создания суммарного тягового сопротивления применялись ра­ бочие органы СХМ.

Давление в пшнах устанавливали в соответствии с техническими требованиями.

При проведении полевых экспериментальных исследований куль тиваторного агрегата с активными колесами-рыхлителями замерялись следующие параметры:

I. На основе тензометрирования:

- момент сопротивления на валу двигателя - ^^^.;

- момент на полуосях ведущих колес трактора - М^,;

М,.„;

- моменты на полуосях активных колесах-рыхлителях культиватора - Л/„,;

Л/д,„;

- нормальные реакции почвы на активных колесах-рыхлителях культиватора - Y^;

Y^,', - момент на валу отбора мощности - М,' ШЛ1 • - тяговое усилие на крюке трактора - P^.^,;

- суммартюе тяговое усилие афегата - R.

К) Рис. 3.7. Общая схема расположения мест регистрируемых параметров:

1, 2, 4, 8, 10, 12, 13, 14 - тензометрические датчики;

5 - струнный токосъемник;

6, 16 ртутно амальгамированные токосъемники;

3,7,9, И, 15 индуктивные датчики.

Рис. 3.8. Культиватор КОН-2,8 с приводом активных колес-рыхлителей от ВОМ трактора.

Рис. 3.9. Привод на активное колесо-рыхлитель.

Рис. 3.10. Привод от ВОМ трактора на редуктор культиватора.

^Hlmf i Рис. 3.11. Секция культиватора с активным колесом-рыхлителем.

Рис. 3.12. Установка путеизмерительного колеса.

Рис. 3.13. Малогабаритная измерительно-регистрирующая аппаратура ЭМА-ГТМ Рис. 3.14. Блок питания к ЭМА-ПМ Рис. 3.15. Счетчик расхода топлива ИП-179.

и. Дополнительно замерялись дискретные параметры:

- частота вращения вала двигателя - ы^.;

- частота вращения ведущих колес трактора - со^.,;

й)^;

,;

- частота вращения активных колесах-рыхлителях культиватора - а),^,/,(о^,„;

- частота вращения путеизмерительного колеса - г;

,.;

- расход топлива за опыт - Ge;

- время опыта - Т.

III. В журнале наблюдений регистрировались:

- температура окружающей среды - t°;

- давление воздуха - В^,;

- твердость почвы - К„;

- плотность почвы - р„;

- плотность топлива - р,;

- влажность почвы - W^^;

- давление воздуха в шинах ведущих колес афегата при статиче­ ской нагрузке - р^,;

р,.„;

р,„;

р„„;

- давление масла в двигателе - /?„,;

- температура воды в системе охлаждения - /°;

- передаточные отнощения привода активного колеса-рыхлителя культиватора и трансмиссии трактора - /„р;

/т,,.

Регистрирующая аппаратура, состоящая из четырех тензоусилите лей ТА-5, многоканальной (6 аналоговых и 8 дискретных каналов) изме­ рительно-регистрирующей аппаратуры ЭМА-ПМ (ИП-170) и счетчика расхода топлива ИП-179 (см прил. 4-5), размещалось на тракторе иссле­ дуемого агрегата (рис. 3.13-3.15). Для питания приборов служили авто­ номная электростанция АБ-1-0/230. Все датчики питались через стабили­ затор напряжения постоянного тока СБ-9-У4. Для измерения крутящих моментов и тяговых усилии использовались тензорезисторы, соединенные по полумостовой схеме.

Отметчики оборотов представляют собой индукционные датчики импульсов, вся информация от которых регистрировалась на дискретных каналах измерительной аппаратуры ЭМА-ПМ.

Общая схема расположения мест замера исследуемых параметров приведена на рис. 3.7.

Крутящие моменты на ведущих колесах трактора и культиватора замерялись с помощью тензодатчиков, наклеенных непосредственно на полуосях ведущих колес. Съем сигналов осуществлялся концевыми ртут но-амальгамировамные токосъемниками ТРАК-4 и ТРАК-12.

Суммарное тяговое усилие агрегата замерялось тензозвеном (мак­ симальное усилие - 30 кН) Нормальные реакции почвы на ведущие колеса трактора определя­ лись с помон1Ью тензометрических датчиков, устагювленных на кожухе полуосей.

Действительная скорость движения тягово-приводного агрегата оп­ ределялась посредством путеизмерительного колеса (рис. 3.12).

Расход топлива определялся с помоп1Ью объемного расходомера топлива ИП-179 (рис. 3.15.), выходные сигналы которого фиксировались па одном из каналов малогабаритной аппаратуры ЭМА-ПМ (рис. 3.13 3.14).

Момент сопротивления на валу двигателя измерялся посредством проволочных тензодатчиков сопротивления. Для снятия разболанса ис­ пользовали струнный токосъемник.

В основу полевого эксперимента заложены стандартные методики испытаний (ГОСТ 7057-81;

ГОСТ 23738-85;

ГОСТ 23729-85), а также учи­ тывались рекомендации [18,97, 114, 195, 196].

Исследования проводились в нос. Усть-Кинельский на селекцион­ ных полях на черноземной почве среднесуглинистого мехагшческого со става влажностью в слое 0...5 см - 17,2%, 5... 10 см - 19,9%, 10...20 см 22,4% и твердостью в слое 0...5 см - 0,61 МПа, 5... 10 см - 0,755 МПа, 10... 15 см -0,91 МПа, 15...20 см-0,896 МПа. Анализ почвы проводился в соответствии с ГОСТ 20915-75 (прил. 8).

В целях снижения влияния временного дрейфа серии лабораторно полевых испытаний проводились, как правило, в течение одного дня, срав­ нительные испытания - в течение одной недели, чем обеспечивается со­ поставимость полученных результатов.

Для исключения погрешностей, вызванных влиянием уклона мест­ ности, эксперименты выполняли при движении в прямом и обратном на­ правлении.

Согласно ГОСТ - 7057-81 «Тракторы сельскохозяйственные мето­ ды испытаний» длина участка измерений должна быть не менее 60 м. При­ нимая во внимание практические возможности получения и обработки ос циллофафических записей, а также технические характеристики многока­ нальной измерительной аппаратуры ЭМА-ПМ длительность реализации одного опыта составляла 40...60 сек. Выбранное время соответствует уча­ стку пути агрегата длиной 80... 150 м. Такой участок считается достаточно информативным для характеристики стационарности тягового сопротив­ ления сельхозмашины [101, 195].

3.5. Методика обработки экспериментальных данных Изменение показателей работы культиваторного агрегата с актив­ ными колесами-рыхлителями вызвано случайным характером внепших воздействий. С целью установления достоверных значений и характери­ стик этих воздействий, определяющих качественные и энергетические по­ казатели работы, математическая обработка проводилась методом вариа­ ционной статистики [46]. Для получения вариационных рядов использо­ вался метод ординат путем обработки осциллограмм.

Оценка результатов многофакторного эксперимента и решение за­ дач о выборе оптимального сочетания факторов осуществлялись метода­ ми планирования экстремальных экспериментов. При обработке почвы культиваторным агрегатом с активными колесами-рыхлителями матема­ тическая модель процесса по удельной мощности и движущей силе ап­ проксимировались линейными уравнениями вида [39],v к,v У=^+Y.^,X^+ll^^^^^i+^•^ + ll^^'-^)uX^u-uX„, (3.4) /^ где }'- расчетное значение зависимой переменной;

.v,,.v^,...,.v„ - независимые переменные (факторы), которыми можно варьировать.

Для отыскания оптимальных условий протекания процесса находи­ лись значения факторов x,,Xj,...,x„, соответствующих экстремуму функций (3.4). В результате эксперимента также получены численные значения ко­ эффициентов рефессии Лд,Л,,Л,^,...,/„,„.„, которые являются оценками теоре­ тических коэффициентов /'о=-^2;

я, (3.5) где J„- значение зависимой переменной, полученной в и-м опыте (берется среднее значение арифметическое из трех повторностей);

Л'- количество опытов (число строк в матрице).

где лг,„- значение фактора в и-м опыте;

.v,„Xj„- значения двух факторов в и-м опыте.

При закодированных факторах, чем больше величина коэффици­ ента Л,, тем сильнее влияние его на переменную у в заданном интервале варьирования факторов. Если коэффициенты парных взаимодействий бу­ дут значительными, то это означает, что действие одного из них (д-,) зави­ сит от уровня, на котором находится другой фактор (х^). При положитель 1 М знаке их величина переменной у увеличивается в тех случаях, когда Ю оба фактора одновременно на верхних или на нижних уровнях. Коэффи­ циенты /, имеют отрицательный знак, если величина у способствуют со­ ^ четания факторов, находящихся на разных уровнях.

Следующим этагюм обработки эксперимента должна быть стати­ стическая обработка с установлением значимости коэффициентов регрес­ сии. Целью её является выяснение, с какой степенью достоверности полу­ ченные значения коэффициентов отличаются от нуля, т.е. статистическая проверка устанавливает, оказывает ли данный фактор заметное влияние на переменную у. Если этого влияния нет, то значение коэффициента рег­ рессии будет отличаться незначимо от нуля. В связи с этим для проведе­ ния статического анализа полученных результатов необходимо найти дис­ персию воспроизводимости (равноточности) результатов опыта. Условие воспроизводимости предполагает примерно одинаковое влияние ошибок и случайных помех по всем точкам планам, т.е. дисперсии параллельных опытов в точках плана должны быть сравнимы между собой.

Так как каждый опыт в матрице ставился в нескольких повторно стях и число их в каждом варианте опыта одинаково, то полный статисти­ ческий анализ [125] проводился по следующей схеме.

Построчные дисперсии подсчитывались по формуле 'Ч^~Z(J,-я)^ (3.7) где т = 3- число параллельных опытов.

С целью установления возможностей использования обобщенных данных проверялась однородность дисперсией соответствующего ряда нормальной совокупности, т.е. определялось - существенно ли расхожде­ ние между средними блоков и общим средним всей совокупности наблю­ дений. Проверка осуществлялась критерием Кохрена, сравнивающим мак­ симальную эмпирическую дисперсию с суммой всех дисперсий sLr'-T^- (3-8) S-я" - Далее определялись средние значение дисперсии по всей матрице, дисперсии критерия оптимизации и коэффициентов регрессии,v о2_Ы о2 _ ^' о2 _ ^ ^ ^ / " ;

О^ N т N Значимость коэффициентов регрессии проверялась с помощью t критерия Стьюдента, который сравнивает абсолютную величину коэффи­ циента с ошибкой его определения. Коэффициенты регрессии можно счи­ тать значимыми, если выполняется неравенство {b,)-t^,. (3.10) Значение 1-критерия зависит от числа опытов и от принятого уров­ ня значимости, оно находится по специальным таблицам [125].

Для проверки гипотезы об адекватности представления результатов эксперимента полиномом первой степени вычислялся критерий Фишера (F-критерий), представляющий собой отношение дисперсий F=^, (3.11) где Sl„=^±iy,-y.f;

(3.12) /- число значимых коэффициентов уравнения регрессии;

у,- среднее зна­ чение критерия оптимизации в i-ом опыте при m повторностях;

у,- значе­ ние вычисленного критерия оптимизации.

Дисперсия 5^ „ характеризует рассеяние результатов эксперимента,^ вблизи аппроксимирующей кривой. Для этого, чтобы принять гшютезу об адекватности, вычисленное значение критерия F должно быть меньи1е табличного [159]. При этом дисперсий.S',^^„ должны совпадать с точностью до допустимой ошибки вычислений.

Расчет основных зависимостей проводился по следующим форму лам:

- КПД, учитывающие механические потери п (3.13) /• - КПД ходовой системы - "Р '.К. (3.14) - средняя скорость движения ^^л=1/^.Л, (3.15) где Л'„, - показатель канала пути за опыт;

Ку, - коэффициент для подсчета скорости 3,6ST (3.16) i^v =—:r-»

х,Т где S, - путь, на котором производилась градуировка путеизмеритель­ ного колеса;

Xj- - количество импульсов преобразователя пути на участке S;

Т - продолжительность опыта;

- буксование колес афегата (3.17) '=1 ^ коэффициент для где Xj, - значение канала j-ro ведущего колеса;

А Г.

,, подсчета буксования j-ro колеса " (3.18) -"•Пхх где Xj„ - среднее значение показании каналов ведущих колес за опыт на холостом ходу агрегата;

х„„ - показания канала пути за опыт на холостом ходу тягово-приводного агрегата;

G^ - часовой расход топлива 3,6Д°х, (3.19) G^. = K, где.V,. - показания канала расхода топлива за опыт;

Д° - плотность топлива при данной температуре;

К,, - цена импульса датчика (А:,. = 10см^импульс);

- А',. - коэффициент кинематического несоответствия ^ =ХгТ^- (3-20) Остальные показатели испытаний вычислялись (с использованием полученных выше показателей) по соответствующим методикам [18, 114, 195, 196].

Аппроксимация зависимостей, многофакторное моделирование процесса функционирования тягово-приводного агрегата, оптимизация параметров тягово-приводного афегата проводилась на персональном компьютере с использованием программ Excel и MathCAD.

В соответствии с разработанной методикой были подготовлены и проведены экспериментальные исследования.

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ Полученные экспериментальные данные справедливы в сравни­ тельно узком диапазоне изменения факторов и при конкретных внепших условиях.

Для исследования в более широком диапазоне эксплуатационных условий, анализа взаимосвязей, исследования влияния большого числа факторов использованы расчеты на математической модели культиватор ного афегата с активными колесами-рыхлителями.

Математическая модель культиваторного афегата с активными ко­ лесами-рыхлителями представляет собой математическое описание всех составляющих уравнений (см. п. 2) в совокупности с разработанными кри­ териями.

Применение компьютера позволило свести к минимуму ошибку от допущений, связанных с аналитической и эмпирической аппроксимацией выражений. Использование реальных характеристик двигателя, трактора и культиватора позволило практически исключить неточность вычисления.

4.1. Реализация многофакторного эксперимента Показатели работы культиваторного афегата с активными колеса­ ми рыхлителями на различных режимах, определяются выбранными ско­ ростными и технологическими параметрами. Они во многом зависят от конструктивных параметров активного колеса-рыхлителя.

В соответствии с целью и задачами эксперимента лабораторными исследованиями определены условия наиболее эффективного использова­ ния активных колес-рыхлителей при окучивании картофеля. При этом процесс окучивания оценивался не одним, а двумя сопоставимыми для различных режимов работы зависимыми переменными: минимальной удельной мощностью и максимальным значением движущей силы. Реали­ зация многофакторного лабораторного эксперимента типа 2^'' приведена в табл. 4.1.

Исследования проводились при твердости почвы 124 Н/см^ и влаж ности 13,6% с отклонениями соответственно ±15 Н/см и ±1,3% Из результатов, полученных в отдельных опытах, следует, что удельные затраты мощности и движущая сила изменяются в широких пре­ делах - от 1,10 до 3,96 кВт (№10 и №13) и от 0,211 до 1,039 кН (опыты № и №11), так как первый и второй параметры оптимизации варьируют дос­ таточно широко. Для удобства анализа и вычислений критериев оптимиза­ ции средние из результатов трех измерений приведены в отдельных столб 1 Х матрицы.

Ш После реализации матрицы эксперимента по формулам (3.5) и (3.6) определялись коэффициенты регрессии с учетом знаков соответствующих факторов. Абсолютные значения коэффициентов рефессии математиче­ ской модели обоих параметров активного колеса-рыхлителя приведены в табл. 4.2.

Из табл. 4.2 видно, что на удельные затраты мощности и движу­ щую силу оказывают влияние как скоростные, так и технологические и конструктивные параметры активных колес-рыхлителей. После сравнения абсолютных значений коэффициентов рефессии приходим к выводу, что определенное влияние на показатели j, и ^jоказывают не только линей­ ные эффекты, но и большинство их взаимодействий. На показатель }\ осо­ бенно влияют взаимодействия факторов л-,^,, дг,Хз и Xj-v,, в значительной мере связанные с окружной скоростью активных колес-рыхлителей. Пока­ затель скоростгюго режима (фактор х,) в большей степени влияет на удельные затраты мониюсти, а менее заметное влияние оказывает на дви­ жущую силу. С повышением его энергозатраты возрастают, а движущая Таблица 4. 5- Матрица планирования эксперимента (полуреплика) типа По у, (ПО У2(Т Кодовый масштаб Натуральный масштаб X, Х Х2 Xs Хз (отно (кол (дог (тяго (Угол ягов вхож двед.

сител ичес рузк вое мер ьная тво а на сопр дени ое скоро рых коле отив я ^ сть лиге со- лени рыхл мощн со 1Л 1Л « •»

«о см »л X X X X X X X X X сх «о X X X X X CNJ колес леи, рых е. ител уси X X X X X X X X X X а- шт) лите кН) я, опы рыхл ль, фад) ость.

лие.

ителя кН).м/с) кВт) кН) та U -1 0, 1 -1 1 0,3 1, 0,2 20 0,1 - 1 2 40 0.3 5 3,32 0, 0,42 0, 1 -1 -1 -1 -1 -1 1 0.9 0, 3 40 0,1 15 2, 0. -1 -1 -1 -1 -1 0. 4 1 1.82 0, 0,2 20 0.5 1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 1 4,24 0. 5 0,42 40 0, 0,1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 1 0, 6 0,3 2, 0,2 20 0,5 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 1 0, 7 1.57 0, 0,2 20 0, 1 -1 -1 -1 -1 -1 8 0, 0.42 40 15 2,32 0. 0. 9 1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 40 0,3 2,36 0. 0,42 0,1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 - 10 -1 0. 20 0.3 15 1. 0,2 0, -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 0.9 0. 2. П 0,2 20 0,1 -1 -1 -1 -1 - 1 0,9 0, 12 4. 0,42 40 0,5 1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 0.9 0. 13 -1 0,42 0,1 5 4, -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 0. 14 -1 -1 2, 0,2 20 5 0. 0. 15 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 1, 0,2 20 0,3 15 0. 0, 16 1 -1 40 0.3 15 2,61 0. -1 -1 1 1 -1 -1 0,42 0, Таблица 4.2.

Значения коэффициентов уравнений регрессии У|, кВт У2, кН 2,601 0, Ьо ь, 0,710 -0, -0,062 0, Ь 0, 0, Ьз 0, 0, Ь -0, -0, Ьз -0, -0, Ь, -0, 0, Ь.з 0,048 -0, Ь, -0,222 -0, Ь, 0,061 0, Ь 0, 0, Ь 0, 0, Ь 0,009 0, Ьз 0, -0, Ь -0,038 -0, Ь сила уменьшается. При равных условиях на верхнем уровне фактора.г, критерий оптимизации •, достигает максимального значения, а на нижнем уровне его значение заметно отличается по абсолютной величине. Такое варьирование скоростного фактора вызывает относительно меньшее коле­ бание второго критерия.

Из технологических параметров на изменение энергозатрат актив­ ных колес-рыхлителей и движущей силы наибольшее влияние оказывают (Л'^) (глубина обработки), угол установки кулачка (Х^), а также количест­ во р11хлителей (Х^). Например, увеличение тягового сопротивления (глу­ бины обработки почвы) вызывает соответствующее повышение затрат монпюсти и движущей силы, создаваемой активными колесами рыхлителями.

По сравнению с другими факторами количество рыхлителей Х, оказывает большее влияние на изменение энергозатрат обработки почвы.

Вместе с тем область оптимального сочетания факторов по выбранным критериям оптимизации в значительной мере опрелеляется уровнями рас­ положения фактора скоростного режима и количества рыхлителей.

4.2. Влияние выбранных факторов на удельные затраты мощности В результате многофакторного эксперимента и математической об­ работки данных исслелования получена линейная модель факторов, влияющих на удельные затраты мощности. Эмпирическое выражение ин­ тересующей нас зависимости согласно табл. 4.2 запишется y^ = 2,601 + 0,71 Од:, - 0,062JC2 + 0,238x3 + 0,129д:4 - 0,523д:5 - 0,028л:,дгз + 0,064д:,д:з + 0,048д:,д:4 - 0,222д:,д:5 + 0,061 А-2Д:З + (4.1) + 0,027д:2Д:4 - 0,009д:зД:4 - 0,05^3X5 - 0,038x4X С целью отыскания оптимального сочетания факторов в исследова­ тельском процессе после получения математической модели (4,1) произво­ дился её анализ на экстремум. Для более глубокого исслелования влияния отдельных факторов и их взаимодействий на выбранные параметры опти­ мизации результаты опытов были обработаны методом множественного рефессионного анализа [112]. После такого статистического анализа урав­ нение рефессии (4.1) в окончательном виде запишется J', = 2,601 + 0,71х, - 0,062x2 + 0,23 8хз + 0,129x4 " - 0,523x5 + 0,064х,Хз - 0,222х,Х5 + 0,061x3X Из уравнения (4.2) следует, что все выбранные факторы оказывают влияние на затраты мощности. Это подтверждает правильность выбора действующих факторов и достоверность результатов исследования, прове­ денных в этом направлении однофакторным экспериментом. Например, увеличение окружной скорости колес-рыхлителей (Х,), также как и дофузки на колесо-рыхлитель (.V3), вызывают заметные изменения энер­ гозатрат. Значительная MonuiocTb требуется при уста1ювочном угле кулач ка (.Vj) ^^,„ =15°, чем при ^^,„ =5°. Только увеличение количества рыхли­ телей (А'г) и установке кулачка на ^^,„=5° вызывают соответствующее уменьшение затрат потребной мощности.

Из парных взаимодействий наиболее существенное влияние на удельные затраты мопщости оказывают сочетание факторов, связанных с окружной скоростью колес-рыхлителей и догрузки на колесо-рыхлитель.

Сочетание факторов с тяговым сопротивлением {X^) (глубина обработки) также оказывает значимое воздействие на затраты мощности.

Выбранные факторы не в равной степени влияют на изменение по­ требной мощности. Более других выделяются факторы X^ и Xj, характери­ зующие кинематику движения рыхлителей в почве. Для количественной опенки эффектов факторов удобна диаграмма, приведенная на рис. 4.1.

Она дает наглядное представление о степени влияния каждого из факторов и их взаимодействий, позволяет выделить наиболее значимые эффекты.

При взаимодействии активных колес-рыхлителей с почвой, как видно из рис. 4.1, наиболее заметное изменение потребной мощности происходит от действия двух факторов: относительной скорости колеса-рыхлителя и ко­ личества рыхлителей, а также от взаимодействия этих факторов. Оказа­ лось, что изменение угла установки кулачка на затраты мощности незна­ чительно, эффекты взаимодействий ее с другими факторами гю сравнению с главными эффектами малы. Это объясняется тем, что эксперимент с ши­ роким пределом изменения угла установки кулачка на различных скоро­ стных режимах невозможно обеспечить одним и тем же числом рыхлите­ лей. Так, на верхнем уровне скоростного режима осуществлялась 20, а на нижнем - 40 рыхлителями. Именно поэтому несколько сглаживался эффект влияния фактора Х^, хотя в эксперименте на определенных режимах раз­ ница эффектов от угла установки кулачка (см. табл. 4.1 опыты №3 и № или № 4 и №16) достигает значительных величин. Следовательно, при ши­ роком диапазоне изменения угла установки кулачка необходимость соот ветствующего числа рыхлителей на различных скоростных режимах вызы­ вает определенный интерес с точки зрения оптимизации технологического процесса и изменения энергозатрат окучивания.


и Таким образом, изучение характера функциональной зависимости затрат потребной мощности от скоростных и технологических параметров режима работы активного колеса-рыхлителя представляет значительный интерес. Результатами и анализом однофакторных экспериментов можно точнее представить характер изменения энергетических показателей и формирования движущей силы на определенном режиме работы активно­ го колеса-рыхлителя.

0,800 "'^й1'Ш^^а!Ште'^;

г?Ш!!йЖ!^й^Щ^та'»^1жж'г^жждг^ 0, а 0, J 0, 2 0, т 0, S S 0, Q п п 0, 1 Т \ г 0, х5 хЗ х1х5 х4 х1хЗ х2 х2хЗ х Факторы Рис. 4.1. Диаграмма эффектов факторов на удельные затраты мощности активного колеса-рыхлителя 4.3. Влияние факторов на формирование движущей силы Зависимость движущей силы активного колеса-рыхлителя от выбранных факторов представляет линейной моделью У2 = 0,583-0,03х, +0,035x2 +0,09JC3 +0,104^4 -0,085^5 -0,0Цхз -0,01&с,Хз - 0,0Цх4 -0,02 Цх, +0,005x3X3 +0,001x3X4 +0,002x3X5 + (4.3) + 0,03x3X4 + 0,001x3X5 - 0,012x4X Влияние отслыпих факторов и их взаимодействий на величину формируемой активным колесом-рыхлителем движущей силы устапавли вшюсь дисперсионным анализом результатов эксперимента. Как и в пре­ дыдущем разделе, общая дисперсия экспериментальных данных разложи­ лась на дисперсию, обусловленную действием факторов, и дисперсию, возникающую под влиянием неучтенных факторов, называемую остаточ­ ной дисперсией или дисперсией ошибки эксперимента. Результаты дис­ персионного анализа приведены в приложении 7.

Полученное уравнение рефессии (4.3) подвергалось полному ста­ тистическому анализу. С помощью критерия Стьюдента проверялась также значимость коэффициентов рефессии.

Уравнение рефессии в окончательном виде имеет вид Ут^ = 0,583 - 0,03.Y, + 0,035д-2 + 0,09^3 + 0,104^4 - 0,085д:5 + ОО д з - (4.4). З ГДд Гипотеза об адекватности представленной модели полиномом пер 0 вой степени проверялась критерием Фищера F = — = 0,7. Табличное значение F- критерия с 95-ной вероятностью для степеней свободы У = ^ и /2=16 будет /•;

о5=2,51. Оно больше вычисленного, значит, гипотезу об адекватности можно принять.

Из уравнения рефессии (4.4) видно, что, в заданном интервале варьирования параметров режима работы активного колеса-рыхлителя, величина движуп1ей силы в значительной мере определяется действием выбранных факторов. Из них наиболее заметное влияние на движущую силу оказывают изменения тягового сопротивления (Х^) (глубина обра­ ботки), угол установки кулачка (Х^), а также количество рыхлителей (.V,).

С увеличением их пропорционально возрастает и движущая сила. Это объ­ ясняется соответствуюп1им возрастанием при этом суммарной реакции почвы на активное колесо-рыхлитель и интенсивности кропшния рыхлите­ лями почвы.

Количественная оценка эффектов факторов уравнения (4.4) приве­ дена в диафамме эффектов, представленной на рис, 4.2. По вычислен­ ным значениям эффектов оценивалась степень влияния того или иного фактора на величину движущей силы активного колеса-рыхлителя.

Фактор Х^ характеризует угол установки кулачка. Установка ку­ лачка на угол 5 способствует увеличению движущей силы за счет умень­ шения буксования и повышения тягово-сцепных свойств активного колеса рыхлителя.

При уменьшении догрузки на активное колесо-рыхлитель и увели­ чения его окружной скорости движущая сила уменьшается. При нижнем уровне значения догрузки на колесо-рыхлитель Х, и верхнем уровне зна­ чения количества рыхлителей Х^ движущая сила увеличивается, при од­ ном и том же значении тягового сопротивления X^, вследствие повышения сцепления активного колеса-рыхлителя с почвой.

Таким образом, формирование движущей силы изменением скоро­ стного режима активного колеса-рыхлителя в большей степени зависит от количества рыхлителей одновременно находящих в зацеплении с почвой.

Однофакторным экспериментом нами исследовался характер изменения движущей силы в зависимости от окружной скорости при неизмененных других параметрах активного колеса-рыхлителя.

На изменение движущей силы влияет и тяговое сопротивление, с увеличением которого движущая сила, создаваемая активным колесом рыхлителем, уменьшается. Это связано с появлением эффекта буксования.

По сравнению с другими параметрами - угол установки кулачка, количество рыхлителей (Х^) и дофузки на колесо-рыхлитель - варьирова­ ние тягового сопротивления в заданном интервале вызывает значительные изменения движущей силы.

После основной серии опытов с учетом значимости эффектов на критерии оптимизации •, и у-^ установление характера функциональных зависимостей от доминирующих факторов нами произведено на основании результатов дополнительных опытов.

0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, х4 хЗ х2 хЗх х5 х Рис. 4.2. Диаграмма эффектов формирования движущей силы активным колесом-рыхлителем 4.4. Зависи1иость энергетических показателей и движущей силы от окружной скорости активного колеса-рыхлителя Изучение влияния угловой скорости активного колеса-рыхлителя на изменение затрат мощности и формирование движущей силы проводилось для значений угловой скорости 0,78...4,67 рад/с. Это соответствовало ско­ рости движения их на горизонтальном участке 0,21... 1,29 м/с. В лабора­ торных условиях применялось колесо-рыхлитель радиусом г = 26 см, ши­ риной обода b =\2см и высотой дискового ножа h^=6 см, максималь­ ный выход рыхлителя Z?,,,^ = 6 см.

Результаты динамометрирования и математическая обработка опытных данных показали, что между энергетическими и силовыми пока­ зателями активного колеса-рыхлителя и угловой скорости его существует криволинейная зависимость (рис. 4.3). Из графиков видно, что с увеличе­ нием угловой скорости (D активного колеса-рыхлителя затраты потребной мощности возрастают, а уменьшение передаваемого момента М^ проис­ ходит также по криволинейной зависимости. Пропорциональное возраста­ ние при этом скорости движения вызывает соответствующее повышение интенсивности выдвижение рыхлителей активного колеса-рыхлителя. Экс­ периментальные данные также показывают на нелинейный характер зависимости движущей силы F^.. Так, изменение угловой скорости (о, примерно в два раза, приводит к уменьшению движущей силы, создавае­ мой активным колесом-рыхлителем, в среднем на 12.. 16%. Это согласуется с результатами основной серии опытов, где эффект окружной скорости (X,) па величину движущей силы при различном количестве рыхлителей, участвующих в технологическом процессе на различных режимах, также незначителен. Менее интенсивное изменение движущей силы F^^ следова­ тельно, говорит о большей зависимости её от угловой скорости.

С увеличением угловой скорости момент Л/,^ и составляющая ре­ акция почвы уменьшается неравномерно, интенсивное снижение наблюда­ ется при малой угловой скорости, когда используется больпюе количество рыхлителей активного колеса-рыхлителя участвующих в зацеплении с почвой. При этой же скорости наблюдается сниже1ше потребной мощно­ сти. В связи с этим при изменении угловой скорости движение активного колеса-рыхлителя происходило при изменении количества рыхлителей от 20 до 40 шт. Наиболее интенсивное снижение момента М^^ и силовых по­ казателей происходит при малом количестве рыхлителей активного коле­ са-рыхлителя участвующих в зацеплении с почвой, так как снижается суммарный момент сопротивлений движению. Так, снижение передавае­ мого момента и движущей силы составило соответственно в среднем 18% и 14%.

С повышением угловой скорости энергетические и силовые показа­ тели активного колеса-рыхлителя, возрастают. Например, с увеличением скорости со в два раза удельные показатели - мощность и движупщя сила Nc, кВт 3, Ne ^ 2, — "^ i — • ;

, i MKI, HM i : MKI / ~, 1 • "T '— _^^ • ;

;

j Н FK, i I FK X ' • -,,_ "^^^^^^ ^;

^ "^ •Nl»

\ i "^ I j 350 • 0), с-I 0,9 3, 2,1 4, Рис. 4.3. Изменение энергетических показателей и касательной силы в зависимости от угловой скорости активного колеса-рыхлителя (г = 26 см, й = 12 см, h^ = 6 см и /?„„ = 6 см, (р^,^^ = 7,5°):

при и = при /7 = возросли соответственно на 46% и 32%. Следовательно, увеличение угловой скорости активного колеса-рыхлителя вызывает значительный рост удельных показателей. Этого нельзя не учитывать при проектирова­ нии афегатов с активными колесами-рыхлителями используемых на раз­ личных скоростных режимах.

Как видно из рис. 4.3, характер изменения энергозатрат и движуп1ей силы позволяют определить оптимальный режим использования активного колеса-рыхлителя. Такой режим соответствует меньшему значению угло­ вой скорости и большому числу рыхлителей в активном колесе-рыхлителе.

4.5. Зависимость энергетических и силовых показателей активного колеса-рыхлителя от угла установки кулачка Анализ результатов многофакторного эксперимента показал, что в формировании движущей силы и снижения удельных затрат мощности угол установки кулачка оказывает существенное влияние. С целью опре­ деления характера этих зависимостей и проверки изложенных предпосы­ лок нами поставлены дополнительные опыты с различным числом рыхли­ телей.

Результаты опытов показывают линейный характер изменения по­ требной мощности в зависимости от угла установки кулачка (рис. 4.4). При равных условиях с уменьшением числа рыхлителей энергозатраты возрас­ тают, так как соответствующее увеличение при этом угловой скорости вы­ зывает пропорциональный рост и скорости резания. С увеличением числа рыхлителей происходит снижение энергозатрат.

Как видно из графиков, с увеличением угла установки кулачка по­ нижение потребной мощности происходит непропорционально изменению угла установки кулачка активного колеса-рыхлителя. Например, для о1юр но-рыхлящего колеса с 40 рыхлителями увеличение угла установки кулач­ ка до 15° вызывало уменьшение моншости в 1,3 раза. Снижение этой мощности при уменьнюнии угла установки кулачка объясняется уменыне нием работы на рыхление почвы, т.е. уменьшением суммарной поверхно­ сти рыхления в единице объема обработанной почвы и снижения количе­ ства рыхлителей, находящихся в зацеплении с почвой.


При равных условиях работы аналогичный характер изменения мощности наблюдается при движении активного колеса-рыхлителя с рыхлителями. Вместе с тем, уменьшение числа рыхлителей на активном колесе-рыхлителе, несмотря на некоторое увеличение при этом угла уста­ новки кулачка до 15° приводит к повышенным затратам мощности. На­ пример, при угле установке кулачки ^^,^=15° по сравнению с режимом, где количество рыхлителей и = 40, повышение мощности составило соот­ ветственно 15% и 33%. А при одинаковых конструктивных параметрах разница в затратах мощности уменьшается. Последнее объясняется увели­ чением угла установки кулачка и соответствующим уменьшением количе­ ства рыхлителей одновременно находящихся в зацеплении с почвой. С уменьшением числа рыхлителей активного колеса-рыхлителя скорость ре­ зания возросла соответственно на 16% и 58%, значительно уменьшилось количество рыхлителей одновременно находящихся в зацеплении с почвой. Этим объясняется рост энергозатрат и повышение нафузки на ак­ тивное колесо-рыхлитель, особенно в режиме движения с меньшим коли­ чеством рыхлителей (А7 = 20). При этом заметно возрастает работа на со­ общение почве кинетической энергии.

Следовательно, увеличение количества рыхлителей на активном колесе-рыхлителе приводит к уменьшению потребной мощности, измене­ ние которой при равных условиях в большей степени зависит от скорости резания, чем от угла установки кулачка.

Для активного колеса-рыхлителя представляет интерес изменение движущей силы /\. от угла установки кулачка. Как видно из фафиков (см.

рис. 4.2), это изменение носит не линейную зависимость.

кВт i Nс L \ 2,8 i i ^. i "•••I*.

1, i 1^ i !

FK, Н ;

FK ;

--1/,^^ ^ 350 j -— 1 ;

^ i j '• 11 15 (p„„.

Рис. 4.4. Изменение энергетических показателей и касательной силы в зависимости от угла установки кулачка ^^,„ активного колеса-рыхлителя (при г = 26см, Л = 12 см, Л =6см и /;

„з, =6см):

д при /7 = при и = с увеличением угла установки кулачка происходит увеличение лвижун1ей силы до некоторого его значения. Максимальная движущая си­ ла приходит на величину угла установки кулачка (ру^„ = 7,5 °. Это связано с уменьшением буксования благодаря внедрению рыхлителей в зоне буксо­ вания (см. рис. 2.2), что способствует увеличению зоны сцепления актив­ ного колеса-рыхлителя с почвой. При дальнейшем увеличении происходит уменьшение движущей силы, т.к. рыхлители начинают взаимодействие с почвой в зоне сцепления (см. рис. 2.2) активного колеса-рыхлителя вызы­ вая дополнительное сопротивление качению колеса. С увеличением коли­ чества рыхлителей силовые показатели активного колеса-рыхлителя по вьппаются, так как в формировании процесса движения участвуют боль­ шее количество рыхлителей находящихся в зацеплении с почвой. Количе­ ство рыхлителей находящихся в зацепление с почвой ограничивается лишь конструктивным параметром. На различных режимах изменение силовых показателей происходит менее интенсивно, чем увеличение скорости реза­ ния. Следовательно, с уменьшением рыхлителей, несмотря на изменения угла установки кулачка, удельная нагрузка на активное колесо-рыхлитель возрастает.

4.6. Зависимость энергетических и силовых показателей активного колеса-рыхлителя от тягового сопротивления Результаты основной серии опытов и диаграммами эффектов ос­ новных факторов выявлено значительное изменение потребной мощности и движущей силы от тягового сопротивления (глубины обработки). По ме­ ре увеличения тягового сопротивления среднее значение потребной мощ­ ности возрастает, экспериментальные исследования подтверждают суще CTBOBaime между ними не линейной зависимости, а зависимости, близкой к параболической (рис. 4.5).

с увеличением тягового сопротивления повышается сопротивление движению, вследствие чего наблюдается интенсивное возрастание потреб­ ной моншости. При увеличении тягового сопротивления в 2 раза, затрачи­ ваемая активным колесом-рыхлителем потребная мощность возросла в 1,15 раза. Дальнейшее увеличение тягового сопротивления — до 0,9 кП вызывает соответствующее повышение затрат потребной мощности в 1, раза, что значительно превышает предыдущие показатели. Следовательно, с увеличением тягового сопротивления энергетические показатели актив 1 Г колеса-рых;

штеля достигают наибольшего значения. Эту величину ЮО мощности необходимо учитывать при определении движунщх на активное колесо-рыхлитель сил и следует принять за исходное значение при проч­ ностных расчетах.

Для исследуемого активного колеса-рыхлителя изменение движу НС силы Ff. в зависимости от тягового сопротивления выражается линей­ 1Й ной зависимостью. Характер зависимости показывает, что с увеличением тягового сопротивления происходит менее интенсивное возрастание дви жуп1ей силы. Например, увеличение тягового сопротивления до 0,9 кН, т.е.

в четьфе раза, вызывает B03pacTaFme формируемой активным колесом рыхлителем силы только в 1,35 раза.

Из диафаммы эффектов видно (см. рис. 4.1 и 4.2), что изменение угла установки кулачка активного колеса-рыхлителя оказывает меньнюе влия1ще на удельные затраты мощности, а значительно большее влияние оказывают на формирование движущей силы.

Результаты исследования показывают, что увеличение угла уста­ новки кулачка до 15°, как и уменьшение - до 5° вызывает уменьшение движущей силы. Рост силовых показателей происходит менее интенсивно, чем увеличение тягового сопротивления.

кВт 3, 2, _ _ ^ - п.

1, I : :

( /\-' Н 650 900 R,H 150 Рис. 4.5. Изменение энергетических показателей и движущей силы активного колеса-рыхлителя в зависимости от тягового сопротивления (при г = 26 см, Ь = 12 см, (р^.^„ =7,5', Л^ =6см и /;

„,„ =6 см):

при /7 = при /7 = Таким образом, с точки зрения силовых показателей наиболее при­ емлемыми, для рассматриваемого активного колеса-рыхлителя (г = 26см, b = \2 см, h^ = 6см и Л^з^ = 6см), являются следующие значения: угол ус­ тановки кулачка (Ру^„, = 7,5, количество рыхлителей w = 40 HIT.

4.7. Влияние глубины обработки и режима работы (скорости дви­ жения) активных колес-рыхлителей на энергетические параметры экспериментальной установки После проведения серии опытов, в которой изменялась глубина об­ работки пассивных органов при неизменном режиме, были получены гра­ фики изменения составляющих баланса мопнюсти от глубины обработки пассивных рабочих органов (рис. 4.6). Также в этой серии были проведены опыты, при неизменной глубине обработки пассивных рабочих органов и изменяющемся режиме работы афегата, путем перехода от низшей пере­ дачи до наивысшей, офаничивающейся неустойчивой работой двигателя.

Резу;

н.таты обработки экспериментальных данных представлены на рис.

4.7. Так как сила сопротивления маншны зависит от скорости движения афегата и от глубины обработки, то для лучп1ей сопоставимости значений составляющих баланса мощности, оси ординат отнесены к величине крю­ кового усилия (рис. 4.6).

На фафиках (рис. 4.6, 4.7) показаны кривые изменения мощности, развиваемой движителями энергосредства iV„,.,, мощности на самопере­ движение yV^, эффективной мощности двигателя N^. и буксования S, от­ несенные к крюковому усилию в зависимости от глубины хода окучников и скорости движения энергосредства.

Из фафика (рис. 4.6) видно, что с увеличением глубины обработки, составляющие баланса мощности меняются по кривой гиперболического типа.

0. CM Рис. 4.6. Изменение некоторых составляющих баланса мощности и буксования от глубины обработки почвы:

на 2 передаче;

на 3 передаче.

кВт/кН Рис. 4.7. Изменение некоторых составляющих баланса мощности от скорости движения экспериментальной устагювки:

при глубине обработки а = 8,5 - 9см;

при глубине обработки а = 11-12см.

Кривые на первой передаче энергосредства имеют большую выпук­ лость, чем на второй передаче, у которой, в свою очередь, она меньи1е, чем на третьей передаче. Это объясняется тем, что тяговая мон1ность изменяет­ ся Л Н Й Ю в зависимости от крюкового усилия (тяговая характеристика ИС трактора) до тех пор, пока двигатель работает без перефузки, т.е. на регу ляторной ветви регуляторной характеристики.

При перефузке двигатель снижает обороты и выходит на режим работы корректора. На корректурной ветви мощность падает, а крутящий момент, развиваемый двигателем, возрастает за счет дополнительного пе­ ремещения рейки топливного насоса и увеличения цикловой подачи топ­ лива с помощью корректора. За счет возросшего момента не происходит резкого изменения крюкового усилия трактора. Значит, отнонюние мопшо сти к крюковому усилию, на основании выше изложенного, уменьшится.

Таким образом, значение точек кривых составляюпщх баланса М0Н1Н0СТИ энергосредства, находящихся в зоне перефузок двигателя, все более уменьшаются с увеличением глубины обработки, стараясь как бы выпрямить кривую мощности. Двигатель находится в режиме перегрузки (рис. 4.6) на третьей передаче трактора, незначительная перефузка имеет­ ся также и на второй передаче.

Режим перефузки наступает при увеличении глубины обработки почвы болыне 8,2...8,8 см. Это видно из кривой удельного буксования {S/F,.,.)y которая изменяется по кривой гиперболического типа выпукло­ стью вниз. Удельное буксование уменьшается до глубины обработки рав­ ной 8,3 см (третья передача) и 8,6 см (вторая передача), а потом начинает возрастать. Возрастание кривой удельного буксование показывает режим перегрузки двигателя, так как буксование в зоне перефузки двигателя воз­ растает, а крюковое усилие меняется незначительно (тяговая характери­ стика трактора). По точке перегиба кривой удельного буксования опреде­ ляем оптимальную глубину обработки на заданной передаче трактора, так как в этой точке отношение буксования к крюковому усилию будет мини мальным, следовательно, и потери мощности на буксование будет мень щими. Такой оптимальной глубиной обработки будет глубина обработки равной 8,5...9 см (2 и 3 передачах трактора, рис. 4.6).

Анализ графиков (рис. 4.7) показывает, что изменение составляю­ щих баланса мощности культиваторного агрегата с активными колесами рыхлителями при увеличении скорости движения происходит линейно до тех пор, пока двигатель находится в режиме соответствуюн^ем его нор мшплюй работе. При перегрузке удельные мощности резко возрастают.

Это объясняется тем, что при работе двигателя на корректорной ветви ре гуляторной характеристики обороты двигателя падают, следовательно, уменьишется скорость движения культиваторного афегата. При уменьп1е нии скорости движения и постоянной глубине обработки почвы сопротив­ ление культиватора падает по квадратичной зависимости (формула акаде­ мика В.П. Горячкина), а мощность, определяемая как произведение момен­ та развиваемого двигателем на частоту его врап1сния, уменьишется линей­ но, следовательно, отнощение мощности к крюковому усилию будет уменьшаться.

Из анализа фафиков (рис. 4.6, 4.7) можно сделать вывод, что опти­ мальным режимом работы для культиваторного агрегата с активными ко­ лесами-рыхлителями будет режим при глубине обработки почвы 8,5...9 см и скорости движения 6,8 км/ч, что соответствует режиму работы трактора на второй передаче.

4.8. Влияние крюкового усилия на тяговые и топливно экономические показатели культиваторного агрегата Полное представление моицюстных и других показателей трактора дает тяговая характеристика. По своим возможностям она универсальна.

Тяговая характеристика лежит в основе расчета машинно-тракторных аг­ регатов, с её помоп1ЬЮ оценивают динамические и топливно экономические показатели трактора, а также пригодность его использова­ ния в конкретных почвенно-климатических условиях различных зон стра­ ны.

На графиках (рис. 4.8) представлена неполная тяговая характери­ стика культиваторного агрегата с активными колесами-рыхлителями. Кри­ вые тяговой характеристики (рис. 4.8) выражают зависимость на каждой передаче трактора его поступательной скорости, тяговой мониюсти, часо­ вого расхода топлива, удельного тягового расхода топлива и буксования от силы тяги на крюке изменяющаяся от нуля (холостой ход трактора) до максимального значения. Тяговая мощность трактора на данной передаче но мере увеличения нафузки на крюке до известного предела возрастает.

Достигнув максимального значения, она с увеличением тягового усилия падает. Максимальное значение тяговой моншости культиваторного агре­ гата с активными колесами-рыхлителями с переходом на высшие скорости движения уменьшается, так как сцепление движителей было достаточным для решшзации полной мощности двигателя. На графике (рис. 4.8), макси­ мальное значение тяговой мощности составляет 11,0 кВт (третья переда­ ча).

На тяговой характеристике для каждой передачи есть две зоны: первая (до перегиба кривой мощности) отражает работу двигателя на регуляторе, вто­ рая (после точки перегиба) - на безрегуляторной ветви, соответствует пе рефузке двигателя. Перефузка двигателя культиваторного афегата с ак­ тивными колесами-рыхлителями наступает при увеличении нафузки на крюке (ТЯ10ВОГО усилия) вьине 5,3 кН (третья передача). При увеличении тягового усилия возрастает также буксование афегата. С повышением скорости движения буксование уменьшается. Наибольшее буксование от­ мечается на низших скоростях движения в зоне перефузок двигателя. Та­ кое буксование у культиваторного афегата с активными колесами рыхлителями было при крюковом усилии 5,48 кН, скорости движения 6, км/ч и составляло 6% (рис. 4.8).

Пд, MUH-^\ I,О QKP, г/кВши FKP. KH Рис. 4.8. Тяговая характеристика культиваториого агрегата с активными колесами-рыхлителями Часовой расход возрастает по мерс увеличения нагрузки на крюке.

В точке, соответствующей максимальной тяговой мощности, он достигает максимального значения. Затем часовой расход топлива при режиме пере­ грузки падает, в связи с тем, что количество рабочих циклов в двигателе уменьпшется из-за снижения числа оборотов двигателя. Часовой расход топлива имеет максимальное значение, которое составляет 4,08 кг/ч (тре­ тья передача). Удельный тяговый расход топлива с увеличением нафузки уменьшается и становится минимальным в точке максимшпной крюковой мощности. При нафузке двигателя культи ватерного афегата с активными колесами-рыхлителями удельный тяговый расход топлива возрастает.

Минимальный удельный тяговый расход топлива составляет 0,37 кг/кВт-ч (третья передача).

На графиках (рис. 4.9) показан теоретический (сплошные линии) и полученный в результате экспериментов (штриховые линии) баланс мощ­ ности культиваторного афегата с активными колесами-рыхлителями. Тео­ ретические кривые получены по выражениям (2.63), (2.73) (коэффициент сопротивления качению принят равным 0,10). Характер изменения теоре­ тических и экспериментальных кривых одинаков. В численных значениях параметров есть некоторые расхождения. У тяговой (крюковой мощности) и потерь мощности на буксование расхождение между теоретическими и экспериментальными значениями незначительны и составляют 1...2,5%.

Это можно объяснить тем, что при теоретическом определении моишости на самопередвижение коэффициент сопротивления качения был принят постоянным. Однако он зависит как от вида, состояния и свойств почвы (плотность, структура, влажность и т.д.), так и от конструкции движителей и их технического состояния.

В справочниках приводятся данные по коэффициенту сопротивле­ ния качению только для гусеничных и пневматических движителей. Испы­ тываемая экспериментальная установка сочетает в себе признаки этих двух движителей, т.к. при движении культиваторного афегата с активными ко лесами-рыхлителями, рыхлители колес-рыхлителей выполняют также роль почвозацепов, а ведущее колесо служит одновременно опорным колесом.

Таким образом, афегат перекатывается как на пневматической ишне, так и на колесах-рыхлителях. Мощность на самопередвижение составляет 10...30% эффективной мощности, поэтому расхождение между теоретиче­ скими и экспериментальными значениями мощности на самопередвижение не вызывают больших расхождений между теоретическими и эксперимен­ тальными значениями эффективной мощности, которые составляют 1,5...4,5%.

Анализируя графики (рис. 4.9), видно, что потери мощности в трансмиссии, а также крюковая и эффективная мощности возрастают по мере увеличения нафузки на крюке - линейно, до тех пор, пока двигатель работает в режиме, соответствующем его нормальной работе (регулятор ная ветвь). При перефузке двигателя афегата с активными колесами рыхлителями (рис. 4.9), составляющие баланса мощности уменьшаются, кроме мощности на буксование, которая возрастает в зоне перегрузок. По­ тери мощности на самопередвижение культиватор но го агрегата с актив­ ными колесами-рыхлителями уменьшается с увеличением крюкового уси­ лия, так как при этом растет буксование, а, следовательно, уменьшается поступательная скорость движения энергосредства. Мощность двигателя на холостом ходу (F^.,= 0) культиваторного афегата с активными колеса­ ми-рыхлителями расходуется на потери в силовой передаче и на качение трактора, что наглядно представлено на фафиках (рис. 4.9).

к кВт Рщ кН О Рис. 4.9. Баланс мощности агрегата с активными колесами-рыхлителями (вторая передача):

теоретический;

• экспериментальный.

4.9. Сравнительная оценка работы культи ватерного агрегата с активными колесами-рыхлителями и навесного культиватора окучника КОН-2,8Б Проведение сравнительной оценки работы культиватор но го афега та с активными колесами-рыхлителями и навесного культиватора окучника КОН-2,8Б исходило из задач исследования, в одной из которых ставилась цель по определению оптимального режима работы (на одина­ ковых почвенных фонах) как экспериментальной установки, так и афегата только с пассивными рабочими органами, выполняющему аналогичные функции в системе обработки почвы (навесной культиватор-окучник КОИ 2,8Г).

Зафузка двигателя трактора, работающего с навесным культивато­ ром-окучником осуществлялась также как и у афегата с активными коле­ сами-рыхлителями, непосредственно заглублением пассивных рабочих ор­ ганов ил увеличением скорости движения трактора путем перехода на по­ вышенную передачу.

Для сравнительной оценки работы были использованы следующие удельные показатели: погектарный расход топлива g„, удельные энергоза­ траты на физическую единицу выработки Q, производительность Ж, тя­ говый к.п.д. rjj. Вышеперечисленные показатели представлены графиче­ ски на рис, 4.10.

На рис. 4.10 представлены удельные показатели работы культива торных афегатов с активными колесами-рыхлителями (сплоишые линии) и без них (пунктирные линии) при глубине обработки 8-9 см.

Qn.Kz/za Q, кВтч/za 2 ^ ^ V, км/ч Рис. 4.10. Зависимость удельных показателей от скорости движения ai-регата с активными колесами-рыхлителями:

экспериментальный агрегат;

существующий.

Оптимши.иый режим работы для сравниваемых агрегатов выбирали по их максимальному тяговому к.п.д., который выражает относительные потери мониюсти. Из анализа графиков (рис. 4.10) видно, что при работе относительные потери мощности у культиваторного агрегата без активных колес-рыхлителей, выше, чем у культиваторного агрегата с активными ко­ лесами-рыхлителями. Это объясняется тем, что потери мощности на бук­ сование у культиваторного афегата с активными колесами-рыхлителями ниже, чем у культиваторного афегата с пассивными рабочими органами, в связи с тем, что активные колеса-рыхлители обеспечивают снижение со­ противления пассивному рабочему органу и создают дополнительную движущую силу.



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.