Оценка влияния рельефа поля на колебание глубины рыхления объемным мелиоративным рыхлителем

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства»,

Оценка влияния рельефа поля на колебание глубины рыхления объемным мелиоративным рыхлителем

Ю.П. Леонтьев

А.А. Макаров

г. Москва

На работу мелиоративных машин влияют внешние воздействия, имеющие переменный характер и влияющие на неравномерность загрузки тракторов, на показатели технологических процессов, выполняемых машинами и энергетические затраты. При анализе процесса работы рыхлителя можно воспользоваться одномерной динамической моделью. Основным оператором, определяющим преобразование входного сигнала, можно принять передаточную функцию, а главным входным возмущением - неровности поверхности поля.

On the work of reclamation machines affected by external effects that are variable in nature and affect the uneven loading tractors on indicators of technological processes carried out by machines and energy costs. In analyzing the work process ripper you can use one-dimensional dynamic model. Main operator defining transformation of the input signal, you can accept the transfer function, and the main input disturbance - the surface roughness of the field.

В эксплуатационных условиях работы мелиоративную машину можно рассматривать, как динамическую систему с несколькими входными xi и выходными yi переменными.

Входные переменные представляют собой возмущающие воздействия, приложенные к различным точкам агрегата (сопротивление среды, неровности поверхности поля и др.), а выходные - технологические и энергетические параметры, определяющие качество работы машины и ее технико-экономические показатели (глубина рыхления расход топлива и др.).

Так для мелиоративного рыхлителя, состоящего из навесного рабочего органа и гусеничного трактора, динамическая модель может быть представлена схемой, рис. 1, с входными и выходными воздействиями.

К основным входным параметрам относятся неровности поверхности поля z(t), сопротивление рыхлению F(t), управляющие воздействия л(t). Выходными переменными могут быть глубина рыхления h(t), расход топлива N(t), смещение центра давления Дx(t), и как следствие изменение распределения давления под опорной частью движителя и тягово-сцепных свойств машины. Символ t означает, что указанные переменные являются функциями времени или пути. Эксплуатационные условия работы мелиоративных рыхлителей позволяют считать все процессы xi(t) и yi(t) случайными в вероятностно-статистическом смысле.

Рис. 1. Динамическая модель навесного мелиоративного рыхлителя

Самоходные мелиоративные машины являются многомерными системами с несколькими входными и выходными переменными, причем каждое входное воздействие может одновременно влиять одновременно на несколько выходных.

Так, мелиоративный рыхлитель, с навесным рабочим органом, при работе перемещается по поверхности поля с определенными неровностями случайного порядка. Опорная часть гусеничного движителя воспринимает входное воздействие в виде колебаний в вертикальной плоскости. Рабочий орган, расположенный за пределами опорной поверхности гусениц на определенном расстоянии, совершает вертикальные перемещения, являющиеся выходными воздействиями. Это приводит к изменению глубины рыхления, что в свою очередь влияет на загрузку двигателя, рабочую скорость и расход топлива. Кроме этого, колебания глубины приводит к изменению усилия на рабочем органе и смещению центра давления.

Увеличение глубины рыхления приводит к смещению центра давления в сторону ведущих звездочек движителя, увеличивает неравномерность распределения давления машины на грунт за счет увеличения сопротивления рыхлению. При этом ухудшается проходимость машины.

Для упрощения задачи при анализе процесса работы рыхлителя в первом приближении можно принять воздействие одной переменной на одну выходную величину, то есть ограничиться рассмотрением динамической модели с одним входом и одним выходом. Такие модели называют одномерными [1].

Входным сигналом на машину можно считать колебания поверхности поля x(s). Реакция системы на это воздействие определяется ее частотной передаточной функцией W(s). Выходная переменная y(s), в данном случае глубина рыхления, определяется из выражения

y(s) = W(s) ·x(s),

где s - комплексная переменная преобразования.

Передаточная функция W(s) является основной характеристикой линейной динамической системы, она показывает, как система изменяет входное воздействие, чтобы получить выходную переменную y(s).

Передаточную функцию машины можно определить как отношение

W(s) = y(s) / x(s).

Из теории стационарных случайных функций известно, что спектральная плотность Sy(w) функции на выходе системы связана со спектральной плотностью Sx(w) входного сигнала следующим отношением

Sу(w) = [A(w)]2·Sx(w),

где A(w) - модуль частотной характеристики w(iw).

Значения спектральных плотностей S(w) определяется из экспериментальных корреляционных функций R(ф).

Таким образом, для одномерной динамической системы основным оператором определяющим преобразование вход-ного сигнала, можно принять передаточную функцию W(s).

При известных параметрах мелиоративного рыхлителя можно определить передаточную функцию. На рисунке 2 приведена схема навесного мелиоративного рыхлителя с U - образным рабочим органом.

Рис.2. Схема навесного мелиоративного рыхлителя

Аналитическое выражение математической модели

,

где L - длина опорной поверхности гусеничного ходового оборудования; t - горизонтальная координата центра тяжести машины (начиная от переднего опорного катка); c - горизонтальная координата центра давления; x - горизонтальная координата точки остова трактора, (L-t) - играет роль коэффициента затухания колебательного процесса; K - коэффициент пропорциональности, (x-c) - играет роль постоянной колебательного звена.

Неровности поверхности поля являются одним из главных входных возмущений при работе мелиоративного рыхлителя. Для оценки этих неровностей ранее было проведено обследование, и профилирование нескольких полей, [2], в результате чего получены случайные функции x(L) пути. По ряду профилей были вычислены корреляционные функции R(l) и спектральные плотности S(w) случайного процесса x(L). Аргумент l корреляционной функции имеет размерность длины, м, а аргумент спектральной плотности - размерность м-1.

На рисунке 3 приведены корреляционные функции нескольких профилей поверхности поля. сигнал мелиоративный машина рыхлитель

Рис.3. Корреляционные функции профилей поверхности поля

Графики функций вначале убывают, что говорит о преобладании случайных величин, не имеющих корреляционной связи, и выявляют периодическую составляющую.

По корреляционным функциям вычислены спектральные плотности

.

Корреляционные функции можно аппроксимировать выражением

.

Спектральные плотности можно аппроксимировать выражением

,

де a, b - коэффициенты зависящие от б и в - коэффициентов характеризующих свойства корреляционной функции; б - характеризует интенсивность затухания функции; в - частоту периодической составляющей; D - дисперсия.

Для сельскохозяйственных почвообрабатывающих агрегатов коэффициенты a и b можно определить по формулам [3]

b2 = б2 + в2; a2 = б2 - в2.

Спектральную плотность на выходе можно определить по формуле

.

Значение дисперсии колебания глубины

.

Среднее значение колебаний глубины можно определить в первом приближении

.

Полученная величина aср не должна превышать допускаемое значение по агротехническим требованиям.

Библиографический список

1. Пугачев В. С. Теория случайных функций и ее применение к задачам автоматического управления. - М.: Физматгиз, 1962.

2. Леонтьев Ю.П. Макаров А.А. Оценка состояния поверхности и плотности грунта необрабатываемого поля. //Природообустройство. 2009. № 4.

3. Лурье А. Б. Динамика регулирования навесных сельскохозяйственных агрегатов. - Л.: Машиностроение, 1969. 287 с.

Размещено на Allbest.ru