41

Размещено на http://www.allbest.ru/

ТАВРІЙСЬКА ДЕРЖАВНА АГРОТЕХНІЧНА АКАДЕМІЯ

Підвищення сталості руху причіпного широкозахватного культиватора

Спеціальність 05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Коломієць Сергій Матвійович

Мелітополь - 2003

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Таврійській державній агротехнічній академії (ТДАТА)

Міністерства аграрної політики України.

Науковий керівник кандидат технічних наук, доцент Рогач Юрій Петрович Таврійська державна агротехнічна академія, проректор з організаційної та навчальної роботи, завідувач кафедри "Безпека життєдіяльності"

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор, член-кор. УААН Кушнарьов Артур Сергійович, Таврійська державна агротехнічна академія, завідувач кафедри "Фізика, теоретична механіка і ТММ"

кандидат технічних наук, доцент Пастушенко Сергій Іванович, Миколаївська державний аграрний університет, декан факультету Механізації сільського господарства

Провідна установа

Дніпропетровський державний аграрний університет, кафедра "Сільськогосподарські машини" Міністерства аграрної політики України, м. Дніпропетровськ

Захист відбудеться "_14_" березня 2003 р. о 10⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К18.819.01 Таврійської державної агротехнічної академії, м. Мелітополь, пр-т Б. Хмельницького, 18

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці ТДАТА за адресою: 72312, м. Мелітополь, пр-т Б. Хмельницького, 18.

Автореферат розісланий "_7_" _ лютого__ 2003 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Діордієв В.Т.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Повне забезпечення населення України сільськогосподарською продукцією власного виробництва - головна стратегічна задача на шляху до економічної незалежності.

Важливими умовами збільшення об`єму виробництва сільськогосподарської продукції є підвищення продуктивності сільськогосподарських агрегатів і зменшення енергетичних витрат при їхньому використанні. Існує два основних підходи до підвищення продуктивності грунтообробних сільськогосподарських машин: збільшення робочих швидкостей руху агрегатів; використання широкозахватних грунтообробних машин. При цьому гостро постає проблема забезпечення запасу сталості руху, оскільки, особливо при збільшенні швидкостей руху, зростає рівень випадкових збурюючих впливів, які ведуть до розхитування агрегату, що призводить до значних поперечних відхилень траєкторії робочих органів, збільшення психофізіологічних та фізичних навантажень на тракториста, погіршення агротехнічних та енергетичних показників.

Виходячи з вищевикладеного, актуальність теми полягає у тому, що для вирішення поставлених завдань, а саме, підвищення продуктивності сільськогосподарських агрегатів, поліпшення якості обробітку, підвищення урожайності і зменшення енергетичних витрат при їхньому використанні, потрібне обґрунтування параметрів причіпних широкозахватних культиваторів для підвищення сталості їхнього руху у горизонтальній площині, що зумовлює необхідність розробки математичного апарата і програмного забезпечення моделювання руху культиваторного агрегату.

Зв`язок із науковими програмами, планами, темами. Дослідження проводилися в Таврійській державній агротехнічній академії за її планом науково-дослідних робіт на 1996-2000 рр. "Розробка наукових систем, технологій і технічних засобів забезпечення продовольчої безпеки південного регіону України" № ДР 0102U000676, виконуваним згідно з "Програмою розвитку на Україні машинобудування та забезпечення сільськогосподарського виробництва машинами та устаткуванням для комплексної механізації технологічних процесів у рослинництві" по програмі "Розробка та опанування нової техніки для сільського господарства та перероблювальних галузей промисловості (розділ "Рослинництво") Української національної програми розробки та виробництва технологічних комплексів машин та устаткування.

Мета досліджень полягає у підвищенні продуктивності роботи, поліпшенні якості і зниженні енергоємності обробітку грунту при використанні причіпного широкозахватного культиваторного агрегату, обладнаного експериментальним тягово-зчіпним пристроєм з перемінною довжиною сниці.

Для досягнення вказаної мети у дисертації слід вирішити наступні задачі:

1. Визначити параметри причіпного широкозахватного культиватора, які найбільш впливають на сталість його руху.

2. Розробити новий метод зміни довжини сниці причіпного культиватора без зміни його конструкції.

3. Розробити математичну модель руху причіпного широкозахватного культиватора для оцінки сталості його прямування.

4. Розробити оцінні показники ступеня сталості руху культиватора.

5. Дослідити вплив конструктивних параметрів причіпного широкозахватного культиватора на сталість його руху в горизонтальній площині.

6. Оцінити вплив підвищення сталості руху на експлуатаційні властивості культиваторного агрегату.

Об`єктом досліджень є процес роботи культиваторного агрегату при раціональному використанні параметрів його ланок, які забезпечують необхідну сталість руху.

причіпний широкозахватний культиватор сниця

Предмет досліджень - причіпний широкозахватний культиватор КШУ-12, обладнаний експериментальним тягово-зчіпним пристроєм з перемінною довжиною сниці.

Методи досліджень. При проведенні аналітичних досліджень використано методи класичної механіки та теорії подібності. Експериментальні дослідження, які проводилися у виробничих умовах та на дослідних зразках виконано із застосуванням методів математичної статистики. Усі розрахунки та обробка результатів експериментів виконано на ПЕОМ.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в:

розробці нового методу зміни довжини сниці причіпного культиватора без зміни його конструкції;

встановленні залежностей кутових відхилень та кутової швидкості кутових коливань культиватора від статистичних параметрів нерівностей поверхні поля, конструктивних особливостей культиватора і швидкісних режимів його руху;

розробці оцінних показників ступеня сталості руху культиватора;

обґрунтуванні оптимальних параметрів тягово-зчіпного пристрою з перемінною довжиною сниці;

Практичне значення одержаних результатів полягає у розробці тягово-зчіпного пристрою з перемінною довжиною сниці, використання якого поліпшує експлуатаційні показники, підвищує ефективність роботи агрегату. Результати досліджень використано ОАО " МеЗТГ " (м. Мелітополь, Запорізької обл.) при створенні експериментальних та серійних тягово-зчіпних пристроїв для агрегатування з причіпними сільськогосподарськими машинами. Сільськогосподарський агрегат, складений з трактора Т-150К і причіпного широкозахватного культиватора КШУ-12, оснащений експериментальним тягово-зчіпним пристроєм, впроваджено у СТОВ "Федорівка " Приазовського р-ну Запорізької області, де річний економічний ефект склав, в порівнянні з культиваторним агрегатом, оснащеним серійним тягово-зчіпним пристроєм, 1055 грн.

Особистий внесок здобувача полягає в одержанні результатів, які винесені на захист:

новий метод зміни довжини сниці причіпного культиватора без зміни його конструкції;

математична модель оцінки сталості прямолінійного руху культиватора в горизонтальній площині;

оцінні показники ступеня сталості руху культиватора;

оптимальні параметри експериментального тягово-зчіпного пристрою та обґрунтування доцільності його використання;

експериментальні дослідження сталості руху причіпного широкозахватного культиватора, оснащеного експериментальним тягово-зчіпним пристроєм з перемінною довжиною сниці.

Апробація результатів дисертації. По основним положенням дисертаційної роботи були зроблені доповіді, які одержали схвалення на щорічних науково-технічних конференціях у Таврійській державній агротехнічній академії у 1997…2002 рр.; Міжнародному науковому конгресі молодих вчених і студентів "Здоров`я села - здоров`я держави", який відбувся у Львівському державному аграрному університеті у 2000 р.; Міжнародній науково-технічній конференції "Технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві", яка відбулася у Національному науковому центрі "Інститут механізації та електрифікації сільського господарства" у 2000 р.; Міжнародній науково-практичній конференції "Технічний прогрес в рослинництві", яка відбулася у Харківському державному технічному університеті сільського господарства у 2000 р; 9-й Міжнародній науково-методичній конференції "Технологии ХХІ века", яка відбулася у м. Алушта у 2002 р.

Публікації. Основні матеріали та положення дисертації опубліковані у 14 роботах загальним обсягом 2,25 умовного друкованого аркуша, отримано деклараційний патент на корисну модель.

Структура дисертації - вступ, чотири розділи, висновки, список використаних джерел та додатки. Обсяг роботи становить 160 сторінок машинописного тексту, на 133 з них викладено текст роботи та список використаних джерел, на 27 - додатки. Вона містить 5 таблиць та 26 ілюстрацій (12 рисунків і схем, 5 графіків, 9 фотографій). Використані джерела 135 найменувань, з них 32 - вітчизняних, 97 - країн СНД, 6 - далекого зарубіжжя.

Основний зміст

У вступі обґрунтована актуальність теми, викладені мета і методи досліджень, сформульовані основні положення, які складають наукову новизну та практичне значення роботи.

У першому розділі "Аналітичний огляд досліджень сталості руху ґрунтообробної техніки" зроблено аналіз наявних досліджень відносно загальної динаміки роботи ґрунтообробних машин і сталості їхнього руху. Ступінь сталості руху сільськогосподарського агрегату розглядається як найважливіша експлуатаційна якість, що полягає в спроможності ланок агрегату протистояти дії зовнішніх збурюючих чинників, оскільки сталість руху агрегату у горизонтальній площині безпосередньо зв'язана з цілим рядом експлуатаційних показників, що визначають, в остаточному підсумку, якість, матеріальні витрати і трудомісткість виконання технологічних операцій.

Основні наукові розробки з теорії сталості руху сільськогосподарських машин належать академікам А.М. Ляпунову, В.П. Горячкіну. Подальший розвиток теорія сталості руху одержала у роботах Г.Н. Синєокова, А.Б. Лурьє, І.І. Артоболевського, П.М. Василенка, Л.В. Гячева, М.Д. Лучинського, А.І. Тимофєєва і інших дослідників.

Забезпечення запасу сталості руху можливе за рахунок раціонального вибору параметрів ланок: пружних характеристик пневматичних шин, характеристик силової взаємодії робочих органів, довжини сниці сільськогосподарської машини, конструкції тягово-зчіпного пристрою.

Проведено аналіз досліджень впливу зовнішніх силових факторів на динаміку руху сільськогосподарських агрегатів, проаналізовано силову взаємодію робочих органів культиватора з ґрунтом, виконано опис перекочування пневматичних опорних коліс. Зроблено висновки про необхідність введення в силову модель характеристик випадкових впливів і що тяговий опір, що є випадковою функцією часу, повинен визначатися динамічними умовами роботи ґрунтообробної машини.

Зроблено огляд конструкцій тягово-зчіпних пристроїв. Найбільший інтерес мають тягово-зчіпні пристрої з перемінною довжиною сниці. Ці тягово-зчіпні пристрої мають беззазорне з'єднання, можливість переносу центра обертання причіпної ланки відносно трактора уздовж подовжньої осі трактора, чим забезпечуються кращі експлуатаційні показники.

До цього типу відноситься тягово-зчіпний пристрій, розроблений автором (рис. 1).

Пристрій містить пластину 1, шарнірно встановлену на причіпній планці трактора і зафіксовану фіксатором 2 від переміщень у площині, рухому каретку 3, зв'язану з пластиною за допомогою вертикального шарніра. Каретка обладнана роликами 4, що обкочують зовнішню і внутрішню робочі поверхні пластини 1. Торцева 5 і передня 6 робочі поверхні пластини виконуються по дугах кіл з центром, розташованим на подовжній осі буксирувальної ланки. При робочому русі даний тягово-зчіпний пристрій забезпечує можливість відносних переміщень причіпної ланки навколо центра кривизни робочих поверхонь пластини і, тим самим, точка зчленування ланок переноситься вперед, що еквівалентно подовженню сниці і кріпленню її в цьому центрі кривизни. При поворотах агрегату каретка переміщується в крайнє положення і повертає пластину убік повороту. При цьому центр відносного обертання причіпної ланки опиняється за тяговою ланкою, що забезпечує мінімальний радіус повороту. Підвищення сталості руху цей тягово-зчіпний пристрій забезпечує через зростання моменту інерції культиватора (збільшення радіуса інерції).

У результаті проведеного аналізу конструкцій тягово-зчіпних пристроїв можна зробити висновок про доцільність дослідження тягово-зчіпного пристрою з перемінною довжиною сниці.

Проаналізовано наявні показники з оцінки сталості руху ґрунтообробних машин. Недоліком перерахованих оцінних показників те, що за їхньою допомогою неможливо установити ступінь взаємозвязку збурюючих чинників оцінити вплив кожного з них на сталість руху.

У другому розділі "Теоретичні дослідження сталості руху причіпного широкозахватного культиватора" зроблено дослідження зовнішніх силових впливів на культиваторний агрегат:

особливості реакцій ґрунту на робочі органи культиватора (рис. 2, рис. 3);

реакції опорних коліс на ланки агрегату.

Рис. 2. Схема сил, діючих на робочий

Рис. 3. Схема коливань культиватора орган культиватора у поперечно-вертикальній площині

Проекції головного вектора і головний момент реакцій грунту на робочі органи культиватора

;

;

, (1)

де - величини проекцій абсолютної швидкості центра мас на осі і ;

- установлена глибина обробітку ґрунту;

- координати центра кріплення і-ї лапи;

- кутова швидкість кутових коливань культиватора;

,,, - постійні силові параметри робочих органів;

, , - висоти поверхні поля під опорними колесами

і в місці кріплення і-го робочого органу;

L - відстань між опорними колесами;

- кут нахилу рами культиватора;

r_{к -} кінематичний радіус кочення коліс;

- висота стойки культиваторної лапи;

n - число робочих органів.

Головний вектор і головний момент сил пружності коліс культиватора

; ,

де , к_і, - силові параметри с, К, f коліс i-ї пари.

Вираз реакції агрегату на колесо

, (3)

де - сила опору перекочуванню колеса;

- нормальна реакція опорної поверхні;

- коефіцієнт опору коченню;

- вертикальне навантаження на колесо.

Завдяки отриманим залежностям між силами опору робочих органів і параметрами культиватора (1), а також між силами, що діють на колеса, і реакціями коліс на ланки агрегату (2), (3) стає можливим, з метою забезпечення сталого руху агрегату, обґрунтування і вибір раціональних параметрів ланок культиватора. Обґрунтовано конструктивні параметри експериментального тягово-зчіпного пристрою з перемінною довжиною сниці і умову повернення культиватора у стан рівноваги після одержання збурення (рис. 4).



Рис. 4. Розрахункова схема для обґрунтування радіуса кривизни робочих поверхонь експериментального тягово-зчіпного пристрою

На рисунку використано такі позначення:

- сила тяги трактора;

- швидкість руху точки причепа трактора;

- головний вектор реакцій грунту на робочі органи;

, - складові головного вектора реакцій грунту на робочі органи;

- головний вектор сил пружності пневматичних коліс;

- нормальна сила дії пластини на ролик;

- сила тертя ролика по пластині;

- відстань між точками рівноваги системи, яка дорівнює діаметру пальця штатного тягово-зчіпного пристрою трактора;

- кут відхилення головного вектора реакцій ґрунту на робочі органи від подовжньої осі симетрії агрегату;

- кут відхилення агрегату від стану рівноваги.

Радіус кривизни робочих поверхонь тягово-зчіпного пристрою, тобто довжина псевдо сниці

,

де К_т - коефіцієнт тертя кочення;

- радіус ролика тягово-зчіпного пристрою з перемінної довжини сниці.

Умова повернення системи у стан рівноваги

, (5)

де f₀ - статичний коефіцієнт тертя.

Виконано дослідження кутових коливань культиватора при рівномірному прямолінійному русі.

При складанні диференціального рівняння коливань культиватора скористаємося такими допущеннями:

культиватор рухається по горизонтальній опорній поверхні;

кут відхилення в процесі руху є малим;

точка причепа рухається з постійною за величиною і напрямком швидкістю;

культиватор може розглядатися як абсолютно тверде тіло;

на культиваторі застосовані робочі органи з однаковою геометрією.

За узагальнену координату прийнята кутова швидкість коливань .

Диференціальне рівняння кутових коливань культиватора

, (6)

Де І_с - момент інерції культиватора відносно осі, що проходить через центр мас;

- маса культиватора;

- прискорення вільного падіння.

Після приведення подібних членів рівняння прийме вид

, (7)

де ;

;

;

.

Випадкова величина А_м враховує у рівнянні (7) випадковий силовий вплив на культиватор з боку ґрунту. Вплив експериментального тягово-зчіпного пристрою на сталість руху культиватора у рівняннях (6), (7) враховано величиною довжини псевдосниці .

Отримане диференціальне рівняння кутових коливань культиватора встановлює залежності між параметрами культиватора і сталістю його руху, завдяки кінематичному подовженню сниці збільшується момент інерції культиватора, тобто поліпшується його сталість руху у горизонтальній площині.

Дисперсії кута відхилення і кутової швидкості кутових коливань культиватора

; , (8)

де - дисперсія профілю опорної поверхні;

- коефіцієнти диференціального рівняння (7) кутових коливань культиватора.

Ступінь сталості руху культиватора

; ; . (9)

З аналізу приведених залежностей випливає, що сталість руху є функцією дисперсій кутових відхилень та кутової швидкості , тобто зменшення зазначених дисперсій призводить до збільшення сталості руху. У свою чергу дисперсії та є функціями параметрів культиватора.

Отже, завдяки використанню математичної моделі, можливе обґрунтування параметрів причіпних широкозахватних культиваторів для поліпшення сталості руху.

Проведено оцінку тягового опору культиватора (рис. 5). Не сталий рух агрегату веде до зниження якості обробітку ґрунту, збільшення тягового опору, значних витрат палива. Виникає необхідність теоретичного обґрунтування і встановлення зв'язків між тяговим опором і коливаннями культиватора у горизонтальній площині.

Тяговий опір культиватора

, (10)

де ;

;

Складова тягового опору є опір руху робочих органів в умовах абсолютно рівної поверхні поля.

Складова тягового опору це опір перекочуванню опорних коліс культиватора.

Складова тягового опору пов'язана з наявністю нерівностей поверхні поля, тобто з появою коливань культиватора через нерівномірність ходу робочих органів по глибині.

Зменшення тягового опору досягається використанням експериментального тягово-зчіпного пристрою з перемінною довжиною сниці, через поліпшення сталості руху агрегату. Збільшення сталості руху культиваторного агрегату забезпечує зниження усіх складових тягового опору.

За умови підвищення сталості руху агрегату, зниження складової тягового опору обумовлене зменшенням питомого опору культиваторних лап. Зниження складової тягового опру відбувається за рахунок зменшення коефіцієнта опору коченню коліс. Зниження складової тягового опору пов'язане із зменшенням дисперсій кутових відхилень та кутової швидкості .

Таким чином, завдяки підвищенню сталості руху зменшується тяговий опір машини, що забезпечує: зниження потужності, яка витрачається на подолання тягового опору, зменшення витрати палива, підвищення якості обробітку ґрунту, за рахунок забезпечення сталої глибини обробітку, підвищення продуктивності роботи агрегату.

У третьому розділі "Програма і методика теоретично-експериментальних досліджень" викладено програму досліджень, яка включала визначення енергетичних та силових характеристик культиватора, вивчення впливу конструктивних параметрів тягово-зчіпних пристроїв на кутові відхилення культиватора в горизонтальній площині, одержання агротехнічних показників роботи культиватора в умовах реальної експлуатації.

Експериментальні дослідження проводилися за допомогою електричних методів виміру неелектричних величин (електротензометрування). Досліджувалася робота агрегату з двома типами тягово-зчіпних пристроїв - серійним та експериментальним (рис.1).

Польові іспити включали агротехнічну оцінку, енергетичну оцінку, оцінку умов праці механізатора й оцінку курсової сталості ланок машинно-тракторного агрегату. При дослідженнях прийнята трикратна повторність дослідів.

У четвертому розділі "Експериментальні дослідження сталості руху причіпного широкозахватного культиватора" з метою перевірки результатів теоретичних досліджень проведені теоретично-експериментальні дослідження, по математичній моделі з використанням PC IBM, сталості руху причіпного широкозахватного культиватора. У якості об'єкта досліджень був використаний причіпний широкозахватний культиватор КШУ-12, який агрегатувався з трактором Т-150К. Проведені порівняльні іспити машинно-тракторного агрегату з різними типами тягово-зчіпних пристроїв, розрахована економічна ефективність впровадження результатів досліджень і зроблено висновки.

Проведено кількісний аналіз впливу деяких конструктивних параметрів культиватора КШУ-12 на ступінь сталості його руху, дисперсії кутових відхилень, кутової швидкості, тяговий опір.

Вплив параметрів культиватора на показник сталості , дисперсії , оцінювався у відносному виді, як відношення значення показника при зміненому значенні параметра культиватора до значення цього показника для базового культиватора. Збільшення тягового опору, пов'язане з рельєфом поля, визначалося у процентному відношенні до тягового опору при відсутності коливань.

Було встановлено, що вплив кутової жорсткості пневматичних коліс на всі оцінювані параметри незначний. Ефективно впливає на сталість руху культиватора збільшення довжини сниці. Так, кінематичне подовження сниці на 2 м збільшує ступінь сталості у 8 разів, знижує дисперсію кута відхилення культиватора на 60%, дисперсію кутової швидкості на 70%, призводить до зменшення тягового опору за рахунок зменшення коливань на 8% (рис.6). За рахунок збільшення довжини сниці зростає момент інерції культиватора відносно вертикальної осі шарнірного з'єднання з трактором і знижується його чутливість до зовнішніх збурень.

Рис. 6. Вплив подовження сниці на ступінь сталості руху, тяговий опір, дисперсію курсового кута і дисперсію кутової швидкості культиватора:

1 - відносне значення ступеня сталості;

2 - відносне значення тягового опору;

3 - відносне значення дисперсії курсового кута;

4 - відносне значення дисперсії кутової швидкості.

Бокова жорсткість шин також робить істотний вплив на сталість. Підвищення жорсткості у 2 рази призводить до збільшення ступеня сталості у 1,5 рази, дисперсія кута відхилення культиватора знижується у 2 рази, тяговий опір зменшується на 4%. При підвищенні бокової жорсткості шин також зростає опір зовнішнім збуренням.

Силовий параметр , що характеризує питомий тяговий опір грунту при обробці, має складний вплив. При збільшенні , з одного боку, спостерігається підвищення ступеня сталості за рахунок збільшення стабілізуючих сил. З іншого боку, відбувається ріст рівня зовнішніх збурень, що призводить до збільшення дисперсії кута відхилення, зростання тягового опору.

Збільшення параметра , що визначає зростання головного моменту, має стабілізуючий характер, веде до збільшення ступеня сталості, зменшення дисперсії кута відхилення, зниження тягового опору.

При збільшенні силового параметра , що характеризує напрямок головного вектора реакцій грунту, також спостерігається позитивний стабілізуючий ефект, що веде до збільшення ступеня сталості, зменшення дисперсій курсового кута, зниження тягового опору.

Силовий параметр , що характеризує зміну головного вектора, на ступінь сталості не має істотного впливу. При збільшенні спостерігається деяке зростання тягового опору.

З аналізу результатів експериментальних досліджень випливає, що результати теоретичних досліджень впливу параметрів культиватора на сталість його руху співпадають з висновками експериментальних досліджень, а саме, поліпшення сталості руху культиватора досягається за рахунок кінематичного подовження сниці, збільшення бокової жорсткості шин, збільшення силових параметрів робочих органів і .

Оцінка сталості руху машинно-тракторного агрегату при роботі із серійним і експериментальним тягово-зчіпними пристроями проводилася по середньоквадратичних відхиленнях курсових кутів трактора і культиватора (табл. 1).

Таблиця 1. Середньоквадратичне відхилення курсових кутів ланок машинно-тракторного агрегату, град.

Швидкість прямування, м/c	Агрегат з серійним ТЗП	Агрегат з експериментальним ТЗП
	Трактор	Культиватор	Трактор	Культиватор
2,16.2,21	0,97	1,49	0,83	0,98
2,28.2,35	1,09	1,50	0,88	1,02
2,41.2,48	1,11	1,55	0,89	1,12
2,52.2,57	1,13	1,57	0,95	1,21
2,65.2,74	1,27	1,58	0,94	1,29

З таблиці 1 випливає, що застосування експериментального ТЗП дало можливість зменшити середньоквадратичне відхилення курсових кутів трактора на 15…26 %, культиватора на 18…34 %.

Отже, можна зробити висновок про поліпшення сталості руху агрегату завдяки використанню експериментального тягово-зчіпного пристрою.

Оцінка достовірності прогнозування по математичній моделі величини зміни дисперсії курсового кута кутових коливань культиватора проводилася шляхом порівняння реального значення дисперсії з її розрахунковим значенням (рис. 7).

Рис. 7. Розрахункові (1) та експериментальні (2) дані зміни середньоквадратичного

відхилення курсового кута в залежності від швидкості руху культиватора

З характеру кривих можна зробити висновок, що гіпотеза про рівність розрахункової і фактичної дисперсії несуперечлива, що дозволяє використовувати математичну модель для дослідження сталості руху культиваторів і оптимізації їхніх параметрів.

За рахунок поліпшення сталості руху агрегату зменшується питомий тяговий опір культиватора КШУ-12 до 8%, через зменшення коливань культиватора у горизонтальній площині, що призводить до зниження питомої витрати палива, збільшується продуктивність роботи агрегату через збільшення швидкості руху.

Напруженість роботи тракториста оцінювалася по питомому числу керуючих дій на рульове управління за одиницю часу. Застосування експериментального тягово-зчіпного пристрою дозволило зменшити питоме число керуючих дій тракториста на 25-30 %.

З результатів експериментальних досліджень можна зробити висновок про значні переваги експериментального тягово-зчіпного пристрою у порівнянні з серійним.

Для агрегату, що складається з трактора Т-150К і культиватора КШУ-12, застосування експериментального тягово-зчіпного пристрою дозволило зменшити питому витрату палива на 6.7 %, збільшити швидкість руху агрегату за рахунок покращення прямолінійності руху на 6 %, підвищити продуктивність на 7.8 %.

Покращення експлуатаційних показників культиваторного агрегату, якості обробітку ґрунту, зменшення напруженості роботи тракториста досягнуто за рахунок поліпшення сталості руху агрегату у горизонтальній площині, що підтверджується співпаданням результатів теоретичних і експериментальних досліджень. Поліпшення сталості руху агрегату досягається кінематичним подовженням сниці тягово-зчіпного пристрою, збільшенням бокової жорсткості шин, силових параметрів робочих органів і .

Економічний ефект від впровадження результатів досліджень, приведених в дисертаційній роботі, одержується за рахунок збільшення продуктивності роботи і зниження питомих витрат палива при експлуатації агрегатів з експериментальним ТЗП.

Від впровадження експериментального тягово-зчіпного пристрою з перемінною довжиною сниці, в залежності від ширини захвату агрегату, досягнуто наступне:

- річний економічний ефект складає 870.1055 грн;

- економічний ефект за весь час служби експериментального тягового-зчіпного пристрою складає 5742.6963 грн;

- термін окупності експериментального ТЗП складає 0,34.0,28 року.

Висновки

1. Ступінь сталості руху причіпного широкозахватного культиватора в значній мірі залежить від довжини сниці знаряддя. Аналіз попередніх розробок показує, що вирішення цього питання завдяки відомим способам агрегатування причіпних знарядь є недосконалим. Але раціональним є не безпосереднє механічне, а кінематичне її подовження шляхом використання нового тягово-зчіпного пристрою трактора.

2. В результаті розв'язку і аналізу диференціального рівняння коливань культиватора встановлено, що характер його руху в горизонтальній площині в найбільшій мірі залежить від кінематичної довжини сниці, силових параметрів культиваторних лап (, , ), силових параметрів коліс (, ), коефіцієнта опору коченню , та коефіцієнта зв'язку деформацій опорних коліс.

3. Кінематичне подовження сниці причіпного широкозахватного культиватора приводить до зростання моменту його інерції, що забезпечує в середньому зменшення дисперсії коливань курсового кута знаряддя на 60%, дисперсії коливань кутової швидкості - на 70%, питомого тягового опору - на 8%.

4. Кінематична довжина сниці культиватора залежить від радіуса кривизни робочих поверхонь запропонованого тягово-зчіпного пристрою трактора. З точки зору забезпечення сталості руху причіпного знаряддя як в горизонтальній так і поздовжньо-вертикальній площинах, оптимальне значення кінематичної довжини сниці в середньому становить 2 м.

5. В результаті теоретичних досліджень встановлено, що подвійне підвищення бокової жорсткості шин приводить до зростання запропонованих показників сталості руху причіпного культиватора в горизонтальній площині не менше, ніж у 1,5 рази, а збільшення силових параметрів робочих органів (,) - на 15…20%.

6. Застосування нового тягово-зчіпного пристрою у порівнянні з серійним забезпечує зменшення числа керуючих впливів тракториста на рульове керування на 25.30 %, підвищення продуктивності роботи агрегату на 7.8 %, зниження питомої витрати палива на 6.7 % при відповідності якісних показників обробітку грунту агротехнічним вимогам. Впровадження розробленого тягово-зчіпного пристрою дає річний економічний ефект 1055 грн. на один культиваторний агрегат, економічний ефект за весь час служби тягово-зчіпного пристрою складає 6963 грн., термін окупності - 0,28 року.

Список опублікованих праць здобувача за темою дисертації

1. Коломієць С.М. Оцінка тягового опору культиватора // Вісник / Сумського державного аграрного університету: Науково-методичний журнал. Вип.7. Механізація та автоматизація виробничих процесів. - Суми, 2001. - С.116-118.

2. Рогач Ю.П., Коломієць С.М. Диференціальне рівняння кутових коливань культиватора при рівномірному прямолінійному русі // Вісник / Сумського державного аграрного університету: Науково-методичний журнал. Вип.8. Механізація та автоматизація виробничих процесів. - Суми, 2002. - С.28-31.

3. Рогач Ю.П., Коломієць С.М. Обгрунтування конструктивних параметрів експериментального тягово-зчіпного пристрою з перемінною ефективною довжиною сниці // Вісник / Сумського державного аграрного університету: Науково-методичний журнал. Вип.7. Механізація та автоматизація виробничих процесів. - Суми, 2001. - С.33-38.

4. Коломієць С.М. Дослідження умов повернення культиватора в стан рівноваги // Вісник / Сумського державного аграрного університету: Науково-методичний журнал. Вип.9. Механізація та автоматизація виробничих процесів. - Суми, 2002. - С.123-126.

5. Коломієць С.М. Результати експериментальних досліджень беззчіпочного широкозахватного культиватора КШУ-12 // Праці / Львівського державного університету. - Львів, 2001. - С.50-51.

6. Коломієць С.М. Методи аналізу сталості руху ґрунтообробних машин // Праці/ Таврійської державної агротехнічної академії: Наукове фахове видання. - Вип.1. - Мелітополь, 2000. - т.14. - С.71-74.

7. Вершков О.О., Коломієць С.М. Теоретичний аналіз зовнішніх силових впливів на мобільний сільськогосподарський агрегат // Праці / Таврійської державної агротехнічної академії: Тематичний науково-технічний збірник. Вип.1. Техніка у сільськогосподарському виробництві. - Мелітополь, 1998, т.4. - С.37-39 (доля здобувача 80% - аналіз зовнішніх силових впливів на мобільний сільськогосподарський агрегат).

8. Вершков А.А., Коломиец С.М., Антонова Г.В. Влияние степени устойчивости культиватора на дисперсии угла отклонения, угловой скорости культиватора и на мощность тягового сопротивления // Труды / Таврической агротехнической академии: Тематический научно-технический сборник. - Вып.2. Машиноведение. - Мелитополь, 1998. - т.2. - С.29-31 (доля здобувача 80% - вплив ступеня сталості культиватора на дисперсії кута відхилення кутової швидкості культиватора та на потужність тягового опору).

9. Коломиец С.М. Описание реакций почвы на рабочие органы культиватора // Вісник / Харківського державного технічного університету сільського господарства. Вип.1. Механізація сільськогосподарського виробництва. - Харків, 2000. - С.280 - 285.

10. Коломієць С.М. Реакції ґрунту на робочі органи культиватора // Праці / Таврійської державної агротехнічної академії.: Наукове фахове видання. - Вип.1. - Мелітополь, 2001. - т.18. - С.96-99.

11. Вершков А.А., Коломиец С.М., Антонова Г.В. Устойчивость движения бессцепочных широкозахватних культиваторов // Труды / Таврической государственной агротехнической академии: Тематический научно-технический сборник. - Вып.3. Машиноведение. - Мелитополь, 1998. - т.2. - С.57-61 (доля здобувача 80% - аналіз сталості руху причіпних широкозахватних культиваторів).

12. Вершков О.О., Коломієць С.М., Антонова Г.В. Визначення потужності тягового опору культиватора // Праці / Таврійської державної агротехнічна академії: Тематичний науково-технічний збірник. Вип.1. Техніка у сільськогосподарському виробництві. - Мелітополь, 1999. - т.9. - С.69-71 (доля здобувача 80% - визначення потужності тягового опору культиватора).

13. Коломиец С.М. Адекватность математического описания случайного процесса изменения курсового угла культиватора реальному процессу // Праці/ Таврійської державної агротехнічної академії: Наукове фахове видання. - Вып.1. - Мелитополь, 2000. - т.15. - С.169-171.

14. Коломієць С.М. Шляхи зменшення енергетичних витрат при використанні беззчіпочних широкозахватних культиваторів / Національний науковий центр "Інститут механізації та електрифікації сільського господарства": Міжвідомчий тематичний науковий збірник. - Вип.83, Механізація та електрифікація сільського господарства. - Глеваха, 2000. - С.217-220.

15. Пат.941А Україна, МПК⁷ В60 D1/00. Тягово-зчіпний пристрій [корисна модель] / С.М. Коломієць. - №2000116547; Заявл.21.11.2000; Опубл.16.07.2001, Бюл. № 6.

Аннотация

Коломиец С.М. Повышение устойчивости движения прицепного широкозахватного культиватора. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 - машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. - Таврическая государственная агротехническая академия, Мелитополь, 2002.

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследований. Дана общая характеристика работы.

В первом разделе приводится анализ работ по динамике почвообрабатывающих машин, исследованию законов проявления внешних силовых воздействий во время движения сельскохозяйственных агрегатов, оценке устойчивости движения почвообрабатывающих машин. Обзор конструкций тягово-сцепных устройств.

Во втором разделе представлены теоретические исследования устойчивости движения культиватора, проявления внешних силовых воздействий на рабочие органы и опорные колеса, влияния степени устойчивости движения культиватора на дисперсии угла отклонения, угловой скорости и тяговое сопротивление.

В третьем разделе изложены программа и методика экспериментальных исследований машинно-тракторных агрегатов (МТА) с различными типами тягово-сцепных устройств. Приведена методика экспериментально - теоретических исследований устойчивости движения культиваторного агрегата.

В четвертом разделе приведены результаты исследований устойчивости движения культиватора, сравнительных испытаний МТА с различными типами тягово-сцепных устройств. Установлено, что применение экспериментального тягово-сцепного устройства обеспечивает более высокую устойчивость движения МТА. Замеры установили уменьшение дисперсий угловых колебаний трактора в горизонтальной плоскости на 40%, культиватора на 30%, что привело к уменьшению количества управляющих воздействий тракториста, необходимых для поддержания прямолинейного движения, на 30%. Отмечено уменьшение расхода топлива на 6-7%, увеличение производительности работы агрегата на 7-8%.

Выполнена производственная проверка культиваторного агрегата, состоящего из трактора Т-150К и культиватора КШУ-12, оборудованного тягово-сцепным устройством с переменной длиной сницы, проведена экономическая оценка, которая свидетельствует, что внедрение экспериментального тягово-сцепного устройства, в сравнении с серийным, дает возможность получить годовой экономический эффект при ширине захвата культиватора 12м 1055 грн. Срок окупаемости тягово-сцепного устройства - 0,28 года.

Ключевые слова: прицепной широкозахватный культиватор, устойчивость движения, тягово-сцепное устройство.

Анотація

Коломієць С.М. Підвищення сталості руху причіпного широкозахватного культиватора. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. - Таврійська державна агротехнічна академія, Мелітополь, 2002.

Дисертація присвячена питанню підвищення сталості руху причіпного широкозахватного культиватора, за рахунок використання тягово-зчіпного пристрою з перемінною довжиною сниці, з метою збільшення продуктивності і зниження витрат палива машинно-тракторного агрегату.

В роботі розглянуті закони прояву зовнішніх силових дій на культиваторний агрегат, вплив ступеня сталості руху культиватора на дисперсії кута відхилення, кутової швидкості і тяговий опір, викладені результати теоретичних і експериментальних досліджень по визначенню та оптимізації параметрів причіпних широкозахватних культиваторів.

Ключові слова: причіпний широкозахватний культиватор, сталість руху, тягово-зчіпний пристрій.

Summary

Kolomiets S.M. The motion stability improvement of couple wide-width cultivator. - Manuscript.

Thesis for a candidate of technical sciences degree in speciality 05.05.11 - machine and remedy mechanize of agricultural production. - Tavria State Agrotechnical Academy. Melitopol. 2002.

Thesis deals with the motion stability improvement of linkageless wide - width cultivators owing to the use of drawbar linkage with the bar with effective variable length for greater capacity and lower fuel consumption of machine and tractor unit.

In the paper the laws of external power actions manifestation on cultivator, the influence of motion stability degree on deviation angle variances, angular velocity and draught resistance capacity are considered; the results of theoretical and experimental researches on determination and optimization of linkageless wide-width cultivators parameters are presented.

Rey words: couple wide-width cultivator, motion stability; linkage.

Размещено на Allbest.ru

...