Оптимизация параметров и режимов работы пахотно-фрезерного агрегата по критерию минимума тягового сопротивления
Описание математических моделей, описывающих взаимосвязь между основными конструктивными, режимными параметрами агрегата и физико-механическими характеристиками почвы, оказывающими наибольшее влияние на критерий оптимизации – тяговое сопротивление.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 18.06.2021 |
| Размер файла | 1,8 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Оптимизация параметров и режимов работы пахотно-фрезерного агрегата по критерию минимума тягового сопротивления
Ашабоков Х.Х., Апажев А.К., Шекихачев Ю.А., Хажметов Л.М., Фиапшев А.Г.
Кабардино-Балкарский государственный аграрный университет им. В.М. Кокова
Аннотация
В статье приведены результаты экспериментальных исследований процесса работы пахотно-фрезерного агрегата. Получены математические модели, описывающие взаимосвязь между основными конструктивными, режимными параметрами агрегата и физико-механическими характеристиками почвы, оказывающими наибольшее влияние на критерий оптимизации - тяговое сопротивление. На основании проведенного многофакторного эксперимента установлены значения скорости передвижения, угловой скорости вращения барабана и угла атаки рабочего органа, при которых обеспечивается минимум тягового сопротивления пахотно-фрезерного агрегата.
Ключевые слова: ПОЧВА, СВОЙСТВА, ПАХОТНО-ФРЕЗЕРНЫЙ АГРЕГАТ, ОБРАБОТКА, МОДЕЛИРОВАНИЕ, СОПРОТИВЛЕНИЕ
Анализ конструктивных особенностей современной комбинированной почвообрабатывающей техники показывает, что накопленный опыт представляет большой интерес при ее совершенствовании в направлении обеспечения полного оборота пласта, измельчения глыб и комков почвы, растительных остатков и параллельной их заделки в почву, выравнивания и уплотнения почвенной поверхности [1-3].
Основные недостатки комбинированной почвообрабатывающей техники с пассивными рабочими органами следующие: необходимость в наличии больших полос для разворота; низкое качество подготовки средне- и тяжелосуглинистых почв к выполнению посевных работ.
С целью подготовить среднетяжелые и тяжелые почвы к посеву совершаются 3…5 проходов с использованием тяжелых дисковых борон, или оставляется вспаханное поле до весны с тем, чтобы выпадающие атмосферные осадки обеспечили крошение почвенных глыб и комков. Данная технология подготовки почв к посеву сопровождается большими потерями времени, значительным уплотнением почвы, чрезмерным расходом горюче-смазочных материалов и повышенными затратами труда.
В современных условиях на передний план выдвигается проблема: загрузить энергонасыщенные скоростные колесные тракторы, так как увеличение мощности двигателя зачастую не сопровождается ростом тягового усилия. Реализация через ВОМ трактора неиспользованной мощности двигателя обеспечивается применением активных рабочих органов совместно с плугом. Кроме того, при попутном вращении активного рабочего органа обеспечивается возникновение «движущей силы», направленной в сторону передвижения агрегата.
С учетом того, что ротационные почвообрабатывающие технические средства, в частности, фрезы, характеризуются высокими энергетическими затратами, важно в ходе проведения теоретических исследований установить параметры, которые бы обеспечивали минимум тягового сопротивления.
Для решения данной проблемы предлагается пахотно-фрезерный агрегат [4-7], который в сравнении с существующими комбинированными почвообрабатывающими агрегатами имеет следующие преимущества: способность проведения вспашки почвы с измельчением крупных почвенных глыб, комков, растительных остатков и выравниванием поверхности почвы; способность изменения угла установки измельчителя активного действия и глубины обработки почвы в зависимости от типа почв; высокие качества подготовки почв к посеву; способность снизить энергозатраты за счет совмещения нескольких операций при подготовке почв к посеву за один проход агрегата; не требует изготовления дорогостоящих узлов и деталей; требуется меньшее количество тракторов для подготовки почв к посеву.
На основании проведенного анализа технологического процесса обработки почвы и результатов теоретических исследований [6-9] установлено, что определяющей характеристикой исследуемого процесса является тяговое сопротивление агрегата. С учетом этого указанный параметр принят нами в качестве критерия оптимизации. Установлено, что наибольшее влияние на данный критерий оказывают следующие параметры и режимы работы агрегата: скорость передвижения ; угловая скорость вращения барабана ; угол атаки рабочего органа (табл. 1).
Таблица 1. Факторы и уровни их варьирования
|
Шаг и уровни варьирования факторов |
Кодированное (безразмерное) значение факторов |
Натуральное значение факторов |
|||
|
(, км/ч) |
(, с-1) |
(, град) |
|||
|
Шаг |
- |
0,6 |
5 |
15 |
|
|
Верхний |
+1 |
7,7 |
25 |
30 |
|
|
Нулевой |
0 |
7,1 |
20 |
15 |
|
|
Нижний |
-1 |
6,5 |
15 |
0 |
Для установления оптимальных конструктивных параметров и режимов работы пахотно-фрезерного агрегата, обеспечивающих минимум тягового сопротивления агрегата, проведен многофакторный эксперимент. Учитывая трудоемкость опытов, эксперименты были проведены с использованием трехуровневого плана Бокса-Бенкина как наиболее экономичного. Он предполагает определенную выборку из полного факторного эксперимента типа , где ? количество факторов, а 3 - количество уровней варьирования каждой переменной (+1, 0, ?1). Планирование экспериментов проводили с учетом надежности результатов опыта, равной 0,95, допустимой ошибки, равной , количества повторностей опытов, равного 3.
После проведения всех опытов по рандомизированной схеме получена таблица 2, в которой имеются все данные для статистического анализа результатов экспериментальных исследований.
В результате проверки значимости коэффициентов регрессии по критерию Стьюдента установлено, что все коэффициенты, за исключением , значимы. почва фрезерный агрегат моделирование
На основании полученных данных для оценки влияния варьирующих факторов на критерий оптимизации (тяговое сопротивление агрегата) было составлено уравнение регрессии, имеющее вид:
(1)
В результате проверки адекватности уравнения по критерию Фишера установлено, что полученное уравнение регрессии адекватно описывает исследуемый процесс (Fpасч=2,288 < Fтабл=2,359).
Таблица 2. Результаты реализации матрицы планирования (критерий оптимизации - тяговое сопротивление пахотно-фрезерного агрегата, кН)
|
i |
Фактор |
Отклик |
||||||
|
X1 |
X2 |
X3 |
У1 |
У2 |
У3 |
Уср |
||
|
1 |
1 |
1 |
0 |
23,3 |
22,8 |
23,8 |
23,3 |
|
|
2 |
1 |
-1 |
0 |
23,8 |
24,3 |
26,8 |
24,97 |
|
|
3 |
-1 |
1 |
0 |
20,8 |
23,8 |
22,3 |
22,3 |
|
|
4 |
-1 |
-1 |
0 |
25,8 |
23,3 |
24,8 |
24,63 |
|
|
5 |
0 |
0 |
0 |
16,3 |
16,8 |
15,3 |
16,13 |
|
|
6 |
1 |
0 |
1 |
25,8 |
23,8 |
20,3 |
23,3 |
|
|
7 |
1 |
0 |
-1 |
27,3 |
27,1 |
27,3 |
27,23 |
|
|
8 |
-1 |
0 |
1 |
20,3 |
23,8 |
22,3 |
22,13 |
|
|
9 |
-1 |
0 |
-1 |
24,3 |
26,3 |
29,3 |
26,63 |
|
|
10 |
0 |
0 |
0 |
17,3 |
15,3 |
15,3 |
15,97 |
|
|
11 |
0 |
1 |
1 |
19,3 |
20,8 |
21,8 |
20,63 |
|
|
12 |
0 |
1 |
-1 |
25,8 |
25,3 |
24,3 |
25,13 |
|
|
1 |
0 |
-1 |
1 |
22,8 |
24,3 |
20,2 |
22,43 |
|
|
14 |
0 |
-1 |
-1 |
29,8 |
27,3 |
24,8 |
27,3 |
|
|
15 |
0 |
0 |
0 |
16,3 |
15,3 |
17,3 |
16,3 |
Уравнение регрессии (1) в раскодированном имеет следующий вид:
(2)
После преобразований из уравнения (2) имеем:
(3)
Для определения значений факторов, обеспечивающих минимальное тяговое сопротивление пахотно-фрезерного агрегата, составлена система дифференциальных уравнений, представляющих частные производные по трем факторам:
(4)
В результате решения системы уравнений (4) определены оптимальные значения факторов в кодированном виде:
Раскодированные значения факторов: =1,99 м/с; =20,7 с-1; =190. При этом значение критерия оптимизации (тяговое сопротивление агрегата) составляет = 15,8 кН.
Проверка воспроизводимости эксперимента произведена по критерию Кохрена:
При 5%-ном уровне значимости табличное значение критерия Кохрена Gтабл=0,335. Так как значение расчетного критерия Кохрена меньше табличного, то гипотеза об однородности дисперсий подтверждается.
Уравнение регрессии при нулевом уровне угла атаки рабочего органа () имеет вид:
(5)
Поверхность отклика при изменении скорости передвижения и угловой скорости вращения барабана (при нулевом уровне угла атаки рабочего органа) представлена на рис. 1.
Уравнение регрессии при нулевом уровне угловой скорости вращения барабана (с-1) имеет вид:
(6)
Поверхность отклика при изменении скорости передвижения агрегата и угла атаки рабочего органа (при нулевом уровне угловой скорости вращения барабана) представлена на рис. 2.
Уравнение регрессии при нулевой скорости передвижения (=2 м/с) имеет вид:
(7)
Поверхность отклика при изменении угловой скорости вращения барабана и угла атаки рабочего органа (при нулевом уровне скорости передвижения агрегата) представлена на рис. 3.
Рис. 1. Поверхность отклика при нулевом уровне
Рис. 2. Поверхность отклика при нулевом уровне с-1
Рис. 3. Поверхность отклика при нулевом уровне =2 м/с
Анализ результатов многофакторного эксперимента показывает, что минимальное значение критерия оптимизации 15,4 кН, за который принято тяговое сопротивление пахотно-фрезерного агрегата, достигается при следующих значениях варьирующих факторов: скорость передвижения агрегата =1,99 м/с, угловая скорость вращения барабана =20,7 с-1 и угол атаки рабочего органа =190.
Список использованных источников
1. Апажев А.К., Шекихачев Ю.А., Хажметов Л.М. Инновационные технологические и технические решения по повышению плодородия почв в условиях склоновых эродированных черноземных почв Юга России. - Нальчик: Кабардино-Балкарский ГАУ. - 2017. - 344 с.
2. Ашабоков Х.Х., Шекихачев Ю.А., Хажметов Л.М. Комбинированные пахотные агрегаты и пути их совершенствования / Материалы Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы и инновационные технологии в отраслях АПК», посвященной 35-летию Кабардино-Балкарского ГАУ. - Нальчик: Кабардино-Балкарский ГАУ. - 2016. - С. 21-25.
3. Апажев А.К., Аушев М.Х., Хажметов Л.М., Шекихачев Ю.А. Комбинированные почвообрабатывающие агрегаты для основной и предпосевной подготовки почв. - Назрань: ООО «КЕП». - 2014. - 68 с.
4. Пат. RU 168218 Российская Федерация, МПК7 А 01 В 49/02 / Комбинированный почвообрабатывающий агрегат Апажев А.К., Хажметов Л.М., Шекихачев Ю.А., Ашабоков Х.М. и др.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО Кабардино-Балкарский ГАУ.- №2016125675; заявл. 27.06.16; опубл. 24.01.2017, Бюл. №3. - 2 с. : ил.
5. Апажев А.К., Шекихачев Ю.А., Хажметов Л.М. Рациональные параметры и режимы работы комбинированного почвообрабатывающего агрегата / Известия Горского государственного аграрного университета. - Владикавказ: Изд-во ФГБОУ ВО «Горский госагроуниверситет». - 2016, т. 53, ч. 2. - С. 138-143.
6. Ашабоков Х.Х., Хажметов Л.М., Шекихачев Ю.А. Обоснование конструктивно-технологической схемы комбинированного пахотного агрегата / Материалы Международной (заочной) научно-практической конференции «Последние тенденции в области науки и образования». - 2017. - С. 35-40.
7. Ашабоков Х.Х., Хажметов Л.М., Шекихачев Ю.А. Разработка агрегата для предпосевной подготовки почвы / Современные научные исследования и разработки. - 2017, №4. - С. 363-365.
Цитирование:
Ашабоков Х.Х., Апажев А.К., Шекихачев Ю.А., Хажметов Л.М., Фиапшев А.Г. Оптимизация параметров и режимов работы пахотно-фрезерного агрегата по критерию минимума тягового сопротивления // АгроЭкоИнфо. - 2019, №2. - http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2019/2/st_228.doc.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Выбор технологического комплекса машин. Состав агрегата на операции посадка. Расчет тягового сопротивления СЛГ-1А, баланса и мощности трактора, эксплуатационных показателей. Техническое обслуживание машины, обоснование эффективности ее применения.
курсовая работа [756,5 K], добавлен 22.09.2014Описание конструкции агрегата: газохода, рекуператора. Характеристика и принцип работы тепловой работы агрегата. Расчет процесса горения природного газа, вертикального газохода, металлического трубчатого петлевого рекуператора для нагрева воздуха.
курсовая работа [496,5 K], добавлен 24.02.2012Устройство и принцип работы машинного агрегата. Структурный анализ его механизмов, их кинематический, силовой анализ и синтез. Уравновешивание сил инерции кривошипно-ползунного механизма. Расчет махового колеса и коэффициента полезного действия агрегата.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 11.11.2010Разработка технологического процесса детали шестерня. Анализ работы привода наматывающего устройства. Требования к исходной заготовке. Расчеты проектирования привода. Описание конструкции, назначение и принцип действия агрегата. Выбор электродвигателя.
дипломная работа [558,2 K], добавлен 09.12.2016Назначение и описание компрессорной станции. Система подготовки транспортируемого газа на КС. Назначение и технические данные газоперекачивающего агрегата. Техническое обслуживание и ремонт ГПА. Устройство и работа агрегата, система пожаротушения.
отчет по практике [582,0 K], добавлен 11.11.2014Кинематические характеристики машинного агрегата; алгоритм аналитического решения задачи. Расчет скоростей и ускорений всех точек и звеньев агрегата в заданном положении. Силовой расчет рычажного механизма. Динамический синтез кулачкового механизма.
курсовая работа [2,9 M], добавлен 24.01.2012Описание двухбарабанного вертикально-водотрубного реконструированного котла и его теплового баланса. Количество воздуха необходимого для полного сгорания топлива и расчетные характеристики топки. Конструкторский расчет котельного агрегата и экономайзера.
курсовая работа [611,8 K], добавлен 20.03.2015Способ соединения основных элементов конструкции. Определение эксплуатационных и расчетных нагрузок на режиме посадки. Расчет на прочность сечения между первым и вторым шпангоутом. Подбор и прочностной расчет соединений элементов конструкции агрегата.
курсовая работа [973,6 K], добавлен 10.03.2023Задачи и методы динамического синтеза и анализа машинного агрегата. Описание определения кинематических характеристик рычажного механизма. Определение работы сил сопротивления, истинной угловой скорости звена приведения, момента инерции маховика.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 25.11.2010Структурный и динамический анализ рычажного механизма. Расчет масштаба кинематической схемы. Построение диаграммы приращения кинетической энергии машинного агрегата, звеньев рычажного механизма. Расчет параметров зубчатой передачи, межосевого расстояния.
курсовая работа [853,6 K], добавлен 15.05.2013Анализ конструкции гильзы кристаллизатора. Поиск аналога для проектирования чистовой клети. Устройство и принцип работы летучих ножниц. Технология изготовления опорного ролика, вала редуктора ЦО-450 литейно-прокатного агрегата. Оценка труда литейщика.
дипломная работа [3,5 M], добавлен 26.10.2014Расчёт основных частот вибрации компрессора, исследование узлов блока. Выбор режимов работы и снятие параметров вибрации с узлов агрегата для средств диагностирования. Выявление дефектов, определение для них степеней развития и способы их устранения.
курсовая работа [173,2 K], добавлен 12.03.2012Система автоматического управления (САУ) длиной дуги плавильного агрегата. Передаточные функции САУ. Заключение о качестве работы замкнутой системы. Достижение требуемых показателей качества в процессе корректирования САУ. Оценка качества работы системы.
курсовая работа [1021,0 K], добавлен 11.03.2013Характеристика и структура ЗАО "Крымский титан". Назначение агрегата электронасосного марки АХП 45/31-СД. Конструкция и принцип работы аппарата. Годовой график планово-периодических технических обслуживаний и ремонтов оборудования насосной станции.
дипломная работа [2,2 M], добавлен 09.01.2009Описание режимов работы ситчатой и колпачковой тарелок ректификационной колонны. Экспериментальное определение гидравлического сопротивления сухой и орошаемой тарелки. Расчет гидродинамики тарельчатых колонн и сравнение с экспериментальным результатом.
лабораторная работа [265,5 K], добавлен 15.12.2014Основные конструктивные характеристики, расчеты по топливу, воздуху и продуктам сгорания, составление теплового баланса котельного агрегата ПК-19. Выявление потерь от механического и химического недожога и вследствие теплообмена с окружающей средой.
курсовая работа [603,3 K], добавлен 29.07.2009Описание и анализ принципиальной схемы гидропривода. Расчет основных параметров гидроцилиндра, гидросети, основных параметров насосного агрегата, КПД гидропривода. Возможность бесступенчатого регулирования скоростей гидропривода в широком диапазоне.
контрольная работа [262,5 K], добавлен 24.06.2014Ознакомление со схемой разрыхлительно-очистительного агрегата. Рассмотрение устройства и назначения автоматического кипоразрыхлителя, дозирующего бункера, наклонных очистителей и трепальной машины. Расчет производительности педального регулятора.
реферат [965,6 K], добавлен 20.08.2014Функциональная схема автоматизации агрегата. Разработка программы управления МНА с применением алгоритмов защит по вибрации и осевому сдвигу. Оценка экономической эффективности проекта внедрения системы виброконтроля магистрального насосного агрегата.
дипломная работа [3,6 M], добавлен 29.04.2015Проектирование привода механизма натяжения стальной полосы агрегата продольной резки. Разработка и описание кинематической схемы привода. Выбор насосной установки гидропривода, определение потерь давления в трубопроводах исполнительного гидродвигателя.
дипломная работа [3,4 M], добавлен 09.11.2016
