Модель функционирования машинно-тракторного агрегата и программы для расчета его оценочных показателей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Модель функционирования машинно-тракторного агрегата и программы для расчета его оценочных показателей

Мардарьев С.Н., Петров П.К., Михайлов А.Н., Митягин Д.С., Юнкеров А.Н.

Чувашская государственная сельскохозяйственная академия

Аннотация

В земледелии, как и в любой другой отрасли производства, нельзя создавать совершенные почвообрабатывающие машины и тракторы, разрабатывать прогрессивную агротехнику различных сельскохозяйственных культур без систематического изучения физико-механических и технологических свойств почв. Многообразие свойств почвы создает определенные трудности при исследовании и испытании почвообрабатывающих орудий, и поэтому чрезвычайно важно знать основные из них как при оценке результатов работы орудия или машины, так и при теоретическом их обобщении. Все свойства почвы непрерывно изменяются. Наиболее стабильными характеристиками почвы, по которым их классифицируют, являются генетический тип и механический состав.

Важнейшим и основным свойством почвы является твердость. По ГОСТ 20915 (ОСТ 70.4.1-80) твердость - способность почвы сопротивляться смятию (внедрению твердого тела-деформатора). Обязательное определение твердости при испытании почвообрабатывающих машин предусматривается соответствующими ГОСТами и ОСТами. Высокая твердость почвы часто снижает всхожесть семян, оказывает механическое сопротивление развивающейся корневой системе растений, влияет на развитие растений, изменяя водный, воздушный и тепловой режимы почвы. Твердость - важная технологическая характеристика почвы. По поверхности поля перекатывают машины и орудия. Твердость почвы при этом проявляется в сопротивлении сжатию или сдавливанию и оказывает большое влияние на тяговое сопротивление: чем больше твердость, тем меньше тяговые усилия при перекатывании.

Ключевые слова: твердость почвы, модель функционирования мта, потенциально-эксплуатационная характеристика, производительность, удельные энергозатраты

Работа машинно-тракторных агрегатов (МТА) или в целом система управления ими осуществляется по входным факторам (параметрам) и выходным откликам (параметрам), которые являются переменными. Функционирование почвообрабатывающих агрегатов на поле в общем случае можно представить в виде модели (рис. 1). Входные переменные х₁, х₂, х₃,..., х_n описывают характеристики поля и являются случайными величинами. Выходными переменными y₁, y₂, y₃,..., y_m являются силовые, энергетические, скоростные, качественные, экологические, технико-экономические и другие показатели функционирования агрегата. Внешние входные факторы х₁, х₂, х₃,..., х_n совместно с управляющими z₁, z₂, z₃,..., z_k и возмущающими u₁, u₂, u₃,..., u_p воздействиями определяют выходные оценочные показатели [1].

Рис. 1. Модель функционирования машинно-тракторного агрегата

а - общая модель функционирования почвообрабатывающего агрегата;

б - математическая модель функционирования почвообрабатывающего агрегата

К основным выходным параметрам относятся максимальная производительность W_max и соответствующий ей минимальный удельный расход топлива q_min, которые определяются управляющими воздействиями - оптимальными значениями рабочей ширины захвата В_{р опт i} и рабочей скорости движения агрегата V_{р опт i}. Функционирование системы контролируется возмущающими воздействиями в виде ограничений: по качеству работы [П_Кi]; буксованию движителей [К_{б max} ]; пределам диапазона агротехнически допустимых рабочих скоростей [V_{p min,}V_{p max}] и загрузке энергетического средства [К_З].

Анализ исследований работы МТА при адаптивном использовании показал, что наиболее обобщенная связь между оценочными показателями и условиями функционирования проявляется в их потенциальных эксплуатационных характеристиках (ПЭХ) [2].

ПЭХ объединяют потенциальные тяговые и эксплуатационные характеристики тракторов и, применительно к МТА, представляют из себя кривые изменения производительности и удельного расхода топлива в зависимости от отдельных параметров его работы [3].

В зависимости от условий функционирования МТА можно выделить три модели ПЭХ:

при отсутствии ограничений;

при наличии ограничений;

в реальных условиях функционирования.

При адаптивном использовании МТА к условиям функционирования мы выделяем три вида производительности:

- теоретическая;

- техническая;

- эксплуатационная;

Изменения оптимальных параметров МТА можно представить в виде графиков ПЭХ (рис. 2, а), которые представляют собою кривые изменения теоретической производительности и удельного расхода топлива в зависимости от отдельных параметров и режимов их работы.

Потенциальная эксплуатационная характеристика МТА, построенная с учетом скоростных и силовых ограничений, представляет из себя математическую модель ПЭХ при наличии ограничений (рис. 2, б). В этом случае нужно пользоваться объемом работы, выполняемым за 1 час основного времени (ГОСТ 24057-80).

В реальных условиях МТА может двигаться в разных направлениях. Это зависит от вида и особенностей технологического процесса, способа движения, конфигурации и рельефа участка, природно-климатических факторов и т.д. На оценочные показатели МТА в реальных условиях функционирования влияет множество факторов, но наибольшая эффективность работы достигается в том случае, если они работают с оптимальными параметрами. Объем работы в реальных условиях функционирования оценивается как работа, выполняемая за 1 час сменного времени (условно эксплуатационной производительностью W_с).

На величину производительности W_с влияют многочисленные факторы: параметры участка, способы и направление движения, простои и т.д.

Одними из основных технико-экономических показателей работы агрегатов являются удельная производительность и удельный расход топлива.

В реальных условиях МТА может двигаться в разных направлениях. Это зависит от вида и особенностей технологического процесса, способа движения, конфигурации и рельефа участка, природно-климатических факторов и т.д. На оценочные показатели МТА в реальных условиях функционирования влияет множество факторов, но наибольшая эффективность работы достигается в том случае, если они работают с оптимальными параметрами.

Для расчета оптимальных оценочных показателей работы МТА в реальных условиях функционирования нами разработаны алгоритм и пакет программ, которые официально зарегистрированы в Роспатенте Российской Федерации [4].

Рис. 2. Потенциальная эксплуатационная характеристика пахотного агрегата с трактором МТЗ-82

а - при отсутствии ограничений;

б - при наличии ограничений

Результаты расчетов выходных оптимальных параметров работы адаптированных МТА с тракторами марок МТЗ-82, Т-150 К, Т-150 и К-701 на участке общего вида представлены для основных способов движения вразвал, всвал и комбинированный при глубине обработки h = 0,22 м (табл. 1).

Таблица 1. Оптимальные параметры работы адаптированных МТА

Анализ таблицы 1 показывает, что МТА эффективнее работают при комбинированном способе движения. В этом случае наблюдается максимальная производительность и минимальный удельный расход топлива по сравнению с другими способами движения. Так, у МТА с трактором МТЗ-82 производительность выше на 6,8%, при этом экономия топлива составит 7,1%. Производительность МТА с трактором Т-150 К повышается на 10,8%, а топливо экономится на 10,7%. МТА с трактором Т-150 имеет возможность повысить производительность на 1,2%, и экономия топлива в этом случае составит 1,1%, а МТА с трактором К-701 при комбинированном способе движения производительнее на 10,8% и экономичнее на 22,4% [5].

Также нами с помощью официально зарегистрированной программы [6] обоснованы параметры и режимы работы почвообрабатывающих фрез [7].

Анализ проведенных исследований показывает, что своевременный выбор оптимальной ширины захвата и оптимальной скорости движения агрегата в зависимости от различных условий работы и параметров участка в изолиниях твердости почвы позволяет достичь максимальной производительности и минимального расхода топлива. В результате агрегат адаптируется к условиям функционирования и повышается эффективность его работы.

машина трактор сельскохозяйственный почвообрабатывающий

Список использованных источников

1. Мардарьев С.Н. Повышение эффективности работы плугов для отвальной вспашки путем адаптации их параметров к изменяющимся условиям функционирования: дис. на соис. уч. степени канд. техн. наук / Чуваш. гос. сельск. хозяйст. академия. - Чебоксары. - 2002. - 154 с.

2. Мардарьев С.Н., Мишин П.В., Хузин В.Х. Повышение эффективности использования пахотных агрегатов путем адаптации их параметров к условиям работы. В кн.: Экология и сельскохозяйственная техника. - Т.2. - Экологические аспекты технологий производства продукции растениеводства и животноводства. - Матер. 3-й научно-практ. конф. - СПб.: СЗНИИМЭСХ. - 2002. - С. 89-94.

3. Мишин П.В. Базовые потенциальные эксплуатационные характеристики почвообрабатывающих агрегатов. - В кн.: Экология и сельскохозяйственная техника. - Материалы 3-й международной научно-практ. конф. - С.-П.-Павловск. - 2002. - С. 73-77.

4. Свидетельство Роспатента об официальной регистрации программы для ЭВМ 20016102006 Р.Ф. Оптимизация параметров и режимов работы почвообрабатывающих агрегатов / Мишин П.В., Хузин В.Х., Мардарьев С.Н. и др. - Опубл. 26.02.2001.

7. Мардарьев С.Н., Петров П.К. Оптимальные параметры и режимы работы энергоемких почвообрабатывающих агрегатов в условиях адаптивного земледелия // В сборнике: Энергоэффективные и ресурсосберегающие технологии и системы cборник научных трудов международной научно-практической конференции, посвященной памяти доктора технических наук, профессора Ф.Х. Бурумкулова. Институт механики и энергетики. - 2016. - С. 355-360.

6. Свидетельство Роспатента о государственной регистрации программы для ЭВМ 2012610662 Р.Ф. Обоснование параметрического ряда почвообрабатывающих фрез (OPRPF) / Мардарьев С.Н., Михайлов А.Н. - Опубл. 12.01.2012.

7. Мардарьев С.Н., Михайлов А.Н. К вопросу выбора конструктивных параметров почвообрабатывающей фрезы // В сборнике: Энергоэффективные и ресурсосберегающие технологии и системы cборник научных трудов международной научно-практической конференции, посвященной памяти доктора технических наук, профессора Ф.Х. Бурумкулова. Институт механики и энергетики. - 2016. - С. 382-386.

Размещено на Allbest.ru