автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.11, диссертация на тему:Исследование, совершенствование и диагностика конструктивно-технологических и силовых параметров малогабаритного горного пахотного агрегата

Министерство образовании Грузии КУТАИССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Н.И.МУСХЕЛИШВИЛИ

УДК 621.01.:681.2 На правах рукописи

ТКЕШЕЛАШВИЛИ МУРМАН ЛЕВАНОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ, СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ И ДИАГНОСТИКА КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И СИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ МАЛОГАБАРИТНОГО ГОРНОГО ПАХОТНОГО АГРЕГАТА

Специальность :05.02.11 - Методы контроля и диагностика

в машиностроении

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Кутаиси 1998

Диссертационная работа выполнена в Кутаисском государственном техническом университете им. Н.И.Мусхелишвили и в лаборатории Кутаисского научного центра Академии наук Грузии.

НАУЧНЫЕ КОНСУЛЬТАНТЫ:

АДАМИЯ Р. III академик академии наук Грузии, доктор

технических наук, профессор, ВАЛИШВИЛИ Н.В. доктор технических наук, профессор.

ЭКСПЕРТ:

ИМЕДАШВИЛИ К. А. доктор технических наук, профессор,

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

РУСАДЗЕ Т.П Член-корреспондент инженерной

академии Грузии, доктор технических наук, профессор, ЦАНАВА Т.Р. доктор технических наук, профессор, АПЦИАУРИ А.З. доктор технических наук, профессор.

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ: Кугаиское А/О Трузтрактор"

Защита диссертации состоится " " 1998 г.

в 12 часов на заседании диссертационного Совета Т 05.13 СЫ 11 при Кутаисском государственном техническом университете им. Н.И.Мусхелишвили

АДРЕС: 384028, Кутаиси, пр. Молодежи, 98,1 корпус, ауд.207

Ознакомиться с диссертацией можно в библиотеке Кутаисского государственного технического университета им. Н.И.Мусхелишвили

Автореферат разослан " 211' 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета, кандидат технических наук, доцент

ОЦХЕЛИ В. Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы: Механизация горного земледелия является приоритетным направлением сельского хозяйства, поскольку у нашей страны имеется исторический опыт в производстве экологический чистого продукта горного растениеводства. Основными мешающими факторами развития земледелия на склонах остаётся неспособность серийных машинных комплексов, у которых в условиях малых и сложно кошурных площадей склонов ухудшаются эксплуатационно-технологические показатели.

Переход на рыночные отношения вынуждает наш народ вернуться к традиционной деятельности на селе. Была проведена приватизация земельных фондов и каждая семья превратилась в малое предприятие, которое удовлетворяет их потребности на продовольствие и промышленные товары (в случае реализации избыточных ресурсов). После получения 2-3 га сельскохозяйственных угодий (СХУ) возникла необходимость облегчения тяжёлого физического труда с применением средств малой механизации (СММ), как это имеет место в подобных Грузии малоземельных странах Европы.

На современном этапе развитие горногоземледелия, как одного из отраслей земледельческой механики, является главным направлением фундаментальных исследований; оно предусматривает разработку научных основ и инженерных методов расчёта гибких энерготехнологических комплексов.

На сегодня в условиях частного сектора, фермерских кооперативных хозяйств успешно применяются мотоблоки (МБ) и соответствующий шлейф машин (плуги, культиваторы, косилки, фрезы, опрыскиватели и т.д.), которые при работе на склонах не развивают паспортных динамических и экономических показателей.

Актуальность темы, в основном, заключается в том, что в ней разработаны разные усовершенствованный конструкции и механизмы примени тельно и однокорпусному плугу, укомплектованного с МБ в условиях склонов.

Теоретические и экспериментальные исследования были выполнены по программам фундаментальных научно-исследовательских работ Кутаисского государчтвенного ТУ имени Н. Мусхелишвили и на Кутаисского каучного центра АН Грузии.

Цель работы: Диагностика и оптимизация конструктивных, энергетических и эксплуатационно-технологических параметров малогабаритного пахотного агрегата (МПА) для применения в горных условиях.

Научная новизна работы заключается в том, что 1) обосновано влияние горного антуража на работу МПА; ■влияние зависимость угла склона на тягово-сцепные характеристики гахотного агрегата;

■ влияние модернизации МПА на качественные показатели вспашки.

б) Создано несколько конструкгорно-технологических вариантов МПА - в виде моноколейного мотоблока;

- с механизмом перемещения у цгнтра масс агрегата;

- с системой обеспечения стабилизации мотоблока на склоне;

- с механизмом придания вибрации лемеху.

в) Для МПА:

-разработаны математические модели инженерных расчётов для определения параметров устойчивости, поворачивающего момента агрегата, мшцностного баланса, массы и разделения скоростей;

-обосновано влияние перемещения центра масс на тяговые показатели МПА и процесс колебания системы;

-впервые нами разработана универсальная математическая модель автоматического увеличения и регулирования тягового усилия; -разработаны методы для обеспечения надёжности параметров плавности хода и показателей условий работы оператора;

- обосновано влияние вибрации лемеха на его тяговые показатели;

- обосновано влияние изменения и частоты колебании на тяговое усилие и качество вспашки;

экспериментально обосновано преимущество использования электроэнергии;

- создан универсальный стенд для лабораторных испытаний малогабаритных агрегатов.

г) Проведены оптимизация и диагностика параметров в узлах и деталях агрегата, методами конечных элемеш в.

Задачи исследования: для дс .тижешгя цели нужно было проделать следующие работы: ретроспективный анализ проблемы горногоземледелия по патентным данным мира, выявление тенденций развития СММ, создание рабочих модулей МПА, обоснование влияния рельефа, центра масс, угла установки рабочего органа на характеристики МПА, создание математической модели автоматического регулирования тягового усилия, обоснование ожидаемой перспективности использования электроэнергии. На основе экспериментов, предложены пути уменьшения тягового сопротивления МПА. Создание универсального стенда для испытания МПА в лабораторных условиях с имитацией горных условий.

Методы исследования: в работе использованы математические методы статической обработки технической информации, общая теория колебаний, общая теория метода конечных элементов, современные средства технических измерений и приборы, с усовершенствованными диагностическими параметрами, повторные эксперименты, математическое программирование и ЭВМ.

Практическая ценность разработанные нами инженерные методы определения эксплуатационно-технологических параметров МПА можно использовать в процесс проектирования пахотных горных агрегатов, созданью нами разные механизмы и приспособления прошли широкую

роизводственную проверку и одобрены для использования, комплекс ригинальных приборов и оправок можно использовать для ксперименталъного исследования механических, геометрических, инематических и динамических параметров применительно к МПА. [зготовленный нами в 1986 г. моноколенный мотоблок "Сачино" для работы горных условиях экспонировался в Москве на ВДНХ бывшего СССР и олучил диплом II степени.

Апробация. Основные положения диссертации доложены: на ¡сесоюзной конференции по вибрационной технике (г. Кутаиси. 1981 г.), ¡сесоюзном семинаре "Пути развития автомобильного и тракторного :ашиностроения в СССР (г. Кутаиси, 1982 г.), на Всесоюзной конференции с евизом - социально-экономические и научно-технические проблемы в новых словиях хозяйствования (г. Кутаиси, 1989 г.), на республиканской научно-гхнической конференции "Совершенствование техники и технологии в егкой промышленности" (г. Кутаиси, 1974 г.), на республиканской энференции в Грузинском институте субтропического хозяйства (г. Кутаиси, 997 г.).

Публикация - материалы диссертации опубликованы в 17 печатных рудах и в отчетах госбюджетных тем 1985-97 гг. Кутаисского эсударственного технического университета и 1995-1998 гг. Кугаисскего аучного центра Академии наук Грузии.

Объём работы: диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, эиложений. Содержит 256 страниц компьютерного текста, 6 таблиц, 83 нсунков и снимок, и литературных источников 166 наменований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ $ введении приведена история вопроса, обоснована актуальность и важность пользования МПА, изложены требования предъявляемые таким горным регатам и намечены пути решения данного вопроса.

В первой главе - "Проблемы горного земледелия и задачи следования, анализ патентной литературы" освещен вопрос защиты 5ироды западной Грузии и состояние механизации горного земледелия, аны принципиальные схемы и конструктивные особенности современных отоблоков; приведен в виде графиков (рис. 1.1) ретроспективный анализ 1учно-исследовательских и конструкторно-технологических работ, »ответственно активных-1, пассивных-2 и комбинированных-3 рабочих >ганов для СММ. Преимущество из них, естественно, придается активному юочему органу. С целью установления биномального закона распределения !2 патентных данных были обработаны методами математической атистики, в частности, по методу моментов Пирсона. Количественное определение кривых рабочего органа не совпадает с законом нормального определения. Здесь же, с целью сравнения, даются результаты сударств енных испытаний, выбранного для прототипа пахотного агрегата ?упер 61(НПОМ-18".

Рис.1.1. Графики динамики массивов информативных патентов

Во второй главе - "Влияние рельефа на силовые показатели агрегатов диагностический анализ параметров" говорится о влиянии антуража на тягово-сцепяые показатели мобильных с/к агрегатов, хотя на эти показатели влияют также и типы ходовой части, давление в шинах, материалы шин и т.д.

Были изучены, опыты проведенные отечественными и зарубежными ученными в области теории качения, которые разделяют мнение о колесах и грунте, как двухстаронне-деформируемых телах. В классической литературе вопросы кинематики и динамики МБ изучены недостаточно. Выяснилось, что колеса Ф-140 с железными клипами "МК-550", которыми снабжении серийные маломощные и малогабаритные агрегаты не удовлетворяют требованиям горного земледелия, так как ухудшается плавность хода этих агрегатов. Поэтому сочли нужным МБ добавить дополнительный мост снабженный металлическими зацепками.

Рассмотрим работу МПА на склоне (рис. 2.1) и выразим формулу для определения силы тяги МБ:

- ^ ' X

Рис.2.1. Силовые факторы, действующие на агрегат / >>

рк =о

С-,2)-

1 + ■

Ь^ + ^а

( — цш сое в

( ^ *с - Ус^"

1 + •

Ь + htgа 1 У

(2.1)

+ (о,83 ± 1^г|КаЬ

где: в-масса агрегата;

Ь,Ь] -координаты приложения силы оператора относительно осей

проходящих через колеса и наклонную плоскость;

^коэффициент качения;

ц-коэффициент трения;

Хс,Ус-координаты центра масс (ЦМ) агрегата;

I ,т-косинусы направляющих векторов на склоне;

0-угол поворота агрегата на склоне;

а,Ь-размеры комка;

т1-кпд плуга;

К-удельное сопротивление почвьь

Мощность, развиваемая на крюке МБ, определяется:

^=Кэф-(Ыпот+^+Ы1)/) (2.2)

де: Ыпот-мощность, потерянная до ведущих колес; N5 -потерянная мощность на буксование; Му- потерянная мощность на передвижение; Ыэф-эффективная мощность.

Хс - У^сс

V

v

о о

СП

о о

о

СП

о

о сч

о о о сч

о о

о о о

о о

8 . Щк-м/с) ▲

/

Л К, У /

^— ---Г -¿-

10

20

30

о о о о

о о о 00

о о о

о о о ■ч-

о о о

Р,(н)

а"

40

" Мн.м/с) N3 ▲

- / N.

^-- --

У к

N >Т

--

Р^н)

а"

0

10

20

30

40

Рис.2.2. Графики взаимотношения мощности и угола наклона рельефа

На рис.2.2 дана зависимость величин, входящих в формулу (2.2), от угла склона. Надёжность тяговых показателей МБ в большой степени зависит

маневрирования, управляемости, удельного сопротивления, чем от самой ;сы МБ. На рис. 2.3 отчетливо видна зависимость К и б от угла склона.

о о о 00

о о о со о о ю

о о о •п

о о о

тГ

о о о

СП

о о о гц

о о о

С(н)

/ 2 /

1

3 /

а"

10

20

30

40

Рис.2.3. Графики взаимотношения сил и сцепления колеса с продольным углом наклона рельфа. 1-8=10%, К=0,35-105 Па; 2-5=20% К=0,9-105 Па; 3-приходящая нагрузка на ведущее колеса.

В связи с перераспределение ЦМ МБ вперед и назад (в продольной) и с (в поперечной) плоскости ухудшаются его тяговые показатели. Как сазали исследования, для нормальной работы на склоне масса МБ должна гь увеличена в 3 раза, а мощность двигателя в 2 раза

Качение пневмоколёса на склоне взаимосвязано с сопротивлением и .екторией движения а также моментом развиваемым оператором во время явления МБ. Последнее определяется дифференциальным уравнением в (е:

момента агрегата на склоне

Нп ^(еуь+вт^ соаЭ)+0,37)дЮз-

Ъ

I 2Ыф

0,32+0,5

I 2Ыф

Л

(2.3)

соэЭ

+ЬОтш0

где: -коэффициент, характеризующий деформацию почвы; Гк-радиус колеса;

а,Ъ-параметры касания грунта и колса; ^-координаты ЦМ; д-давление шины на грунт.

Рис.2.5. Кривые взамотношения коэффициента запаса устойчивости с углом поворота колеса

Численная интерпретация формулы 2.3 дана на рис. 2.4. Как показывает график, величина развиваемого оператором момента имеет жстремум. Для уточнения устойчивости МПА определены её критерии. Из лести таких критериев главным является величина динамической устойчивости агрегата в направлении движения. Коэффициент запаса устойчивости имеет вид:

Р = 1-

^1оз<х + Ьс бш а^Э + Рт3^ соза + ЬА япа|

+ Овт аЬс<Р! + рет втаЬдф

(2.4)

(в со б аф, + Р соб аф)~

где: а-угол наклона продольной плоскости;

Ф и фг -углы поворота ЦМ-С и точки А приложения суммарных сил оператора.

00 о"

\о о"

о"

сч о*

Рис.2.6. Графики зависимости коэффициента К, действующей нормальной силы коэффициента трения f от угла у. 1,3,4,5,6,7,-изменения К; 2-изменения f.

Коэффициент запаса устойчивости зависит не только от рельефа и параметров агрегата, но и, в немалой степени, от квалификации оператора. Величина критического угла (oq) определяется из условия р=0. Зависимость между аир дана на рис. 2.5.

Было установлено, что с изменением угла установки рабочего органа в вертикальной плоскости, изменяется и сопротивление агрегата. Образование пласта обусловливает касательные силы, развиваемые в процессе сжатия грунта в разрезе под углом 45°. Нормальные N и касательные F силы определяются соответственно:

N = ТрДгЬ

F = TPa¿

tgv V ;

= ТрйгЬК

= XpabKj

(2.5)

где: тр-сопротивление почвы при пластическом сдвиге; а,Ь-размеры пласта;

ф-угол наклона рабочей поверхности по отношении вертикальной оси; у-угол сдвига.

Графики построенные по формуле (2.5) приведен на рис. 2.6.

В третей главе "Анализ конструктивных особенностей и обоснование оптимальных параметров МПА" - дается математическое моделирование работы МПА с разными усовершенствующими конструкциями. Разработаны основные требования, предъявляемые к таким агреретам, такие как биологические, противо-эрозионые, агротехнические, тягово-динамические, технико-эксплуатационные, конструктивные, санитарно-гигиенические и др., среди которых главным является тягово-динамическое. Биологическое требование предусматривает обработку почвы, на глубине 18-20 см, запашку сорняков, регулирование водно-воздушного режима, обеспечивающее интенсивное развитие корневой системы растении. Что касается эрозии почвы, то любая модернизация МПА должна быть противоэрозийной. Тягово-динамическое требование, в основном, выражается нужным усилием на крюке мотоблока. Техническо-эксплуатационное требования обеспечивают устойчивость критических углов опрокидивания пахотного горного агрегата на склоне. Из конструктивных требований главным является, обеспечение нормальной работы двигателя КПП, ходовой части и органов управления. Санитарно-гигиенические данные агрегата должны быть в нормах допустимых нормативов.

Перед началом экспериментов, сочли нужным соблюдать следующие основные требования:

Обеспечение достаточного тягового усилия при работе на склоне; Обеспечение достаточного коэффициента устойчивости при движении в продольном направлении; Создание нормальных условий труда оператора.

В связи с тем, что в серийных агрегатах расположение центра масс выше полуосей ухудшает тяговые показателей, двигатель экспериментального агрегата был установлен внутри привода моноколенного агрегата (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Принципиальная схема моноколенного мотоблока.

1-рамка, 2-коробка переменной передачи, 3-бак, 4-штанги управления, 5-двнжигель, 6-двигатель, 7-ведущая звездочка, 8-цепь, 9-ролики, 10-натяжной ролик, 11-направляющая звездочка.

Величина углов опрокидывания в поперечном (а) и продольном ((3) направлениях составляет:

В

2Х

(3.1)

где: ^-координаты ЦМ агрегата; 1

В,Ь-пшрина и длина агрегата

Если В,Ь«Ь<., то величина угла склона практически не влияет на устойчивость агрегата и его тяговые показатели. Для расчёта поворачивающего момента МБ, был определен мгновений центр поворота (см. рис. 3.2). Приводим соответствующую систему уравнении:

<11 б I д^ к г к <1ф

— = ш

л

ёх

-^- = Усхсозф+Усу$тф

сН

= Усх5тф-У<;усо8ф

(3.2)

Рис.3.2. Расчетная схема определения мгновенного центра поворота

где: иа, и^ -проекции вектора скорости ЦМ на оси X и У; Х1«У1с-координаты ЦМ по отношения к осям X) и У];

§-ускорение силы тяжести; ф-утол поворота агрегата;

га-угол поворота агрегата относительно мгновенного центра; 1х-моменг инерции относительно оси ЦМ агрегата

Координаты мгновенного центра поворота агрегата определяются уравнением:

о„

хп=а-

СУ

га

у0=Ьс+^-ш

аз)

Рис.З.З. Принципиальная схема пахотного агрегата

Перемещением ЦМ с помощью боковых передач агрегата относительно ведущих колёс, изменяются тягово-сцепные, технико-эксплуатационные и санитарно-гигиенические параметры. Система дифференциальных уравнений колебаний данной модели имеет вид:

4/

4/

г2 - 1у)+ "1 (т/1/ 2 - 1у)+ 2/(г2 - гк)+ С\(г2 - г3 + р(г2 - г3

0.4)

»5 ^Ч + С_ -^-(н -г3) + -г3)=0

ткгк -2/(г2 -гк)-2р(г2 -г|с)+2С2г|с + 2р2гк =2С2гн = 2ргн

где: тьтг-массы нерессорной части корпуса МБ; т2,л1з,п14-приведенные дискретные массы плуга; г, ,г2,ад-перемещение соответствующих масс; тДу-масса и момент инерции относительно оси ЦМ агрегата; Сь С2, р 1, р2-жесткость амортизационных пружин и шин; ф-угловое перемещение ЦМ агрегата

Из последней системы уравнении выяснилось: если 1Х=12=1,

тогда 1у=т^2, улучшаются показатели колебаний; в это время на колесах силы и нагрузка успокаивается, что достигается с помощью поворота боковых передач.

Для определения результирующей силы сопротивления агрегата воспользовались графическим методом геометрического суммирования сил, на основе, которой была разработана принципиальная схема МПА дополнительными ведущими колесами (рис. 3.4).

Рис.3.4. Принципиальная схема агрегата с механизмом перемещения центра массы.

1-двигатель, 2-плуг, 3-пружина, 4-железные колеса, 5-шпоры, 6-колесо мотоблока, 7-коромысло, 8-тяга, 9-рамка, 10-регулировочные гайки.

Для регулирования силы тяги был использован механизм автоматического регулирования сил реакции на ведущие колеса и получена т. н. закрытая система регулирования:

Фс=Кр-фк т ^ ^т <4

+ Тк -¡^ + Лх = Кьфр + V! (2)

Фн=К8ъ-Лх (3-5)

Фа=Ка'Фь

Фк=КК'Фа

где: срь-относигельное отклонение корпуса агрегата относительно ведущих колес;

Фр- относительное отклонение тягового сопротивления;

Фи- относительное изменение сил реакции ведущих колес МПА;

Фа-относигельное изменение положения агрегата относительно

горизонтальной плоскости;

т|>.- относительная деформация пружины,

^(г)-функция возбуждения;

кр.кь.ка^ькц-безразмерные коэффициенты,

То,Тк-постоянные коэффициенты.

Проверка устойчивой работы закрытой системы проводились по критерию Раус-Гурвица. Выяснилось, что регулирование системы можно достичь экспериментальным подбором пружины и демпфера (рис. 3.5).

Выяснилось также, что геометрические параметры агрегата зависят от рельефа и нагрузки. Для оптимизации этих параметров определены силы реакции на ведущие колёса:

к=0Ъ+г1+г1+гА --0.6)

где: -геометрические параметры МПА;

Рхг-тяговое сопротивление плуга в продольном направлении; Хс-расстояние от ЦМ до центра оси ведущих колес; (оц+уЭ-угол наклона силы Рн относительно горизонта; М^-момент динамичности

Далее была составлена программа, определены пределы изменения параметров и получены относительные значения искомых параметров.

Основой критерия разделения скоростного ряда агрегата было взято сопротивление (нижний предел) и далее по геометрической прогрессии. Диапазон значений тягового сопротивления обеспечивается четырьмя передачами:

«2=0,9 м/с, о2=1Д5 м/с, о3=1,4 м/с, и4=1,66 м/с.

Рис.3.5. Структурная схема регулирования

Рис.3.6. Принципиальная схема стабилизации МБ.

1-двигатель, 2-ось, 3-рама, 4-демпфер, 5-пружнна, 6-демпфер продольного колебания, 7-соединигельная труба, 8-кран, 9-камера, 10-пружина поперечного колебания, 11-шкив, 12-ременная передача, 13-червячным редуктором.

Предложены принцип стабилизации стоики горного агрегата (рис.

/у/у///////////

Рис.3.7. Принципиальная (а) и структурная (б) схема двух массного агрегата

3.6) на основе гибкой системи совершающей колебания в поперечном и

продольном направлениях. С помощью правильного подбора и оптимизации параметров пружин и демпферов достигнуто значительное уменьшение колебательных резонансных явлений. По силам, действующим в вертикальный плоскости продольного направления пахотный агрегат рассмотрен как двух массная система (рис. 3.7 а и б).

Система дифференциальных уравнении имеет вид:

d2r

(mo + ЩНт + (ri " ^fc = (mo + m,)g

dt G.7)

d2r

m2 + C2r2 = (r, - r2)C2 + m2g

где: СьСг^иРг-жесткость пружин и шины соответственно; гьг2-координаты масс mi и т2.

После преобразования (3.7) можно определить значения максимальных нагрузок на ведущие колеса для одко-массной и двух массной системы:

о =ШЖ+К') + о(т +m + m )

X2max ~ _ О 8)

Qlmax=2m0g + mig где: КьКа-коэффициент нагрузки, зависящий от жесткости пружин и шин.

График этих дан на рис. 3.8. Выяснилось, что при одинаковых нагрузках сила, приложенная на ведущие колёса в одно-массной системе меньше, чем в двух массовой, т. е. в МПА связь между трактором и плугом должна быть гибкой.

Для экономической оценки работы ГПА, в качестве источника энергии была использована электроэнергия, которая по сравнении с другими видами является удобной экологически чистым, при этом управление становится простым, а показатели стабильными. По нашим расчётам с применением электроэнергии прибыль, составляет 47,3 лари/Га по сравнению с серийным энергоисточником.

Высокая энергоёмкость процесса вспашки на склонах обусловливается рельефом и сжимаемостью почвы. Для расчета компонентов напряженно-деформированной состояния почвы процесс был принят адекватным принципу входа острого орудия в однородное тело с учётом скорости распространения сил в этом теле; обоснована возможность уменьшения тягового сопротивления плуга:

а) когда вибрация орудия производится электроприводом с малой амплитудой и высокий частотой;

5) от ВОМ с малой частотой и большой амплитудой (рис.3.9).

В первом случае здесь использовано теория энергетического удара, при котором разрушение почвы происходит циклично; т. е. уменьшается

удельное сопротивление, а следовательно и общее сопротивление агрегата на величину:

8х=шш2гсоза (3.9)

где: т-масса эксцентрика;

ш-угловая скорость ротора двигателя; г-радиус эксцентрика;

а-угол поворота эксцентрика по отношении к вертикальной оси, а=0н-180°.

Во втором случае разрушение массы почвы в результате ее сжимаемости и растяжения, при чем образовывались трещины и выделение комков происходит без разрушения. Максимальная величина сил, действующих на днище пласта, определяется по формуле:

Ошах(н)

5000

4000

3000

2000

1000

2

N \ 1

Шо(н.С /м)

0 30 60 90 120 150

Рис.3.8. График нагрузок на ведущие колеса МБ 1-без рессоров, 2-е рессорами.

Qmax = (Si - S2)C = G.10)

V с

где: Si ^-координаты врашающихся mi и движущихся и т2 масс; С-приведенная жесткость; r-радиус кривошипа; Q-угловая скорость.

В плоскости соприкосновения лемеха с грунтом образуется

-

у///у/х

1 /7////// ////7///

Рис.3.9. Зоны деформации, вызванные вибрацией лемеха

1. Зона пластической деформации;

2. Зона сжатия;

3. Зона растяжения.

Рис.3.10. График зависимости между силой, действующей на лемех и деформацией грунта

кггичная деформация, а вдоль ее магистральные трещины. Совершая современно вибрации и перемещение, лемех вызывает как упругую

(участок ОА), так и пластическую (участок ABC) деформации (рис.3.10). Эти деформации зависит от критической скорости распространения напряжении и параметров грунта, а его толщина от продолжительности напряжении, текучести. Для ГПА лучше использовать последнее, поскольку после переворачивания пласта окажется верх и мало подвергается эрозии.

В четвертой главе "Определение и диагностический анализ напряжений и деформаций в рамах ГПА методом конечных элементов".

0^=111 3

Рис.4.1. Картина расспределения напряжений в рамах стабилизированного агрегата а) при (х=10°, б) при ос=30°

С помощью использования метода моделирования процесса вспашки и ЭВМ (программа „БТЕНС) произвели анализ статических нагрузок в пространственно-стержневих напряженно-деформированных рамах. Программа составлена в форме перемещений на базе метода конечных элементов.

Для каждого конечного элемента система решающих уравнений имеет вид:

- (е°)= (4.1)

И-Н

Рис.4.2. Картина распределения напряжений в рамах моноколенного агрегата а) при ос=0°, б) ос=30°

где: (ЪР),(ас),(ее), (в*)-векторы начальных, конечных деформаций, напряжения и перемещения элементов;

[Фе], [Вс], [Ее]-матрица упругости градиента и элементов функции формы; [Ае], [Vе]-вектор узлового перемещения элементов и системы кинематических связей.

^ < А» Ш

ЩЬ Ш

Щ

Ж*

к

М

Рис.4.3. Картина распределения напряжений в рамах модернизированного пахотного агрегата а) о=0°, б) сх=30°

Система (4.1) записана для случаев, когда локальные (Х,У,г) и

глобальные (х, У, координаты совпадают друг с другом. В противном

случае и при £1 = соз(х,х) = 0 имеем:

(у = хсоза + уз1па

]г = усоза-х8та

(4.2)

где: а-величина угла наклона локального и глобального осей.

Эта расчёты проводились с учетом максимальных динамических нагрузок. Форма исходных данных и выходная информация приведены в приложении; на этих результах построена картина распределения деформации в рамах: работающего на принципе стабилизации (рис. 4.1) для моноколенного (рис. 4.2) и передвижушихся центром (рис. 4.3).

Анализ напряжений показывает, что при стабилизации они не изменяются, что повышает устойчивость и плавность хода МПА, а тем самым улучшает условия работы обслуживающего персонала.

Интенсивность распределения напряжений в рамах моноколенного агрегата значительно ниже и составляет 10% против 15% серийных агрегатов.

Таким образом, наши исследования подтверждают возможность работы пахотных серийных агрегатов в горных условиях при значительной конструктивной модернизации.

В пятой главе "Экспериментальные исследование тягово-сцепных свойств пахотных агрегатов" приведено описание опытных образцов агрегата, методика исследования, результаты и анализ лабораторно-полевых испытаний.

В соответствии с разработанными нами оригинальными схемами были изготовлены в натуре разные рабочие органы, модели, которые и были разделены по группам:

В первой группе - моноколенный мотоблок плуг "ПОМ-18" (коэффициент стандартизации п=0,2).

Во второй группе - элекгромотоблок с вибрационными плугом

(п=0,6).

Третья группа - мотоблок "Супер 610" с механизмом перемещения ЦМ и вибрацией лемеха (ПОМ-18) от ВОМ, п=0,8.

Лабораторные исследования были проведены на специальном стенде, на котором определились координаты ЦМ, сила тяги, масса, моменты инерции, критические, статические и динамические углы опрокидывания агрегата в продольной и поперечной плоскостях.

Выяснилось, что моноколенный агрегат более устойчив на склонах чем серийные, более того, у серийных агрегатов сила тяги на крюке уменьшается на 15% на каждый 10° склона; аналогичное уменьшение этой силы наблюдается в электромотоблоках и моноколенных агрегатах - 13% и 6% соответственно, т. е. тяговые показатели моноколенного агрегата на склоне практически стабильные.

При лабораторно-полевых испытаниях машин были установлены следующие закономерности:

1. Зависимость тягового сопротивления от крутизны склона;

2. Зависимость между параметрам, вызванными вибрацией и тягового сопротивления агрегата;

3. Влияние расположения ЦМ относительно ведущих колес на тяговые показатели;

4. Характер передачи вибрационных процессов.

Полевые опыты были проведены в окрестности г. Кутаиси. Тип

Рис.5.1. Изменение тягового сопротивления в зависимости от вибрации и изменения угла склона 1.без вибрации и при включенных фрикционах;

2. при вибрации; масса вибратора т=150 гр., п=2000об/мин.;.

3. без вибрации и при виключенных фрикционах;

4. при включенных фрикционах и вибрации лемеха, когда т=150 гр., п=2000об/мин.;

5.выключенные фрикционны и вибрации лемеха, когда т=150 гр., п=2000об/мин.

6.график изменения крюкового усилия.

В процессе испытания с целью имитации сил оператора применялись балласты. Общее сопротивление измерялось при включенных и

2200 2100 2000

1900

1800 1700 1600

1500

1400 1300 1200

1100

1000 900 800

700

Рт(н)

2

Л-

г--

1

/

0

10°

20°

30°

Рис.5.2. Зависимость тягового усилия от изменения угла в продольном направлении

1. Серийные агрегаты, сила действующая на рукоятке Pi=8kt.

2.При использовании оправки для перемещения ЦМ, сили на рукоятке Pi=35 кг.

3. Для моноколенного агрегата.

выключенных фрикционах с помощью лебедки и динамометра. Амплитуда измерялась на кончике лемеха и рукоятках при изменением числа оборотов ВОМ (см. рис. 5.1., 5.2., 5.3., 5.4).

С целью описания процесса вибрации ввели соответствующий собой отношение амплитуд вибрации, записанных вышеотмеченных местах

А„

агрегата К =

РУК

Следовательно, можно заключать, что вибрирование лемеха уменьшает тяговое сопротивление на 18+25%.

Рис.5.3. График изменения коэффициента К в элекгроагрегате, когда ш=150 гр. С= 100 кг/мм

Транспортное положение: 1-Вертикальное; 2-Горизонгальное. В процессе вспашки:!-Вертикальное; 2-Горизонтальное.

ш=250 гр, С=0 м.

Транспортное положение: 1-Вертикальное; 2-Горизонтальное. В процессе вспашки:1-Вертикальное; 2-Горизонгальное

Тяговые усилия в моноколеином агрегате на каждый 10° склона

изменяется на 5%, при перемещении ЦМ относительно ведущих колёс сила тяги на крюке увеличивается на 80%, коэффициент К в поперечном направлении уменьшается на 20% по сравнению вертикальной плоскости, при увеличении частоты вибрации К сначала увеличивается и далее уменьшается.

Качественные показатели вспашки проверялись периодически и оценивались двумя показателями: глубиной обработки и размерами пласта, они сходны с результатами полученными теоретическими путем.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ На основе проведенных исследований можно сделать следующие

выводы.

1. Для предотвращения водной эрозии склонов; целесообразно использовать плуги, поскольку на тяжелых почвах серийные МПА лишены возможности энергообеспечения процесса вспашки н нуждаются в увеличении резервной мощности ДВС;

I. Для увеличения тягового усилия серийных МПА в горных условиях взамен балластов и заводских колёс (D-140, МК-530) следует использовать дополнительные металлические колеса со шпорамами;

i. Стабилизация кинематических показателей МПА при работе на склонах, зависит от рельефа (угол склона, arpo фон, физико-механические состояние грунта и т. д.) и квалификации оператора; К МПА предъявляется повышенные противоэрозийные, эксплуатационно-технологические, санитарно-гигиенические,

биологические и другие требования;

С применением специального механизма перемещения ЦМ относительно ведущих колес МБ, его тяговое усилие увеличились на 80% и тем самым улучшилось его эксплуатационно-технологические и технико-экономические показатели, при этом надёжность упомянутых показателей была проверена и подтверждена на специальных стендах диагностики;

При работе на склоне до 20° механизм стабилизации стойки МПА обеспечивает его устойчивость, силу тяги, плавность хода, при этом проведена оптимизация параметров автоматического регулирования стабилизации;

Установлены оптимальные геометрические параметры ГПА и новый ряд разделения скоростей с помощью тягового усилия развиваемого на крюке;

8. С применением гибкой связи между МБ и плуга существенно улучшаются его эксплуатационно-технологические и эргономико-биомеханические параметры;

9. С применением принудительной вибрации лемеха тяговое усилие ГПА увеличивается на 20+25%, хотя существенно ухудшается его эргономико-биомеханический уровень;

10. Виброперемещений лемехе вызывает упруго-пластичных деформации, которые обусловливаются критическими скоростями распространения напряжении, сдвигом и физико-механическими свойствами почвы;

11. Экономическая эффективность использования электроэнергии в ГПА составляет 47.3 лари/Га по сравнению с обычной механической тягой;

12. Диагностический анализ подтверждает полное удовлетворитение требованиям горных условий моноколеиными и стабилизирующим ГПА, однако их серийное производство ограничивается низкими уровнем стандартизации;

13. Картина распределения напряжений и деформаций в серийных агрегатах а также их диагностический анализ показывает, что характеристики сцепки не удовлетворяют требованиям условия жесткости и требуют конструктивного усиления.

ОСНОВНЫЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ -

1. М.Л. Ткешелашвили, Некоторые вопросы механизированного сбора чая на склонах. Труды Грузинского института субтропического хозяйства, том XI Сухуми, 1967. с. 459-462.

2. М.Л.Ткешелашвили, С.И. Чочиа. Исследование пневмосистемы малогабаритной чаесборочной экспериментальной машины на склонах. Издания Всесоюзного научно-исследовательского института чая и субтропических культур. №3. (101)Махарадзе, 1969. с. 100-102.

3. М.Л.Ткешелашвили, Г.Г. Челидзе. Исследование кинематики и динамики режуших аппаратов малогабаритного трактора „Риони". Тезисы докладов Республиканская научно-техническая конференция „Совершенсговованне техники и технологии текстильной и легкой промышленности. Кутаиси, 1974. с. 40-41.

4. М.Л.Ткешелашвили, С.И. Чочиа. Б.И.Цицхваиа К вопросу механизации

механизированной подрезки бордюр. Труды Грузинского института субтропического хозяйства том XV, Сухуми, 1971.

5. М.Л.Ткешелашвили, Г.Г. Челидзе. Некоторые вопросы кинематического исследования чаеподрезочных аппаратов. Издание Всесоюзного научно-исследовательского института чая и субтроптических культур. №4. Махарадзе, 1969.

6. М.Л.Ткешелашвили, А.М. Хеладзе. Уравнение маятникового датчика для стабилизации положения крутосклонных машин. Труды Грузинского сельскохозяйственного института. Том XVII, Тбилиси, 1975.

7. М.Л.Ткешелашвили, З.М. Аркания. К вопросу динамики поворота склонохода". Тезисы Всесоюзной конференции по вибрационной технике, ноябрь 1981, Кутаиси.

8. М.Л.Ткешелашвили, Л.Е. Адеишвили. Цифровое измерение влажности воздуха в производственных помещениях. Труды Грузинского политехнического института. №7(239), Тбилиси 1981.

9. М.Л.Ткешелашвили, Л.Е. Адеишвили и др. Метод определения коэффициентов передачи дифференциальных каскадов на транзисторах. Труды Грузинского политехнического института. №5(250), Тбилиси 1982.

10. М.Л.Ткешелашвили, Л.Е. Адеишвили и др. Исследование термочувствительных элементов на основе р-н передач. Тезисы докладов XX научно-технической конференции ВТУЗОВ Закавказских Республик Тбилиси, 1984.

11. М.Л.Ткешелашвили, А.М. Хеладзе, Н.Г. Бочоришвили, А.В. Авалишвили. Исследование возможности применения мотоблоков в горных субтропических районах. Издание Всесоюзного ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательского института чая и субтропических кулыур. №1(213) Махарадзе, 1988.

12. М.ЛТкешелашвили, Н.Г. Бочоришвили, А.В. Авалишвили. Некоторые силовые характеристики малогабаритного пахотного агрегата. Труды Грузинского ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственного института. Тбилиси, 1987.

13. М.Л.Ткешелашвили, Л.Е. Адеишвили, М.Л. Пхакадзе и др. К вопросу исследования и обеспечения средств малой механизации, сельскохозяйственных работ. электроприводами. Сборник тезисов Всесоюзной конференции „Социально-экономические проблемы научно-

технического прогресса в новых условиях хозяйствования". Кутаиси, 1989.

14. М.Л.Ткешелашвили, Л.Е. Адеишвили, В.Д. Деметрашвили. Прибор контроля для регулирования механического сцепления узлов и агрегатов сельскохозяйственных машин. Тевисы докладов Международного симпозиума „Приборы и измерения в сельском хозяйстве пищевой и перерабатывающей промышленности". 25+28 ноября 1997 . Москва.

15. М.Л.Ткешелашвили, Л.Е. Адеишвили и др. Экологически чистые энергии. Сборник научных трудов Кутаисского государственного технического университета. Из-во „Сакартвело". №2, Кутаиси 1996.

16. М.Л.Ткешелашвили, Л.Е. Адеишвили и др. Исследование термометрических характеристик транзисторов. Сборник научных трудов Кутаисского госадрственного технического университета. Из-во „Сакартвело". №2, Кутаиси 1996.

17. М.Л.Ткешелашвили, Л.й. Иобадзе. Анализ нагруженности пневмоколес малогабаритных агрегатов. Сборник научных трудов Кутаисского научного центра Академии Наук Грузии, 1997.

Заявки на патент:

1. Вибрационный плуг (приоритет) от 15.11.1997, рег.№10261;

2. Пахотный агрегат (полпжительное решение) от 12.05.1998, рег.№000562.

судббоЪ jg баз^кг^з"^0

Tkeshelashvili Munnan Ткешелашвили Мурман Леванович

'"'й^ддоМс Ш&' f^&igvffrí («л. ' "

»jrijjojmo (о» (oij^J.jçmCjJ-^ïh» JU^g-U SàGjjàfooïîîTîjjfigiçw&oU ЪЛ^&ддггт-ЪаЭ^бо^дАп о6ъ4°(5»5оЪ ^ЗЗо^у^рт одб^Эо Jgoiíobo Sjjejoli 43.