автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Методы снижения энергозатрат почвообрабатывающих машин с упругозакрепленными рабочими органами

На правах рукописи

Игиатеико Ими Васильевич

методы снижения энергозатрат почвообрабатывающих машин

с улругозакреплЕнными рабочими органами

Специальность 05.20.01 - технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

Ростов-на-Дону 2003

Работа выполнена в Донском государственном техническом университете (ДГТУ)

Научный консультант

доктор технических наук, профессор Хозяев Игорь Алексеевич

Официальные оппоненты:

- заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Бурченко Павел Николаевич,

- доктор технических наук, профессор Черноволов Василий Александрович,

- доктор технических наук, профессор Полушкин Олег Алексеевич.

Ведущая организация - Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственного машиностроения (ОАО ВИСХОМ), г. Москва

Защита диссертации состоится "^"£¿/¿£/<^2003 г. в /О часов на заседании , диссертационного совета Д.212.058.05 при Донском государственном техническом университете по адресу 344010 Ростов-на-Дону, пл. Гагарина 1.

С диссертацией можно познакомиться в библиотеке Донского государственного технического университета.

Автореферат разослан ¿убсуЫЪ 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор ^ Чистяков А;Д.

общая характеристика работы

Актуальность првСмиы.

Мировой энергетический кризис последних лет, истощение запасов ископаемого топлива остро ставят проблему снижения энергозатрат во всех отраслях хозяйства. В растениеводстве основные энергозатраты (до 40 %) падают на почвообработку. Поэтому поиск путей снижения её энергозатрат остается актуальной проблемой.

Центральное место в проблеме снижения энергоемкости почвообработки занимает задача снижения тягового сопротивления рабочих органов,* ей постоянно уделялось большое вникание в земледельческой механике, начиная с её основоположника В.П. Горячкина. К настоящему времени исследованы разнообразные пут снижения тягового сопротивления рабочих органов почвообрабатывающих машин; оптимизация геометрии рабочего органа, вибраций и колебаний, антифрикционных покрытий, пружинных стоек, упругое крепление и другие. Некоторые из них, как, например, оптимизация геометрии рабочего органа, достигли значительного совершенства и широко применяются на практике.

Однако, несмотря на большую предисторию исследования, энергосберегающий ресурс динамических процессов взаимодействия рабочего органа с почвой в современной земледельческой механике остаётся изученным недостаточно. При рассмотрении процесса взаимодействия рабочего органа с почвой земледельческая механикёа пользуется упрощёнными моделями. Так в теории резания почв клином считается, что рабочий орган закреплён абсолютно жёстко и движется поступательно. Пространственные упругие смещения переменного характера, нарушающие поступательность его движения и придающие процессу динамический характер, не учитываются. Отсутствие динамической модели процесса, учитывающей неизбежные пространственные упругие смещения рабочего органа под действием силы сопротивления и их обратное на неё влияние, препятствует изучению влияния динамики рабочих органов на энергетику почвообработки.

Научная проблема состояла в обосновании новых путей энергосбережения в почвообработке путём создания динамической модели взаимодействия рабочего органа с почвой, позволяющей оптимизировать динамику упруго закреплённых рабочих органов (УЗРО) по минимумуму энергозатрат. Использование динамических процессов в качестве нового энергетического фактора почвообработки представляет актуальную и крупную проблему, имеющую важное народнохозяйственное значение.

Научная гипотеза исследования: оптимизация динамических процессов взаимодействия УЗРО с почвой является дополнительным реальным энергетическим фактором в почвообработке.

Цель и задачи исследования. Целью работы является снижения энергозатрат почвообработки за счёт использования динамически^ (эффектов процесса взаимодействия рабочего органа с почвой, а также построение общей методологии решения практических задач по снижению тягового сопротивления рабочего органа за счет оптимизации его упругих смещений.

Для достижения цели решались следующие задачи: а) изучение упругих свойств креплений рабочих органов почвообрабатывающих

машин, разработка системы показателей и методики их оценки с учётом пространственное™ упруг»« смещений;

б) разработка обобщенной динамической модели процесса взаимодействия рабочего органа с почвой, учитывающей упругие смещения и все особенности процесса;

в) разработка методов экспериментального исследования динамики процесса взаимодействия УЗРО, позволяющих учесть все требования модели;

г) разработка методов идентификации и оптимизации параметров модели взаимодействия рабочего органа с почвой дня достижения наибольшего энергетического эффекта;'

д) проверка применимости методов идентификации и оптимизации на реальных почвообрабатывающих машинах;

е) экспериментальная оценка эффективности оптимизации динамических процессов взаимодействия рабочего органа с почвой.

Эти задачи решались 8 процессе научно-исследовательской работы, проводившейся автором с 1974 года в Ростовском-на-Дону. институте сельскохозяйственного машиностроения (ныне ДГТУ).

Me гидам исследования. Методика исследований базировалась на фундаментальных положениях теоретической матричной алгебры,

теории вероятностей, планирования эксперимента . и математического программирования.

Методики измерения упругих смещений рабочих органов предусматривали применение виброизмерительной аппаратуры; для измерения усилий применялись методы тензометрии.

При обработке результатов измерений использовались методы теории вероятностей, цифровой фильтрации,, временных рядов и статистической идентификации.

Контроль достоверности получаемых результатов осуществлялся сопоставлением теоретических положений с экспериментальными данными лабораторных и полевых исследований динамики УЗРО.

Личный вклад автора.

Автором проведён анализ состояния вопроса, изучены упругие свойства креплений, проведено математическое моделирование с разработкой обобщенной динамической модели, разработана программа и методика экспериментального исследования и обработки данных, проведены экспериментальные исследований в полевых и лабораторных условиях, сформулированы выводы по работе, разработаны рекомендации и методики расчётов УЗРО, руководство внедрением результатов исследования.

Научная новизна.

•В работе развиты теоретические положения земледельческой

М6ХЭНИКИ

о взаимодействии рабочего органа с почвой' путем дополнительного учёта упругости крепления и связанных с этим динамических явлений." Тем

сэмым

существующая теория земледельческой механики дополняется разделом о динамике рабочих органов с учётом упругости их крепления.

•Обоснован новый подход к энергосбережению в почеообработке, заключающийся в признании динамики рабочего органа в качестве реального дополнительного энергосберегающего фактора, а её оптимизации - в качестве нового перспективного способа снижения тягового сопротивления.

•Впервые разработана динамическая модель взаимодействия рабочего органа с почвой, в структуре которой учтены неизбежные пространственные упругие смещения рабочего органа под действием силы сопротивления и их обратное влияние на ее величину и направление; динамические свойства почвы описываются матрицей квазиупругости, просто и полно учитывающей влияние почвенной среды; новая математическая модель процесса взаимодействия упругого рабочего органа с почвой строится на базе многомерной системы нелинейных дифференциальных уравнений в форме Коши.

•Обнаружены теоретически и экспериментально подтверждены динамические эффекты упругого закреплённого рабочего органа: прецессия собственных частот под нагрузкой, наличие двух форм устойчивости: статической и колебательной; взаимодействие вынужденных и автоколебаний, эффект искажения режимов и геометрии резания, виброэффект.

•Выведены пригодные для практических целей общие условия устойчивости; обоснована методика использования автоколебаний для оценки состояния системы и идентификации параметров модели.

•Обоснована общая методология использования динамических эффектов в качестве энергетических факторов, способных повлиять на тяговое сопротивление; выведено общее аналитическое выражение полного энергетического эффекта упругого крепления, выражающее равновесие двух противодействующих динамических эффектов: искажения режиме» и геометрии резания и виброэффекта; разработаны методики достижения максимального энергоэффекта упругого крепления за счет оптимизации его упругих свойств.

•На базе общей теории взаимодействия рабочего органа с почвой разработана частная теория для рабочего органа культиватора; условия равномерности хода по глубине; условия достижения максимального энергоэффекта упругого крепления, позволяющие реализовать минимальную силу сопротивления при заданных качественных ограничениях.

Положения выносимые на защиту.

Автор защищает:

1. Новый принцип подхода к построению моделей взаимодействия рабочего органа с почвой в земледельческой механике, заключающийся в обязательном учёте упругости крепления, как его неустранимого свойства, и связанных с этим динамических эффектов.

2. Разработанную динамическую модель взаимодействия упругого рабочего органа с почвой в виде матрично-векторных уравнений в канонической форме в пространстве состояний, учитывающую появление упругих смещений рабочего органа под действием силы сопротивления и их обратное влияние на её величину и направление, а также главные особенности задачи: пространственность, нелинейность, автоколебательность, стохастичность.

3. Наличие динамических эффектов, при движении упругого рабочего органа в почве, необъяснимых без учета обратной связи в модели:

- прецессия собственных частот;

- появление неустойчивых режимов при скоростях выше критических в двух формах: статической и колебательной;

- появление циркуляционных сил;

- автоколебания;

- взаимодействие автоколебаний с вынужденными колебаниями;

- появление специфической реакции на упругость - приращения силы сопротивления, зависящей по разному от постоянной и от переменной составляющих упругих смещений.

4. Существование энергоэффектов УЗРО, взаимодействующих между собой: энергоэффект от искажения геометрии резгпия при упругих смещениях рабочего органа; виброэффект от интенсивности колебательных процессов; взаимодействие противоположных энергоэффектов подлежит оптимизации для получения максимального суммарного энергоэффекта.

5. Способ оптимизации суммарного энергоэффекта УЗРО, заключающийся в оптимизации элементов матрицы жёсткости при ограничениях искажения геометрии и режимов резания.

6. Комплекс методов экспериментального исследования динамики УЗРО, включающий стендовые измерения упругих свойств и угловых искажемий, виброметрию и тензометрию рабочего органа, статистическую обработку результатов измерений, статистическую идентификацию параметров модели при ненаблюдаемом входе.

7. Результаты экспериментальных исследований динамики УЗРО, -одтверждающих теоретические выводы.

8. Структуру и содержание научно-технического комплекса по созданию и использованию УЗРО в почвообработке на этапах проектирования, опытно-конструкторских разработок и оценки получаемого энергоэффекта с соответствующими методиками и. алгоритмами расчётов.

Практическая ценность работы,

«Разработана система рекомендаций по расчёту и конструированию УЗРО '".чвообрабэтывающих мащим^ включающая: *

- методики- измерения № расчёта упругих характеристик крепления рабочего оргама>

- методики, идентификации' параметров динамической модели;

- методики определения оптимальной матрицы жёсткости по результатам измерений колебаний рабочего органа;

- методкиол синтеза, конфигурации упругих стоек с оптимальной матрицей жёсткости', обеспечивающей' минимальную энергоёмкость УЗРО;

- мзхемзмнеское и программное обеспечение всех методик.

•Разработаны новые образцы упругого крепления, отличающие малыми

угловыми искажениями, развитым виброэффектом и дающими снижение энергозатрат на культивацию на 10-20%.

•Обоснована" практическая система показателей упругости крепления рабочего органа; разработана методика их определения;

•Разработанные методы расчёта и проектирования УЗРО переданы в заинтересованные организации: ГСКБ по культиваторам и сцепкам "Красный Аксай", ВИСХОМ, отраслевой фонд алгоритмов и программ, отделы САПР ВИСХОМа и СНИЛ РИСХМа. На основе этих методик разработаны упругие подвески рабочих органов культиваторов серии КШУ, АШУ и ряда опытных конструкций.

•Совместно с НППО ВИСХОМ выпущены отраслевые методические указания МУ 23.2.48-88, в которых обобщён накопленный опыт по расчёту и проектированию УЗРО почвообрабатывающих машин.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на Всесоюзных научно-технических конференциях: "Перспективы развития почвообрабатывающих к мелиоративных машин"

Москва, 1977 г., "Конструирование и производство сельхозмашин", Ростов-на-Дону, 1982 г., "Проблемы механизации сельскохозяйственного производства", Москва, 1985 г., "Современные проблемы земледельческой механики", Мелитополь, 1989 г., VI международной конференции «Динамика технологических систем».-Ростов н/Д, ДГТУ, 2001, ежегодных научно-технических конференциях Донского государственного технического университета, а также на технических советах ВИСХОМ и ГСКБ по культиваторам и сцепкам.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 46 работ, в том числе 16 в центральных изданиях, рекомендуемых в Перечне ВАК 2002 г. и приравненных к ним согласно п. 11 «Положения...»; получено 5 авторских свидетельств на изобретения по упругим креплениям.

Объём работы: Диссертация изложена на 305 страницах (без приложений), содержит 41 рисунок, 18 таблиц. Состоит из введения, восьми глав, заключения, общих выводов, списка литературы (194 наименования) и приложений.

СОДЕРЖАНИЕ

В первой главе «Состояние вопроса» проведён анализ существующих методов снижения энергозатрат почвообработки и энергетического моделирования, степени изученности динамических процессов взаимодействия рабочего органа с почвой. Отмечено, что построением энергетических моделей в почвообработке занимались В.А. Желигсзский, А.Н. Зеленин, М.Н. Летошнев, Н.В. Щучкин, К.Л. Качинский, Г.Н. Синеоков, Н.И. Кленин, В.В. Кацыгин, П.И. Василенко, Н.Е. Мацепуро, И.М. 'Панов, И.И. Смирнов, Ю.Ф. Новиков, Г.Н Дьяченко, П.Н. Бурченко, A.A. Вилде, Г.Э. Свирский, P.M. Зонненберг, A.A. Дубровский О.В. Верняев, Е. Walter, С.А. Инаекян и др. Ими изучены в качестве энергетических факторов геометрия рабочего органа, режимы резания, фрикционные свойства поверхности рабочего органа, свойства почвенной среды, жесткость упругого крепления, параметры активации рабочего органа: вибрации, колебания, ротация. Однако динамические процессы взаимодействия рабочего органа с почвой в качестве самостоятельного энергетического фактора не рассматривались.

Применение -упругого крепления рабочих органов, придающее процессу отчётливо выраженный динамический характер, потребовало перехода к динамическим моделям. Динамику УЗРО изучали: на культиваторах Бугайченко И.В., Рябцев Г.А., Вилде A.A., Бурченко П.Н., Моргачев В.Е., Гусенцев Ф.Г., Кондратьев Е.Л., Гасилин В.И., Левицкий C.B., Цесниекс А.Х., Шевченко И.А.; на плоскорезах Котов П.М., Краснощёкое Н.В., Базаров В.В.; на боронах Клочков A.B., на сеялках Каулиньш ЯЗ., Клейн В.Ф., Додык Г.А.; на чизелях Завражнов A.A.; на плугах Труфанов А.П., Бондарь С.А., Клюев А.И. и др. Отмечен ряд динамических эффектов, сопровождающих движение УЗРО: переменный характер сил сопротивления, наличие интенсивных колебаний упругих смещений, явления неустойчивости движения и др. Однако использованные модели носили частный характер, не учитывали многомерность и пространсгеенносгь, нелинейность, а главное - не были энергетическими - связь между колебаниями и энергетикой не описывали.

В настоящее время в земледельческой механике широко используются динамические модели типа статистических (A.B. Лурье, П.Ю. Семенов и др.), вынужденных колебаний (A.A. Дубровский, О.В. Верняев и др.). Но общая

динамическая модель, учитывающая все энергетические аспекты взаимодействия рабочего органа с почвой, пока не создана.

Несовершенство динамических моделей является причиной неизученности динамических процессов как энергетического фактора. Эффективное использование динамических явлений для снижения энергозатрат почвообработки требует разработки динамической модели взаимодействия рабочего органа с почвой, учитывающей все вышеуказанные особенности задачи.

Во в-, эрой главе «Кинематика упругих смещений почвообрабатывающего рабочей* органа» изучены упругие свойства креплений .рабочих органов почвообрабатывающих машин.

При гчализе кинематики упругих смещений рабочий орган рассматривался

как твёрдое тело. Его упругие смещения представлялись как смещение в носка лапы и поворота относительно этой точки на угол 0 (рис. 1) под действием нагрузки Р.

Смещения 1-ой точки рабочего органа

в|В5+[011., (1)

где I. - радиус-вектор текущей точки рабочего органа относительно его носка, [©] -матрица вращений на угол 0.

А

У г

Рис. 1. Схема упругих смещений рабочего органа

Зависимость смещений от нагрузки 5| (Р) и годографы векторов $ (Р) -их траектории считалась нелинейными (рис.2).

Верхняя граница агродопуска

А< А-

X

Нижняя граница агродоиуска

г

Рис. 2. Характер траекторий носка рабочего органа под нагрузкой А1Е1, АгЕг -положения оси рабочего органа под нагрузкой Р1 и Рх+йР/

Для нелинейных систем использовались законы деформирования. в

приращениях:

Л-МЛ» , ' . (2)

<Н»«[С]сИ , (3)

40>[Н]<№# (4)

где [л] - симметричная матрица податливости размерности п<п, [С] = [д]"1.- симметричная матрица жёсткое™, [Н] - матрица угловой податливости, причем И» = 0,1 =1,2,3. . * Нелинейности делают все эти матрицы зависимыми от нагрузки.

Матрицы жёсткости [С] и податливости [Л], [Н] характеризуют кинематику ; упругих смещений. Они содержат П показателей. С учетом свойств креплений

I предложена система показателей, содержащая для пространственной задачи 12

в показателей: 8ц, 5^, 633 - продольная, вертикальная и поперечная податливости,

м/Н ; бц/ &И, ¿з - податливости взаимосвязи, н/Н; (1ц, Ни, Лц, Ья» Ьгз -угловые податливости от горизонтальной, вертикальной и поперечной нагрузки, град/мм. Для плоской задачи остаётся всего 5 показателей: 6ц, 5а, 5и, Ьи, , Агротребования процесса почвообработки определяют и требования к кинематике упругих смещений рабочего органа. Так,' для обеспечения равномерности хода по глубине вертикальные упругиесмещения точек подошвы УЗРО не должны выходить за пределы агродопуска Ад

{• + 1Ф}а,<Ад , . (5)

Вертикальные смещения носка рабочего органа при рабочей нагрузке

812 акцц + 622 005412 + 823 С05фз (6)

где со»у| 1=1,2,3 - направляющие косинусы силы сопротивления. Направление упругих смещений характеризуется параметром х , . Х=(б12С05ц<1 +8й СО$у2 +623 С05уз)/(8ц совцц +6и С051|»? + 813 С09уз) (7)

В зависимости от направления смещения носка лапы выделены три кинематические режима: с заглублением > 0, равновесный = 0 и с выглублением сЬг < 0. Условие равномерности хода по глубине.

сЬг=0 при Р«РН ■ (8)

требует равновесного кинематического, режима (Х=0) при рабочей номинальной нагрузке Р«, не реагирующего на её колебания. ! Проведена классификация конструкций упругого крепления; выделены

упругие стойки стержневые и контурные, пружинные зубья, подвески.

Экспериментально изучались показатели упругости различных типов УЗРО почвообрабатывающих машин (рис. 3): 1-5 - стандартные криволинейные I стержневые ргойки разных времён; 6-11 нестандартные стержневые стойки; 12-

16 - контурные стойки; 17-20 - подвески; 21-23 - жесткие стойки.

Определение показателей упругой кинематики проводилось на стенде, представлявшем раму с механизмами статического нагружения. Показатели определялись по нелинейным траекториям'точек вблизи рабочей нагрузки как соотношение приращений (2) и (3). Для сравнимости упругих свойств ь качестве нагрузки принята горизонтальная сила Р=Р* ,• при которой Результаты измерений для некоторых типовых конструкций приведены в табл. 1.

Полученные данные свидетельствуют о трёхмерности упругих свойств и показателей, наличии межкоординатных связей, делающих матрицы жёсткости и

податливости недиагональными. Направление упругих смещений не совпадает с направлением приложенной силы (Х.1*0).

1 2 3 4 5 6 8 9

7 10 И

22 • 21 , 23

Рис. 3. Исследованные образцы упругого крепления рабочих органов

Упругие смещения составляют от 10 до 110мм и абсолютно жесткого крепления не существует. Поэтому теоретически все рабочие органы почвообрабатывающих машин - упруго закрепленные и их взаимодействие с почвой в земледельческой механике должно рассматриваться обязательно с учётом упругих смещений.

Искажени 1 геометрии УЗРО зависят от конструкции упругого крепления.

Таблица 1

Показатели упругости стоек и подвесок

№ Рабочая , нагрузка,Н Элементы матрицы жесткости [С], кН/м Элементы матрицы [Н], град/кН Параметр кинемати ки Высота ■креплен Отнесен ие

Си с » с?? сн Ьн Пй Из1 ь« н* , Т

1 200 8,6 11,8 и,з 10,8 3,8 2,4 21,0 6Д. -0,28 225 30

3 600 10,8 -1,8 66,7 13,7 0,4 2,2 9,1 1,6 0,027 450 145

4 1000 32,7 12,7 206,0 55,9 0,3 0,2 3,8 0.8 -0,062 750 80

5 450 4,6 8,3 54,9 5,4 0,7 8,5 36,8 2,8 -0,151 460 -70

6 450 4,4 5,4 36,2 V 8,2 0,7 8,5 36,2 2,8 -0,149 370 20

7 3000 22,8 -3,6 80,7 28,2 0,3 0,3 3,6 0,9 0,045 650 120

14 1000 31,4 -18,6 55,0 23,5 0,4 0,7 3,2 1,1 0,338 520 280

16 1000 58,0 21,0 45,0 42,0 0,3 0,4 2,1 0,7 -0,466 520 280

17 600 22,3 -7,3 67,1 35,8 2,1 2,7 11,8 6,3 0,109 520 50

18 800 28,5 0,9 196,2 20,6 0,9 0,5 3,1 1,1 -0,005 540 1540

19 1000 38,1 3,2 57,4 27,5 1Д 0,6 3,3 1,3 -0,057 520 270

20 1000 28,5 14,4 196,2 47,1 0,7 0,2 2,8 0,9 -0,037 520 180

21 1000 62,4 -5,4 127,0 43,8 0,5 0,4 3,2 1,1 0,042 450 30

23 6000 427 146 581 243 0,12 0,0 0,2 0,03 0,251 540 -220

Стержневые упругие стойки имеют недостаточную жесткость, чтобы работать со стрельчатыми лапами, их углы поворота на порядок выше, чем у непружинных стоек. Значительно ниже (в 3-5 раз) угловые искажения у контурных стоек. Наиболее низкие угловые искажения (2...3 град/Кн) имеют контурные типа упругого параллелограмма. Минимально достижимая величина искажения геометрии у жесткой стойки плуга 0,2 град/Кн.

Кинематический режим существующих креплений многообразен.

Многообразие свойств крепления отражает факт отсутствия общих методов его расчета, из-за чего значительное число его параметров, особенно недиагональные элементы матрицы жесткости, выбираются случайным образом. Для обеспечения агротребований упругая кинематика должна регламентироваться.

В третьей главе «Разработка и анализ динамической модели взаимодействия рабочего органа с почвой» разработана новая динамическая модель взаимодействия УЗРО с почвой.

Рассматривалось взаимодействие с почвой рабочего органа с учётом деформаций его крепления к раме машины, движущейся со скоростью V (рис.4). Крепление обеспечивает требуемое положение рабочего органа П относительно поверхности поля и ориентацию Е относительно скорости V.

Для описания состояния рабочего органа введён вектор состояния, включающий векторы Н и П и их производные:

3 = {П; Е; ЙП/А; с!~/А} (9)

Сопротивление почвы описывает вектор F размерности п=6, включающий составляющие силы сопротивления Р и момента М:

f = {р; м}={Рх, Ру; Pz, Мх, My, Mz>T (10)

Согласно факторному анализу сопротивление почвы считалось вектор-функцией вектора состояния:

F«F[3] (И)

В существующей теории резания крепление считается абсолютно жёстким, обеспечивающим постоянные значения вектора состояния, т.е. 30= const Новым подходом к построению модели взаимодействия рабочего органа с почвой является учёт его упругих смещений, всегда возникающих под нагрузкой за счёт упругих деформаций крепления.

Упругие смещения s и углы поворота © УЗРО образуют 6-ти мерный вектор обобщенных координат УЗРО:

- q «{ *; 0>«= { X, у, z, ех, ву, ez >т (12)

Углы поворота относительно осей координат имеют традиционные названия: ех - угол крена, ву - угол тангажа, ez - угол рыскания.

Вектор U изменения состояния рабочего сагана за счет упругих смещений размерности 2п: ,

U = < e;ds/dt; de/dt >., (13)

Результирующее значение вектора состояния

3 а 3© + и а { H+i; s+e; V+ ds/dt; de/dt} (14)

и сопротивление почвы движению рабочего органа зависит от упругих смещений:

F = F {Зо + U }

Упругое крепление в общем случае является системой с распределенными параметрами, находящейся под действием распределенной нагрузки. Разлагая формы упругих смещений по формам собственных колебаний основных частот и приводя силы и массы к носку рабочего органа, удалось свести задачу к матричному дифференциальному уравнению в форме Коши, в которых за фазовые координаты приняты изменения вектора состояния II:

¥и'вби + И{3> + р(й , (15)

где 6 , У - блочные матрицы собственных свойств упругой системы размерности 2п со структурой вида

Е , 0 Е 0

У =

-С -В 1 0 А

А - диагональная матрица коэффициентов инерции, в- симметричная матрица коэффициентов диссипации, С- симметричная матрица коэффициентов жесткости, Е, 0 - соответственно единичная и нулевая матрицы размерности п; И{3> - нелинейная детерминированная бёктор-функция реакции почвенной среды размерности 2п:

. Я{3} = Я{30 +11}. (16)

р(Ц - случайная составляющая реакции вследствие неоднородностей почвенной среды- .

В структуре этих векторов присутствуют векторы сопротивления почвы Я

= £0! Г <зн И{зв +и>=[0; «ЧЗо +11>, р(Ч=[0; «М].

Число п обобщенных координат выбирается в зависимости от конкретной задачи. При отсутствии моментов М упругие прогибы консольного крепления пропорциональны углам поворота. Число независимых координат в этом случае п=3 и векторы обобщённых координат и сопротивления трёхмерны: я=5={*/ у, 2}т; р*р=г{Рх» Ру, Рг}т.

Система из уравнений (15) и (16) образует совмещённую динамическую модель взаимодействия рабочего органа с почвой. Первое уравнение системы описывает упругие смещения рабочего органа, второе - энергетику технологического процесса по принципу "вход-выход".

Структура модели представлена на рис 5а. В её основе лежит встречно-параллельное соединение двух звеньев: звена УЗРО, описываемого уравнением (15), и звена энергетики технологического процесса почвообработки, описываемого уравнением (16).

Как видно из схемы, упругость крепления образует обратную связь между выходом и входом модели. Наличие такой обратной связи является важной отличительной особенностью работы УЗРО, позволяющей объяснить все динамические эффекты процесса. '

При анализе нелинейную вектор-функцию И{3> подвергли статистической линеаризации.

По правилам статистической линеаризации :

и<з} = Е{за> + 811.+ М1и . (17)

[О] - №«.] • Ют] (14)

118*.= [Ц] «Щ , (19)

где Ц - вектор математического ожидания фазовых координат;

и - центрированный вектор фазовых координат; ГО] - матрица коэффициентов статистической линеаризации порядка 2п

О (Г ре

[Ощ] - матрица коэффициентов корреляции фазовых координат; [Ощ] - матрица взаимных коэффициентов корреляции упругой реакции и фазовых координат;

10*1» [0>] - матрицы коэффициентов линеаризации порядка п; Вн - вектор средних значений нелинейной вектор-функции И{и>; по физическому смыслу - реакция системы на упругость.

Рис, 5. Динамическая модель взаимодействия УЗРО с почвой.

а) совмещённая; б) разделённая

Линеаризованные уравнения задачи включают

Уи'»{{в] + Ю3}и +р(1) , (20)

[вш + в{3,> + Ви = о (21)

динамическое уравнение колебаний (20) "относительно среднего" и уравнение энергоэффекта (21) "в среднем". В структуре линеаризированной модели статическая к динамическая составляющие реакции почвы разделены (рис. 56).

Разделенная динамическая модель хорошо иллюстрирует тот факт, что реакция на упругость Eu(U) системы есть добавка к статической составляющей реакции почвы g{3fi}, и потому может учитываться дополнительным слагаемым во всех известных в земледельческой механике формулах тягового сопротивления рабочих органов.

Достоинством модели является то, что каждое слагаемое имеет физический смысл: матрица [G] описывает свойства упругого крепления рабочего органа; матрица [Q] описывает упругие и вязкие свойства почвенной среды; по физическому смыслу является матрицей квазиупругости почвенной среды; среднее значение реакции системы на упругость Ей характеризует энергоэффект УЗРО по отношению к жёсткому; Rf3o} - статическая характеристика жесткой системы, являющаяся традиционной задачей земледельческой механики о зависимости силы сопротивления от режимов резания.

Анализ уравнений (20), (21) позволил выявить ряд динамических эффектов, во-первых, наблюдается прецессия собственных частот при нагружении системы. Собственные частоты О системы определяются корнями X характеристического уравнения

det[y"l{{<5] + [Q]} - х [E]J = 0 , (22)

в которых матрица свойств упругой системы искажается добавлением матрицы квазиупругости почвы, а значит изменяются и корни, и собственные частоты от вектора состояния, т.е. Х= X (3),П = ft(3).

Во-вторых, обнаружено существование неустойчивых режимов движения рабочего органа. Прецессия часто/ под нагрузкой приводит к тому, что условия устойчивости

Re X. (3) < 0, 1 = 1,2,.... 6 , (23)

могут перестать выполняться при достижении критических значений вектора состояния 3«p. Выявлены два вида неустойчивости: статическая, когда при Re X (3) > 0 одна из частот обращается в нуль Im X = 0 и флаттер, когда | Im х > 0 |.

В третьих, в системе, имеющей обратную связь, обнаруживаются автоколебания. При их описании нелинейности представляли в виде

[Q] = [Q m] [Djm] + iQ F] [Duu] + [Q a] [DUU]1 (24)

где [Duu], [Dum] - матрицы дисперсий и средних значений фазовых координат задачи; [От], [Qf], {Q*] матрицы коэффициэнтов аппроксимации;

Доказано, что такое представление равносильно введению эквивалентной возбуждающей периодической силы p»(t), которая добавляется к случайным шумам pm(t); pB(t)=p„(t)+p»(t).

Получено выражение для дисперсий виброскоростей автоколебаний при отсутствии возмущений:рш(1)=0:

[Dw] = ([B]-[Q¥])1[Qav] , (25)

Частоты автоколебаний определятся собственными значениями матрицы парциальных частот нагруженной системы:

[а>']= elgffA]'1 ([С] - [Qs])} (26)

При действии возмущений рш(1)*0 спектр колебаний меняется; получены соотношения, позволяющие исследовать зависимости уровня автоколебаний oi уровня шумов.

В четвёртых, описано влияние упругости крепления рабочего органа м его энергоэффект 11«= Ей / определяемый средним значением реакции и а упругость.

показателем знергоэффекта служило отношение норм векторов

Э в - normR, / normRo (27)

В качестве нормы использовалась (горизонтальная) составляющая силы сопротивления - тяговое сопротивление.

Энергоэффект выражен через фазовые координаты:

Re= J..«..J [Q(U,Dw)]dli, (28)

а его приращеит

. cIRe = [Q (JL Duu)] dy, (29)

через параметры системы:

dR. - - [Q] [G+Q]1 dR. (30)

и через прецессию частот:

сже = -[дп]т[п]1с1но (31)

Как показывает выражение (28), тяговое сопротивление будет зависеть не только от средних значений упругого сопротивления II, но и от их дисперсий Duu, что свидетельствует о существовании виброэффекта.

Оперативно контролировать энергоэффект можно по прецессии парциальных частот по выражению (31),

Анализ позволил обосновать способ1 максимального снижения энергозатрат: при normR. <0 прецессия должна быть направлена к границам колебательной устойчивости, обеспечивая развитый виброэффект.

Предлагаемая динамическая модель взаимодействия рабочего органа с почвой отражает все особенности задачи: многомерность, нелинейность, автоколебательность, пригодна для различных сплошных сред и различных рабочих органов; большинство существующих энергетических моделей почвообработки является её частными случаями.

Применяемый для описания модели математический аппарат в виде матричных линеаризованных дифференциальных уравнений вводит её в русло современных достижений аналитической механики и, следовательно, может опираться на её развитое компьютерное программное обеспечение.

В четвёртой главе «Методы экспериментальных исследований колебаний упругих смещений рабочих органов почвообрабатывающих машин» приводится обоснование методов экспериментального исследования, соответствующих разработанной модели взаимодействия УЭРО с почвой.

Структура информационного потока модели включает б независимых сигналов: составляющие смещения s*, sz и силы сопротивления Р«, Ру, Р2.

Динамический характер измеряемых величин потребовал переоценки возможностей существующих средств измерений. Доказано, что широко применяемая методика измерения силы сопротивления' P(t) путём тензометрирования стойки для быстропеременных процессов некорректна; при изменении места расположения датчика на стойке от рабочего органа до рамы наблюдаемая нагрузка Рн (О изменяется в пределах от нуля до упругой силы Pc(t) -to всегда Ри (0* P(t). Тензометрирование позволяло методически точно измерять лишь средние значения динамической нагрузки £ , совпадающие со средними значениями упругой силы, т. е. £ в Ее.

Так как переменная сила сопротивления P(t) недоступна для прямых измерений, ю разработанная модель оказалась моделью с ненаблюдаемым входом. При экспериментальном исследовании использовалась наблюдаемая

структура потока информации, в которой вместо трех составляющих силы сопротивления Р*, Ру, Рг входили три составляющие упругой силы Р«, Рсу, Ра, доступные для измерения методами тензометрии. Применяемая методика позволяла избежать применения специальных тензозвеньев между рамой и креплением, искажающих его жесткостные характеристики.

Для регистрации колебаний рабочего органа использовался прямой метод измерения их датчиками вибрации. Применялись датчики виброускорения, имеющие малые габариты и достаточную прочность: пьезокерамические КВ-11, КД-12 (вес до 20г, габариты 14*14x30 мм) в комплекте с виброаппаратурой ЯП"-311 и индуктйвные датчики ДУ-5 (вес 30 г, габариты 20x23x28 мм) в комплекте с аппаратурой ВИб-ТН с фильтрами 0-40 Гц.

Три датчика виброускорения, ориентированные по трем координатным направлениям устанавливались под рабочим органом в защитном кожухе. Погрешность измерений виброускорений ±10%.

В качестве тензоусилителя применялись транзисторные тенэоусилители типа Топаз", ТУП-101. Полоса пропускания всех каналов 0-40 Гц.

Регистрация процессов осуществлялась на фотоленту с помощью шлейфового осциллографа Н-700 при скорости протяжки 16 см/С.

' Полевые исследования проводились совместно с заинтересованными организациями з разных климатических зонах: на полигоне. ГСКБ по культиваторам и сцепкам г. Ростова-на-Дону, в Московской, Куйбышевской и Ташкентской областях на участках поля с ровным рельефом, умеренной засоренности. Твердость почвы замерялась плотномером по слоям, для слоя 0...5 см ее значение колебалось от 0,2 до 0,5 МПа; для слоя 5...10 см - 0,Ь...0,8 МПа, для слоя 10...16 см - 0,8..1,2 МПа. Влажность почвы по тем же слоям составляла соответственно 10...15%, 17...20%, 20...23%. Режимы обработки (глубина хода, скорость) принималась в соответствии с типом рабочего органа и агротребованиями. Изучались при необходимости разгонные характеристики, когда скорость плавно менялась от нуля до номинальной.

Поисковые исследования проводились в лабораторных условиях в почвенном канале кафедры СХМ ДГТУ. Применялась та же аппаратура, что и для полевых исследований. Тяговое сопротивление замерялась с помощью тензобалки, на которой крепился рабочий орган.

Во всех случаях исследования носили сравнительный характер, одновремено изучались сигналы с исследуемого и базового крепления. В качестве базового служило крепление, относящееся к типу жёстких.

Достоинства применённой методики: пространственность измерений по трем координатным осям, размещение датчиков вибрации непосоедственно под рабочим органом, прямые измерения виброускорения без Аппаратного интегрирования, расширенный диапазон частот до 40 герц, гравнительный характер измерений, отсутствие дополнительных тензозвеньев.

В пятой главе «Результаты экспериментальных исследований колебаний и энергетики упругозакреплённых рабочих органов» приведены эксперт,^нтальны»-данные, подтверждающие результаты математического моделирования о влиянии упругой кинематики на устойчивость хода и энергетику рабочего органа.

Вышеизложенными методами изучены колебания и энергетика УЗРО всех типов, приведённых на рис. 3, в полевых и лабораторных условиях Регистрировались колебания и нагрузки в частотном диапазоне 0-40 Гц по трем координатам в режимах нормальной эксплуатации.

Полученные осциллограммы (рис. 6) показывают, что движение рабочего органа в почве сопровождается интенсивными колебаниями с периодическими составляющими, замаскированными высокочастотным шумом. Интенсивность колебаний по виброускорению до 8 д (табл. 2), что дает право рассматривать их как технологический и энергетический фактор в почвообработке.

Рис. б. Образец осципограмм колебаний рабочего органа культиватора.

Установлено, что распределение - значений вибросмещений и виброускорений не подчиняется нормальному закону; графики плотности распределения имели чётко выраженную асимметрию и эксцесс (рис. 7а), свидетельствующие о наличии значительных периодических составляющих.

6)

Рис. 7. Типичные графики плотностей распределения ' а) по виброускоренивд, б) „о вибросмещению.

Характеристики распределения: среднеквадратичное отклонение о, коэффициент асимметрии Аб , коэффициент эксцесса Эк для типовых образцов упругого крепления приведены в табл. 2.

Доля детерминированных составляющих оценивалась по коэффициенту регулярности р,, значения которого для виброускорений колеблется в пределах: 0,9 < рг < 2,5. 9 спектре колебаний присутствуют гармоники с частотами, близкими, но не равными собственным частотам упругой подвески.

О наличии периодических составляющих различных частот говорила И форма корреляционных функций (рис 8).

С точки зрения аналитической теории сигналов такие колебания относятся к смешанным случайным процессам с полигармонической детерминированной составляющей и узкополосным гауссовским случайным процессом с нулевые средним.

• Таблица 2

Статистические характеристики виброускорений рабочих органов

Номер стойки или подвес ки Условия работы Нагруз ка, И 1 Коорди-[ наты Па расп раметры ределения

V, км/ч н, см И, % Твёрдо СТЬ, МПа о м/с2 А» э, 92

5 12 12 18-20 0,6-0,8 400 X 15,5 -0,14 0,59 2,1

г 5,3 -0,54 0,60 1,7

У 2,4 -0,36 0,30 1,9

7 8 25 22-24 1,0 2400 X 2,75 0.15 -0,26 1,4

г 1,48 0,17 0,34 1,7

У 0,83 0,15 -0,45 0,8

16 10 12 18-20 0,6-0,8 790 X 1,10 -0,22 0,36 2,2

г 0,84 -0,47 0,14 2,1

18 10 12 18-20 • 0,6-0,8 820 X 2,34 0,19 0,51 1,9

г 1,70 0,28 0,20 1,7

У 0,95 -0,19 0,31 0,9

24 8 25 21-24 1,0-1,1 4100 X 0,31 -0,21 0,36 1,4

г 0,24 -0,11 0,24 1,7

У 0,17 -0,31 0,33 1,1

Рис. 8. Типичный вид корреляционных функций виброускорний работ-органов культиватора

Условия стационарности и эргодичности упругих смещений по математическому ожиданию и дисперсии в полевых условиях не выполнялись. Их можно считать приближенно выполняемыми лишь для корреляционной функции. Особенности колебаний УЗРО ограничивали применение традиционных непараметрических оценок корреляционного и спектрального анализа для их описания.

Влияние упругой кинематики на колебания и энергетику УЗРО изучено на примере стрельчатых лап культиваторов, как имеющих наиболее сложную трёхмерную геометрию, чувствительную к искажениям и повышенные требования к равномерности хода по глубине.

Исследования проводились на макетах подвески с варьируемыми параметрами (рис. 9). Жесткость варьировались в пределах 20-60 Н/мм сменными рессорами, а кинематический показатель в пределах 0, 125 ...- 0, 21, -изменением отнесения носка рабочего органа.

По результатам полевых исследований строились диаграммы рассеяния отношения тяговых сопротивлений Ех / Ехо рабочего органа на упругой и жёсткой подвеске в функции отношения амплитуд автоколебаний а; / ао (рис. 10).

Тяговое сопротивление и интенсивности вибрационного процесса обнаруживает сильную зависимость от кинематического режима. Наиболее энергоёмок (в 2,5 раза) и неустойчив по глубине хода режим с заглублением.

Рис. 9. Макет упругого крепления с варьируемыми показателями

Более экономичным является нулевой режим, сопротивление сопутствовало режимам с выглублением.

У « О.ООЗЗх2 - 0,0^58х + О, - 0.9222 1361

♦

♦

1 > ^^ | • *" У* И ),6595е * » 0,81 04И» ГЗ

1.70 2,86

2,30 2.87 3,43 | амплоту» колебаний в в

3 87

Наименьшее тяговое

Рис. 10. Диаграмма рассеяния отношения тягового сопротивления и амплитуд колебаний упругого рабочего органа культиватора.

Наилучшая аппроксимация зависимости Ех/Вя^а^ао) не монотонная экспотенциальная, а полиномиальная с минимумом в области режима с выглублением, что указывает на оптимизационное^ задачи.

В лабораторных условиях на том же макете для различных рабочих органов получали регрессионные зависимости Р=^У,Н, сп, х). Наилучшим образом они описывалась регрессией третьего порядка. Параметры модели определялись методами планирования эксперимента. Например, уравнение регрессии для УЗРО типа полольной лапы В=270 мм имело вид:

Р=б8+18,8x1+24,5x2+8,0хз+8,ббх,2-7,1бхз2+б,56Х1Х3+2,35х2х3+2,5х4Хг-2,8x3^ , где Х1= У/12 , х2 = Н/11, хз = Х/0,15, х< = са/45 (35)

На рис. 11 представлены графики этой зависимости Р/Ро(Х) для различных жесткостей.

Кинематический режим

Рис. 11. Зависимость тягового сопротивления культиваторной лапы от кинематического режима : (♦- сц=25 Н/мм, »<11=48 Н/мм, д- Сц= 68 Н/мм).

Важнейшим обстоятельством является наличие минимума силы сопротивления вблизи нулевого кинематического режима при значениях кинематического показателя Х]=-0;05...-0Д. Важной является и существенность влияния упругой кинематики на энергетику: при изменении Х1 от 0,15 до -0,1, тяговое сопротивление снижается в 1,47 раза, что для почвобработки значительно.

Исследованы в почвенном канале разгонные характеристики рабочих органов на упругих креплениях № 1-22. В качестве скоростного показателя упругой подвески применялось отношение тягового сопротивления при скоростях 16 км/ч и 8 км/ч

¡ИР»«/Р« (36)

Такой безразмерный показатель позволял оценивать эффективность подвесок независимо от размеров рабочего органа.

Получаемые графики зависимости показателя £ от скорости (рис. 12) для упругого крепления с разной кинематикой носят одинаковый характер монотонных

вогнутых кривых, отличающихся лишь крутизной; они хорошо аппроксимируются экспотенциальной функцией вида

$=кв еку (37)

где к, к« - коэффициенты, зависящие от кинематического режима.

Отмечены явления неустойчивости, когда на разгонной характеристике при достижении критической скорости появлялся резкий рост тягового сопротивления (2-3 раза) (кривая ♦ рис. 12). Такие явления наблюдаются у подвесок с кинематическим режимом с зарыванием.

(♦ - стойка №8, д-стойка №5, стойка №6)

В целом экспериментальные исследования подтверждают теоретические положения о существовании пространственных колебаний, явлениях неустойчивости, влиянии упругой кинематики на вибрационные процессы, устойчивость хода и энергетику взаимодействия рабочего органа с почвой, а также доказывают существенность такого влияния для энергосбережения. Шестая глава «Методы идентификации параметров динамической модели взаимодействия рабочего органа с почвой» посвящёна обоснованию методов идентификации параметров модели как основного метода обработки результатов экспериментальных исследований.

Для практической идентификации уравнения модели (20), (21) приведены к трехмерной форме, в которой параметры модели имеют традиционный физический смысл:

{А]5" +[В,]в' +[С1]5= р,(1); (38)

где [С,] = [С] + [05], (В,) = [В] - [Оу] ; 1С»], [С] - матрицы жесткости нагруженной и ненагруженной системы; (81], [В] - матрицы затухания нагруженной и ненагруженной системы; [Оу], - матрицы вносимого затухания и квазижесткости почвы;

р*^) - внешняя возмущающая сила с нулевым математическим ожиданием ; Р»(0 = Р*(1)+ рш(1)

РаШ и РшШ ~ соответственно периодическая и -случайная составляющая возмущений;

s, в', я" - центрированные значения соответственно вибросмещений, виброскорости и виброускорений.

Для определения параметров динамической модели - матриц [А], [В], [С], [Qvl [Qs] применён метод пассивной идентификаций, основанный на анализе сигналов, доступных для наблюдения в режиме нормальной эксплуатации: виброускорения рабочего органа а" и упругой силы рс * -[С]*.

Особенности разработанной динамической модели: ненаблюдаемость входных воздействий pB(t), p*(t), pm(t); многомерность задачи и статистическая взаимосвязь между составляющими векторов - потребовали разработки специального поэтапного метода идентификации, использующего наблюдения в разных режимах нагружения.

На первом этапе проводится статическая активная идентификация жесткости крепления: матрица жесткости [С] экспериментально определялась статическими нагружениями на стенде по методикам гл.2.

На втором этапе используются свободные колебания ненагруженного упруго закреплённого рабочего органа, описываемые уравнением:

[A] a" +ÍB] в' +[С] s=0 (39.1)

(Литая упругую силу рс = -[С] s известным входом модели, получали:

[A] s" +[В] «' = рс (39.2)

Придавая уравнению (39.2) дискретную форму:

[A]s"o [п] +[B]s'o [п] = рс[п], п = 1,2,... N. и рассматривая это уравнение как регрессионное с матрицей наблюдений входа [Х]= [s"0[n]; s'0[n]] и матрицей наблюдений выхода [y]=Pc[n], получали по методу МНК оценки параметров:

[А/01 = [у] [Х]т {[X] pqT>1 (40)

Третий этап гармоническая идентификация. Использовалось то обстоятельство, что колебания УЗРО всегда имеют гармонические составляющие. Выделяя их через преобразование Фурье, авторегрессию б порядка типа ARX, аппроксимировали сигнал суммой трёх гармоник:

Sj=Z a, sin о), t +b, cos ш| t j = 1,2,3. (41)

Это позволило сигналы виброскорости и вибросмещений получать интегрированием аналитических выражений гармонических сигналов, избегая погрешностей цифрового интегрирования сигналов, и ограничиться короткими реализациями N0 = 32 ...64.

После выделения гармоник уравнение (38) распадается на два: - уравнение гармонических сигналов:

[А]« в" +[Bi]«t' +[Ct]»e = p*(t); (42.1)

уравнение случайных составляющих:

[А] *." +[*»] «.* +{CJ », - pw(t); (42.2)

При гармонической идентификации по уравнению (42.1), когда частоты автоколебаний определятся собственными значениями матрицы парциальных частот нагруженной системы, на частотах гармоник справедливо соотношение

{*]*",+{ci]*e« 0 (43)

Придавая уравнению (43) дискретную форму и рассматривая его как регрессионное, получали по соотношению (40) МНК оценки [CJ. Тогда оценки матриц квазиупругости почвенной среды :

ма-га-юь (44)

Четвёртый этап - статистическая идентификация по уравнению (42.2). Такой переход равносилен переходу в другую частотную область. Выделяя известные рс*= [Ci] s. + [А] s," в уравнении (42.2), приводим его к форме

[В»]8.'=рш-рсА, (45)

где рш по-прежнему рассматривается в качестве шума. Придавая уравнению (45) дискретную форму и рассматривая его как регрессионное, получали по методу МНК оценки [Bt], затем оценку :

ада-ю-[ад <««

Оценка адекватности динамической модели проводилась проверкой остатков:

с=[А] «" +[В J «' +[Ci} в -pB(t)- рш(1) (47)

на близость к белому шуму по Р.Л. Кашьяп, А.Р. Pao (нулевая гипотеза). Применение её показывает, что для реализаций без резких выбросов, нормированные спектральные плотности остатков укладывались с 95% вероятностью в доверительный интервал отклонений на уровне ±1,36/ND.

Разделение сигнала на гармоническую и случайную составляющие позволили снять ограничения по смешанному сигналу и определять ошибки оценивания (5.37) и (5.40) по методу МНК с применением t-распределения Стьюдента. С вероятностью а= 0,95 ошибка оценивания имела предел ±15%.

При расчётах на ЭВМ использовались различные дискретные формы дифференциальных уравнений (33)-(39). Во временной области в качестве дискретных модели использовалось разностно-матричное уравнение вида:

A(D) s(k) = Pg(k) + Рш(Ю, (48)

где A(D),- матричные полиномы от разностных операторов; В комплексной области применялось Z - преобразование и модели авторегрессии типа ARX (AutoRegressive with external input):

Дискретные модели • дали возможность применять параметрические методы оценивания, выгодно отличающиеся от методов непараметрического оценивания своей экономичностью, точностью и малой чувствительностью к шуму и ошибкам измерений. Переход к дискретным моделям позволил использова-rt, программные наработки теории управления; в работе использовались пакеты идентификации матричной системы MatLAB.

Таким образом, разработанная динамическая модель оказалась доступной для применения достаточно простых и эффективных современных методов идентификации, что позволяет при, генять её в инженерной практике.

Седьмая глава «Оптимизация жёсткости упругого крепления по минимуму энергозатрат» посвящена разработке методов оптимизации параметров разработанной модели по минимуму энергозатрат процесса.

В качестве параметров оптимизации упругого крепления приняты 6 коэффициентов матрицы жесткости С, доступные для управления: три диагональных элемента (сц, Сц, сэз), и три элемента межкоординатных связей (сп, Си, C23). Другие параметры: A, Qs, Qv, управлению недоступны.

Применялась статическая оптимизация жёсткости по упругой кинематике и динамическая по разработанной динамической модели.

При статической оптимизации расчётом и подбором конфигурации упругого крепления добивались выполнения условий (5) и (8) оптимальности упругой кинематики под рабочей нагрузкой.

Так оптимизировалось упругое крепление стрельчатый универсальных лап культиваторов для сплошной обработки почвы типа КШУ-12. Разработанная подвеска № 16 при рабочей нагрузке 920Н, приложенной под углом у=18°, кинематически оптимальна; она обеспечивала вертикальные смещения носка и крыльев лапы в пределах агродопуска Ад=±10мм (табл. 4) при кинематическом коэффициэнте ¿.=0,0564, соответствующем нулевому режиму по глубине хода. Однако при горизонтальной нагрузке кинематический коэффициэнт Х=-0,466 далёк от найденного оптимального значения в гл.5 х=-0;05...-0,1 и означает чрезмерное выглубление. Подвеска давала плохое заглубление рабочего органа, требовалась повышенная жёсткость, и, как следствие, неразвитость виброэффекта: амплитуды колебаний на порядок ниже, чем у пружинных зубьев.

При динамической оптимизации жёсткости главный критерий оптимальности требовал минимума среднего значения горизонтальной составляющей силы сопротивления:

{E)x=mm • (49)

или с учётом выражения (28)

Fe = { J-И.. J tQ(U,Duu)]dU>x = min, (50)

Учитывались: ограничения по агротехническим требованиям: j

ЬкЛц (51.1.)

- ограничения по устойчивости:

ReXmm < 0, llrnXmm | > 0,7 «¡omm! (51.2)

- ограничения по прочности: жесткости стойки по направлениям с« должны быть больше минимально допустимых по условиям прочности q v:

Си< Qnp, i = 1,2,3;. (51.3)

Нахождение минимума нелинейного функционала (50) при таких ограничениях является сложной задачей многокритериального нелинейного программирования, требует- предварительного получения зависимости QUL °ии) экспериментально.

С учётом выражений (30), (31) найдеЙы условия упрощения задачи путём перехода от оптимизации элементов матрицы жёсткости к оптимизации парциальных частот [QMA]'1 [Ci] вблизи рабочей нагрузки. В результате задача многокритериальной оптимизации сведена к однокритериальной с ограничениями и сформулирована так:

найти параметры п* i,к = 1,2,3 симметричной матрицы парциальных частот [fi], дающим минимум нелинейному функционалу

Кг =([Qs){[A)[0)2-IQ}y%)x (52)

с вектором направляющих косинусов внешней нагрузки К,

Кр в {coSy,, COS^ü COSlfyJ1 (53)

при ограничениях

[»lf<0,?a« (54)

{fAHaí)»x<e,01 (55)

и при начальных условиях [ОМОД • (56)

Оптимальная матрица парциальных частот •

[íijopt = arg mirv [C-QJ% }r (57)

Оптимальная жесткость

[Сор,] = JA] lííj* (58)

Решение задачи оптимизации проводилось методами ' нелинейного программирования. Использовался модуль минимизации MIN0G из библиотеки научных программ SSP Fortran. В настоящее время применяется инструментарий пакета Optimization Toolbox среды Matlab.

Проведена динамическая оптимизация подвесок для культиваторов КШУ, В результате расчётов для режима Н=12 см, V=12 км/час получены оптимальные жёсткости сц=38,1, с12=-3,2, с22=57,5, Сэз= 27,5. С точностью ±10% они реализованы в подвеске № 19 с Л-образными рессорами для стрельчатых универсальных лап В=330 мм для работы на некаменистых полях (рис.13а).

Для работы на каменистых почвах была разработана упругая подвеска стрельчатых лап № 20 с предохранителем (рис. 136). Такие подвески составляют новый класс подвесок с предварительно напряжённым упругим трёхзвенником. В результате расчётов для режима Н=15 см, V=12 км/час получены оптимальные жёсткости Сп=28,5, Cu=7,4, с22= 196,2, Сзз= 47,1.

Показатели упругих свойств приведены в табл. 1, а положения носка и крыльев лапы под нагрузкой приведено в табл. 4.

жесткосгями: а-с Л-образными рессорами, б- с S-образными рессорами.

Табл.4

Смещения рабочего органа на оптимизированных подвесках

№ Смещения при ч<-0" Смещения при v=18°

носка крыльев X носка крыльев X

X z xL zL X z xL zL

16 20,7 -9,7 20,6 -17,0 -0,466 16,7 -0,9 16,5 -8,3 -0,006

19 26,4 -14,7 26,0 -12,9 -0,057 24,6 4,0 24,3 -7,5 0,163

20 35,4 -1,34 35,2 -11,1 -0,037 33,4 0,3 33,0 -9,5 0,096

Рассмотрение данных таблицы свидетельствует, что оптимальность упругой кинематики сохраняется и при динамической оптимизации. Положение лапы программа оптимизации находит также в верхней части допуска. Отличием является то, что под нагрузкой траектории носка рабочего органа вблизи равновесного состояния ориентированы уже на слабое заглубление, что способствует возбуждению интенсивных вибраций.

Данные таблиц иллюстрируют и основную тенденцию оптимизации: снижение продольной и увеличение вертикальной жёсткости, снижение углов

поворота, снижение выглубления под рабочей нагрузкой. Программа оптимизации выдаёт в качестве оптимального режим, приближающийся к границе колебательной неустойчивости (флаттеру), удаляя его от границ статической неустойчивости (дивергенции).

Эффективность оптимизации проверялась в лабораторных условиях.

Разгонные характеристики оптимизированных подвесок приведены на рис. 14. Графики показывают, что в диапазоне рабочих скоростей оптимизированные подвески по сравнению с жёстким креплением дают снижение тягового сопротивления на 22%, причём статическая оптимизация упругой кинематики даёт примерно . половину энергоэфекта. Оптимизация динамическая позволяет повысить общий энергоэффект оптимизации в два раза. Особенно заметен энергоэффект оптимизации (в 1,5 раза) при сравнении с неоптимизированной подвеской № 17 того же класса.

0.8012ем,а,|

I

!

),85428*"«" |

0 84вво.13№< ,

3,8745в0,11в1* I 3883вй«№ |

а ю 14 16

Скорость, шдоа

Рис. 14. Разгонные характеристики оптимизированных стоек. (♦ -стойка № 17; + - жёсткая стойка №22, * -подвеска № 16; х- подвеска № 19; Д- подвеска № 20).

Кроме энергоэффекта оптимизация улучшает агротехические показатели работы, устраняя неравномерность хода по глубине и угловые искажения. Тем самым она открывает возможность нормальной работы универсальных стрельчатых лап на упругой подвеске.

Сравнение значений кинематических параметров, полученных в результате оптимизации, и экспериментально найденными методом планирования эксперимента в главе 5, позволило оценить точность разработанного метода оптимизации не хуже 20%.

В восьмой главе «Практические рекомендации по расчету и оптимизации упругого крепления» изложены практические методики разработки энергосберегающего упругого крепления рабочих органов.

г.5

1,5

0.5

* у*

+ У" О' у» У =

у-

[

Разработаны практические рекомендации, которые легли в основу отраслевых методических указаний, разработанных автором совместно с НПО ВИСХОМ. Они включали предложения, методики и алгоритмы по измерениям, расчётам, идентификации и оптимизации упругих смещений рабочих органов почвообрабатывающих машин. Разработанные алгоритмы и программы (STAT1D, SINTEZ, ZUB, IDENT, OPTIG) согласованы друг с другом по входным и выходным данным и составляют единый пакет программного обеспечения расчётов упругого крепления. В табл. 7.1 приведен перечень входных и выходных данных каждой программы и тип решаемой задачи.

Использовалось программное обеспечение задач нелинейного программирования: вначале модуль программ минимизации MIN0G из библиотеки SSP FORTRAN , а затем инструментарий пакета Optimization Toolbox среды Matlab (функции fgoalattain, fmincon, constr).

Таблица 6

Характеристики пакета программ для расчета упругих стоек

Програм ма пакета Входные данные Решаемая " задача Выходные данные

STATID Массив смещений трех точек [5М], массив трех нагрузок ГРМ] Статическая идентификация модели Показатели упругости [А], [С], [Н]

SINTEZ Показатели упругости [д], [С]; нагрузка Р, угол приложения ц/; ограничения; начальный участок стойки ^1,3). Синтез конфигурации по требуемым показателям упругости Конфигурация стойки MU), J=l,...10, I=1,...L; • упругие деформации стойки

ZUB Конфигурация Р(Щ 3=1, ...4,1=1,.1 Рабочая нагрузка Р, угол у Получение показателей упругости по конфигураций стойки Упругие смещения; показатели упругости [Л], [С], [Н]

IDENTO Запись ' свободных колебаний рабочего органа по ускорению б". Идентификация ненагруженной системы. Матрицы инерции [А] и диссипации [В]

IDENTP Записи изменения нагрузки Р, ускорения б" рабочего органа. Идентификация нагруженной динамической модели. Показатели взаимодействия [Qs], [Qv]; динамические возмущения р„

OPTIG Показатели взаимодействия 1051, [0*1; динамические возмущения ря. Оптимизация динамической модели. Оптимальная жесткость [Copt] и податливость М-

Пакет программ может использоваться в двух режимах: разработки новой стойки или коррекции существующей. Режимы отличаются последовательностью применения программ.

В режиме разработки новой стойки на первой этапе жесткость определяется статической оптимизацией программой БМГК по агротехническим требованиям; такая стойка используется для экспериментального определения показателей взаимодействия [Оз] и [Оу], рд программами ШЕИТ. На втором этапе по известным [ОД [Оу], рд проводится динамическая оптимизация программой ОРТКЗ и определяется динамически оптимальная жесткость [С**], синтезируется стойка такой жёсткости программой БИЧТК, изготавливается, её упругие свойства контролируются программой 5ТАТЮ.

В режиме коррекции сразу проводится динамическая оптимизация по второму этапу. Режим коррекции применим для мониторинга степени оптимальности упругих стоек рабочих органов.

Алгоритм достаточно универсален; пригоден для любых рабочих органов, хорошо приспособлен для работы в системах автоматизированного проектирования почвообрабатывающих машин.

Работа пакета программ неоднократно проверялась при оптимизации жесткосгей упругих подвесок разных типов.

Разработанные алгоритмы и программы по расчету стоек позволяют решать разнообразные практические задачи анализа, синтеза, идентификации и оптимизации параметров упругих стоек.

Внедрение результатов исследования

На основе разработанной динамической модели и методов оптимизации её параметров в течении длительного времени, начиная с 70-х годов, по заказам предприятий и организаций были разработаны различные конструкции упругого крепления (№№ 5, 9,12,13,14,15,16,19, 20).

В 70-х годах в связи с переходом почвообработки на повышенные скорости работы возникли проблемы, связанные с неустойчивостью хода рабочих органов и резким ростом тягового сопротивления, начали применять пружинные стержневые стойки и пружинные зубья. Была статически оптимизирована упругая стойка КПЦ.00.340 с наральником № 5 для рыхления при предпосевной обработке почвы - аналог датской пружинной стойки «КогфкМе". Такие стойки применены в культиваторе БШП-8 и пружинной бороне БП-8.

Специально для универсальных стрельчатых лап разработана стержневая консольная упругая стойка № 9 с оптимизированной упругой кинематикой."

Для полольных лап обоснован новый тип упругих стоек - контурные. В основе их конфигураций лежал замкнутый контур различной формы, управляя которым можно управлять величиной и направлением упругих смещений. Разработаны и испытаны стойки с круговым, прямоугольным, каплевидным, треугольным, параллелограммным контуром. Контурные стойки обладали меньшей металлоёмкостью и габаритами, чем грядильная подвеска, способны были в отличие от неё работать устойчиво на повышенных скоростях. Эти преимущества открывали путь к созданию серии широкозахватных культиваторов к энергонасыщенным тракторам.

Стойки с круговым контуром внедрены в конструкцию культиватора КШУ-10 для предпосевной обработки под посевы сои. Стойки с треугольным контуром применялись в конструкции- культиватора КШУ-8. Контурные типа наклонного параллелограмма внедрены в конструкцию широкозахватного культиватора для сплошной обработки почвы КШУ-12.

Для раскрытия всех ресурсов энергосбережения упругого крепления созданы динамически оптимальные упругие подвески. Подвеска с Л-образной рессорой внедрена в конструкцию культиватора для сплошной обработки почвы и АШУ-24.

Для каменистых почв разработана упругая стойка № 20 с развитым предохранительным эффектом, в которой совмещены функции энергосбережения и автоматического предохранения от перегрузок в одной конструкции упругого крепления. Рекомендована к внедрению на культиваторах КШУ-18 при сплошной обработки каменистых почв.

Разработанные конструкции подвесок: N9 19 с Л-образным упругим элементом и № 20 с Б-образной рессорой и предохранительным эффектом 'уникальны по упругой кинематике, сочетая упругость пружинных стоек и минимум угловых искажений жестких стоек, оригинальность конструкции подтверждена авторскими свидетельствами на изобретение.

Главный источник получения экономического эффекта от применения разработанных вариантов упругого крепления - возможность за счёт снижения роста тягового сопротивления и металлоёмкости повысить скорости обработки почвы и создать широкозахватные высокопроизводительные культиваторы к энергонасыщенным тракторам:

Суммарный годовой экономический эффект от применения культиваторов с оптимизированным упругим креплением составил 5388 тыс. руб. в ценах 1989 года. Из них эффект от применения собственно конструкций новых упругих стоек и подвесок оценён в 1160 тыс. рублей в ценах 1989 г.

Основные выводы по работе .

1. Установлено, что все крепления рабочих органов современных почвообрабатывающих машин являются конструкциями упругими; максимально достижимая продольная жесткость у культиваторов - 100 кН/м, у плугов - 500 кН/м; наблюдается их широкий разброс; идеально жестких креплений в реальных конструкциях не существует.

Упругие смещения рабочих органов имеют особенности: пространственность, несовпадение направлений сил и смещений, межкоординатные связи, наличие сопутствующих вертикальных смещений и углов поворота. Разработанная система показателей упругих свойств крепления, состоящая из матрицы жёсткости (податливости) и матрицы угловых смещений, учитывает эти особенности и содержит значения не только диагональных, но и недиагональных элементов матриц.

2. Экспериментально установлено, что при работе упругость крепления приводит к значительным упругим смещениям рабочего органа, сравнимым с глубингй хода; значительным углам поворота, искажающих начальную геометрию резания (0,04 - 0,32 град/Н); упругие смещения придают динамический характер движению рабочего органа в почве, образуя вибрационные процессы на частотах 10-30 Гц, интенсивностью до 8 д по ускорению, вследствие чего они должны, считаться существенным энергетическим фактором.

3. Разработанная динамическая модель взаимодействия упруго закрепленного рабочего органа с почвой в виде матрично-векторных уравнений в канонической форме в пространстве состояний (15) (16), где фазовыми координатами являются упругие смещения и их скорость, позволяет полно учесть все особенности задачи (трехмерность и пространственность, нелинейность и

автоколебательность, инерционность и стохастичность) и 'придать уравнениям форму фундаментальных соотношений.

4. Важной особенностью модели является наличие обратной связи, когда упругие смещения вызывают изменение вызвавшей их силы сопротивления, что приводит к появлению ряда динамических эффектов, необъяснимых без учёта обратной связи. Описание динамических свойств почвы матрицей квазиупругости из коэффициентов статистической линеаризации ' 'позволяет оперативно определять их в режиме нормальной эксплуатации и не требует исследований на образцах.

Уравнения модели с матрицами 12x12 учитывают влияние на процесс десятков факторов. Информативность и общность позволяет использовать их при решении задач динамики разнообразных рабочих органов при различных конструкциях их крепления и свойствах среды.

5. Упругость крепления в системе «рабочий орган - почва» приводит к появлению следующих динамических эффектов:

- зависимости динамических характеристик системы от нагрузки; в систему вносится квазиупругосгь и затухание, изменяющее приведенную жесткость системы по выражению (20) и вызывающую прецессию собственных частот системы от нагрузки;

- появлению неустойчивых режимов в двух формах: статической и колебательной; соответствующие известным в аэродинамике дивергенции и флаттеру; обеспечение устойчивости требует ограничения вносимой квазиупругосги и ограничения прецессии собственных частот;

- существованию автоколебаний в системе, условия их возбуждения зависят от нелинёйностей зависимости демпфирующих свойств почвенной среды от дисперсии колебаний (24); автоколебания возбуждаются на частотах, близких к собственным частотам нагруженной системы (26), и взаимодействуют с вынужденными; частотные .характеристики и итоговый спектр упругих смещений оказываются сложно зависимыми от величины возмущений;

- появлению специфической добавочной силы - реакции на упругость (28), дающей энергетический эффект упругого крепления; её приращение оказывается зависимым не только от средних значений упругих смещений, но и от их дисперсий (29), Энергоэффект определяется соотношением матриц собственных свойств системы и квазиупругосги почтенной среды (30) и сложно связан с устойчивостью движения через прецессию собственных частот (31).

6. Разработанная модель при существующем состоянии средств измерения относится к моделям с ненаблюдаемым входом. Модель идентифицируема, если применять четырёхэтапный метод идентификации, включающий определение жёсткостей статическими нагружениями, анализ- собственных колебаний ненагруженной системы, раздельный анализ гармонических автоколебаний и случайных сигналов нагруженной системы. Анализ близости остатков к белому шуму подтверждал адекватность модели.

Разработанная методика идентификации позволяет определять параметры модели по коротким реализациям колебаний рабочего органа и пригодна для экспресс-диагностики состояния системы.

7. Энергетические ресурсы упруго закреплённого рабочего органа складываются из:

оптимизации межкоординатных связей упругого крепления варьированием недиагональных элементов матрицы жёсткости; упругие смещения

должны соответствовать нулевому кинематическому режиму при коэффициенте Х|*-0,1...*0,2; .. ..

- оптимизации спектра собственных частот варьированием диагональных элементов матрицы жёсткости;

- минимизации угловых искажений за счёт применения упругих подвесок с замкнутым контуром, близким к параллелограммному; '

- оптимизации запасов колебательной устойчивости таким образом/чтобы при существующих свойствах. почвы - создавались условия для развития автоколебаний, дающих виброэффект.

8. Реализация этих ресурсов на практике возможна лишь за счёт многопараметрической оптимизации упругих свойств крепления, использующая а качестве параметров б элементов матреды жёсткости - три диагональных и три недиагональных. ~ Выведенный критерий оптимизации по максимальности' энергоэффекта включает идентифицируемые параметры модели и собственные частоты. Он позволяет эффективно проводить .оптимизацию с учетом агротехнических, прочностных ограничений и по устойчивости движения с точностью до 20 %, что для практики достаточно.

9. Энергетический эффект упругого крепления будет наибольшим, если обеспечен режим работы с минимально необходимым по условиям прочности и агротехническим допускам запасом колебательной устойчивости. ' . * '

10. Применение на практике оптимизации показывает существование значительного ресурса энергосбережения упругого крепления; так, варьируя только структурой матрицы жесткости упругого крепления' при неизменном рабочем органе, можно добиться снижения тягового сопротивления до 20 % по сравнению с жестким креплением, а по сравнению с образцами упругих креплений, разработанных без учета условий оптимальности, энергоэффект может. достигать значительно больших величин. _ '

И. Практические приложения разработанной теории упругого крепления для рабочих органов культиваторов позволили подтвердить все положения разработанной теории. Разработанные методы расчета и конструирования. упругого крепления внедрены в ЗАО «Красный Аксай» г. Ростова-на-Дону и применены для улучшения энергетических и качественных показателей культиваторов КШУ-12, КШУ-18, АШУ-24. Экономический эффект только по этим машинам составил свыше миллиона рублей.

12. В целом совокупность работ, выполненных по теме диссертационной работы, раскрывает основные закономерности динамики рабочих органов почвообрабатывающих машин и открывает путь их использования в качестве энергетического фактора для решения проблемы . энергосбережения в почвообработке.

Результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Игнатенко И. В. Энергетические аспекты взаимодействия упруго, закреплённого рабочего органа с почвой в земледельческой механике: Монография.-Росгов н/Д: Издательский центр ДПУ, 2002.- 160 с. ISBN 5-7890-" 0228-5

2. Ю.Ф.Новиков, Е.Л.Кондратьев, И.В. Игнатенко. Устойчивость работы упругой подвески рабочих органов культиватора//Доклады ВАСХНИЛ, 1976, № 12. С 35-37.

3. Игнатенко И.В. Динамическая модель взаимодействия упруго закреплённого рабочего органа с почвой» //Журнал "Научная мысль Кавказа», №14, 2002, С. 90-98.

4. С. А. Инаекян, И.В. Игнатенко, АЛ Завражнов, В.П. Жаров. Определение и расчёт параметров упругих стоек рабочих органов почвообрабатывающих машин: Метод, указ. МУ 23.2.48-89.-М.: изд. ВИСХОМ, 1990.-60 с.

5. Игнатенко И.В. Динамическая модель взаимодействия упругого рабочего органа с почвой./Друды VI международной конференции «Динамика технологических систем».-Ростов н/Д, ДГТУ, 2001.

6. И.В. Игнатенко. Динамика движения рабочего органа культиватора в почвенной среде/ Ростов, ин-т с.х. машиностр. //РЖ Тракторы и сельхозмашины, 1980, № 6.44.134. Деп. в ЦНИИТЭИтракгорсельхозмаш 11.02.1980: № 144.

7. И.В. Игнатенко, С.В. Левицкий. Деформация упругой подвески культиватора под действием приложенной к ней нагрузки/ Ростов, ин-т с.х. машиностр. //РЖ Тракторы и сельхозмашины, 1980, № 7.44.216. Деп. в ЦНИИТЭИтракгорсельхозмаш 11.02.1980: № 143.

8. И.В. Игнатенко. Математическое моделирование динамики рабочего органа почвообрабатывающих машин/ Ростов, ин-т с.х. машиностр.//РЖ Тракторы и сельхозмашины, 1987, № 7.44.216. Деп. в ЦНИИТЭИтракгорсельхозмаш 11.02.1987: N0 794.

9. И.В. Игнатенко. Теоретические основы динамики упругих смещений рабочих органов и стоек почвообрабатывающих мают / Ростов, ин-т с.х. машиностр. // РЖ Тракторы и сельхозмашины, 1990, № 7.44.216. Дел. в ЦНИИТЭИтракгорсельхозмаш 25.05.1990: № 1307.

10. И.В. Игнатенко, Е.Л.Кондратьев. Эффекты упругого крепления .//Машины почвообрабатывающие, посевные и для внесения удобрений. // Реф. сб. ЦНИИтракторсельхозмаш. -1978. - Вып. 1. С. 6-7.

11. А.И. Поветьев, В.И.Гасилин, НА Китаев, И.В. Игнатенко. О нормировании упругих смещений рабочйх органов культиватора//Труды ВИМ: Параметры перспективных почвообрабатывающих равб^х органов и машин. - М., 1981. - Т. 90. С. 45-51,

12. И.В. Игнатенко, АЛ Завражнов. Алгоритм синтеза консольной утфугой стойки культиватора по заданным параметрам// Автомагтизация проектирования сельскохозяйственной техники. ВИСХОМ- М., 1986.С. 3-12.

13. И.В. Игнатенко. К вопросу разработки подсистемы САПР упругой подвески рабочего органа культиватора/Конструирование и производство сельскохозяйственных машин/ Всесозная научно-техническая конференция: Тез. докл. -1985.

14. И.В. Игнатенко. Статистическая модель энергаэффекта взаимодействия рабочего органа почвообрабатывающих машин с почвой//Проблемы механизации сельскохозяйственного производства: Тез. докл. Всесоз. науч.-техн. конф. - 4.1: Система машин, энергетика, почвообработка и посев, химизация. - М., 1985,

15. Изыскание, исследование, усовершенствование и разработка новых рабочих органов и подвесок к ним для машин специализации ГСКБ: Отчёт о НИР. Тема 215// Ростов.ин-т с.-х. машиностр. - Ростов н/Д, 1980.-90 с. Деп. в ВНИИТЭИСХ, № ГР 80057135: Инв № Б - 856998,

16. Исследование устойчивости движения рабочего органа культиватора с целью снижения тягового сопротивления: Отчет о НИР. Тема 215/1// Ростов, ин-т

с.-х. машиностр. - Ростов н/Д,1980.-231 с. Деп. в ВНИИТЭИСХ, № ГР 01.83.0076552: Инв № Б - 0283.0076454.

17. И.В. Игнатенко, Е.Л.Кондратьев. О некоторых вопросах кинематики культиваторных лап на упругой подвеске//Рабочие органы почвообрабатывающих машин для работы с мощными тракторами на повышенных скоростях. - Ростов-на Дону, 1974, с. 43-49.

18. Е.Л.Кондратьев, И.В. Игнатенко, Ю.Ф.Новиков. О некоторых вопросах устойчивости движения культиваторных лап на упругой подвеске//Расчёт на прочность и жёсткость элементов сельскохозяйственных машин и технологического оборудования: Сб. статей. - Ростов-на Дону, 1974, с.153-161.

19. И.В. Игнатенко. ■ Кинематика и виброэффект упругой подвески//Динамика узлов и агрегатов сельскохозяйственных машин: Сб. статей. - Росгов-на Дону, 1975.- Вып. 2. С. 86-94.

20. И.В. Игнатенко. Учет верттяяшж оошвляющей скорости в задаче движения рабочего органа культиватора//Проектирование рабочих органов сельскохозяйственных машин. - Ростов-на Дону, 1976. -Вып. 7. С. 34-43.

21. И.В. Игнатенко. Два способа описания жесткосгных свойств подвески рабочего органа культиватора//Комплексная механизация и автоматизация сельскохозяйственного производства. - Ростов-на Дону, 1976. С. 8-15,

22. И.В. Игнатенко. Отображающая функция в задаче о движении . - в кн.: Комплексная механизация и автоматизация сельскохозяйственного производства. Сб. статей,- Ростов-на-Дону, 1977 (РИСХМ).'С. 3-8.

23. И.В. Игнатенко. О применимости методов механики сплошных сред в почвообработке// Динамика узлов и агрегатов сельскохозяйственных машин: Сб. статей. - Ростов-на Дону, 1977. (РИСХМ). С. 40-45.

24. И.В. Игнатенко. Задача о движениии упруго закреплённого тела в сплошной среде// Динамика узлов и агрегатов сельскохозяйственных машин: Сб. статей. - Ростов-на Дону, 1978. (РИСХМ). С. 122-130.

25. И.В. Игнатенко, В.А.Фокин. О механизме автоколебаний// Динамика узлов и агрегатов сельскохозяйственных машин: Сб. статей. - Ростов-на Дону, 1978. (РИСХМ). С. 75-79.

26. И.В. Игнатенко, Е.Л.Кондратьев. Соотношения между жёсткостью и прочностью упругих подвесок//Научные основы проектирования сельскохозяйственных машин: Сб. статей. - Ростов-на-Дону, 1979 (РИСХМ). С. 6169.

27. И.В. Игнатенко, Левицкий С.В. Экспериментальные исследования динамики работы упругой подвески рабочих органов культиваторов// Комплексная механизация и автоматизация сельскохозяйственного производства. - Ростов-на Дону, 1979. С. 141-149.

28. И.В. Игнатенко. Сила сопротивления в .возмущённом движении рабочего органа культиватора// Комплексная механизация и автоматизация сельскохозяйственного производства: Межвуз. сб. - Ростов-на Дону, 1979. С. 136140.

29. И.В. Игнатенко, В.Е.Хорунженко. Исследование упругого трёхзвенника для предохранителей сельхозмашйй// Динамика узлов и агрегатов сельскохозяйственных машин: Сб. статей.- Ростов-на Дону, 1979, (РИСХМ). С.140-146.

30. И.В. Игнатенко, В.И.Гасилин. Упругая кинематика пружинных стоек культиватора// Динамика узлов и агрегатов сельскохозяйственных машин: Сб. статей. - Ростов-на Дону, 1979, С. 102-113.

31. И.В. Игнатенко, Е.В.Чумаков. Теоретическое исследование перемещения почвенных частиц под воздействием плоского диска// Вопросы механики в сельхозмашиностроении: Сб. ста^ей.-Ростов-на-Дону, 1979 (РИСХМ). С. 67-77.

32. И.В. Игнатенко. Исследование скоростных характеристик упругих подвесок стрельчатой лапы . культиватора//Научные основы проектирования сельскохозяйственных машин: Сб. статей. - Ростов-на-Дону, 1980, (РИСХМ). С. 111116.

33. И.В. Игнатенко, C.B. Левицкий. Обоснование модели взаимодействия рабочего органа с почвой// Комплексная механизация и автоматизация сельскохозяйственного производства: Межвуз. сб. - Ростов-на Дону, Ростов-на Дону, 1980. С. 53-30.

34. И.В. Игнатенко, Е.Л. Кондратьев, C.B. Левицкий. Анализ движения рабочего органа культиватора в сплошной среде// Комплексная механизация и автоматизация сельскохозяйственного производства: Межвуз. сб. - Ростов-на Дону, 1981. - С. 81-85.

35. И.В, Игнатенко, C.B. Левицкий. Оптимизация упругого крепления стрельчатых лап культиватора//Комплексная механизация и автоматизация сельскохозяйственного производства: Межвуз. сб.-Росгов-на Дону, 1982.-С.40-45.

36. И.В. Игнатенко. Математическое описание модели взаимодействия рабочего органа с почвой с использованием рядов Вольтерра// Комплексная механизация и автоматизация сельскохозяйственного производства: Межвуз. сб. -Ростов-на Дону, 1984. - С. 81-86.

37. И.В. Игнатенко. Обобщённая динамическая модель взаимодействия рабочего органа почвообрабатывающих машин с почвой// Комплексная механизация и автоматизация сельскохозяйственного производства: Межвуз. сб. -Ростов-на Дону, 1985. - С. 57-66.

38. И.В. Игнатенко, В.И.Гасилин, H.ADQfraee. Методы измерения и контроля характеристик упругого крепления рабочих органов культиватора// Комплексная механизация и автоматизация сельскохозяйственного производства: Межвуз. сб. -Ростов-на Дону, 1985. - С. 46-53.

39. И.В. Игнатенко. Разработка алгоритма оптимизации жёсткости упругого крепления рабочего органа почвообрабатывающих машин// Комплексная механизация и автоматизация сельскохозяйственного производства: Межвуз. сб. -Ростов-на Дону, 1988. - С. 75-80.

40. Игнатенко И.В., Каныгин Г.Г. Пакет программ для расчёта пружинных стоек культиватора. Ростовский межотраслевой террит. ЦНТИ. -Ростов н/Д, 1988.-2с. Инф. Листок № 122.

41. В.Н, Землянухин, И.В. Игнатенко А.Н. Ковалёв, В.В. Орлов. Алгоритм выбора и расчёта рабочих органов и стоек культиватора для нужд САПР почвообрабатывающих машин// Механизация и автоматизация машин и процессов агропромышленного комплекса: Межвуз. сб. науч. тр. - Ростов н/Д., 1990. С. 4-9.

42. И.В. Игнатенко, A.A. Завражнов, A.A. Матросов. Способы измерения статических показателей упругого крепления почвообрабатывающих рабочих органов//Механика деформируемых тел: Межвуз. сб. науч. тр. - Ростов н/Д., 1992. С. 84-91.

43. И.В. Игнатенко. Применение динамических моделей для оптимизации процесса взаимодействия упругого рабочего органа с почвой//Комллексная механизация и автоматизация сельскохозяйственного производства: Сб. науч. тр. -Ростов н/Д, 1992.

44. И.В. Игнатенко, А.А.Матросов. Идентификация объектов управления в сельскохозяйственном производстве на ЭВМ: Методические указания/ РИСХМ, Ростов н/Д, 1992, 15 с.

45. И.В. Игнатенко. Обоснование методов получения информации о динамике упругих рабочих органов почвообрабатывающих машин// Механизация и автоматизация машин и процессов агропромышленного комплекса: Межвуз. сб. науч. тр. - Ростов н/Д., 1994. С. 80 -86.

46. Игнатенко И.В Идентификация свойств продуктов при взаимодействии с упругим рабочим органом// Комплексная механизация и автоматизация процессов агропромышленного комплекса: Межвуз. сб. науч. тр. - Ростов н/Д., 1996. С. 56 -62.

Изобретения по теме диссертации, защищенные авторскими свидетельствами (в соавторстве):

1. A.C. 1568912 (СССР). Почвобрабатывающий рабочий орган. Опубл. в 6И

1990 г., № 21.

2. A.C. 1628871 (СССР). Рабочий орган почвообрабатывающей машины. Опубл. в БИ 1991 г., № 7.

3. A.C. 1657077 (СССР). Почвообрабатывающий рабочий орган. Опубл. в БИ

1991 г., № 23.

4. A.C. 1736357 (СССР). Предохранительная подвеска. Опубл. в БИ 1992г., №

20.

5. A.C. 1662657 (СССР). Лопасть смесителя. Опубл. в БИ 1991 г., № 26.

ЛР№04779от 18.05.01. Внабор л 01 Оз. Впечать 19. о!, ез. Объем усл.п.л., г, г уч.-изд.л. Офсет. Формат 60x84/16. Бумага тип №3. Заказ № 3 43 Тираж У 2 о. " ~~

Издательский центр ДГТУ

Адрес университета и полиграфического предприятия: 344010, г.Ростов-на-Дону, пл.Гагарина, 1.

I

*

*

0 i

ч

* 13 4 9 6

ВВЕДЕНИЕ 5 ♦ 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Проблемы энергосбережения в почвообработке

1.2. Энергетические факторы процесса взаимодействия рабочего органа с почвой в земледельческой механике

1.3. Упругие смещения рабочих органов

1.4. Динамические модели взаимодействия рабочего органа с почвой

1.5. Динамические явления процесса взаимодействия рабочего органа с почвой

1.5.1. Цикличность изменения силы сопротивления

1.5.2. Устойчивость движения рабочего органа

1.5.3. Автоколебания упруго закрепленного рабочего органа

1.6. Задачи исследования

2. КИНЕМАТИКА УПРУГИХ СМЕЩЕНИЙ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО А РАБОЧЕГО ОРГАНА

2.1. Характеристики упругих свойств крепления рабочего органа

2.2. Система показателей упругости крепления

2.3. Кинематические режимы работы упругой подвески

2.4. Исследованные образцы упругого крепления рабочих органов почвообрабатывающих машин

2.5. Методика исследований

2.6. Анализ результатов исследования упругой кинематики

2.7. Выводы

3. РАЗРАБОТКА И АНАЛИЗ ДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ РАБОЧЕГО ОРГАНА С ПОЧВОЙ 82 3.1 .Обоснование физической модели задачи

3.2. Нелинейная математическая модель взаимодействия рабочего органа с почвой

3.3. Статистическая линеаризация модели

3.4. Прецессия собственных частот нагруженной системы

3.5. Устойчивость движения рабочего органа

3.6. Автоколебания рабочего органа.

3.7. Знергоэффект упругих смещений рабочего органа 114 ^ 3.8. Выводы

4. МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ

РАБОЧИХ ОРГАНОВ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИН

4.1. Наблюдаемость динамических сигналов модели

4.2. Обоснование структуры информационного потока

4.3. Измерительный комплекс для исследования динамики взаимодействия рабочего органа с почвой

4.4. Методика экспериментальных исследований упругих смещений

4.5. Обработка осциллограмм 143 5 .ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ УПРУГИХ СВОЙСТВ НА ТЯГОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

5.1. Программа комплекса экспериментальных исследований

5.2. Оценка стационарности и эргодичности упругих смещений 146 4 5.3. Статистические характеристики колебаний упругих рабочих органов

5.4. Полевые исследования влияния упругой кинематики рабочего органа на колебания и энергооэффект

5.5. Регрессионные зависимости энергоэффекта от упругой кинематики

5.6. Лабораторные исследования разгонных характеристик упруго закреплённых рабочих органов

5.7. Выводы

6. МЕТОДЫ ИДЕНТИФИКАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ РАБОЧЕГО ОРГАНА С ПОЧВОЙ

6.1. Постановка задачи

6.2. Обоснование методов идентификации

6.3. Дискретные модели колебаний рабочего органа

6.4. Идентификация параметров разностной модели

6.5. Методы оценки адекватности динамической модели

6.6. Экспериментальная оценка точности идентификации

6.7. Выводы

7. ОПТИМИЗАЦИЯ УПРУГИХ СВОЙСТВ КРЕПЛЕНИЯ 222 7.1. Параметры и критерии оптимизации упругого крепления

7.2. Статическая оптимизация упругости крепления

7.3. Динамическая оптимизация упругости крепления по минимуму энергозатрат

7.3.1. Постановка задачи и проблемы динамической оптимизации

7.3.2. Способ решения задачи динамической оптимизации

7.4. Динамическая оптимизация подвесок культиваторных лап

7.5. Экспериментальная оценка точности оптимизации упругости разработанных подвесок 234 8. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАСЧЕТУ И

КОНСТРУИРОВАНИЮ УПРУГОГО КРЕПЛЕНИЯ

8.1. Программный комплекс расчётов упругих креплений

8.2. Методика конструирования упругих креплений

8.3. Методика полной идентификации упругого крепления

8.3.1. Определение показателей упругости на стенде

8.3.2. Идентификация ненагруженной системы

8.3.3. Идентификация нагруженной системы

8.4. Методика оптимизации жёсткости крепления

8.4.1. Статическая оптимизация упругой кинематики

8.4.2. Определение показателей упругости по конфигурации стойки

8.5.Методика динамической оптимизации жесткости упругого крепления 266 8.5. Синтез конфигурации стержневой упругой стойки заданной жесткости 271 8.7. Внедрение результатов исследования

Проблема энергообеспечения современной планетарной цивилизации приобретает глобальный характер. Энергопотребление превысило 9 млрд. условного топлива в год при разведанных запасах популярных видов природного топлива: газа и нефти 260 млрд. т., угля 1300 млрд. т. [1]. Непрекращающийся рост энергопотребления и истощение запасов ископаемого топлива остро ставит вопрос о необходимости снижения энергозатрат во всех отраслях хозяйства. В разных странах принимаются долговременные программы по энергосбережению, энергетические проблемы находят отражение в законодательстве. В России принят федеральный закон "Об энергосбережении" [2], в котором энергосбережение представляется целым комплексом правовых, организационных, производственных, технических и экономических мер, проводимых государством. Показатели энергоэффективности признаются важнейшими и включены в стандарты показателей машин и оборудования как обязательные.

Современное растениеводство, являясь главным источником продовольствия для человечества, в то же время имеет высокую энергоемкость, имеющую тенденцию к быстрому росту. В растениеводстве расходуется до 80 % всех энергозатрат в сельском хозяйстве, а основные энергозатраты (до 40 %) падают на почвообработку, энергосбережение в которой приобретает особенно актуальный характер.

В снижении энергоемкости почвообработки центральное место занимает задача снижения тягового сопротивления рабочих органов; ей постоянно уделялось большое внимание, начиная с основоположника земледельческой механики В. П. Горячкина. К настоящему времени исследованы разнообразные пути снижения тягового сопротивления рабочих органов почвообрабатывающих машин; оптимизация геометрии рабочего органа, применение вибраций и колебаний, антифрикционных покрытий, пружинных стоек, оптимизация параметров всего агрегата и другие, применяемые на практике.

Однако в земледельческой механике остается недостаточно изученной такая область, как динамика взаимодействия отдельного рабочего органа с почвой. В этом вопросе проведенные исследования затрагивают лишь отдельные стороны процесса, в построенных моделях делаются излишние допущения, обедняющие результат и не допускающие изучения динамики процесса. Так, как правило, движение рабочего органа рассматривается как поступательное без учета упругих смещений, не отражается многомерность задачи, не оценивается пространственная устойчивость, не раскрывается структура и роль колебательных процессов в совокупности со статистическим характером задачи и другие стороны динамики процесса. В итоге остается неизученным влияние динамических явлений на тяговое сопротивление и связанные с этим возможности улучшения энергетики почвообработки.

Слабая изученность динамики взаимодействия рабочего органа с почвой, отсутствие достаточно общей динамической её модели становится проблемой в земледельческой механике и тормозом в её развитии, оборачиваясь на практике проблемой использования динамических процессов как резерва энергосбережения в почвобработке. До последнего времени существовали объективные причины такого положения, связанные со сложностью теоретического описания процесса. Однако достижения аналитической механики и теории управления позволяют браться и за эту задачу.

Целью работы является снижение энергозатрат почвобработки за счёт использования динамических эффектов процесса взаимодействия рабочего органа с почвой, а также построение общей методологии решения практических задач по снижению тягового сопротивления рабочего органа за счет оптимизации его упругих смещений.

Основные положения, выносимые на защиту, сводятся к следующему:

1. При построении модели взаимодействия рабочего органа с почвой в 2 земледельческой механике обязателен учёт упругости его крепления.

Упругость является неустранимым свойством всякого крепления рабочего органа почвообрабатывающей машины, а упругие смещения рабочего органа под нагрузкой являются неотъемлемым спутником технологического процесса почвообработки, придавая его процессам динамический характер.

2. Упругим смещениям свойственны межкоординатные связи, сочетание линейных и угловых смещений; которые нарушают поступательный характер движения рабочего органа в почве; искажают установленную геометрию и режимы резания, изменяя силу сопротивления по величине и направлению.

3. Наиболее полно учитывает влияние упругих смещений, а также главные особенности задачи: (пространственность, нелинейность, автоколебательность, стохастичность) разработанная динамическая модель взаимодействия упругого рабочего органа с почвой в виде матрично-векторных уравнений в пространстве состояний. Зависимость силы сопротивления от упругих смещений рабочего органа играет в динамической модели роль обратной связи, что составляет главную особенность динамической модели процесса Модель позволяет земледельческой механике эффективно использовать достижения теории управления в области анализа и синтеза систем.

4. Динамика упруго закрепленного рабочего органа характеризуется наличием ряда динамических эффектов, необъяснимых без учета обратной связи в модели: прецессия собственных частот; наличие неустойчивых режимов и критических скоростей, выше которых устойчивость теряется; появление автоколебаний; взаимодействие автоколебаний с вынужденными колебаниями; появление приращения силы сопротивления как специфической реакции на упругость.

5. Существование энергоэффектов упругого рабочего органа, взаимодействующих между собой:; энергоэффект искажения геометрии резания - зависимость силы сопротивления от искажения геометрии при упругих смещениях рабочего органа; виброэффект - от интенсивности колебательных процессов; взаимодействие нескольких противоположных энергоэффектов подлежит оптимизации для получения максимального суммарного энергоэффекта.

6. Упругие, смещения несут в себе полную информацию о процессе взаимодействия рабочего органа с почвой; анализ их позволяет проводить оперативную идентификацию параметров модели современными методами теории управления.

7. Динамика рабочего органа является существенным энергетическим фактором, а ее оптимизация - перспективным способом снижения тягового сопротивления. Практически задача оптимизации динамики упруго закрепленного рабочего органа требует оптимизации элементов матриц линейных и угловых жёсткостей при ограничениях искажения геометрии и режимов резания.

8. Разработанный научно-технический комплекс по экспериментальному исследованию динамики и оптимизации упругих креплений рабочих органов в почвообработке, обеспечивает все нужды их проектирования, испытаний и оценки получаемого энергоэффекта соответствующими методиками, алгоритмами и программами.

Работа выполнялась на кафедре "Сельхозмашины" Ростовского-на-Дону института сельхозмашиностроения (ныне ДГТУ); экспериментальные исследования проводились в различных зонах страны в содружестве с НПО ВИСХОМ, САИМЭ, ГСКБ по культиваторам и сцепкам г. Ростова-на-Дону.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

В качестве обобщающих итогов проделанной работы могут быть сделаны следующие общие выводы:

1. Установлено, что все крепления рабочих органов современных почвообрабатывающих машин являются конструкциями упругими; максимально достижимая продольная жесткость у культиваторов — 100 кН/м, у плугов - 500 кН/м; наблюдается их широкий разброс; идеально жестких креплений в реальных конструкциях не существует.

Упругие смещения рабочих органов имеют особенности: пространственность, несовпадение направлений сил и смещений, межкоординатные связи, наличие сопутствующих вертикальных смещений и углов поворота. Система показателей упругих свойств крепления, состоящая из матрицы жёсткости (податливости) и матрицы угловых смещений, учитывает эти особенности и содержит значения не только диагональных, но и недиагональных элементов матриц.

2. Экспериментально установлено, что при работе упругость крепления приводит к значительным упругим смещениям рабочего органа, сравнимым с глубиной хода; значительным углам поворота, искажающих начальную геометрию резания (0,04 - 0,32 град/Н); упругие смещения придают динамический характер движению рабочего органа в почве, образуя вибрационные процессы на частотах 10-30 Гц, интенсивностью до 5 g по ускорению, вследствие чего они должны считаться существенным энергетическим фактором.

3. Разработанная динамическая модель взаимодействия упруго закрепленного рабочего органа с почвой в виде матрично-векторных уравнений в канонической форме в пространстве состояний (3.21), где фазовыми координатами являются упругие смещения и их скорость, позволяет полно учесть все особенности задачи (трехмерность и пространственность, нелинейность и автоколебательность, инерционность и стохастичность) и придать уравнениям форму фундаментальных соотношений.

4. Важной особенностью модели является наличие обратной связи, когда упругие смещения вызывают изменение вызвавшей их силы сопротивления (рис. 3.3), что приводит к появлению ряда динамических эффектов, необъяснимых без учёта обратной связи. Описание динамических свойств почвы матрицей квазиупругости из коэффициентов статистической линеаризации позволяет оперативно определять их в режиме нормальной эксплуатации и не требует исследований на образцах.

Уравнения модели с матрицами 12x12 учитывают влияние на процесс десятков факторов. Информативность и общность позволяет использовать их при решении задач динамики разнообразных рабочих органов при различных конструкциях их крепления и свойствах среды.

5. Упругость крепления в системе «рабочий орган - почва» приводит к появлению следующих динамических эффектов:

- зависимости динамических характеристик системы от нагрузки; в систему вносится квазиупругость и затухание, изменяющее приведенную жесткость системы по выражению (3.35) и вызывающую прецессию собственных частот системы от нагрузки (3.48);

- появлению неустойчивых режимов в двух формах: статической и колебательной; соответствующие известным в аэродинамике дивергенции и флаттеру; обеспечение устойчивости требует ограничения вносимой квазиупругости и ограничения прецессии собственных частот (3.51);

- существованию автоколебаний в системе, условия их возбуждения зависят от нелинейностей зависимости демпфирующих свойств почвенной среды от дисперсии колебаний (3.55); автоколебания возбуждаются на частотах, близких к собственным, и взаимодействуют с вынужденными; частотные характеристики и итоговый спектр упругих смещений оказываются сложно зависимыми от величины возмущений (3.70), (3.71);

- появлению специфической добавочной силы - реакции на упругость (3.27), дающей энергетический эффект упругого крепления; её приращение оказывается зависимым не только от средних значений упругих смещений, но и от их дисперсий (3.76). Энергоэффект определяется соотношением матриц собственных свойств системы и квазиупругости почвенной среды (3.80) и сложно связан с устойчивостью движения через спектр собственных частот (3.83), (3.47).

6. Разработанная модель при существующем состоянии средств измерения относится к моделям с ненаблюдаемым входом. Модель идентифицируема, если применять четырёхэтапный метод идентификации, включающий определение жёсткостей статическими натр ужениями, анализ собственных колебаний ненагруженной системы, раздельный анализ гармонических автоколебаний и случайных сигналов нагруженной системы. Анализ близости остатков к белому шуму подтверждал адекватность модели.

Разработанная методика идентификации позволяет определять параметры модели по коротким реализациям колебаний рабочего органа и пригодна для экспресс-диагностики состояния системы.

7. Энергетические ресурсы упруго закреплённого рабочего органа складываются из: оптимизации межкоординатных связей упругого крепления варьированием недиагональных элементов матрицы жёсткости; упругие смещения должны соответствовать нулевому кинематическому режиму при коэффициенте = -0,1.-0,2;

- оптимизации спектра собственных частот варьированием диагональных элементов матрицы жёсткости;

- минимизации угловых искажений за счёт применения упругих подвесок с замкнутым контуром, близким к параллелограммному;

- оптимизации запасов колебательной устойчивости таким образом, чтобы при существующих свойствах почвы создавались условия для развития автоколебаний, дающих виброэффекг.

8. Реализация этих ресурсов на практике возможна лишь за счёт многопараметрической оптимизации упругих свойств крепления, использующая в качестве параметров 6 элементов матрицы жёсткости — три диагональных и три недиагональных. Выведенный критерий оптимизации по максимальности энергоэффекта включает идентифицируемые параметры модели (7.12) и собственные частоты (7.13). Он позволяет эффективно проводить оптимизацию с учётом агротехнических, прочностных ограничений и по устойчивости движения с точностью до 20 %, что достаточно для практических расчётов.

9. Энергетический эффект упругого крепления будет наибольшим, если обеспечен режим работы с минимально необходимым по условиям прочности и агротехническим допускам запасом колебательной устойчивости (3.90).

10. Применение на практике оптимизации показывает существование значительного ресурса энергосбережения упругого крепления; так, варьируя только структурой матрицы жесткости упругого крепления при неизменном рабочем органе, можно добиться снижения тягового сопротивления до 20 % по сравнению с жестким креплением, а по сравнению с образцами упругих креплений, разработанных без учета условий оптимальности, энергоэффект может достигать значительно больших величин.

11. Практические приложения разработанной теории упругого крепления для рабочих органов культиваторов позволили подтвердить все положения разработанной теории. Разработанные методы расчета и конструирования упругого крепления внедрены в ЗАО «Красный Аксай» г. Ростова-на-Дону и применены для улучшения энергетических и качественных показателей культиваторов КШУ-12, КШУ-18, АШУ-24. Экономический эффект только по этим машинам составил свыше миллиона рублей.

12. В целом, совокупность работ, выполненных по теме диссертационной работы, раскрывает основные закономерности динамики рабочих органов почвообрабатывающих машин и открывает путь ее использования как энергетического фактора для решения проблемы энергосбережения в почвообработке.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведённого исследования в диссертационной работе разработаны теоретические и методологические основы решения проблемы рационального использования динамики упруго закреплённого рабочего органа почвообрабатывающего орудия в качестве средства снижения энергозатрат почвообработки путём оптимизации сопутствующих динамических процессов.

Исследования проведены по следующим вопросам: изучены упругие свойства креплений рабочих органов почвообрабатывающих машин, экспериментально исследованы пространственные упругие смещения рабочих органов различных почвобрабатывающих машин; отмечены межкоординатные связи, наличие сопутствующего заглубления и зарывания; несовпадение направлений действующих сил и получаемых смещений; искажение геометрии резания под нагрузкой;

- на базе теоретических исследований разработана практическая система показателей упругих свойств крепления, учитывающая все отмеченные особенности его работы; разработана методика их определения;

- разработана математическая модель процесса взаимодействия рабочего органа с почвой в виде многомерной системы нелинейных дифференциальных уравнений в форме Коши, в которой учтены неизбежные при работе упругие смещения рабочего органа под действием силы сопротивления и их обратное влияние на ее величину и направление; проведён анализ структуры динамической модели, выделены её статистическая и динамическая части;

- проведена статистическая линеаризация модели при минимуме допущений о виде нелинейностей, введено описание динамических свойств почвы матрицей квазиупругости, просто и полно учитывающее статическое и демпфирующее влияние почвы;

- на базе разработанной модели проведен анализ динамики взаимодействия рабочего органа с почвой; теоретически обнаружены и экспериментально подтверждены динамические явления, сопровождающие процесс: процессия собственных частот под нагрузкой, наличие двух форм неустойчивости: статической и колебательной; взаимодействие вынужденных и автоколебаний, эффект искажения режимов резания, виброэффект;

- выведены пригодные для практических целей общие условия устойчивости; обоснована методика использования автоколебаний для оценки состояния системы;

- обоснована возможность использования динамических эффектов в качестве энергетических факторов, способных повлиять на тяговое сопротивление; выведено общее аналитическое выражение полного энергетического эффекта упругого крепления, выражающее итог противодействующих динамических эффектов;

- разработаны методы экспериментального исследования динамики упруго закреплённого рабочего органа, соответствующие сигналам разработанной модели; проанализирована структура требуемого информационного потока, его наблюдаемость современными средствами измерений; обоснована структура измерительного комплекса, включающая вибро- и тензоаппаратуру;

- проведено обоснование методов идентификации параметров модели, использующих доступные для наблюдений сигналы колебаний рабочего органа, преодолены трудности и найдены возможности оценки параметров модели в ситуации с ненаблюдаемым входом;

- разработаны методы оптимизации упругих свойств крепления для достижения максимального энергоэффекта с учётом ограничений агротехнических, прочностных и по устойчивости движения; обоснован критерий оптимизации энергозатрат, состоящий их идентифицируемых параметров модели;

- проведено практическое приложение разработанной обобщенной теории взаимодействия рабочего органа с почвой применительно к рабочему органу культиватора, чизеля, плуга; показано, как из общетеоретических положений достаточно просто выводятся пригодные для инженерной практики условия достижения максимального энергоэффекта упругого крепления, позволяющие реализовать минимальную силу сопротивления при заданных качественных ограничениях;

- проведены многоэтапные экспериментальные исследования энергетики работы и вибрационных процессов культиваторных лап; доказано существование предсказанных теорией динамических эффектов; возможность управления ими путем варьирования жесткостными параметрами крепления; доказана реализуемость результатов оптимизации на практике; оценена эффективность оптимизации с точки зрения получения положительного энергоэффекта - снижения тягового сопротивления,

- разработаны инженерные методики синтеза упругого крепления культиваторных лап на базе теоретических положений; с их помощью разработаны новые образцы упругого крепления, отличающие малыми угловыми искажениями, развитым виброэффектом и дающими снижение энергозатрат на культивацию на 15-20%. Проведены испытания оптимизированных упругих подвесок в полевых условиях и оценен экономический эффект.

Тем самым можно констатировать, что поставленные в работе задачи исследования выполнены.

Научное значение проведённой работы состоит в том. что она пополняет земледельческую механику разделом по динамике взаимодействия рабочего органа с почвой на базе современных достижений теории управления и аналитической механики, что позволит эффективно использовать динамические эффекты для улучшения энергетических и качественных показателей почвообработки.

1. Энергетика мира: Переводы докладов X1.I конгресса МИРЭК/ Под ред. В.П.Лебедева, П.М.Матко. - М.: Энергоатомиздат, 1989.-432 с.

2. Федеральный закон об энергосбережении. //Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1997. №6. С. 28-31.

3. Агейчик В.А. Изыскание и исследование механизма навески сошников зерновой сеялки для почв, засоренных камнями: Автореф. дис. канд. техн. наук. Минск, 1980. -21 с.

4. Артюшин А.А., Мазитов Н.К. и др. Отечественная конкурентно-способная технология предпосевной обработки почвы // Тракторы и сельскохозяйственные машины, 2002, №8.- С. 20-23.

5. Андронов А.А. и др. Теория колебаний.-М.: Наука, 1981.-568 с.

6. Ахинжаков X. Изыскание методов и средств оперативного контроля глубины хода сошников с целью повышения эффективности рабочего процесса зерновых сеялок: Автореф. дне. канд. техн наук. Л-Пушкин, 1982. - 16 с.

7. Багиров И.З. Исследование деформации и сопротивления грунта при взаимодействии с клином на высоких скоростях : Автореф. дис. канд. техн. наук. Минск, 1963.

8. Базаров В.П. Зависимость тягового сопротивления культиватора КПЭ-3,8 от числа пружин подвески // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1983. №5.

9. Базаров В.П. Обоснование параметров нелинейных упругих подвесок рабочих органов культиваторов : Автореф. дис. канд. техн. наук. -М. 1985. 18 с.

10. Банди Б. Методы оптимизации. Вводный курс.-М.: Радио и связь, 1989.-176с.

11. Бахтин П.У.Физико-механические и технологические свойства почвы М.: Знание, 1971.- 64 с.

12. Беллман Р. Динамическое программирование. М. : Изд-во ИЛ, I960.-403 с.

13. Бендат Дж., Пирсол Т. Применения корреляционного и спектрального анализа. М.: Мир, 1963. - 310 с.

14. Беспамятнова Н.М., Босенко Н.С. Системно-структурный анализ рациональной формулы В.П. Горячкина // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2000. №5. С.26-28.

15. Бидерман В.Л. Теория механических колебаний М.: Высшая школа, 1980.-408 с.

16. Бизяев С.Н. Повышение устойчивости движения широкозахватного культиваторного агрегата в горизонтальной плоскости: Автореф. дис. канд. техн. наук. Барнаул. 1986. - 22 с.

17. Бондарь С. А. Анализ взаимодействия рабочих органов почвообрабатывающих машин//Тр. ЧИМЭСХ. 1980. Вып.159. С.88-96.

18. Бредун М.И. Изыскание методов борьбы с залипанием рабочих органов почвообрабатывающих машин : Автореф. дис. канд. техн. наук. -Киев, 1964.-26 с.

19. Бриллинджер Э. Временные ряды. Обработка данных и теория/Пер. с англ. Под ред. А.Н. Колмогорова.-М.: Мир, 1980-536 с.

20. Бугайченко Н.В. Обоснование параметров полольных лап культиваторов для работы на повышенных скоростях в зонах недостаточного увлажнения : Автореф. дис. канд. техн. наук. Киев, 1964. - 22 с.

21. Бурченко П.Н. Механико-технологическое обоснование параметров почвообрабатывающих машин нового поколения для работы в оптимальном диапазоне скоростей: Автореферат дис. д-ра техн. наук. М., 1987.- 44 с.

22. Бурченко П.Н. Состояние и перспективы машинной обработки почвы // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1999. №8. С.19-21.

23. Бурченко ПН. Обработка почвы от В.П. Горячкина до наших дней // Техника в сельском хозяйстве. 1999. №6. С.34-36.

24. Бугенин Н.В. Введение в аналитическую механику. М.: Наука, 1971. - С.56-60.

25. Вайнштейн II.А., Вакман Д.Е. Разделение частот в теории колебаний и волн. М.: Наука, 1983. - 288 с.

26. Василенко П.М., Бабий П.Т. Культиваторы. Киев: УСХА, 1961. -148 с.

27. Васильковский С.М. Сопротивление почв движению культиваторной лапы // Техника в сельском хозяйстве. 1996. №3. С. 17-19.

28. Верняев О.В. Активные рабочие органы культиваторов.- М. : Машгиз, 1983.-79 с.

29. Вибрации в технике. Справочник: В 6 т. М.: Машиностроение, 1978. T.I: Колебания линейных систем. - С.236-237.

30. Видде А.А. Исследование работы, тягового сопротивления и изыскание рациональной конструкции рабочих органов культиваторов и пружинных борон // Тр. Латвийского НИИПТИМЭСХ. Рига, 1972. T.I V. - С.З-53.

31. Видде А.А. К вопросу резания грунта клином // Механизация и элекгрификация сельского хозяйства: Тр. Латв. НИИПТИМЭСХ. Рига : Звайгзне, 1976. Вып.Х1(1Х). - С.115-127.

32. Видде А.А., Цесниекс А.Х. Исследование работы тягового сопротивления пружинных шлейф-борон // Тр. Латвийского НИИПТИМЭСХ. -Рига. 1974. T.V11. С.72-84.

33. Виленкин С.А. Статистические методы исследования стационарных процессов и систем автоматического регулирования. М.: Сов.радио, 1967.

34. Виноградов В.И., Бондарь С.А. Упрощенное рассмотрение взаимодействия корпуса плуга на упругой подвеске с почвенным пластом // Тр. ЧИМЭСХ. 1978. Вып. 137. С.53-59.

35. Гасилин В.И. Исследование влияния скорости обработки почвы на основные параметры и показатели работы культиваторной лапы: Автореф. дис. канд. техн. наук. Ростов н/Д, 1974. - 21 с.

36. Гасилин В.И., Игнатенко И.В. Упругая кинематика пружинных стоек культиватора //' Динамика узлов и агрегатов сельхозмашин: сб. статей / РИСХМ. Ростов н/Д, 1979. - С.109-113.

37. Герасимов М.И. Исследование движения сошняка сеяжи в продольно-вертикальной плоскости: Автореф. дис. канд. техн. наук. -Новосибирск, 1981. -16 с.

38. Горячкин В.П. Земледельческая механика. М.: Колос, 1919.

39. Гудков А.Н. Теоретические основы технологической устойчивости рабочих процессов сельскохозяйственных машин // Земледельческая механика. М., 1968.

40. Гуреев И.И. Энергоёмкость обработки почвы//Техника в сельком хозяйстве, 1988, №3.-с. 22-26.

41. Гусенцев Ф.Г., Семенов П.Ю. Оптимизация схемы расстановки и параметров пружинных лап комбинированного агрегата // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1987. №6.- С.42-45.

42. Деграф Г.А. Теоретические предпосылки к вопросу моделирования процессов иочвообработки //Тр.Казахского СХИ. 1972.

43. Дейч А.М. Методы идентификации динамических объектов. -М.: Мир, 1979.-239 с.

44. Демидко М.Е. Исследование влияния скорости на работу полольных лап культиватора: Автореф. дис. канд. техн. наук. Киев: УСХА, 1964.-27с.

45. Добрынин С.А., Фельдман М.С., Фирсов Г.И. Методы автоматизированного исследования вибрации машин: Справочникам.: Машиностроение, 1987.-227 с.

46. Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ. М.: Статистика, 1979.

47. Дубровский А.А. Основные принципы применения вибраций для повышения эффективности почвообрабатывающих орудий : Автореф. дис. канд. техн. наук. Л.: ЛСХИ, 1963. - 26 с.

48. Дьяков В.П. Об «аномальных» отклонениях формулы Горячкина // Техника в сельском хозяйстве, 1989, №1.-с. 10-12.

49. Дьяконов В., Круглов В. MATLAB. Анализ, идентификация и моделирование систем: Специальный справочник. СПб.: Питер, 2002. - 448 с.

50. Дьяконов В., Круглов В. Математические пакеты расширения MATLAB: Специальный правочник. СПб.: Питер, 2001. -480 с.

51. Дьяченко Г.Н. Интенсификация рабочих процессов при безотвальной обработке почвы : Автореф. дис. д-ра техн. наук. Ростов н/Д, 1990.-44 с.

52. Дьяченко Г.Н. Основы теории перемещения клина в сыпучей среде // Проектирование рабочих органов посвообрабатывающих машин и зерноуборочной техники: Сб. статей / РИСХМ. Ростов н/Д, 1985. - С.21-35.

53. Елизаров В.П., Сапьян Ю.Н. Базовые принципы проектирования энергосберегающих технологий в растениеводстве Тезисы докладов междун. Н/ техн. Конференции «Энергосбережение в сельском хозяйстве» М.: ВИЭСХ, 1998.

54. Жалнин Э.В Математическое моделирование процессов земледельческой механики // Тракторы и сельскохозяйственные машины, 2000, №1.- С. 20-23.

55. Желиговский В.А. Основы теории технологического процесса вспашки //Докл. ВАСХНИЛ, 1947. Вып.1.- С.33-47.

56. Завражнов А.А. Обоснование методов оценки и расчета параметров пружинных стоек чизельных культиваторов : Автореф. дис. канд. техн. наук. -М., 1988. -16 с.

57. Зарубежная техника в Росси.-М.: Информагротех, 2002.

58. Заин-аль-Абидин М. Гиас. Изыскание и обоснование параметров культиваторных рабочих органов на упругой стойке: Автореф. дис. канд. техн. наук. М., 1979. - 16 с.

59. Зарецкий Ю.К. Теория консолидации грунтов.- М.: Наука, 1967.270 с.

60. Зеленин А.Н. Основы разрушения грунтов механическими способами.- М.: Машиностроение, 1968.

61. Золотаревская Д.И. Взаимосвязь различных математических моделей деформирования почв // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. 1983. №5.-С. 10-15.

62. Зонненберг P.M. Исследование влияния вибраций на тяговое сопротивление рабочих органов, взаимодействующих с почвой : Автореф. дис. канд. техн. наук. Омск, 1965. - 28 с.

63. Игнатенко И,В., Завражнов А.А. Колебания пружинной стойки чизеля глубокорыхлителя.- Деп. во ВНИИТЭИСХ 04.03.86, №128/7 ВС-86.

64. Игнатенко И.В., Завражнов А.А. Алгоритм синтеза консольной упругой стойки культиватора по заданным параметрам /'/Автоматизация проектирования сельскохозяйственной техники : Сб.тр. /НПО ВИСХОМ. М., 1986.-С.З-12.

65. Игнатенко И.В., Каныгин Г.Г. Пакет программ для расчёта пружинных стоек культиватора. Ростовский межотраслевой террит. ЦНТИ. -Ростов н/Д, 1988.-2с. Инф. Листок № 122.

66. Игнатенко И.В., Кондратьев E.JL, Левицкий С.В. Анализ движения рабочего органа культиватора в почвенной среде //Комплексная механизация и автоматизация сельскохозяйственного производства : Межвуз. сб. / РИСХМ. -Ростов н/Д, 1981.

67. Игнатенко И.В., Левицкий С.В. Экспериментальные исследования динамики работы упругой подвески рабочих органов культиваторов // Комплексная механизация и автоматизация сельскохозяйственного производства : Межвуз сб. / РИСХМ. Ростов н/Д, 1979.

68. Изыскание, исследование, усовершенствование и разработка новых рабочих органов и подвесок к ним для машин специализации ГСКБ : Отчет по HPIP. Тема 215/РИСХМ. 1980. 90 с. Деп. в ВНИИТЭИСХ, №ГР80057135.

69. Инаекян С.А. Механико-технологическое обоснование параметров вертикально-роторной почвообрабатывающей машины : Автореф. дис. канд. техн. наук. М., 1982. - 26 с.

70. Иофинов А.П. Основы моделирования технологических процессов сельхозмашин: Автореф. дис. д-ра техн. наук. Челябинск, 1975. - 24 с.

71. Исследование устойчивости движения рабочего органа культиватора с целью снижения тягового сопротивления: Отчет по НИР. Тема 215.1 /РИСХМ. 1980. -231 с. Деп. в ВНИИТЭИСХ, №ГР01.83.0076552.

72. Казаков И.Е. Обобщение метода статистической линеаризации на многоканальные системы // Автоматика и телемеханика. 1969. Т.26. №12. -С.11-25.

73. Казаков И.Е. Статистическая теория управления в пространстве состояний. М.: Физматгиз, 1979. - 432 с.

74. Каулиньш Л.Я. Исследование технологии посева зерновых и обоснование рационального типа и параметров сошника сеялки-культиватора : Автореф. дис. канд. техн. наук. Елгава, 1983. - 19 с.

75. Кацыгин В.В. Некоторые вопросы теории обработки почвы на повышенных скоростях // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. 1961. №1. С. 19-22.

76. Кашьяп Р.Л. Рао А.Р. Построение динамических стохастических моделей по экспериментальным данным.-М.: Наука, 1983.-384 с

77. Клейн В.Ф., Додык Г.А. Упругая подвеска сошника зерновой сеялки // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1987. №8. С.17-21.

78. Клейн В.Ф., Сергеев А.В. Оптимизация параметров упругих стоек культиваторов с учётом условий эксплуатации // Сб. науч. Тр. НИИПТИМЭСХ Нечернозёмной зоны РСФСР, 1990, 56. С. 16-21.

79. Кленин Н.И. Исследование процесса смятия почвы твердыми телами: Автореф. дис. канд.техн.наук.- М., I960.- 280 с.

80. Кленин Н.И. Земледельческая механика м современностью // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1998. №2. С.3-7.

81. Клочков А.В., Семенов П.Ю. Обоснование параметров пружинных зубьев // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1981. №3.

82. Клюев А.И., Коблов С.П.0 возможности увеличения загрузки двигателя при упругом креплении корпусов плута к раме. // Тр. Волгоградского СХИ. 1985. Т.91. С.42-47.

83. Коваленко И.Н., Кузнецов Ю.Ю., Шуренков В.М. Случайные процессы: Справочник. Киев: Наукова думка, 1983. - 366 с.

84. Кондратьев Е.Л. Изучение колебаний культиваторных лап // Рабочие органы почвообрабатывающих машин для работы с мощными тракторами на повышенных скоростях: сб. ст. / РИСХМ. Ростов н/Д, 1974. -С.89-94.

85. Кондратьев E.JI. Исследование устойчивости движения рабочих органов культиватора на упругой подвеске на повышенных скоростях: Автореф. дис. канд. техн. наук. Ростов н/Д, 1974.

86. Кондратьев Е.Л., Игнатенко И.В., Новиков Ю.Ф. Устойчивость работы упругой подвески рабочих органов культиватора // Доклады ВАСХНИЛ. 1976.№12. С.35-37.

87. Коптев А.В. Определение параметров подвесок рабочих органов ротационной мотыги // Тр. ВИМ. 1983. Т.96. С.65-71.

88. Кормановский А.П. Основные направления инженерно-технических исследований// Техника в сельском хозяйстве. 1996. №4. С.2-4.

89. Кормановский А.П. Энергосбережение первостепенная задача в предстоящем столетии// Техника в сельском хозяйстве. 1999. №4. - С.3-6.

90. Кострицын А.К. Основные закономерности сопротивления почвы деформации и разрушению и их использование для обоснования типа и параметров почвообрабатывающих противоэрозийных рабочих органов: Автореферат дис. д-ра техн. наук. М.,1986. - 46 с.

91. Котельников В.А. О пропускной способности эфира и проволоки в элекгросвязи. М.: Изд-во управления связи РККА, 1933.

92. Котиков П.Я. Исследование процесса дополнительной обработки почвы вибрационными рыхлителями-выравнителями: Автореф. дис. канд. техн. наук. М., 1963. - 31 с.

93. Краснощекое Н.В., Котов П.М. К обоснованию жесткости упругой стойки рабочих органов культиватора КПЗ 3,8 /7 Материалы НТС ВИСХОМ.-М., 1970. Вып.27.

94. Крылов Н.М. Применение вибраций для уменьшения тявого усилия при мелиорации подпахотного слоя // Доклады ВАСХНИЛ. 1938. Вып. 1-2. -С.148-161.

95. Кулен А., Кучнерс X. Современная земледельческая механика / Пер. с англ. М.: Агропромиздат, 1986. - 349 с.

96. Кушнарев А.С. Механика почв: задачи и состояние //Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1987. №3. С.9-13

97. Кушнарев А.С. Основы теории взаимодействия почвообрабатывающих орудий с почвой: Автореф. дис. . д-ра техн. наук. М.: МИИСП, 1972.-51 с.

98. Кушнарев А.С. Структор механических свойств почвы .// Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1980. №2. С.46-48.

99. Левин Б.Р., Шварц В. Вероятностные модели и методы в системах связи и управления. М.: Радио и связь, 1985. - 312 с.

100. Левицкий С.В. Исследование виброэффекта упругой подвески рабочих органов скоростного лапового культиватора с целью снижения тявового сопротивления : Автореф. дис. канд. техн. наук. Ростов н/Д, 1981. -20 с.

101. Липкович Э.И., Мазитов Н.К. идр. Комплекс блочно-модульных культиваторов к тракторам класса 1,4 // Тракторы и сельскохозяйственные машины, 2002, №2.- С. 2-3.

102. Лурье А.Б. Модели сельскохозяйственных агрегатов и их систем управления.-Л; Колос, 1979.-312 е.

103. Лурье А.Б. Статистическая динамика сельскохозяйственных агрегатов. Л.: Колос, 1970. - 376 с.

104. Льюнг Л. Идентификация систем. Теория для пользователя.-М.:Наука, 1991.

105. Макеев В.П., Гриненко Н.И., Павлюк Ю.П. Статистические задачи динамики упругих конструкций. М.: Наука, 1984. - 232 с.

106. Мацепуро В.М. Исследование закономерностей сопротивления почв и грунтов: Автореф. дис. канд. техн. наук. М., 1968.

107. Мацепуро В.М. Моделирование сельскохозяйственных сред и материалов вязкопластичным телом // Тр. НИММЭСХ. 1969. Т.7. С.37-41.

108. Меркин Д.А. Введение в теорию устойчивости движения. М.: Наука, 1971.-311 с.

109. Методические указания МУ23.2.48-88: Определение и расчет параметров упругих стоек рабочих органов почвообрабатывающих машин. / А.А. Завражнов, С.А. Инаекян, И.В. Игнатенко, В.П. Жаров.-М.: ВИСХОМ, 1989.-58 с.

110. Методы автоматизированного исследования вибраций машин : Справочник. М.: Машиностроение, 1987. - 224 с.

111. Моргачев В.Е. Исследование и обоснование параметров культиватора с упругими стойками для работы на скоростях 9-15 км/ч: Автореф. дис. канд. техн. наук. Казань, 1973. - 28 с.

112. Моргачев В.Е. О характере колебательного процесса культиваторной лапы на упругой стойке. // Тр. ВИМ. М., 1970. Т.52. - С.52-56.

113. Новиков Ю.Ф. Основы теории и механико-технологические исследования процесса вспашки: Автореф. дис. . д-ра техн. наук. Ростов н/Д, 1974.

114. Новичихин В.А. Теория нелинейного оценивания среды в вопросах сельскохозяйственной механики: Автореф. дис. канд. техн. наук. М., 1966.36 с.

115. Норгаев Р., Флейшнер Н.М. Об уменьшении тягового сопротивления подкапывающего рабочего органа с шарнирно-упругим креплением // Земледельческая механика. М., 1985.

116. Огрызков Е.П., Огрызков В.Е. Агроэнергетическая интерпретация рациональной формулы Горячкина // Тракторы и сельскохозяйственные машины, 2000, №8. С.32-34.

117. Панов И.М. Методы повышения эффективности обработки почвы: Сб.науч. тр. / НПО ВИСХОМ. М, 1990. - С.3-12.

118. Панов И.М., Панов А.М. Современные тенденции развития техники для обработки почвы // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1998. № 5. -С.32-36.

119. Панов И.М., Черепахин А.Н. Технический уровень почвообрабатывающих и посевных машин // Тракторы и сельскохозяйственные машины, 2000, №9. С. 10-12.

120. Пановко Я.Г. Основы прикладной теории колебаний и удара.-4-ое изд, перер. И доп.-Л.: Политехника, 1990.-271с.

121. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов. М.: Мир. 1977. - 552 с.

122. Пикушов В.А. Взаимодействие сжатого газа с почвой при рыхлении // Тракторы и сельскохозяйственные машины, 2002, №7.- С. 8-10.

123. Плутницкая С.А. Плоская задача о движении в почве клина с газовой смазкой : Автореф. дис. канд. техн. наук. Ростов н/Д, 1977. - 19 с.

124. Поветьев А.А., Гасилин В.И., Игнатенко И.В., Китаев Н.А. О нормировании упругих смещений рабочего органа культиватора // Параметры перспективных почвообрабатывающих рабочих органов и машин.: Тр. ВИМ. -М„ 1981. Т.90. С.17-21.

125. Поздняков Ю.Н. Исследование трения при гидродинамической смазке рабочих поверхностей почвообрабатывающих машин : Автореф. дис. канд. техн. наук. Челябинск, 1967. - 24 с.

126. Покровский Г.И., Наседкин И.А., Синельников С.И. Исследование сжатия почвы при различных скоростях деформации // Почвоведение. 1938. № 1.- С. 17-22.

127. Пологих Д.В. Обоснование типа и параметров механизма навески и заглубления сошников зерновых сеялок: Автореф. дис. канд. техн. наук. М., 1978.-18 с.

128. Потемкин В.Г. Система MATLAB: Справ, пособие. М.: Диалог-МИФИ, 1998.-314 с.

129. Приборы и системы для измерения вибрации, шума и удара: Справочник в 2-х книгах. М.: Машиностроение, 1978. Кн.1. - 428 с.

130. Проскуряков А.С. Актуальность сохранения проектной геометрии почвообрабатывающих машин If Актуальные вопросы механизации сельскохозяйственного производства. Алма-Ата, 1971.

131. Пугачев В. С. Теория вероятностей и математическая статистика. -М.: Наука, 1979.-496 с.

132. Райбман Н.С. и др. Дисперсионная идентификация.-М.-.Наука, 1981.

133. Рейнер М. Реология.- М.: Наука, 1965.- 486 с.

134. Реклейтис Г., Рейвиндрен А., Регедел К. Оптимизация в технике : В 2-х кн. М.: Мир. 1986. Т.1. - 326 с.

135. Родичев В.А., Сапьян Ю.Н. Энергосберегающая политика при механизации сельскохозяйственного производства// Техника в сельском хозяйстве. 1996. №6. С.68-71.

136. Рябцев Г.А. Влияние упругой подвески лап культиватора на энергетические и качественные показатели работы: Автореф. дис. канд. техн. наук. Орджоникидзе, 1967. - 19 с.

137. Рябцев Г.А. Исследование культиваторных лап с упругой подвеской // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. 1966. №11.

138. Рябцев Г.А. О методике определения составляющих тягового сопротивления культиваторных стоек // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. 1967. №6.

139. Рябцев Г.А. Технологические основы применения почвообрабатывающих машин с упругой подвеской рабочих органов : Автореф. дис. д-ра техн. наук. Воронеж, 1975. - 52 с.

140. Рябцев Г.А. Эффективность вибрирующих рабочих органов почвообрабатывающих машин // Техника в сельском хозяйстве. 1978. №1. -С.37-88.

141. Рябцев Г.А., Карпуша П.И. Некоторые результаты исследования работы культиватора с упругой подвеской лап // Тр. Мелитопольского СХИ, 1967. Т.5. Вып.З.

142. Сабликов М.В. Механические свойства почв // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1962. №4.

143. Сафаралиев А.Д. Исследование устойчивости движения рабочих органов культиватора для сплошной обработки почвы на склонах Азербайджанской ССР: Автореф. дис. канд. техн. наук.- Кировобад, 1981-22 с.

144. Свирский Г.Э. Резание почвы поперечно-вибрационным рабочим органом / Тр. Кишиневского СХИ. 1961. Т.ХУП. С.37-44.

145. Севернев М.М., Цыганков Ф.П. Обзор существующих технологических процессов механизации работ в растениеводстве с целью сокращения потребления энергии. ЕЭК ООН.: Агромех. докл. №88. Ныо-Йорк, 1981.-27 с.

146. Семенов П.Ю. Исследование рыхлящих рабочих органов комбинированных орудий для предпосевной обработки почвы // Сб.тр. Белорусской СХА. 1982. Вып.65. С.21-27.

147. Синеоков Г.Н. Сопротивления почвы, возникающие при ее обработке. Автореферат дис. . д-ра техн. наук. М., 1955. - 30 с.

148. Синеоков Г.Н. Теория и расчет почвообрабатывающих машин. М.: Машиностроение, 1977.-328с.

149. Скорняков А.Ф. Исследование динамических характеристик процесса вспашки с целью снижения тягового сопротивления плуга: Автореф. дис. канд. техн. наук. Челябинск, 1976.-24 с.

150. Современные методы идентификации динамических объектов/Под ред. П.Эйкоффа.-М.Мир, 1983.

151. Солодовников В.В., Усков А.С. Статистический анализ объектов регулирования. М.: Машгиз, 1960. - 263 с.

152. Справочник конструктора сельскохозяйственных машин. В Зт. Т. 1. / Под ред. М.И.Клецнина. М.: Машиностроение, 1967.

153. Статистические задачи оптимизации параметров и оценки надёжности нелинейных упругих машин/ Перова.-М.: 2000 22407 Тем сб. ЦУПЛ май 2000.

154. Стребков Д.С. Концепции и пути развития энергетики сельского хозяйства//Техника в сельском хозяйстве. 1995. №6. С. 2-5.

155. Тензометрия в машиностроении : Справочное пособие.-М.: Машиностроение, 1975.-298 с.

156. Теодорчик К.Ю. Автоколебательные системы. М.: Гостехиздат, 1955.-210 с.

157. Теория выбора и принятия решений / И.М. Макаров, Т.М. Виноградская, А.А. Рубчинский, В.Б. Соколов. М.: Наука, 1982.-328 с.

158. Теория конструирования и расчет сельскохозяйственных машин / Под ред. Е.С.Босого М.: Машиностроение, 1978. - 566 с.

159. Тимофеев А.Н., Скакун Т.С., Флейшер Н.М. К динамике относительного движения плоскореза-рыхлителя // Тр. МИИСП. 1974. Т.П. Вып.1.

160. Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. М.: Радио и связь, 1982.-624 с.

161. Труфанов А.Л. Рациональный принцип создания вибрационных рабочих органов плуга // Сб. тр. / МИИСП. 1976. Т.12. Вып.1. 4.1. С.20-26.

162. Тураев А.Д. Исследование динамики плута: Автореф. дис. . д-ра техн. наук. Ростов н/ДД 974. - 44 с.

163. Уилкинсон Дж.Х. Алгебраическая проблема собственных значений / Пер. с англ. М.: Наука, 1970. - 564 с.

164. Устинкин Е.Д. Исследование влияния скорости на взаимодействие режущего органа с почвой: Автореф. дис. канд. техн. наук. М.,1967. -26с.

165. Федоров В.В. Теория оптимального эксперимента. М.: Наука, 1971.

166. Хеннан Э. Многомерные временные ряды.-М.: Мир, 1974.

167. Хусар И., Кайфан В. Исследование прочности рабочих органов рыхлителя // Земледельческая механика. М., 1985. - С.52-54.

168. Цветков Э.И. Основы теории статистических измерений. Л.: Энергия, 1979. - 286 с.

169. Цесниекс А.Х. Исследование функционирования пружинных зубьев, их рациональный тип для машин предпосевной обработки почвы в условиях Латвийской ССР : Автореф. дис. канд. техн. наук. Елгава, 1983.22 с.

170. Цесниекс А.Х., Видде А.А. Сравнительное исследование видоизменяемости пружинных зубьев орудий предпосевной обработки почвы и посева, применяемой в Латв.ССР // Тр. Латв. НИИПТИМЭСХ. 1980. Вып.6(13). С.28-51

171. Цыпкин Я.З. Основы информационной теории идентификации.-М.: Наука, 1984.

172. Численные методы анализа случайных процессов. М. : Наука, 1976.-128 с.

173. Шакиров И.К., Мазитов М.Н. и др. Динамика S -образного рабочего органа // Тракторы и сельскохозяйственные машины, 2002, № 10. С. 29-31.

174. Шевченко И.А. Определение оптимальных параметров упругой стойки //Тр. Мелитопольского СХИ. Мелитополь, 1987. - С.53-56.

175. Шевченко И. А. Экспериментально-теоретическое обоснование параметров рабочих органов с упругими стойками культиваторов для предпосевной обработки почвы : Автореф. дис. канд. техн. наук. М., 1988. -18 с.

176. Янкелевич В.Г. Определение спектральных плотностей входных возмущающих воздействий для математической модели почвообрабатывающего орудия // Динамика почвообрабатывающих агрегатов и рабочих органов для обработки почвы. Челябинск, 1982. - С.82-86.

177. Агауа К., Kananishi К. Soil iarbure by untroducing oir under pressure. Transaction ASAE. -1984 -v. 27, № 5 p. 1292-1997.

178. Butson M.J., Rackham D.H. An improved mathematical model.-J. arg. Engg res., 1981, vol. 26, № 5, p. 419-439.

179. Caproiu S., Stoiculescu D. Aprecierea stattistica a indicilor calitativi la cultivatora rele cu organe de Jucru vibratoric.-Prod. Veget. Mecan. Agr., 1987, an 22, №2, p. 27-31.

180. Clode A.W. Spring Trip Cultivatoren shanks. Paper 841 in the Johurnal Series of the Pelsinvanie. Agricultural Experiment. - July. 1938.

181. Eggenmuller A. Grubber mit schwingende Werkzeugen. "Grundlagen der Landtechnik", №11,1959.

182. Gullscher D.E. e.a. Effects of cultivator sweep pitch on tillage forces. St. Joseph, Mich., 1980., №14 c. (ASAE. 80-157).

183. Kramer K. Tendenzen der Pflugenentwiecklung // Reaktishe Landtechnik. 1981. v.34. №7. P. 204-207.

184. Moller К., Gasella A. Picerche su orani di lavero con attaco deformobile al telaio di un coltivatore. "Mach. emotori agric." 1959. №12.

185. Nambu S., Hata S., Endo T. Studies on cultivator shanks./ J/ Soc/ Agr. Nach., Japan, 1983, vol. 45, №3, p. 311-318.

186. Stafford J.V. Force prediction models for brittle and flow farlure of soil by dranght tillage tools. J. agr. Engg hes., 1984, vol. 29 №1 p. 51-60.

187. S. Stroe-Oprea et M.Munteanu. Studial vibratillor Landitdinall aie cultivatoaren fara vibratiel fortata a organului de Jucru // Studitsi cercetari de mecanica aplicata. 1973. T.7. №3. C. 235-249.

188. Tillage tackle kuilt to contracting star ards -Power Fanny, 1982, vol. 61, №11, p. 60.

189. Walter E., Fischer-Schlemm, Eberhardt M.E. Untersuchung an einen Kartoffelroder mit gegen einander Schwingenden Sieben // Landtechnik Forsch. 1959. №6.