автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование параметров, определяющих тягово-энергетические свойства электрофицированного блока тягового класса 1кН для механизации растениеводства в приусадебных и тепличных хозяйствах

Я4 ¿V

«V0

г. Э

БЕ)

гч -, \ .

УНИВЕРСИТЕТ

Д} ШО

У11С631. 3- 181.4

С ИЛЬЧЕНКО Анатолий Анатольевич

' ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ ТЯГОВО-ЭНЕРГЕТИЧЕСТСИЕ-СВОИСТВА 'ЭЛЕКТРИФШШРОВАШЮГО БЛОКА ТЯГОВОГО КЛАССА !кН ДЛЯ МЕХАПИЗлЦПИ РАСТЕ1ШЕПОДСТПЛ В ПРИУСАДЕБНЫХ И ТЕПЛИЧНЫХ ХОЗЯЙСТВАХ

Специальность 05.20.01 - механизация сельскохозяйственного производства

АВТОРЕФЕРАТ

на соискание ученой степени кандидата технических на} к

МГНГСК'- 1999 г.

Работа выполнена на кафедре "Тракторы и автомобили" Белорусского Г осударственного Аграрного Технического Университета (БАТУ).

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор,

Горин Г. С.

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

Гуськов В. В.

доктор технических наук, доцент Орда А. Н.

Оппонирующая организация: БелШШМСХ

Защита состоится "-¿У УуУ^ .^1999г. в_ч. На заседании

совета по защите диссертаций К 02.31.01 при БАТУ по адресу: 220023, г. Минск, пр-т Ф. Скорины, 99, БАТУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке БАТУ.

Автореферат разослан " /с^ОЛ 1999г.

Ученый секретарь Совета по защите диссертаций, кандидат технических наук, доцент

/70Щ

В.А. Агейчик

У

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. В странах СНГ большие объемы сельскохозяйственной продукции производятся на приусадебных участках. Так, в РБ имеется 1,5 млн., в РФ 22 млн. приу садебных хозяйств. Приусадебные хозяйства, занимая 7% обрабатываемых площадей, производят от 40 до 60% плодоовощной продукции. ;

Благодаря высокому баллу плодородия земель, наличию развитой Инфраструктуры дорог, жилья, энерго - и водоснабжения, особой ментальноста населения имеется дальнейшая; возможность расширить объемы производства на названных участках. Ведут приусадебные хозяйства, в основном, люди пенсионного, возраста, не располагающие большими физическими и финансовыми возможностями, не все имеющие -ысокую квалификацию. К 2010 году половина взрослого населения РБ будет пенсионерами. Поэтому проблема создания дешевых, легких в управлении средств малой механизации (СММ) приусадебного раст ниеводствг. приобретает важно социальное и экономическое значение. Кроме того, на базе электрифицированных блоков рассматриваются возможности изыскания альтернативных жидкому топливу источников энергии. Для РБ, не. располагающей большими источниками энергии, эго'имеет важное значение.

Цель и задачи исследований. Цель - на основе аналитических и экспериментальных исследований дать оценку тягово-энергетических показателей различных конструктивных схем агрегатов и одноосных энергосредств с целью В1>'рз«пм; рекомендаций промышленности по выбору их параметров.

Для достижения заданной цели решались следующие задачи:

• проведение аналитических исследований общей и тяговой динамики, а также энергетики агрегатов на базе одноосных конструктивных схем тягового, толкающего и тягово-ротационного блоков;

• разработка универсального электромобильного тягового энергосредства;

• проведение экспериментальных исследований тягового агрегата с целью уточнения его параметров;

• изучение возможности создания агрегатов на базе блоков с ограниченными массогабаритными показателями, на основе рабочих органов (РО) - движителей;

• обоснование области применения агрегатов на базе блоков с элекзроприво-дом от бытоной сети ходовых систем и рабочих органов (РО) при механизации приусадебных, селекционных и тепличных хозяйств.

Объект исследований. Универсальные ".лектрифицироваиные мобильно-стационарные блоки и аг регаты на их базе для малой механизации в сельском хозяйстве и коммунальном бьпу, методика обоснования конструктивных параметров-блоков, взаимодейсгвие рабочих органов ссльхозорудия с почвой.

Научная nomonn полученных гс;у.пьт;. юн. Новизна состоит в разработке общей теории выбора агрегатов на базе тягового, толкающего н тягово-ротациогного блоков, позволяющей улучшить тягсво-энсргетичеекне показатели последних пугем у.мепьщеиия "паразитных" сил трения в контакте сельхозорудия с почвой и разработкой принципов снижения веса на основе РО-Д1)ижителей. Подана заявка № а 10990546 от -01.06.99г. па изобретение "Тягово-транспортное средство".

Предложено теоретическое и экспериментальное обоснование параметров агрегатов :ia базе электрифицированных блоков. Составлены математические модели тяговой ч общей динамики и энергетики агрегатов на базе трех конструктивных схем блоков. Разработана методика расчета и конструкция электрифицированного тягового блока (ЭТБ) с обоснованными параметрами. Практическая значимоеть полученных ре>ультптов. Результаты исследований по выбору параметров и разработке конструктичных схем электрифицированных блоков с агрегагируемым комплексом машин использочаны при разработке СММ. Разработанные конструктивные схемы агрегатов на базе блоков имеют универсальное применение и могут быть использованы для мехаиизац и мобильных и стационарных процессов растениеводства, животноводства, коммуналыю-бытовой сферы приусадебных и фермерских хозяйств , а также для работы в' больших помещениях типа' вокзалов.

Рса.ичация результатов исследований. Результаты исследований по выбору параметров и разработке конструктивных схем электрифицированных блоков с агрегагируемым комплексом машин для приусадебных и тепличных хозяйств использованы при разработке проекта научно-технической подпрограммы Союза России и Беларуси: "Разработка образцов универсальных мобильно-стационарных агрегатов с применением двигателей на основе новых энергетических принципов н прогрессивных технологий". Материалы исследований использованы ОАО "Минский приборостроительный завод" (ОАО МПЗ) для разработки и изготовления экспериментального образца электрифицированного тягового блока (ЭТБ).

Свячь работы с крупными научным» программами, темами. Работа выполнялась в соответствии с планом НИР ВАТУ на 1996-2000гг. (проблема №8, тема 8.4. "Обоснование параметров энергетических средств для малой механизации в индивидуальных хозяйствах и теплицах"). Задание. "Разработка методов расчета тягово-знергетнческих параметров СММ для решения задач ресурсосбережения, экологии и эргономики в приусадебных хозяйствах и теплицах" включено в проект названной научно-технической подпрограммы Союза России и Келаруси.

Ачробачня результатов диссертации. Основные положения диссертационной работы докладывались на международных научно-технических конференциях в Б АТУ (1996 -1998 гг.), БСХА.(19*)7г. и 1998г.) и БелНИИМСХ (1999г.). Макетный оорачец тягового блока экспонировался на сельскохозяйственной выставке ВАТУ и между народной выставке БелАГРО-98. Результаты работы в составе комплексных исследований лаборатории "Мобильная энергетика" были представлены для участия во II Республиканском смотре-конкурсе профессионального мастер-

ства преподавателей сельскохозяйственных учебных заведений. Ее соавтор Силь-ченко A.A. награжден дипломом I степени.

Опу5ли1ссвун;;ость результатом. Основные положения диссертационной работы с достаточной полнотой изложены в двух, статьях научно-технических журналов, трех материалах докладов научных конференции, трех тезисах научных конференций.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

» тяговая и общая динамика агрегатов на базе тягового, толкающего и тяго-во-ротационного блоков;

• энергетическая оценка конструктивных схем агрегатов на базе названных блоков;

• теоретические исследования по обоснованию параметров РО-движителей, с целью создания агрегатов на базе блоков с ограниченными массогабаригными показателями;

• результаты экспериментальных исследований агрегата на базе элестрифи-цированного тягового блока;

• рекомендации предприятиям промышленности по выбору параметров агрегатов на базе одноосных электрифицированных средств.

Личный вклад соискателя заключается: О В самостоятельной разработке математических моделей и теоретическом обосновании параметров агрегатов на базе тяговой, толкающей, тягово - ротационной схем блоков и экспериментальной проверке адекватности моделей; П В разработке методики расчета тяговой н общей динамики и энергетики агрегатов на базе универсальных электромобильных блоков тягового и толкшощего типов с однофазным электрс 'вигателем;

П в обосновании параметров агрегатов на базе блоков с ограниченными массогабаригными показателями, на ос.чове РО - движителей.

Гипотеза. На базе электрифицированных мобильных агрегатов можно изыскать альтернативные жидкому топливу источники энергии, снизить стоимость энергосредства, решать экологические задачи, облегчить ТО и управление.

• Методологип и методы нропече-нпого исследования. Прогнозирование тя-гово-знергетических показателей выполнено на основе детерминированных моделей, адекватность которых подтверждена результатами экспериментальных исследований натурного образца тягового блока.

Структура и объем диссертации. Диссертация написана на русском языке. Она включает введение, пять глав, общие выводы, список используемой литературы из i 16 наименований (в т. ч 2 на иностранных языках) и приложения. Работа изложен? на 178 страницах, нз них 128 стр. основного машинописного текста, включав! 40 рисунков, 74 таблицы и 6 приложений на 50 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы и необходимость ее разработки. Отмечено, что при нынешнем развитии техники с РБ для производства продукции растениеводства и животноводства расходуется 1,5 млн. тонн автотракторного топлива, 2,7 млрд. кВт-час электроэнергии и 370 млн. чел.-ч. живого труда. Дальнейшее развитие сельского хозяйства может быть на основе широкомасштабного освоения ресурсо - и энергосберегающих технологий. Значительный резерв экономии материально-энергетических ресурсов кроется в росте технического и эксплуатационного уровня СММ.

Глава I. Направления развития СММ растениеводства приусадебных и тепличных хозяйств стран СНГ н Запада. Для похщерлсапия и развития крупных коллективных к фермерских хозяйств требуются огромные капиталовложения. Признано, что для поддержания устойчивого сельскохо?яйствснного производства на базе индивидуальных хозяйств требуются меньшие затраты и эффективность капиталовложений здесь гораздо выше, благодаря развитой инфраструктуре (жилья, дорог и энергоснабжения), а также использованию личной заинтересованности населения.

В настоящее время механизация процессов растениеводства производится на основе таги мотоблоков или конной, а механизация коммунальпо-бытовых работ -иа основе случайных не взаимоувязанных узко специализированных машин. Для ведения индивидуального хозяйства на базе мотоблоков или лошадей требуются достаточно большие капита-.ьпые вложения, физические усилия на управление и квалификация рабочего персонала.

Во всем мире энергетические и экологические проблемы решают на основе расширенного применения электроэнергии. Поэтому Систему машин для механизации процессов растениеводства и коммунально-бытовых работ в индивидуальных и приусадебных хозяйствах предлагается создать на базе универсальных мобильных и стационарных энергетических средств с кабельтчм электроснабжением. Выполненный анализ показал, что используя технологические достижения в области создания молекулярных накопителей энергии в перспективе могут быть разработаны электромобильные системы, использующие новые энергетические принципы.

Препятствием для наращивания объемов плодоовощной продукции является отсутствие дешевых СММ, прежде всего предназначенных для выполнения энергоемких операций растениеводства. Сдерживает развитие СММ отсутствие теории выбора их параметров. На решение этих вопросов и направлена настоящая работе.

В настоящей работе рассмотрены пешеходные и пешеходно-ездовые СММ.

Особенность предлагаемого подхода заключается в том, что для выполнения процессов растениеводства и животноводства рассматриваются схемы СММ с электроснабжением от бытовой сети.

На основании приведенного анализа состояния вопроса сформулированы цель и задачи исследований.

Гтаоа 2. О Задай лкнамигп ;;гг-ен!тов на база йлоьгоп. Установлены закономерности изменения нормальных реакцлн на опорных колесах тягового, толкающего и тягозо-ротационногс блоков и опорной пяте сельхозорудия с ростом внешних сил и моментов, действующих на РО.

Теоретические основы общей динамики тракторов изложены в работах Чуда-ксва Д А., Гуськова В.В и др. исследователей.

Расчетная схема тягового агрегата приведена на рис. I. Применены общепринятые обозначения сил.

Положение центра тяжести блока на рисунке определяется двумя координатами: а и а( - расстояниями от центра тяжести соответственно блока и переднего балластного груза до проведенной через геометрическую ось ведущих колес нормали к опорной поверхности. Положение центра тяжести сельхозорудия определяется продольной координатой о«.

(Л

Рис. 1. Расчетная схема т нового агрегата.

При векторном сложении силы тягового сопротивления Я с весом машины (}„, получаем результирующую силу 11^,, наклоненную под углом в к горизонту. У плугов мотоблоков значение в ^32..34°.

Величину нормальной реакции почвы У„, действующей на полевую доску РО сельхозорудия, находили из уравнения моментов относительно его мгновенного центра вращения Ок. Последний находится в геометрическом центре оси ведущего колеса блока.

хт = У„хЬ„, (1)

где т и /.„ - соответственно плечи сил 11р„ и У„ относительно мгновенного центра вращения иавесного сельхозорудия.

Отсюда:

Ун = , . (2)

Введем понятие "паразитной" силы возникающей при догрузке полевой доски сельхозорудия частью веса ЭТБ.

С учетом коэффициента трения ¡л а контакте полевой доски с почвой в лро-дольно-вертикальной плоскости действует сила трения:

й

А11х=УнхМ, (3)

На горизонтальном участке если скорость агрегата.5- установившаяся,

1Х 0.Х, К, - ЛК,

ГУ 0. С, * Ос 1 У?,/«<9 - Ук-Ун±Урук -- О,

2Л/г\ 0. С6 хай ' С ха - Хкх гд - Ук хак - Кхх¡<¿0хаи + (Их + х(гд ^ У„х1и±У1л,кат - О,

При этом

ЛЛ- - ^ + Рг) хи -Ук ха„ - М/.

В статике в транспортном положении ЭТБ балластируют так, чтобы опрокидывающий момент силы веса Он „, уравновешивался аналогичным моментом сил веса блока и балластных грузов Оо-

Сох а6 О ха ■--■ Онхан.

Тогда !п .шальная реакция почвы на РО навесного орудия:

Ун (КхХ а,, - О0ха,-, - (}ха : Нхх (гд + Иг) ± УР>К харук • / (/.„ 1 рх(г0 < И,)), ' (4)

Для того чтобы обеспечить положительный заглубляющий момент, Яр^хт необходимо выдержать соотношение: ' '

/£9>гд/а„, (5)

Нормальная реакция, действующая на колеса ЭТБ равна

У„ О ч О0 О,, . Нхх к О- У„ ±Урук, (6)

Распределение нормальных реакций между колесами блока и РО сельхозору-дия характеризовали коэффициентом Л. Если У^,, =0,

Я (С>ха \ С]Ьха„) Ць,ха„) - М„„г А/„„ , (7)

где Л/,„,,, -опрокидывающий момент, Мтр (Iха (¡бха,-„

Мст - стабилизирующий момент, К4т ■■--■ 0'„ х а„ Тогда, в транспортном положении

Сиханх(1- Я) --УрухХар)*.

Отсюда следует:

если Я=0, (при а=0, а6=0), УрукХ а

если Я=1, (при Сха + С6ха0^ Оихан), УЛ«=0, если Я > 1 , Урук< О,

если Я < 1 , УруК > 0.

Согласно ГОСТ 21753-78 "Система человек-машина. Рычаги управления. Общие эргономические требования", усилие, прилагаемое к рукояткам управления не должно превысить Ур}*.= 45Н. В табл.1 приьедены параметры тягового агрегата.

Таблица 1

Параметры разработанного тягового агрегата

С,кН С,„кН С«,кН а, м а„, и ак, м а,г*, М

1 2 3 ' 4 5 6 7

1,4 0,24 0,17;0,34; 0,51 0,021 0,605 0,54 1,0

/г, м К м /,,м Гд, м в, 0

8 9 10 11 12

0,325 0,10 0,845 0,300; 0,225 32, 34

В тяговом агрегате при работе с тяговой нагрузкой У^=1кН: П при отсутствии ба тстмых грузов (С?в=0) на опорную пяту плуга ПЛ-1 действуют большие нормальные нагрузки (У„=0,28кН) и сила трения лЛ*=0,1хН Усилие на рукоятке при заглублении У/,,х=0,096кН;

П при весе балластных грузов 0^0,51кН догрузка опорной голы орудия и сила л1*х отсутствует , а догрузка ведущих колес составляет /?у=1,045кЛ, из них 0,535кН создает вертикальная составляющая тягового сопротивления. Усилие, которое нужно прилагать к рукоятке при заглублении, 3^*=0,18кН значительно больше чем допустимое (^у,=0,045кН) и направлено вниз; Недостатки, характерные современным тяговым блокам: о Больше масса, а следовательно, стоимость; Например, для работы с тяговым усилием Ркр = 1кН масса ЭТБ должна составить т = 180...190кг;

о неудовлетворительные энергетические показатели связаны с разгрузкой колес ЭТБ и большой догрузкой сельхозорудия Ун\

я при большом весе балластных грузов усилие, которое необходимо прикладывать к рукоятке при заглублении орудия недопустимо велико.

С цельк» сйижения "паразитных" сил предложена схема толкающего блока. Расчетная схема последнего показана на рйс.2, где использованы ранее приведен-

ные ооозначсния. Расчет нормальных реакций толкающего агрегата произведен в той последовательности, что и тягового. Параметры толкающего агрегата приведены в табл.2.

Рис. 2 Расчетная схема агрегата на базе толкающего блока.

2У = О.Ях = Хк.

1У -- 0. в- У, + й +в6 ±Ут -0.

Шок 0. 11х х (гд - Иг) + Ихх 1^0 а„ -О ха± Урук ха Сй ха6 -Х„ хгд-Ук ха„=0.

Усилия на рукоятках управления блока при выполнении технологического процесса: „

Урук - /Д.* (Гд - К + 1&0х а,) - Ох а - Сбх а,-, - Мк}/ аИК, (8)

» *

Тогда, нормальная реакция, действующая на колеса толкающего блока, равна

У, - + Урук + О + во, - ' (9)

Из рис.2 следует, что в транспортном положении

С„ха„ - Сха - Сбха„ ± Урукх а рук = 0, (10)

Обозначим через коэффициент распределения нормальной нагрузки:

Л = (Оха I Сбхай) /С„хаИ Мст /ММ1,, ('«!)

где Мощ, - С„ х а„,

Мст= Ох а + О г, х а,-,.

Тогда, в транспортном положении

Онхан (1- Л ) Угукх а рук, (12)

Таблица 2

Параметры рглработапюгс. электрифицированного толкаюшзго агрегате

О, кН &'„, кК О,-,, кН а, м | а„, м \ аг„ м О М

1 2 3 4 | 5 6 7

0,8 0,2 0,17; 0,34; 0,51 0,06 0,33; 0,50 0,2 0,75

Л, м К, м г„, м 0

8 9 10 11

0,31 0,1 0,175;0,225 28

Толкающий блок легче тягового, т.к.: в меньше на д/?г тяговое сопротивление;

в ведущее колесо дофужается усилием Урук, катится по дну борозды и как следствие, имеет хорошие тягово-сцепные свойства.

В толкающем агрегате:

О при движении без тяготой нагрузки усилие на рукоятке .\^,к=0,С7кН при Ое=ОкН; У„,,=0,024кН при 6>0,17кН; У^=0,02кН при С5=0,34кН; Уда=0,075кН при ^7б==0,51кН; Уг,уг=0,24кН при Сй=0,68кН. При последнем значении балластирования оператор испытывает перегрузку;

(3 при движении с тяговой нагрузкой Нх= I;сН нормачьная нафузка на ведущее колесо изменяется от Ук= 1. .7кН при О«=0кН до У„ 1,54кН при 6^ 0,51 к! I.

Важным положительным свойством толкающего афегата является то, что с ростом тяговой нафузки, ведущее колесо блока, догружается.

В расчетных диапазонах изменения углов 9 (от 27° до 32°), выноса балластных грузов ай(от 0,1 м до 0 4м), глубины пахоты Иг (от 0,08м до 0,14м) нормальные нагрузки на ведущие колеса У„ и рукоятке У„,к изменялись не существенно.

Тягово-ротационный афегат для поверхностной обработки почвы включает энергосредство с двумя ведущими колесами и вращающийся РО - движитель, создающий толкающее усилие или снижающий тяговое сопротивление орудия и одновременно выполняющий почвообработку.

Идея РО-движителя позволяет существенно снизить массу афегата.

В работе решается задача создания тягово-ротационного агрегата, выполняющего основную обработку почвы сферическим вырезным ведущим диском.

На рис.3 показана схема сил, действующих на тягово-ротационный афегат. Силы, действующие на колесо, уже описаны. К ведущему диску приложены следующие силы:

а - веса диска;

а р.- составляющая веса цепного редуктора и других деталей блока;

в Уи - нормальная реакция в статике;

о Л, и Ну - соответственно продольная и нормальная составляющие тягового сопротивления РО.

Рнс. 3 Расчетная схема тягово-ротационного агрегата: а) - вид сбоку; б) - вид сверху.

Кроме того, ведущий диск догружен силой ¿Ду и составляющей тягового сопротивления д/г» обусловленной догрузко.й диска почвой.

Л. + Л =/»>х( в, + АЯу + Ку ± Урук)=/т X У».

(13)

где

/т - тангенциальный коэффициент анизотропного качения ведущего диска. В продольной плоскости к диску приложена составляющая ведущего момента (Мк~) Мх^МкСояво, влияющая на распределение нагрузок.

Величина Мк Зависит от кинематического опережения -соотношения окружной скорости ведущего диска и с аналогичной скорости колес блока. Расчетные значения буксований диска <£=0...0,3. ,

Реакция У„ должна быть достаточна для внедрения диска в почву. Кроме того, необходимо выдержать условие возможности выглубления диска при усилий рукоятке, не превышающем Урук = 45Н. У ЭТБ это условие выдерживается при массе диска и прилегающей к нему части цепного редуктора, не превышающей 20...25кг. В табл.3 приведены параметры тягово-ротационного агрега-

та.

Таблица 3

Параметры разработанного электрифицированного тягово-ротационного

G, кН G„, кН G„p., кН L, м о, м а п-у, м О,, „., М

1 2 3 4 5 6 7

0,20 0,28 0,12 0,57 0,5 . 0,9 0,38

А,:М Гь М а0

8 9 10

0,225 25;30

Далее запишем уравнения равновесия агрегата:

£Х=0 = + ^ = 0, ГУ - 0. и; + С,±Ур>х - Ун + Rxxig в+ &Ry + G цр. = 0,

Шок = 0. -Укха,:-С ха ! (У„ - Rx tg О - JiJxL ± (ЛПХ + Rjx(hr + г$-Мх-

-G4P. х а„. r ± УрууХ aryx = 0, • {U,

где

Mx- момент сопротивлеш1я качению диска.

У« = (G x О + G цр. X Qцр> i УруКХ Q pyK + GH x LJ/L„. (15)

Из уравнения (15) и (14) следует

л«,, = -М;+(УИ xL„ - Rxx tgß) xLH + Rxx(hr +rd-MJ /(1,, +fm(hr + rj, (16)

e

В тягово-ротационном агрегате дисковый РО-движитель догружается нормальной нагрузкой \Ry =0,306кН. Вес орудия и усилие оператора, которое используется в качестве сцепного Урук+

Глава 3. Тяговая динамика агрегатов на базе блоков. Тяговые характеристики блоков строятся на базе характеристик-тягового электродвигателя (ТЭД), трансмиссии и ходовой системы. Динамика машинно-тракторных агрегатов с механической трансмиссией и тепловым ДВС изучена в работах Гуськова В В., Лурье A.B., Болтинского В., Нагорского-И.С.- землеройных машин с злектротранс-миссиями Ульянова H.A., транспортных средств - Погарского И.А., Яковлева А.И.

Выбор передаточного числа трансмиссии, а следовательно, загрузки ТЭД осуществляли с учетом режимов загрузки ТЭД на стационарных (привода насосов, ■ заточных станков и т.д.) и мобильных процессах (пахота, боронование и т.д.). Мощность ТЭД ЭТБ (1,3...1,5 кВт) выбрана исходя из предельного значения, рекомендуемого Правилами Энергонадзора для бытовых потребителей. Тяговый

класс ЭТБ 1кН, чго позволяет соспзльзомться 1длгйфо.\? сельхозмашин к мотоблоку МТЗ-С6.

Из анапиза механической характеристики ТЭД 8ЕК^-65следует (рис.4): « коэффициент запаса по крутящему моменту составляет Км^-2,2, вместо К* ^=1,15..1,20 - дизельного ДВС;

• в кратковременном режиме названный электродвигатель может развивать . мощность/^=2,'901 кВт, вместо М.„=1,5 кВт - в номинальном.

Характеристики ходовых систем блоков заданы кривыми буксования 5= /(Р

(17)

На рис.4 изображена теоретическая тяговая характеристика агрегата на базе

ЭТ.

-С учетом сил трения, действующих на полевую доску, полезная мощность тягового агрегата меньше, чем тяговая мощность отдельного ЭТБ

Тогда КПД, учитывающий потери на трение полевой доски, равен

Пг^иЖр-1-.^/Ркг . (19)

а тяговый КПД агрегата равен

Ъ г]шбхЧг ' Чпрхтухцохцг, (20)

Результаты расчетов ЭТБ :

и при передаточном числе трансмиссии ¡1=91,5 и 0*6=0,51 кН: К,^0,582 м/с; /^,=0,605кВт, максимальный тяговый КПД 7т)=0,474;

. и при ¡2 =60: {^1,06 м/с; N^,2=0,678 кВт максимальный тяговый КПД '//»2=0,434;

Результаты расчетов агрегата на базе ЭТБ: в при Сй=0кН, //=97,5: =0,10 кН; Ко/=0,651 м/с, ^,=0,660кВт; и при ¡2 =60: Уат= 1,03 м/с, 0,660 кВт, максимальный 1ШД агрегата ц„2 =0,39.0; Таким образом, паразитная сила существенно влияет на тяговую мощность и КПД агрегата.

Результаты расчетов толкающего блоха: в при //=43, Св=и,17кН, Г/=0,70м/с, Л^/=0,53 кВт; в при/>=30,ТггЮ,98м/с,#ч>г=(),50кВт,^шаг=0,65;

в скорость агрегата на базе толкающего блока Уа;~- 0,612м/с , /Учи/=0,468 кВт, ^,=0,637; Уа2=4),991 м/с, N^,¿=0,505 кВт;

Тяговая динамика машинных агрегатов с РО - движителями изучена в работах Медведева В.И.

у®

При качении с углом атаки направление перемещения дискового РО не совпадает с плоскостями качения и ей перпендикулярной. Кацыгин В.В., основываясь на трудах Янте и Опейко А.Ф., назвал такое качение анизотропным. Результирующая элементарных реакции опорной поверхности и соответствующая ей сила Рр„ при этом направлены под углом к вектору скорости. Силу Рре, можно представить в виде двух систем сил. Первая система р^ включает силы: касательную тяги 1\, <0- Ркр.кН сопротивления качению Р/и боковую Р6> а вторая - силы тангенциальную Рт и нормальную Р„, действующее соответственно по направлению (т) С—^//// ® Движения и перпендикулярно к нему. Рис. 4 Теоретическая тяговая характеристика агрегата на базе ЭТБ. Обозначение: , - <76=0кН, С„-=0,51кН.

Значения тангенциального и нормального коэффициентов анизотропного качения ведущего дискового РО выражены через коэффициенты: сопротивления качению диска, П д. - бокового сцепления (трения скольжения)

/4= Рс'У«, (21)

где'Рс- сила, необходимая для перемещения дискового РО вдоль оси враще-

ния.

П ç>K - использования сцепного веса

<Рк = Рс/Уm

(22)

План перемещения частиц почвы относительно диска представлен на рис. 5.S". Прч перемещении диска из т. О в т. В на расстояние £ силы Рк, PfV. Рс выполняют работу на следующих перемещениях:

OA=(¿\ cos 0ôy (1-5), СА= ((¿Sx cos вбУ (1 -<5))x S, 0O ,vSx ces вв. СД=£х sin26s> ОД=£х cos* 9б, ДВ=£х -sin2 вв.

На перемещении СА выполняется работа буксования, которая приводит к росту сопротивления качению

é=({<P*xcose6y(\-S)Y5,

(23)

На перемещении ОД - сипа -¡рения качения, fía перемещении ДВ - сила трения скольжения. С учетом изложенного

fm (-<р* +Á) cos2 Oq t ¡л\ xsin20á I- <рк x((cos}ej /(I- S))x8, (24)

Названные силы совершают также работу на боковых перемещениях СД. С учетом изложенного ' '

sin20J/2- (-<& ifJ((sin2e¿/2) +<рк x(sin2es/2) х5, (25)

Расчет дискового РО произведен на основе теоретических и экспериментальных исследований ведущих и ведомых колес Горина Г.С.

F зультаты расчета коэффициентов анизотропного качения при д.-1,5 ,/¿=0,10 представлены в Ъцде годографов на рис. 5.Я..

Коэффициент бокового сцепления ведущего дискового РО принят

íi'c

(26)

Рис.5 Голографы анизотропного качения (а) и план скоростей (б) дискового РО - движителя.

Обозначение: - ведущий диск,

__о_- ведомый диск.

На основе исследований рекомендуются следующие параметры установки диска для обеспечения качественной обработки почвы, а также самоперекатывания:

4=25° - угол атаки,

/?-15°...25°- угол наклона диска к вер-• тикали.

Для того, чтобы работать стакой дисковый РО должен иметь буксование 0,30 при коэффициенте использования сцепного веса'р =0,6,

Глава 4. Экспериментальные исследования тягового агрегата на базе ЭТБ. Испытания ЭТБ проведены по методике тяговых испытаний, регламентируемой ГОСТ 7057-81 "Тракторы сельскохозяйственные. Методы испытаний", РД РБ 19.01 Испытания сельскохозяйственной техники. Программы и методики испытаний. Общие положения". Экспериментальные исследования проведены с целью: выбора рациональных параметров блока; подтверждения адекватности разработанных моделей; изучения работоспособности основных систем ЭТБ.

Целевая функция эксперимента - достижение максимума тягового КПД пахотного агрегата на базе ЭТБ при различных сочетаниях параметров агрегата.

На тягогый КПД существенно влияют следующие параметры блока н сельхо-зорудия: С? - вес блока, Я - коэффициент распределения веса, О - диаметр колес, О - угол наклона ¡с горизонту результирующей реакции, действующей на РО сель-хозорудия в продольно-вертикальной плоскости, 0„ - вес орудия, Рур - тяговая нагрузка. Объектом экспериментальных исследований явился тяговый блок - установка в агрегате с плугом ПЛ-1. Тяговые показатели определены в функции от крюковой нагрузки, приложенной к тягово-сцепному устройству.

На основз матрицы планирования эксперимента установлено уравнение регрессии и оптимальные сочетания параметров МТА: С - веса; Я . - коэффициента распределения веса; /'„„ - тягового усилия ЭТБ.

■ цт 0,572 - 0,068 хЛ - 0,084хРкр\ (27)

. <ркр - 0,316 ^ 0,021x0 I 0,125хРкр -0,116л - 0,066х1'кр\ (28) / = 0,153 - 0,013x0 4 0,040x1 + 0,026х!\;р, (29)

При тяговых испытаниях ЭТБ загружали путем ступенчатого увеличения глубины пахоты плуга. Задавали следующие семь ступеней тяговой нагрузки на двух передачах: 0,15; 0,35; 0,55; 0,75; 0,95; 1,15; 1,35 кН. На мелкоконтурных участках индивидуальных и тепличных хозяйствах для обеспечения требуемой достоверности результатов тяговых испытаний для каждого значения Ркр, длина мерного участка испытаний /,=20 м. Для определения сопротивления качению ЭТБ прокатывали в прямом и обратном направлении при выжатых рычагах управления поворотом. Повторность экспериментов трехкратная. Для определения КПД трансмиссии ЭТБ вывешивали на козлах и фиксировали ток, потребляемый ТЭД. При проведении тяговых испытаний ЭТБ замерены: Р,;р - тяговая нагрузка - динамометром. /<», - время опыта - секундомером, я/, л/ - обороты ведущего колеса при движении соответственно с заданной тяговой нагрузкой п холостым ходом - по меткам, I, - потребляем й ток - амперметром, О, - расход электроэнергии - электросчетчиком. Кинематическая схема тягового энергосредства представлена на рис.6. 5 6 7 ^ Кинематическая схе-

ма ЭТБ: 1-электродвигатель, 2-кабельный барабан, 3-кабеле-приемное устройство, 4-кабель, 5- барабан провода, 6-провод, 7- устройство защитного отключения, 8- вилка и розетка, 9-рычаг включения сцепления, 10-ры1,аг тормоза, 11-сцепление и бортовая передача, 12 колесный редуктор, 13-колесо, 14-балластный ящик.

Экспериментальные исследования подтвердили работоспособность основных систем ЭТО.

Глана 5. Оыбо:> шрзмспи'в я •жоноуичсскпя оценка применения :>лек-п;и<3)1 .нр-тлииого тягог.ого блока. Выбор параметров ЭТБ осуществлялся на основе требований . Системы безопасности труда и системы "человек-машина" (ГОСТ 21753-76) Отражены, меры от поражения электрическим током. Выполнена экономическая оценка ЭТБ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

'.Обоснованы конструктивные схемы агрегатов на базе универсальных электро обильных энергосредств тягового, толкающего и тягово-ротационного типов, позволяющие решать следующие задачи: -экологическую - возможность работы в закрытых помещениях без выхлопа газов; -экономическую - уменьшение числа электродвигателей и редукторов (в фермерских и индивидуальных хозяйствах); -социальную - создание дешевой, простой в управлении и обслуживании мобильно-стационарной техники;.-энергегическую - замена дефицитного жидкого топлива, снижение расхода энергии, изыскание альтернативных источников энергии; -■ агротехническую - увеличение, по сравнению с мотоблоками дорожного просвета (в разработанной конструкции электрифицированного тягового блока (ЭТБ) отсутствует балка ведущего моста) [1,5].

2. На основе аналитических исследований тяговой, общей динамики и энергетики разработаны конструктивные схемы агрегатов на базе названных блоков, которые позволяют обеспечить усилия ¡¡а рукоятках управления не более

и включение в однофазную сеть (потребляемая мощность не более Р 1.3кВт) с соблюдением требований правил техники безопасности [2,5].

3. На основе экспериментальных и теоретических исследований обоснованы параметры агрегатов на базе названных блоков, а также направления их совершенствования на основе применения дисковых рабочих органов (РО) - движителей.' Рекомендованы для дискового РО-дв:глеи геля: ^=25°- угол атаки, [У '.5"...25° - угол наклоьи диска к вертикали [8].

4. Разработанные конструктивные схемы агрегатрв на базе блоков с электроприводом ходовых систем и РО имеют универсальное применение. Область использования - механизация мобильных и стационарных процессов растениеводства, животноводства и коммунально-бытовой сферы приусадебных . фермерских хозяйств, а также работа в складских помещениях, вокзачах и т.п. [ 1,8].

5. Результаты НИР по обоснованию конструктивных схем агрегатов на базе блоков и рекомендации по выбору их параметров использованы на ОАО "Минский приборостроительный завод" [1,3,8].

6. Использование ЭТБ в индивидуальных хозяйствах позволяет экономить 0,250 млн. руб. .из расчет па один га для сельских потребителей. Годовой доход для последит составил 24, 764 млн. руб. (Hg01.01.9vr.) [6,7].

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Сильченко A.A. Моделирование тяговых показа гелей электромотор -блока с кабельным энергоснабжением И Моделирование сельскохозяйственных процессов и машин: Тез. докл. второй Республ. науч. - техн. кснф., Минск, 21-23 мая 19% г. / БАТУ. - Минск, 1996. - С. 34. i

2. Сильченко A.A. Результаты испытаний электро - мотор блока с кабельным энергоснабжением // Повышение эффективности использования топливпо - энергетических ресурсов в АПК: Тез. докл. межд. научн. - техн. конф., Минск, 3-4 июня 1997 г. / БАТУ, 1997. - С! i 68-169.

3. Горин Г.С., Сильченко A.A. Решение задач ресурсоэнергосбережения на основе электрификацн. мобильных и стационарных процессов в приусадебных хозяйствах // Повышение эффективности использования топливно - энергетических ресурсов в АПК: Тез. докл. межд. научн. - техн. конф., Минек, 3-4июня

1997 г. / БАТУ, I 9у 7. - С169-170.

4. Горин Г.С., Сильченко A.A. Решение задач ресурсоэнергосбережения н;г базе электрифицированных агрегатов для механизации растениеводства и стационарных процессов п приусадебных хозяйствах // Эксплуатация, ремонт п восстановление сельскохозяйственной техники: Матер, межд. науч. - практ. конф., поев. 50 - летию факульт. мех. сельск. хоз., Горки, 24-28июня 1997 г. / БСХА, 1997. -С.90-92.

5. Сильченко A.A. Моделирование динамики одноосных тягового и толкающего агрегатов для механизации приусадебных участков с кабельным энергоснабжением // Моделирование и прогнозирование аграрных энергосберегающих процессов и технологий: Матер, межд. науч. - практ. конф., Минек, 22-24апреля^

1998 г. / БАТУ, 1998. Ч. 1. - С.63-66. ' '

6.'Горин Г.С., Сильченко A.A., Миранович O.JI. Оценка эффекта электрификации мобильных процессов в растениеводстве // Афопанорама, Минск, № 3 1998.-С. 20-22.

7. Горин Г.С., Сильченко A.A., Будюкин М.А. Экономическая оценка применения электроприводных блоков в приусадебных хозяйствах // Механизация и электрификация сельского хозяйства, Москва, № 1, 1999. - С. 20-21.

8. Сильченко A.A. Динамика афегата с рабочим органом - движителем И Современные проблемы сельскохозяйственной механики: Матер, межд. науч. -практ. конф., поев. 90-летию со дня рожд. акад. М.Е. Мацепуро, Минск, 26-27 мая 1999 г. / БелНИИМСХ, 1999. - Ч. 2. - С. 171-174.

12

РЕЗЮМЕ

СИЛЬЧЕНКО Анатолий Анатольевич ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ ТЯГОВО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННОГО БЛОКА ТЯГОВОГО КЛАССА 1кН ДЛЯ МЕХАНИЗМАМ РАСТЕНИЕВОДСТВА • В ПРИУСАДЕБНЫХ И ТЕПЛИЧНЫХ ХОЗЯЙСТВАХ

Клмчепыс " слова: блок, индивидуальной хозяйство, тяговый электродвигатель,.экология, эргономика, энергетика.

Объект исследований - универсальные электрифицированные мобильно-стационарные блоки и агрегаты на их базе для малой механизации в сельском хозяйстве и коммунальном быту, методика обоснования конструктивных параметров блоков, взаимодействие рабочих органов сельхозорудия с почвой.

Цель работы - на основе аналитических и экспериментальных исследований дать оценку тягово-энергетических показателей различных конструктивных схем одноосных энсргосредсть и агрегатов на их базе с целью выработки рекомендаций промышленности по выбору их параметров.

Метод исследования и аппаратура. Испытания ЭТБ проведены в соответствии с ГОСТ 7057-81, РД РБ 19.01. ЭТБ загружали путем ступенчатого увеличения глубины цахош плуга 11л-1. Тяговая нагрузка замерялась механическим тяговым динамометром, время опыта - секундомером, обороты ведущего колеса при движении соответственно с заданной тяговой нагрузкой и холостым ходом - по меткам, потребляемый ток - амперметром, расход электроэнергии - электросчетчиком.

Полученные результаты и их новизна. Новизна подтверждается разработкой оГ цей теории выбора параметров тягового, толкающего и тягово-. ротационного блоков, учитывающих наличие "паразитных" сил трения в контакте сельхозорудия с почвой и разработкой принципов снижения веса блока на основе РО - движителей. Подана, заявка № а19990546 от 01.06.99г. на изобретение "Тягово-траиспортное средство". Предложено теоретическое и экспериментальное обоснование параметров электрифицированных блоков с агрегатируемым комплексом машин. Составлены математические модели тяговой и общей динамики й энергетики агрегатов на базе трех конструктивных схем блоков. Разработана ыетбдика расчета и конструкция ЭТБ с обоснованными параметрами.

Результаты исследований по выбору параметров и разработке конструктивных схсм электрифицированных блоков с афегатируемым комплексом машин для приусадебных и тепличных хозяйств использованы при разработке проекта совместной подпрограммы Союза России и Беларуси: "Разработка образцов универсальных мобильно-стационарных агрегатов с применением двигателей на основе новых энергетических принципов и прогрессивных технологий" и ОАО "Мински]; приборостроительный ¿авод".

Облает ь'примененгги - организации и коодприятик Минсельхозпрод-";.

/й

РЭ ПОМ к

СлЛЬЧЛНКА Анатом» Ан.тгольяЫч ОБГРУНТЛВЛИНЕ ПАРАМЕТРАУ, ЯК1Я ВЬГЗНАЧАЮЦЬ ТЯГАВА-ЭЫЕРГЕТЫЧ1 ¡ЫЯ УЛАСЦ1ВАСЦ1 ЭЛЕКТРЫФ1КАВАНАГА БЛОКУ ЦЯГАВАГА КЛАСА 1кН ДЛЯ МЕХАН13АЦЫ1РАСЛ1НАВОДС ГВА У ПРЫСЯД31БНЫХ I ЦЯПЛ1ЧНЫХ ГАСПАДАРКАХ

Ключавмя словы: блок, шдывщуальная гаспадарка, цягавы энергарухавж, экалопя, органомша, энергетика.

Об'ект даследаванняу - уш'версальныя электрыфжаваныя мабшьна-стацыянарныя блоа. I агрэгаты на ¡х базе для малай механгзацьн сельекай гаспадарю } камунальным быту, методика обгрунтавання канструкгыуных параметрау блокау, узаемадзеянне рабочых органау сельгаспрылады с глебай.

Мэта працы - на падставе аналггычиых 4 эксперымянтальных даследаванняу дать адзнаку цягава-энергетычных паказчыкау розных канструктыуных схем аднавосных энергасродкау и агрэгатау на IX базе з мэтай выпрацоую рэкамендацый промысловасщ па выбэру 1х параметрау.

Мсгад даследэвашш I апаратура. Выпрабаванш ЭЦБ праведзены у адпаведнасш з ДАСТ 7057-31; КД РБ 19.01. Пры цягавых выпрабаваннях ЭЦБ загружаш шляхамI «упенчатага паве."пчэння глыби.ы ворыва плуга Пл-1. Цягавая нагрузка вымяралася мехашчным цягавым дынамометрам, час досляду -секундамерам, абароты вядучага кола у час руху адпаведна з зададзенай цягавай нагруькай I халастым ходам - па метках, сгшкываны ток - амперметрам, расход электраэнергн - электрал!чылы: .ш.

Атрыманыя вышш 1 ¡х 11:1111111:1. Нав1зна пацвяржаецца распрацоукай агульнай тзорьп выбару параметрау цягавага, штурхагочага 1 цяггва-ратацыннага блокау, ямя ул1чапаюць наяунасць "паразггных" сш грэння у кантакце сельгаспрылады з глебай 1 распрацоукай прынцыпау зшжэння вап блоку на падстве РО-рухав|'коу. Пададзена заявка № а19990546 ад 01.06.99г. на вынаходшцтва "Цягава-транспартны сродак"'. Прапанавана тэорэтычнае 1 эксперыментачьнае абгрунтаванне параметрау электрыфшаваных блокау з агрэгатуемым комплексам машын. Складзены матэматычныя мадэ:п цягавай 1 агульнай дынамм1 энергетыи для трох канструктыуных схем блокау. Распрацавана методика разл1ку I канструкцыя ЭЦБ з выпрабаваным! параметрам!.

Вынна даследаванняу па выбару параметрау 1 распрацоуцы канструкгыуных схем электрыфкаваных блокау з агрэгатуемым комплексам машын для прысядз1*б ных 1 цяшпчных гаспадарак выкарыстованы пры распрацоуцы праекта сумеснай ладпраграмы саюзу Расц 1 Беларус! "Рлспрацоука узорау ушверсальныч мабшьна-стацыянарных агрэгатау з прымяненнем рухав1коу на падставс новых энергстычиых прынцыпау 1 прагрэауных тэхналогж' 1 ААТ "Мшсю прыборабудаушчы завод".

Галша выкарыстапня - арганЬацьп 1 прадпрыемствы Мшсезьгасхарча.

20

SUMMARY

SILCHENKO Anatoli Anatolievich BASIS PARAMETERS, DEFINE TRACTION-POWER ENGINEERING QUALITES ELECTRIFICATION BLOCK OF TRACTION CLASS 1 kN FOR MECHANIZATION PLANT IN PRIVATELY OWNED AND HOTHOUSE FARMS.

Key word: block, economy privately owned farm, traction electricmotor, power

engineering.

The object of research - units of basis electrification blocks: traction, pushing types.

The purpose of the research: on the basis of analyze and experimental investigations give appraisal traction-power engineering indexes different construction schemes energy means and units of basis with the purpose of work out recommendations for industry by choice thp.ir parameters.

The method of research and apparatus. Tests' ETB conducted by systematic traction tests, regulating GOST 7057-81, RD RB 19.01. In the time of traction tests ETB, loaded by means of stage increase depth plugged land by plugs PL-1. In the time of accompany traction tests ETB traction loading measured traction, time of experience, rotations leading .vheel by motion accordingly with assignment traction loading and idle motion - by marks, consume current - am-peer, expenditure electrical energy - electric meter.

The recurred results and their novelty. Novelty confinn of elaborate general theory choic" parameters traction, pushing blocks taks into consideration availability "parasitic" forces friction in contact instrument with soil and working out principle lowering weight of block on the basis of working organs. Suggest theory and experimental basis parameters electrification blocks with unit complex machines. Composed mathematical models dynamics (traction and general).Elaborated metodica of calculation and design electrification traction block with choose parameters.

The results of this research on choose parameters and elaboration construction schemes electrification blocks with unit complex machines for privately owned and hothouse farms can use by working out means little mechanization undertaking industry and in Jointly program union Russia and Byelorussia: "Elaboration specimen of universal mobile-inpatient units with application engines on basis new power engineering principle and progressive technologies".

Sphere of application - oiganizations and undertakings ministry of agriculture and food-stuffs. . . •