автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение эффективности функционирования машинно-тракторных агрегатов путем оптимизации инерционных вращающихся масс двигателя

всероссийский ордена трудового красного ЗНАМЕНИ ргчю- иэклшв ательскм и проехтно-технологически институт мешизации и эпектвшкации сельского хозяйства

? 6 о ит 1905

На правах рукописи

МЕДЕ2ЛК Кдслай Никифзрович

вовшение экектиепости шщшшровашш

НЛЕИШО-ТРАКТОРКЫХ АГРЕГАТОВ ПУТЕМ тИМЙЗАЦШ! ШЕРЦШШХ ВРЛЩШЩИХСЯ LiACC ДВЙШЕЯЯ

Специальность: 05.20.01- Механизация сельскохозяйственного

производства

Авторе ф е р а т

диссертации аа соискание ученой степени кандидата технических наук

Зерноград - 1995

Работа выполнена на кафедре тракторов и автомобилей Азо-во-Чернодорского института механизации сельского хозяйства.

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент

■ I

Жотляров В. В. |

Научный консультант - кандидат технических наук, доцент

Кравченко 6.А.

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Спиченков В. В.

кандидат технических наук, старший науч.сотрудник Рыков В.Б.

Ведущая организация - Испытательный центр Северо-Кавказская машин»-испытательная станция

Задита состоится 71ддд г. в ю часов на заседании диссертационного совета Д 020.35.01 при Всероссийском ордена Трудового Красного Знамени научно- исследовательском и проектно-технологическоы институте механизации и •электрификации сельского хозяйства во адресу: 347720, г.Зерноград Ростовской области, ул. Ленина, 14, ВНШТШЗСХ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Отзывы на реферат (в двух экз.), заверенные печатью, просим направлять по вышеуказанному адресу.

Автореферат разослав в-НМЛ-Тр^ 1995г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук ст.науч.сотрудник

- i -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Повышение качества технологических операций при обработке почвы сельскохозяйственными машинами и орудиями в составе МТА было и остается наиважнейшей проблемой сельскохозяйственного производства.

В любом случае качество обработки почвы определяется постоянством скоростного режима движения МТА. Однако при трогании с места и его разгоне процесс неустановившийся. То же происходит при переключении передач. Возможно еще более основным режимом движения МТА является режим его нагружеяия с установившейся динамической нагрузкой. В реальных условиях эксплуатации она является стационарной случайной или в ряде случаев детерминированной.

Поддераяание постоянной скорости движения МТА и значит достижение наилучшего качества обработки почвы на полевых операциях возможно разными способами. К ним относятся: применение увеличителя крутящего момента, бесступенчатых передач и коробок передач с переключением скоростей без разрыва потока мощности.

При неустаяовтаиемся движении МТА влияние поступательных и вращательных масс агрегата на его выходные показатели существенно возрастает. Особенно это проявляется при начальном процессе движения (трогание и разгон), который является одним из наиболее тяжелых режимов работы МТА. Значительные инерционные нагрузки, на преодоление которых затрачивается часть мощности двигателя, приводят к его перегрузке. Возникает необходимость в резервировании некоторой части моадости двигателя для осуществления разгона. После разгона агрегата эта часть мощности не используется, поэтому двигатель будет работать с недогрузкой и, следовательно, с меньшей производительностью и экономичностью.

Работа МТА на повышенных скоростях и необходимость резервирования мощности двигателя для разгона заставляют изыскивать пути улучшения разгонных качеств современных машинно-тракторных агрегатов. Вследствие . этого исследования процесса движения МТА при неустановившихся режимах приобретают особо важное значение.

Цель работ - исследование влияния вращающихся масс двигателя на динамические показатели колесного трактора в условиях неустановившегося движения МТА и повышение эффективности функционирования МТА путем введения дополнительной враязщейся

- г -

массы в виде маховика, подключаемого к двигателю или к трансмиссии £з соответствующих режимах движения.

Шьет исследования - процесс функционирования МТА на базе колесного трактора 1,4 в реальных условиях эксплуатации.

Методика исслемовздий. В основу исследований положено сравнение выходных показателей серийного и опытного МТА при различных режимах его движения. Теоретическое обоснование режимов работы МТА выполнено в результате его динамической подели и решения дифференциальных уравнений движения агрегата с использованием ЭВМ. Оптимальные скоростные и нагрузочные режимы работы МТА выбраны из условия улучшения его функционирования и получения максимальной производительности агрегата. Экспериментальные исследования проведены с использованием современной измерительной аппаратуры. Достоверность полученных результатов исследований обусловлена планированием экспериментов и использованием методов математической статистики при их обработке и анализе.

Научная новизна. Разработаны динамические модели серийного и опытного машинно-тракторных агрегатов, на основе которых составлены математические модели с учетом продольной податливости шин, что позволило более точно учесть взаимодействие ведущих колес трактора с опорным основанием и рассчитать энергетические потери в ходовом аппарате.

На основании теоретических и экспериментальных исследований работы МТА с колесным трактором класса 1,4 определено влияние инерционных вращающихся масс тракторного двигателя на условия функционирования агрегата. Обоснована величина вращающейся маховой массы двигателя и целесообразность применения дополнительной вращающейся массы, подключаемой в определенные периоды движения к валу двигателя или к первичному валу трансмиссии. Разработано устройство для автоматического управления дополнительной инерционной вращающейся массой, которое позволяет повысить эксплуатационную загрузку двигателя до 90-952 (а.с. N 1105339).

. Практическая значимость. Разработанная математическая модель дает возможность определить оптимальные режимы движения МТА, обеспечивающие наилучшие условия функционирования агрегата, максимальную его производительность в реальных условиях эксплуатации и значительно сократить объем экспериментальных исследований. Предлагаемое устройство для автоматического управления дополни-

тельной инерционной массой улучшает выходные показатели работы МТА: при трогании и разгоне снижается загрузка двигателя, умень-вается время разгона; при переключении передай под нагрувкой скорость движения увеличивается, влияние колебаний тяговой нагрузки на работу двигателя уменьшается. В результате двигатель трактора становится более защищенным от случайных изменений внешних сил сопротивления движению агрегата, в результате чего улучшаются нагрузочный и скоростной режим агрегата, качество обработки почвы и повышается производительность.

Реализация. Материалы исследований переданы ГСКБ по универсально- пропашным трактора* 00 "Минский тракторный завод им.В.И.Ленина", которые будут использованы при конструировании и пазработке трансмиссий перспективных тракторов. Теоретические разработки и элемент методика экспериментальных исследований используются в учебном процессе Азово-Черноморского института механизации сельского хозяйства. Акты внедрения прилажены к диссертации.

Апробация районы. Основные полтоенкя диссертационной работы докладывались на научных конференциях АЧИМСХ в 1969-1974, 1980-1988 годах, на научно-технических конференциях Всероссийского научно-исследовательского и проекта»-технологического института механизации и электрификации сельского хозяйства в 1970-1971, 1974, 1983 годах, на научных конференциях Челябинского ЙМЭСХ в 1971 году, Ленинградского СХИ в 1979-1980 годах, Ташкентского института инженеров ирригации и мелиорации сельского хозяйства в 1987 году, в производственном объединении "Минский тракторный завод им.В.И.Ленина" в 1988 году. Содержание диссертационной работы доложено я обсуждено на заседания кафедры тракторов и автомобилей АЧИМСХ, а также ва заседании секции в Волгоградском СХИ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в числе которых 2 авторских свидетельства на изобретения.

Структура и объем работ. Диссертация изложена на 226 страницах машинописного текста, иллюстрированного 51 рисунком и 14 таблицами, состоит из введения, пяти глав, выводов и предложений. Список использованной литературы включает 148 наименований, из них б ва иностранном языке. Объем приложений - 10 страниц.

- 4 -СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана краткая характеристика состояния проблемы, обоснована актуальность теш исследования, сформулированы научная новизна,'практическая значимость и основные положения, выносимые на защиту.

В гдаве"Сошзавие вопроса и постановки задачи исследования" приведен анализ работ по исследованию условий работы сельскохозяйственных машинно-тракторных агрегатов при неустановившихся тяговых нагрузках, рассмотрены различные способы повышения производительности агрегатов, пути улучшения технико-экономических показателей МТА. Особое штате уделено анализу работ, посвященных разгону как саном/ напряженному виду неустановившегося движения. Отмечается, что установка в трансмиссии и сцепные устройства тракторов упругих элементов позволяет снизить влияние стахостич-ности нагрузки на выходные показатели двигателя, но вместе с теы большое влияние оказывают в приведенные вращающиеся массы, га счет которых погашаются колебательные я случайные скачкообразные всплески нагрузки. Значительна роль этих масс при начальном движении, так как они обусловливают перегрузку двигателя, заставляют •резервировать часть его мощности, снижают возможность более полной реализации потенциальных возможностей тракторов. .

Исследованию работа двигателя с неустановившейся нагрузкой посвящены работы В.Я.Аниловича, В.Н.Болтинского. С.Г.Борисова, Р.В.Вирабова, Н. С.Едановсюого, Г.Н.Злотша, А.В.Николаенко, В.Н.Попова, А.Б.Свирщевского, В.И.Шестухина. Анализ результатов этих работ позволяет считать, что при движении МТА на двигатель воздействует неустановившаяся нагрузка, которая приводит к снижение производительности агрегата.

Влияние колебаний нагрузочного режима на показатели работы МТА исследовалось В. И.Анохиным, И.Б.Барским, Л.В.Григоренко, Н.Г.Кузнецовым. К.Я.Львовским» М.И.Медведевым. А.Х.Морозовыи, В.Л.-Строковым, П.П.Шевцовым, А.Ф.Шкарлетом. Установлено, что неравномерность нагрузочного режима трактора приводит к уменьшению производительности ЫТА, увеличению расхода топлива.

Влияние вращающихся масс двигателя на движение МТА г.ря неустановившейся тяговой нагрузке исследовали В.Н.Болтянский, В.П.Заблоцкий, В.В.Котляров, Ю.Н.Ломоносов, М.И.Медведев, М-П.Сергеев, А.С.Содонский, Ю.А.Титов. Была подтверждена целесо-

образность увеличения маховых масс двигателя, но и показано, что это приводит к увеличению времени разгона и работы трения муфты сцепления. Следовательно, величина маховой массы двигателя обоснована недостаточно. Считаем, что на тракторе необходимо иметь устройство, аккумулирующее потенциальную энергию и отдающее ее при разгоне. Это устройство должно обеспечивать переключение передач на ходу и вместе с тем сглаживать колебания нагрузки.

На основании анализа состояния вопроса поставлены следующие задачи исследования:

- разработать математическую модель МТА с учетом буксования движителей, жесткости и демпфирующих свойств трансмиссии;

- провести теоретические исследования влияния неустановившейся тяговой нагрузки на динамические показатели машинно-тракторного агрегата с трактором класса 1,4 и обосновать оптимальные нагрузочные и скоростные режимы работы МТА, обеспечивающие максимальную производительность в реальных условиях эксплуатации;

- разработать конструкцию механизма для изменения момента инерции маховых лап двигателя за счет подключения дополнительного маховика;

- разработать схему автоматического управления дополнительной вращающейся инерционной массой, подключаемой к двигателю или к трансмиссии трактора на соответствующих этапах движения;

- провести экспериментальные исследования с целью проверки достоверности математической модели МТА и теоретических расчетов на трех режимах движения: при трогании и разгоне, при переключении передач на ходу, при движении агрегата с гармонически изменяющейся тяговой нагрузкой:

Рис. 1.

Динамическая модель ма-шинно-тракторного агрегата: а -трогание (»1 > «г); б - разгон («i - «2).

- б -

- провести сравнительный анализ теоретических и экспериментальных исследований;

- обосновать рациональную величину маховых масс двигателя "I целесообразность применения на тракторе дополнительной инерционной вращающейся массы.

В главе'Теорегшческие исследования" разработана динамическая модель МТА (рис.1).

В соответствии с динамической моделью составлена система дифференциальных уравнений движения МТА:

1. Тгац * -ао+ац|»1+адЬр-азК2р-а4ЬрЫ21-Мфр;

2. » - Во- в (вг+взг) <1>2р;

3. МФГ, - ПЙСрГРюах(1-е"к'ь)<йпах-ЛдС1-е"к2(^/"^3>;

4. « Ы®р-ССтр(ч>2-1трРз)+агр(<^2-1тр«з) +

+Стр ("?г-1чр|Рэ}Чтрз1еп(«2-1тр«з)+а'трь»2];

5. * 1Сгр(Ф1- 1тр|?з)+«тр(«1* 1тршз)+

4Сгр (91- 1трРз)т»тр318П («1- 1трЦз) з

6. Мш - (Сщ^+Ош!) ге/1Тр;

7. ^ - 1шзГо(1-81К-е2(^Го)(1тр/з1дп<<»з)-Х](1-5);

8. ШеУ » СшХ + «в! - Рс; ^ у

9. Рс - Р0С1-о~к'»^)+К5У2+ЙР[1-е"кв р " 5]з1п21йг, где Л}, Зр, Зз ~ моменты инерции масс, соответствию двигателя, топливного насоса и регулятора, вращавшихся деталей трансмиссии, колес агрегата; »г, «р. цз, шг - угловые скорости вала двигателя, грузов регулятора, первичного вала трансмиссии, колес; 91, <?2. ч>э - углы закручивания коленчатого вала двигателя, первичного вала трансмиссии, ведущих колес; Мцр, - моменты фрикциона и силы сцепления в контактном отпечатке шины; Рс, Ро - соответственно усилие сопротивления рабочих органов и равновесное значение силы сопротивления; во, а*, аг. аз, ^4» в0, В1, вг, вз, К1. Кг. К4, Кб, Кб - коэффициенты и показатели экспонент, полученные при экспериментальных исследованиях; 1, Ьр - перемещение рейки топливного насоса в ее положение, п, Лег» Г - число пар трения, средний радиус дисков» площадь трения; Ртах - максимальное давление сжатия дисков; и и Дд - коэффициенты трения и его относительного изменения; I - время включения фрикциона; ЬхР , 1ТР - КЦЦ и передаточное число трансмиссии; С?р. Сщ и «тр, с% -

коэффициенты жс-сткости и демпфирования трансмиссии и шины; а'тЫ^г - величина, характеризующая потери яа вязкое трекие при вращении деталей трансмиссии; г0, - свободный и динамический радиусы колес; К - вертикальная нагрузка на колесо; е1, ег, X, 5 - коэффициенты деформации еолокон в шине, продсльяость деформации шины, буксования; V - масса и скорость агрегата.

Приведение продольной податливости пины и тангенциальной эластичности колеса и включение последней в податливости силовой передачи, как это принято во многих известных исследованиях, является грубым приближением математической модели- к реальным условиям взаимодействия в системе; силовая передача - ведущее колесо трактора. Поэтому вместо, тангенциальной жесткости пневматической шины нами использована продольная жесткость шины, что увеличило достоверность аналитических исследований.

Для решения системы дифференциальных уравнений принят метод Рунге-Кутта, позволяющий получить необходимую точность расчетов. Уравнения движения приведены к каноническому виду, где значения коэффициентов определены по результатам нагих испытаний и исследований ряда авторов. Решение уравнений проводилось на ЭВМ.

Работа мапинно-тракторных агрегатов на повышенных скоростях связана с инерционными нагрузками при разгоне, переключении передач на ходу, а также при движении с переменной тяговой нагрузкой. На выходные показатели агрегата влияют характеристики его элементов и звеньев (инерционные массы, упругие элементы трансмиссии, система регулирования двигателя, темп включения муфта сцепления и другие). Теоретические исследования указанных видов движения агрегата показывают, что для увеличения производительности МТА необходима установка на двигатель переменной инерционной вращающейся массы: увеличенной в первой фазе разгона и уменьшенной во второй, увеличенной при переключении передач на ходу, а также при движении агрегата с переменной тяговой нагрузкой.

Применение на тракторе дополнительной инерционной вращающейся массы, подключаемой на соответствующих режимах движения к валу двигателя или к первичному валу трансмиссии способствует улучшению процессов разгона и переключения передач на ходу. При работе трактора с тяговой нагрузкой колебательного характера на различных сельскохозяйственных операциях амплитуда изменения частоты вращения вала двигателя с дополнительным маховиком уменьшается.

Двигатель защищается от колебаний внешней тяговой нагрузки и отдача его мощности увеличивается.

В главе"йешдока зксперии&впвдьвых исследований" представлены цель, задачи и методика экспериментальных исследований, дается описание оборудования, приборов и экспериментальной установки.

В соответствии с поставленными задачами для проведения исследований методикой было предусмотрено использование датчиков, приборов и устройств, выпускаемых промышленностью и специально изготовленных для замера отдельных параметров. Замер частот вращения вала двигателя, первичного вала трансмиссии и путеизмерительного колеса для регистрации поступательной скорости трактора осуществлялся тахогенераторами, тягового ' усилия - тензозвеном конструкции ВИСХОМ, крутящих моментов на ведущих колесах трактора - специальными динамометрами.

Для записи отмеченных кинематических и силовых показателей движения испытуемого агрегата использовалась аппаратура передвижной тензометрической лаборатории конструкции ВИСКОМ на базе автомобиля ГАЗ-63. Регистрация процессов осуществлялась на ленту осциллографа К-20-22. Основными целями исследования являлись сценка адекватности математичекой модели МТА и эффективности применения 'способа изменения инерционных вращающихся масс двигателя. Экспериментальные исследования проведены для пахотного и культиватор-ного агрегатов и в лабораторных условиях - на бетонном основании. Разгон агрегата осуществлялся при разных дополнительных инерционных массах с. различными периодами ее подключения и отключения, при разной жесткости трансмиссии и изменении темпа включения муфты сцепления.

В главе "Результат экспериментальных исследования и их анализ" приведены данные проверки адекватности аналитических исследований, определены коэффициенты динамической модели, обоснована рациональная величина маховых масс двигателя трактора класса 1,4 и подтверждена целесообразность установки на трактор дополнительной инерционной вращающейся массы.

Корректность математической модели МТА определялась сравнением результатов испытаний реального агрегата при его разгоне с аналитическими расчетами. Относительная погрешность расчетов показателей движения агрегата составила 4,92, что свидетельствует о корректности математической модели.

Известно, что тяговое усилие на культивации отличается значительно большей неравномерностью, чем на пахоте. Поэтому для оценки влияния инерционных вращающихся масс и демпфирующих свойств трансмиссии на основе корреляционного и спектрального анализов был записан на осциллографе процесс работы культиваторного агрегата в серийном и опытном вариантах с определением ' угловой скорости вала двигателя, поступательной скорости агрегата и тяговой нагрузки. Обработка результатов опытов производилась по стандартной программе на ЭВМ. Получены значения математических ожиданий, среднеквадратических отклонений, нормированных корреляционных функций и спе: тральных плотностей выходных показателей агрегата (табл.1, рис.2,3).

Таблица 1

Математические сисидания и среднеквадратические отклонения показателей движения МТА

1 Варианты МТА | 1 [ Варианты УТА

1 | Серийный 1 С дополнит. | С уыеньа.

Показатели | I | инерционной . | жесткостью си-

МТА | I | | массой | 1..., .. I .....1 ловой передачи

Математи- £ а. 7,0 6,6 6,7

ческое «ь с 182,7 190,3 187,7

ожида- V, м/с 2,35 2,46 2,41

ние

Средне- Ркр.кН 1.8 1,5 1.6

квадра- »1, с"1 8,3 7,5 7,6

тич. V, м/с 0,29 0,28 0,27

откдон.

У

Рис. 2. Нормированные корреляционные функции тяговой нагрузки (1) и скорости движения МТА (2). Вариант с дополнитель ной инерционной массой

д 00 & & &

Из этих данных следует, что на показатели движения ИГА существенно влияет инерционная масса двигателя. С дополнительной инерционной массой эксп. « 4,3 кГм2 по сравнению с .11 сер. -2.5 кГм2) тяговое сопротивление культиватора снижается на 5,7Х, одновременно возрастает угловая скорость вала двигателя на 4,21 и поступательная скорость трактора на 4,7*. Снижаются и колебания (среднеквадратмческие отклонения) этих величин относительно их средних значений. Для тягового сопротивления снижение составляет 16,7%, для угловой скорости вала двигателя - Э,б, для скорости

в цс

1 л

1 / v / 1 к 1 1 1 1

( / уГ-Л 1 1 1 » Л 1

7» /и .v

Рис. 3.

пг

Нормированные спектральные плотности: а - тяговой нагрузки; б -угловой скорости вала двигателя; в - скорости движения МТА: 1 - серийный вариант; 2 - вариант с дополнительной инерционной массой; 3 - вариант с уменьшенной жесткостью силовой передачи.

трактора - 3,51.

Отмеченное влияние инерционных ыасс двигателя и жесткости силовой передачи объясняется следующим. Гяговое сопротивление является для МТА внутренней силой связи между звеньями: трактором и культиватором. Величина этой силы определяется внешним воздействием почвы на рабочие органы культиватора и взаимодействием звеньев через упругие и демпфирующие связи между ними. Увеличение инерционной массы двигателя и уменьшение жесткости силовой пере-

дачи способствует тому, что случайные изменения внешнего воздействия в меньшей мере передаются звеньям динамической системы, а упругие связи между звеньями оказываются менее нагруженными.

Корреляционные функции, характеризующие случайный процесс во временной области, быстро убывают, что свидетельствует о его стационарности. Затухание функций показывает отсутствие в случайном процессе периодических составляющих. Однако на графиках спектральных плотностей, характеризующих случайный процесс в частотной области, явно выражены преобладахщие частоты, на которые приходится максимум дисперсий.

Особенностью этих зависимостей является то, что у агрегата с дополнительной инерционной массой двигателя величины спектральных плотностей для тяговой нагрузки, угловой скорости вала двигателя и скорости движения агрегата меньше, а преобладающие в случайном процессе частоты сдвинучи в зону более низких частот, чем у серийного агрегата. Такой характер зависимостей свидетельствует о снижении динамической яагруленности звеньев агрегата при нептунии инерционной массы двигателя.

При уменьшении в принятых пределах жесткости силовой передачи трактора результаты аналогичны, однако выражены они в меньшей степени, что возможно объясняется не столь существенным изменением жесткости в экспериментальном агрегате по сравнению с серийным.

Для серийного культиваторного агрегата преобладающими в случайном процессе частотами являются 5,0-5.3 с-1, для экспериментального с повышенной в 2 раза инерционной массой двигателя -2,2-2,5 с-1 и с уменьшенной жесткостью трансмиссии - 4,1-4,2 с"1.

Таким образом, увеличение инерционной массы маховика представляется весьма эффективным конструктивным мероприятием улучшения выходных показателей машинно-тракторного агрегата в реальных условиях эксплуатации.

Для выявления эффективности работы были проведены сравнительные испытания серийного и экспериментального пахотных агрегатов. При проведении экспериментальных исследований ставилась задача выявить качество обработки почвы, обеспечение выравнивания поверхности почвы, получение равного дна борозды, точного поддержания заданной глубины пахоты, качественное крошение и распиливание почвы.

Представленные в таблице 2 результаты агрономической оценки

качества работы сравниваемых агрегатов свидетельствуют о тон, что глубина пахоты экспериментального агрегата была более равномерной на всех передачах. При установленной глубине пахоты 20-22 ai на стерне коэффициент вариации глубины в зависимости от скорости движения изменялся для экспериментального агрегата в пределах 5,1-6,2, а для серийного - в пределах 8,4-12,4%. При установленной глубине пахоты 25-27 см этот же показатель находился в пределах 5,5, а для серийного - 7,5-8,21.

В целом коэффициент вариации глубины пахоты для экспериментального агрегата в сравнении с серийным был меньше в 1,5-2,0 pasa. Кроме того у экпериыентального агрегата с повышением скорости движения наблюдается улучшение качества обработки - лучше заделываются растительные остатки, улучшается подрезание и оборот пласта, пашня становится более слитой.

Экспериментальный агрегат имеет лучшие показатели в сравнении с серийным и по устойчивости ширина захвата. Так, среднеквад-ратическое отклонение ширины захвата экспериментального агрегата в зависимости от скорости движения и глубины пахоты колеблется в пределах 0,08-1,65 сы, а для серийного при тех же условиях -1,98-2,28 сы, то есть больше примерно в два раза.

Выровненность дна борозды является важшас .оценочным показателем работы пахотных агрегатов, особенно на участках с неровным рельефом. Анализ снятых продольных профилограмы пахоты показывает, что экспериментальный агрегат меньше копирует микронеровности поверхности поля, делает дно борозда более ровным.

Работа серийного агрегата на стерне озимой пшеницы была возможна только на скоростях до 5 км/ч. Максимальная производительность агрегата при пахоте на глубину 20-22 см составила 0,43-0,52 га/ч при расходе топлива 19,1-15,8 кг/га. Эти же показатели агрегата при пахоте на глубину 25-27 см соответственно составили: производительность - 0.36-0,47 га/ч, расход топлива - 24,8-18,3 кг/га.

Экспериментам'лый агрегат вполне удовлетворительно работал на скоростях до 6 км/ч, при этом на пахоте на глубину 20-22 см максимальная производительность составила 0,64 га/ч при расходе топлива 13,4 кг/га. Бри глубине пахоты 25-27 см максимальная производительность составила 0,55 га/ч при расходе топлива 15,6 кг/га.

Экспериментальный пахотный агрегат имеет меньшие колебания

Таблица 2

Сравнительные данные лабораторно-полевых испытаний по агротехническим показателям серийного и экспериментального пахотных агрегатов

Тип агрегата Пере- Устойчивость Устойчивость

дача глубины ширины

М,см 5,см с.х М,см б,см с, г

Зксперименталь ный IV 20,8 1,07 5,1 106 1,65 1.5

Экспериментальный 111 21,1 1,30 6,2 106 1,51 1.4

Серийный (с ГСВ) 111 20,2 1,91 8,4 107 1,93 1,9

Серийный (без ГСВ) 111 20,1 2,51 12,4 103 2,75 2,6

."Экспериментальный IV 26,0 1,42 5,5 105 1,05 1,0

Экспериментальный 111 26,7 1,47 5,5 103 0,98 0,9

Серийный (с ГСВ). ш 25,0 1,88 7,5 105 2,27 2,1

Серийный (без ГСВ) 111 2ё,7 2,11 8,2 105 2,28 2,2

М - среднеарифметическое значение случайной величины 5 - среднеквадратическое отклонение С - коэффициент вариации тяговой нагрузки, агрегат идет плавнее. Вспашка производится на более высоких скоростях, а следовательно, при одном и тем ге качестве вспашки с большей производительностью.

В главе "Экономическая оценка результатов рзбош" приведен расчет технико-экономической эффективности применения дополнительной инерционной вращающейся массы двигателя. В экономических расчетах использованы результаты сравнительных испытаний на культивации. Годовой экономический, эффект составил 117,12 тыс.рублей на один агрегат (в ценах 1995 г.). При этом получено повышение производительности на 4,8Х, срок окупаемости дополнительных капиталовложений составил 0,53 года.

ОБЩЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Одним иа основных факторов, определяющих выходные показатели МТА с колесным трактором класса 1,4, являются инерционные

вращающиеся массы двигателя, величина которых оказывает существенное влияние на показатели МТА, его функционирование и режимы работы. Чтобы уменьшить это влияние необходимо оптимизировать инерционные массы, а также в условиях переменного нагружения целесообразно автоматическое управление значением этих масс.

2. Предложенная динамическая модель МТА, которая учитывает основные конструктивные параметры агрегата и режимы его функционирования, и составленные на ее основе дифференциальные уравнения движения позволяют проводить теоретические исследования МТА с достаточной степенью точности. Расхождение аналитических расчетов с результатами испытаний не превышает 6%.

3. Учет продольной деформации последовательно сменяемых элементов шины при качении колеса в математической модели агрегата более точно отражает реальные условия его движения и повышает достоверность полученных результатов.

4. Установлено что для тракторов класса 1,4 величина оптимальной подключаемой и отключаемой в определенные периоды движения дополнительной инерционной вращающейся массы двигателя составляет 1,8-2,0 кГы2. По сравнению с серийным вариантом это дает улучшение показателей МТА при трогании и разгоне: загрузка двигателя снижается на 5-8, а общее время разгона на 35-407.;

- при переключении передач под нагрузкой скорость движения увеличивается на 52;

- в установившемся режиме движения агрегата, например, при сплошной культивации, с подключенной дополнительной инерционной вращающейся массой, тяговая нагрузка на трактор по сравнению с серийным вариантом уменьшается на 4-62, это объясняется снижением амплитуда колебаний тяговой нагрузки, скорости вращения вала двигателя и поступательной скорости агрегата на 20-30%.

5. Трогание и разгон МТА как наиболее динамичные режимы его функционирования влияют на КПД муфты сцепления и ее работу трения. При увеличении инерционной вращающейся массы двигателя до 4,3 кГм2 работа тр-ния возрастает на 10-202, что для современных муфт сцепления допустимо, а КЦЦ вследствие меньшего времени буксования возрастает на 12-272.

6. Работа трения муфта сцепления и ее КШГ зависят от темпа включения. Для культиваторного и пахотного агрегатов с трактором класса 1,4 наиболее приемлемый темп составляет 0,4-1,0 с, что

позволяет улучшить скоростной режим МТА при трогании и разгоне.

7. Буксование ведущих колес трактора при трогании и разгоне агрегата практически не зависит от величины инерционных вращающихся масс двигателя. В • период трогания оно быстро нарастает и достигает максимального (1002 за время 0,20-0,35 с) и затем снижается до установившегося значения. Но так как уменьшается общее время разгона, то уменьшается и время интенсивного воздействия на почву (т.е. истирание почвы), что приводит к улучшению условий функционирования МТА.

8. Применение в тракторах дополнительной инерционной массы уменьшает влияьле тяговой нагрузки на режимы работы двигателя, то есть снижает "прозрачность" трансмиссии. "Прозрачность" уменьшается при дополнительной массе 1,8 кГн2 на 25-30Z. При этом уменьшается неравномерность загрузи! ША, что обеспечивает более высокий его скоростной режим.

9. Разработанное устройство для автоматического управления дополнительной инерционной вращающейся массой двигателя позволяет повысить его загрузку до 90-95Z, скоростной режим работы МТА на 5-6Z, уменьшить неравномерность скоростного режима МТА, что улучшает качественные показатели обработки почвы.

10. В реальных условиях работы 1сультиватсряого агрегата с колесным трактором класса 1,4 тяговая нагрузка на трактор, угловая скорость вача двигателя и скорость двидения агрегата предоставляют собой стационарные случайные функции. Значения принятых для их оценки показателей зависят от величины инерционных вращающихся масс двигателя и жесткости трансмиссии. При увеличении инерционной вращающейся массы двигателя с 2,5 до 4,3 кГм2 среднее значение тяговой нагрузки, угловой скорости вала двигателя и скорости движения агрегата увеличивается соответственно на 5,7; 4,2 и 4,7Х. Амплитуды Ссреднеквадратические отклонения) этих показателей снижаются соответственно на 16,7; 9,6 и 3,52. При этом преобладающие в случайном процессе частоты смещаются с 5,0-5,1 до 2,1-2,2 с"1, что уменьшает динамическую нагруженность МТА.

11. Экономический эффект при использовании модернизированного машинно-тракторного агрегата с трактором класса 1,4 на культивации характеризуется снижением прямых и приведенных затрат соответственно на 6,2 и 5,921, повышением производительности агрегата на 4,81.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Котляров В.В., Мелешик H.H. Значение коэффициента неустановившегося режима движения трактора и методика его определения// Труды Азово-Черноыорского института механизации сельского хозяйства." 1970. -Вып. 21.- С. 37-50.

2. A.c. 299383 СССР, В60 17/06. Увеличитель крутящего момента трактора/ В.В.Котляров» Н.Н.Мелешик, Ю.И.Деянов.- N 1405590/27-11; Заяв. 29.01.70; Опубл. 26.03.71, Вол. N 12.

3. Котдяров В.В., Мелешик H.H. Исследование энергетического баланса МТА в первой фазе разгона// Механизация и электрификация сельскохозяйственного производства: Сб". науч. тр. /ВНИПТИМЭСХ - Зерноград. 1971. - С.76-81.

4. Мелешк H.H. О методике экспериментальных исследований машинно-тракторных агрегатов при трогании и разгоне// Эксплуатация и ремонт сельскохозяйственной техники: Сб.науч.тр./ВНИПТИМЭСХ.- зерноград, 1972.- С.11-16.

5. Ыелешик H.H. Исследование влияния маховой массы двигателя на показатели разгона пахотного агрегата// Исследование и совершенствование конструкций тракторов, автомобилей и двигателей: Сб.аауч.тр./ЧИМЭСХ.- Челябинск, 1973.- Вып.63.- С.58-62.

6. Котляров В.В., Мелешик H.H. Некоторые вопросы исследования влияния приведенных масс МТА на его начальное движение// Повышение производительности и эффективности использования машинно-тракторного падка.- Ленинград-Пушкин, 1973. - Т.215- - С.91-93.

7. Котляров В.В., Ыелешик H.H. Методика решения уравнения движения с учетом буксования при разгоне трактора// Эксплуатация и ремонт сельскохозяйственной техники: СО.науч.тр./ВНИПТШЭСХ -Зерноград, 1976. - Вып. 3.- С.15-23.

8. Котляров В.В., Мелешик H.H. О влиянии вращающихся масс трактора на показатели движения и производительность МТА при неустановившихся тяговых нагрузках//. Инженерно-техническое обеспечение сельскохозяйственного производства: Сб.науч.тр./ВНИПТИМЭСХ - Зерноград, 1983. - С. 1SS-146.

9. A.c. 1105333 СССР ВбО 17/10. Устройство дм цолуавтомата-ческого управления коробкой передач гранспортного средства с дизельным двигателем/ В.В.Котляров, Н.Н.Мелешик. - N 3575646/27-11; Заяв. 04.04.83; Опубл. 30.07.84. Вол. N 23.

10. Кравченко В.А., Яровой В.Г., Мелешик H.H. Исследование влияния маховых масс двигателя на движение машинно-тракторного агрегата на базе трактора класса 1.4 при неустановившемся характере нагрузки. - Деп.В ЦНИИТЗЙ-тракторосеЛьхозмаш13.08.87. N 872. - с.87.

И. Мелешик H.H. Влияние автоматически изменяющихся масс двигателя на показатели сельскохозяйственного машинно-тракторного агрегата// Динамика узлов и агрегатов ' сельскохозяйственных машин.- Ростов-на-Дону. 1989.- С.60-67.

Подписано к печати 18.09.95. Формат 60x84 1/16. Объем 0,75 п.л. Тираж 120 экз. Заказ ¿f - 95. Печатно-множительная группа ВНШГГИМЭСХ