автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Повышение эффективности функционирования тяговых агрегатов за счет оптимизации параметров и эксплуатационных режимов работы в степных и лесостепных районах Западной Сибири

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ' УНИВЕРСИТЕТ

на правах рукописи

КРАСОВСКИХ

Виталий Степанович

УДК 631.3.06(018)

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СУНКЩ10НИРОВАНИЯ ТЯГОВЫХ АГРЕГАТОВ ЗА СЧЕТ 01ГГ1'_'.Т.'.:; АЩГ.1 ПАРАМЕТРОВ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ РЕЖИМОВ гаг-ОТЫ В СТЕПНЫХ И

лесостепных районах сшзига

Специальности

05.20.03 — эксплуатация, 5-г ■ птоплслие и ремонт селъскохозяЯст!1':>5!" техники

05.05. ОЗ — автомобили и трактор!-

автор?:: !. • А т

диссертации на соискание у^;он< степени доктора технических наук

Санкт-Петерйург - Пушкин

1991

/

Работа выполнена в Алтайском сельскохозяйственном институт Научны» консультант: доктор технических наук, профессор Л.Е.Агее

Офипиальнъ'в оппоненты: доктор технических наук, профессор

' Ведущая организагия: ПО "Алтайский тракторный завод"

Зашита состоится 27 декабря 1991 г. в час.30 мин. на заседании спе'иализированного совета I I20.37.C4 по защите диссе тапий на соискание ученой степени доктора технических наук в Ленинградском Государственном аграрном университете по адресу: 169620, Санкт-Петербург-Пушкин, Академический пр.,д.23,ауд.719.

\втогеЬерат разослан /Г/" 1991г.

Учен>— секретарь спе-иализированного совета, кандидат технических наук,

В.Я.Сковородин;

доктор технических наук, профессор В.И.Фортуна;

доктор технических наук, профессор А.А.оангиев

догент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы .Успешное решение задачи по увеличе-

нию производства сельскохозяйственной продукции в значительной степени зависит от соверртенства технологических процессов обработки г.очзы, улучшения эксплуатационных свойств машин и эптими-зации параметров и режимов работы машинно-тракторных агрегатов (ЖА). Тенденция роста единичной мощности и массы тракторов, а также увеличения рабочих скоростей движения агрегатов привела к тому, что на большинстве технологических операций перерасходуется топливо, возрастают затраты средств на единицу обработанной плоцади и. получаемой продукции.

Одной из причин недостаточной эффективности использования. .ЖА является отсутствие достоверных методов прогнозирования их оптимальных параметров и режимов работы при выполнении основного комплекса технологических операций с учетом зональных условий эксплуатации. Поэтому исследование особенностей функционирования системы "т:очза - с.-х. машина - движитель - трансмиссия - двигатель" ("П - М - Дж - Т - Дв") и разработка на его основе методов совершенствования конструкции, оптимизации параметров и режимов работы ЖА имеют большое народнохозяйственное значение.

Цель исследования - поеысить эффективность функционирования тяговых агрегатов на базе сельскохозяйственных тракторов общего назначения за счет оптимизации параметров и эксплуатационных режимов работы в степных и лесостепных районах Западной Сибири.

Объект исследования - процессы взаимодействия системы "П-М-Дж-Т-Дв" при выполнении машинно-тракторным агрегатом основных полевых работ.

Научная новизна выполненных исследований состоит в том, что методы оптимизации параметров и режимов работы ЖА, а также совершенствования их конструкции основаны на оценке эффективности функционирования системы "П-М-Дд-Т-Дв" при проведении комплекса основных технологических операций как на отдельном поле, тал и совокупности полей зоны механизации страны с учетом вероятностного характера изменения внешних воздействий.

На защиту выносятся:

- дискретная вероятностно-статистическая модель функционирования тягового агрегата, учитывающая влияние скорости движения на характер распределения нагрузки, и метода расчета эксплуатационных и обобщенных эксплуатационных характеристик двигателя, тракто ра и тягового агрегата при работе на отдельном поле и совокупности полей;

- метод расчета мощностного баланса тягового агрегата и энергетического параметра (удельная доля непроизводительных затрат энергии), характеризующих эффективность функционирования системы "11-М-Дж-Т-Дв" и составляющих ее элементов;

- вероятностно-статистические методы оптимизации параметров и режимов работы тяговых агрегатов на базе тракторов общего назначения с учетом зональных условий работы, агротехнических требований и уплотняющего воздействия ходовой системы трактора на почву;

- результаты исследований по определению основных вероятно-стно-статистическ;ос оценок входных и выходных показателей тяговых агрегатов в степных и лесостепных районах Западной Сибири;

- результаты внедрения научных разработок, подтвержденшх документами.

Реализация результатов исследований. Разработки по оптимизации параметров и режимов работы МТА включены в учебные и методические пособия по специальности 31.13 для студентов факультета механизации и слушателей ФПК, использованы ПО "Алтайский тракторный завод" и ПО "Алтайский моторный завод" при оптимизации параметров к режимов работы перспективного гусеничного трактора Т-250 и модернизации трактора Т-4А. Результаты исследований легли в основу оптимизации параметров, совершенствования конструкций тракторов общего назначения, рационального комплектования агрегатов на базе тракторов тяговых классов 3,4,5,6,8 и системы машин для комплексной механизации сельскохозяйственного производства в 1986-1995 годы и выбора режимов работы МТА на основных технологических операциях. Рациональные приемы обработки почвы, составы агрегатов и режимы работы МТА внедрены в ряде хозяйств Алтайского края.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на Всесоюзных научно-технических и научно-практических конференциях в НПО ВИСХОМ (г.Москва) в 1987 г., НПО НАТК (г.Моек-

m) в 1987 г., СО ВЛСХНИЛ (г.Новосибирск) в 1989 г., на регио-{альной научно-технической конференции в АТУ (г.Барнаул) в [987 г., на научно-технических конференциях Алтайского СХй (г.Барнаул) в 1968-1990 гг., /ЛИ (г.Барнаул) в 1968 г., Бурятского СХИ (г.Улан-Удэ) в 1987 г., Ленинградского ОХИ (г. Пушкин) в 1985 г., 1988 г., в ЧИйЭСХ (г.Челябинск) в 1969, 1985 гг., на заседаниях научно-технических советов, секций и на семчнарау: :П0 НАТИ (г.Москва) в 1988 г., ПО "Алтайский тракторный ''анод" (г.РубцоЕСк) в 1980-1990 гг., ПО "Алтайский моторный завод" (г.Барнаул) з 1985-1990 гг., Алтайской »510 (р.п.Поспелиха) е I986-1988 гг.

Публикация. По теме диссертации опубликовано свыше 40 работ и одно учебное пособие. По результатам исследований получено 2 авторских свидетельства и 5 положительных решений на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, ::ести глав, выводов и предложений, списка исгользов&чной литературы, включающего 302 наименования. Работа содержит 397 машинописных страниц основного текста, включающего 27 таблиц и 93 рисунка. Приложения составляют 146 страниц.

I. Состояние проблемы и задачи исследований

Научной основой исследований особенности функционирования мачгинно-трактсрных агрегатов являются труды З.П.Горячкина. получившие в дальнейшем развитие в работах Л.Е.Агеева, В.Я.Аниловича. З.И.Анохина, И.Б.Барского, А.А.Болотина, З.Н.Болтинского,Н.С.Йда-новского, В.А.Желиговского, С.А.Иофинова, В.В.Кацыгина, Ю.К.Кирт-бая, И.И.Киселева, И.П.Ксеневичз, Г.л4.Кутькова, А.Б.Лурье,B.C.Пу-чкова, А.Б.Свиртевского, В.Ф.Скробача, P.L-.Хабатова, З.С.'¿краба-ка, А.К.Юдпашева и др.ученых.

Определенный вклад в развитие теории работы тракторного двигателя в условиях неустановившейся нагрузки и разработку ряда важных мероприятий, направленных на совершенствование конструкции двигателя, принадлежит В.К.Болтинскому, К.С.Ждановскому, 'их ученикам и последователям: В.И.Анохину. А.А.Болотину,Е.А.Козмодемь-янову. А.В.Николаенко, В.К.Попову, А.Б.Свир^евскому, Е.Л.Харитон-чику, З.Н.Эминбейли, А.К.Юядатеву и др.

Наиболее полное и глубокое представление о влиянии случайно-

го характера внешних воздействий на эксплуатационные показатели МТА дано в работах Л.Е. Агеева, С.А.Кофинова, Ю.К.Киртбая, А.Б. Лурье и др.

Определению выходных показателей, оптимизации параметров и режимов работы МТА, совершенствованию конструкций агрегатов посвящены работы Л.Е.Агеева, В.Я.Аниловича, И.Б.Барского, Г.В.Веде-няпина, В.И.Виноградова, Б.Г.Волкова, В.В.Гуськова, Н.С.Жданов-ского, Ф.С.Завалишина, А.А.Зангиева, С.А.Иофипсва, В.В.Кацыгина, Б.И.Кашпура, Ю.К.Киртбая, Г.Г.Колобова, И.П.Ксеневича, Г.М.Куть-кова, В.Н.Кычева, М.Н.Летошнева, С.Е.Либциса, Б.А.Линтварева,

A.Б.Лурье, А.М.Лысова, А.И.Любимова, Ы.И.Ляско, М.Е.Мацепуро,

B.И.Мининзона, А.В.Николаенко, К.Ы.Орлова, А.П.Парфенова,В.Д.Сак-лакова, М.П.Сергеева, И.И.Трепененкова, В.У,.Фортуны, Р.Ш.Хабатова, Е.М.Харитончика, В.Н.Хватова и др.исследователей. В то же время еще недостаточно уделено внимания согласованию параметров и режимов работы тракторов общего назначения с параметрами сельскохозяйственных мааин, а также ке учитываются зональные особенности выполнения технологических операций, вероятностный характер внешних воздействий на МТА при работе на отдельном поле и совокупности полей, отрицательное воздействие движителей и рабочих органов машин на почву.

Основные задачи исследований:

- разработать вероятностно-статистическую модель функционирования системы "П-М-Дж-Т-Дв", позволяющую по входным воздействиям определять выходные показатели двигателя, трактора и тягового агрегата при юс использовании на отдельном поле к совокупности полей административно-хозяйственного подразделения или зоны механизации страны;

- классифицировать характеристики двигателя, трактора и тягового агрегата по степени их обобщения;

- разработать вероятностно-статистический метод оптимизации параметров и режимов работы трактора, его двигателя и ступенчатой трансмиссии, с.-х.машины и агрегата в целом для зоны механизации;

- разработать программное обеспечение расчетов параметров и режимов работы машинно-тракторных агрегатов на ЭВМ;

- разработать вероятностно-статистические методы обобщения условий функционирования тяговых агрегатов и оценочных показателей их работы;

- выполнить конкретные расчеты по оптимизации параметров и режимов работы тяговых агрегатов на базе тракторов общего назначения и определить эффективность предлагаемых разработок для степных и лесостепных районов Западной Сибири.

В разделе 2 "Верпятиостио-статнстнческая модель системы "П-М-Дк-Т-Дв" дается характеристика условии фуькционироьания тя-• гового агрегата как сложной динамической системы, в общем случаи учитывающей влияния вектор-функций шегашх Г , управляющих II и возмущающих Б воздействия на вектор выходных переменных У по принципу "вход-выход", включал гючву, сельскохозяйственную на- . кину, доииитель трактора, его трансмиесш и двигатель (рис.Т).

Разработана дискретная вероятностно-статистическая модель функционирования тягового агрегата, познилякщая по известному закону распределения приведенного удельного или приведенного тягового сопротивления агрегат«"(соответствующих постоянной скорости движения, скорости приведения Упр и детерминированным связям, заданным вусочно-непреривгам:-: функциями регуляторной характеристики двигателя и тяговой характеристики трактора, определять законы распределения и яороятноотно-етатистичеекие оценки выходных эксплуатационных показателей двигателя, трактора, тягового агрегата при работе отдельном попе и группе полей административно-хозяйственного г.. ^разделения или зоны страны (рис.2).

Вэаимосвяь- значений приведенного тягового сопротивления агрегата и соответствующих деПст^нтольшх значений показателей работы МТА на отдельном поле определялась решенном систем" уравнений:

+ Ми пр*

н

<

-у* 13 «Л в Л "С* 1 & 1 ш 1 -у * ^ мь)

Тяговый агрегат ЫЬ)

~— :5 «I 1 ^ 1 ^ 1 ¡с 1 3

Рис. I. Схема модели функционирования тягового агрегата: а - общая с учетом внешних Я , управляющих И и возмущавших Б воздействий и функциональных параметров У ; е - по принципу "вход Т - выход У ", включая почву, с.-х. машину, движитель, трансмиссию и двигатель

Рис. 2. Схема к определении выходных показателей двигателя и трактора на отдельном поле и группе полей (на примере Пе-КЪ*) и V=KPnp)):

-- теоретические характеристики двигателя и трактора

С Пе и V );

----- эксплуатационные характеристики двигателя и трактора X П и V ); М(Р) M(v) показатели трактора и двигателя по группе полей

где Р, РПр - соответственно значения действительного и приведенного тягового сопротивления агрегата; &Пр - коэффициент, учитывающий прирост тягового сопротивления при увеличении скорости движения от УПр до действительной V ; М,П,СТ - соответственнс крутящий момент, частота вращения и часовой расход топлива двига теля; Ци Ас]., ~ коэффициенты кусочно-линейной функц* П ~ % СМ) и СТ=ЯМ) э аппроксимирующей характеристику двигателя на у -том участке; в - соответственно коэффициент сопротивления перекатыванию и эксплуатационный вес трактора; -радиус ведущего колеса трактора; £-тр,1?н- соответственно передаточное число и к.п.д. трансмиссии; {7&-УЧ "" к.п.д. ведущего учас тка гусеничного движителя; | - коэффициент, учитывающий потери на холостую прокрутку трансмиссии; & - величина буксования движителя трактора; А, В, - коэффициенты, аппроксимирующие зави симость 8» = £(Р) ; Л-к - коэффициент нагрузки ведущих колес трак тора.

Решение системы уравнений (I) в явном виде затруднено, так как их преобразование приводит к нелинейному трансцендентному уравнению, поэтому при определении показателей работы машинно-тракторного агрегата , соответствующих РПр-с , используется итерационный метод.

Остальные показатели текущих значений параметров двигателя, трактора и агрегата определялись по общепринятым соотношениям.

По полученным законам распределения параметров агрегата определяются их числовые характеристики:

У -

= бГ(у)/а,

где У - математическое ожидание параметра У ; рс~ вероятност! работы агрегата в пределах ДР^ -го интервала тягового сопротивления агрегата; б^У), - среднее квадратическое отклонение и коэффициент вариации параметра У .

При достаточно длительной реализации процесса функционирования тягового агрегата по пути Б или по времени Т и при

ДР^О справедливо, что

PstM-~«?s(*c) « Ptl/Др^ ftCPl), (3)

а следовательно

ÎsL-~Psl U itL — pu, (4)

где psl, p±L и ~ вероятности и частота работы МТА

соответственно по пути и по времени с нагрузкой P-L в пределах А?1 -го интервала тягового сопротивления агрегата; ( Pj.) , ft (Ю "" плотности распределения вероятностей тягового сопротивления агрегата, определенные соответственно по пути и по времени.

С установлением взаимосвязи между частотами по пути и по времени:

isi - VLk/g VJtt: <5>

ki - WVi ^ WVL (6)

получены формулы к определению Marqua плоских ожиданий выходных показателей тягового агрегата с учетом переменной скорости движения и физического смысла, заложенного в понятие определяемого параметра (табл. ).

Введено по!штие "максимально допустимое математическое ожидание приведенного тягового сопротивления агрегата Рпр. шах "» определяемое по выражению (рис.2):

Рпрлпох* (7)

где Р^дд. - максимальное тяговое усилие на 3L -той передаче трактора по двигателю Pjsmax • по сцеплению Р^Эоп или по агротехническим требованиям PQ „¡qj. ; - отклонения от

Р„р max с заданной вероятностью у и определенной долей признака, выраженных в среднеквадратических отклонениях бПр =

= ^пр Рпр.шах » Vmin ~ минимальная скорость движения, соответствующая Ршож •

Если закон распределения приведенного тягового сопротивления агрегата принять нормальным, то объем вычислений по формулам табл. может быть значительно сокращен. Для этого скорость движения Vl в каждом интервале нагрузок ДР;, следует принять постоянной, а среднее значение плотности распределения <J>(PO дей-

Таблица

Формулы к определению математических ожиданий параметров тягового агрегата

Параметр Исходная формула Реализация случайных процессов

агрегата по пути по времени

V S/T 1 1 г: fsi/Vi Ï77s г Ш = Vi

6 1 St L 1 "i L , 2 Vif«. _ , Vt

sVtfeM- 5t) Vrt

р A/S * Ma = Ps 21 Vti+i Vt

N А/Т X Pi.f»i _ Ps u/Vi. "" i/v»

Gr С/Т ¡ECribi/Vt - Ctî/V, ~ i/v» 2: GTlkL = Gxt

а G/A xCnWVi _ G-rj/v» siGufti _ Gr*

■^Niiu Nt

M и? WVi _ A/«s/Vs Zltieihi _ tfet

2: ftL ü>t

03 «f/T z:u4tù/vi. _ u>,/vs 2: hi/Vi Î7YS z:tOi.itL=

Ne KIT xfu/Vi - i/Vs 2T/VeLftl = ÄU

9. G/A. ZlCrL^/Vi. _ CT,/Vs ZA^f,i/Vi W.i/Vs ^G-TLÎ^i _ G-rt ^Ncihl Nt t

er A/Ae xPlfu _ Ps ztfiiti _ Wt

^Akifii/Vi fleJVs 21 Weiiti. Net

где V - скорость движения; 5- коэффициент буксования;

Р - тяговое усилие трактора (сопротивление агрегата); N -

тяговая мощность трактора; GT - часовой расход топлива;

удельный тяговый расход топлива; M - крутящий момент двигате-

ля; СО - частота врасеняя вала двигателя; эффективная

мощность двигателя; - удельный расход топлива двигателем;

2т - тяговый к •п.д. трактора

ствктельных нагрузок с учетом зависимости:

Р - Pnp{i+£npl(KP))a-Vn2p]}. (3)

"Р

определить по выражению:

где í(P)= V - скорость движения трактора, как функция развиваемого им т.чгового усилия;

О « О Í^np)[i^¿np(VL-Vnp)l/Onp Ртах),

тогда математические ожидания тягового сопротивления Р и выходных параметров У агрегата можно определить по формуле:

у - [¿fCP^Pj'iifCPO^P^PL, (Ю)

где ^(P^^i. - параметр агрегата, как функция его тягового сопротивления.

Зависимость математических ожидания параметров двигателя и трактора J/ от математического ожидания тягового сопротивления агрегата Р характеризует их эксплуатационные показатели при переменной нагрузке на отдельном поле и определенных условиях работы (рис.3).

Математические ожидания выходных показателей работы МТА для группы полей М(У) определяются по однозначным соответствиям между математическими ожиданиями (средними значениями) приведенного тягового сопротивления в поле Р„р и параметрами эксплуатационной характеристики двигателя и эксплуатационной тяговой характеристики трактора У по зависимостям, аналогичным уравнениям,представленным в табл. При этом в качестве входного варьируемого воздействия системы "П-М-Дж-Т-Дв" следует принимать распределение средних значений приведенного тягового сопротивления агрегата по группе полей ^С ^пр) •

Впервые разработана дискретная вероятностно-статистическая

модель функционирования тягового агрегата при переключении передач ступенчатой трансмиссии под нагрузкой без разрыва потока мо1 ности от двигателя к ведущим колесам. Она позволяет рассчитывав эксплуатационные характеристики двигателя, трактора и оценивать эффективность их применения в сравнении с обычными ступенчатыми трансмиссиями (рис.3).

К основным статистическим оценкам, характеризующим изменен! внешних условий функционирования системы "П-М-Дж-Т-Дв", предложе но отнести: математическое ожидание приведенного удельного тягового сопротивления агрегата КПр (среднее значение), коэффициент вариации ")Пр и коэффициент пропорциональности £Пр на отдельном поле; математическое ожидание приведенных средних удельных сопротивлений по полям М(К„р) ; приведенный коэффициент вг риации приведенных средних удельных тяговых сопротивлений агрегг та по группе полей ^в дальнейшем коэффициент вариации по

группе полей); приведенный коэффициент пропорциональности по грз пе полей М(£Пр) ; математическое ожидание приведенных коэффициентов вариации удельного тягового сопротивления по отдельным полям мОпр) •

Ь зависимости от способа обобщения характеристик двигателя, трактора, тягового агрегата и условий работы МТА предложены их новая классификация и методы расчета.

Если агрегат работает на отдельном поле при заданных значениях КПр, 9Пр и £.„р и в качестве исходных данных при расчете приняты скоростная (стендовая) характеристика конкретного двигателя, параметры определенного трактора и определенной машины, тс такие характеристики названы: эксплуатационная характеристика двигателя, эксплуатационная тяговая характеристика трактора и эксплуатационная тяговая характеристика агрегата. При использова нии в расчетах обобщенные (типовые) характеристики двигателей и усредненные значения параметров однотипных тракторов и сельскохс зяйственных машин характеристики названы обобщенными эксплуатацк онными.

Если расчет выходных показателей МТА производится при работ конкретного агрегата на группе полей при заданных значениях

, то характеристики названы эксплуатаци онными по группе полей, а при использовании в расчетах обобщенны параметров однотипных МТА - обобщенными эксплуатационными по гру пе полей.

Рис. 3. Совмешенные потенциальная и эксплуатационные характеристики двигателя СМД-81 и тяговые характеристики трактора Т-250: - - потенциальная характеристика;

----- - эксплуатационная без переключения передач на ходу

--- - эксплуатационная с переключением передач на ходу

Сравнительная оценка эффективности функционирования тяговых агрегатов на базе тракторов, различных по уровню энергонасыщенно' сти и тяговым классам, осуществлялась по эксплуатационным безразмерным, обобщенным эксплуатационным безразмерным при работе на отдельном поле и соответствующим характеристикам для группы поле!

По результатам исследований установлено, что при изменении математического ожидания нагрузки на крюке по группе полей MCP, в рабочем диапазоне тяговых усилий трактора выходные показатели двигателя стабилизируются и с достаточной степенью точности (предельные отклонения не превышают 0,3...1%) аппроксимируются уравнениями вида:

М(У) = Ун M(äs). (II)

где Уц - номинальное значение определяемого параметра двигател; М(Л-а) - математическое ожидание коэффициента использования номинального значения параметра У для группы полей.

Поэтому средние значения показателей работы трактора и тягового агрегата для группы полей можно определять по формулам:

М(//)= А^мадм^тяг); • С12)

M(V)= M(-V)/[M(P)]; (13)

M(Gr) = GHM(ä6T); (14)

MCfKp) = ^MC&.-VMC^): (15)

Bp- mim) = _ . M(p)--—: de)

p M(Knp)[i+ мса^ам^л-Улр!

M(W)= BpM(V); (17)

MCjp « M(QT)/M(W), (Iö)

где MC У) - соответственно математические ожидания параметров трактора N, £тяг, У, Р, 6т»$кр и агрегата W, Y, ; W - произ-

водительность по площади; С^ - расход топлива на единицу обработанной, площади.

В результате исследований были получены уравнения регрессии:

M(äM)= 132,3 - 24,8 (Jcp + 14,6 М(£„р)+

+ 67,8 M(v>np) - 138,7 (Jcp M(v>np); 1

М(ДП) = 35,7 + 87,9 (jfcp - 5,84M(&np) +

+ 64,3мар)- 31,9 t£p - 177,6 MaOhp):

М(\т)= 99Д - 4,02(fo + 3,24 M£np) +

+ 192,6M(^)- 154,2^Мар)" 233,7 M2aP);

M(lw)= 114 - 13,85 (jy + 8,43МС£Пр) +

+ 157,3M(^- I6I,3tfefM0„p) - 162,7 M20np),

которые позволяют в процентных отношениях определять величину математических ожиданий коэффициентов использования номинальных значений соответственно крутящего момента, частоты вращения коленчатого вала, часового расхода топлива и эффективной мощности двигателя в зависимости от величины параметров, характеризующих изменение низкочастотной составляющей тягового сопротивления агрегата &Пр} и средней относительной величины передаточных чисел трансмиссии основного ряда передач трактора £^Ср (структуры ряда передач). Уравнения (19)...(22) справедливы для тракторных двигателей, отрегулированных с запасом по моменту при коэффициенте приспособляемости КПр = 1,13 - 1,17.

Получены аналитические зависимости и разработана методика расчета мощностного баланса" тягового агрегата в зависимости от его тягового сопротивления, что позволяет дать количественную оценку непроизводительным затратам мощности двигателя по элементам: на механические потери в силовой передаче и движителе, вертикальную и горизонтальную деформацию почвы ходовой частью трактора и дополнительную деформацию почвы машиной (орудием) в виду увеличения скорости движения агрегата У в сравнении с минимально необходимой по агротехническим требованиям Vam'm (при Y>Vamin )•

В работе введено понятие "удельные доли непроизводительных затрат энергии тяговым агрегатом":

Al = ¡Win Л' (23)

где Al - затраты энергии на единицу обработанной площади, соответствующие i -той потере; - удельная доля непроизводитель-

ных затрат энергии, соответствующая I -той потере.

Применение параметра ^ позволяет в относительных величинах оценить затраты энергии в системе "П-М-Дж-Т-Дв" по формулам:

1. В трансмиссии трактора:

Л<тР =----(24>

2. На ведущем участке гусеничного движителя:

,ц ----. (25)

3. Механические потери на перекатывание гусеничного движителя или деформацию шин для колесного трактора:

Мг. =-1 " Ьь----(26)

4. Потери на преодоление суммарных внутренних сил сопротивления движению (механические потери):

__1 ~ Ь-ин Ъ» . (¿7)

5. Потери на горизонтальную деформацию почвы движителем:

= -^ „-• (28)

ЬЬпМт

6. Потери на вертикальную деформацию почвы движителем:

7. Дополнительные потери, обусловленные несоответствием рабочих скоростей движения машины (орудия) и трактора:

Лит - 1п" . (30)

"смт £мн

8. Дополнительные потери машиной при У> Ун :

Лш = -Ц-^ (31)

Сми

9. Суммарные потери на деформацию почвы движителем трактора и дополнительно машиной:

где г?тр - к.п.д. трансмиссии; - соответственно к.п.д.

внутренних и внешних сил сопротивления перекатыванию; г>5* ~ К-П-Д-буксирования движителей; |?смт - к.п.д. соответствия машины трактору:

где Ун - скорость движения агрегата при номинальной силе тяги

трактора; - коэффициент пропорциональности, соответствующий

Уаш1п » Рчи ~ к.п.д. машины, учитывающий дополнительные затраты ¿МН . | « »

мощности на обработку почвы машиной при у^н :

р =--, (34)

6," 1+ &н(Уа- V«)

гДе <£н - коэффициент пропорциональности, соответствующий Уц :

£ = __. (35)

Н 1 + ¿уатшС^'^атш)

Если к.п.д., входящие в уравнения (24)...(32), выразить через коэффициент загрузки трактора по тяге

= Р/Рн, (36)

где Р, Рн - соответственно действительная и номинальная силы тяги трактора,

то применение безразмерных параметров позволяет оценить по элементам затраты энергии в относительных величинах в системе "П-М-Дж-Т-Дв" и сопоставить эффективность функционирования агрегатов, составленных на базе тракторов, различных по тяговому классу, уровню энергонасыщенности и типу движителей.

Из зависимостей (23)...(34) следует, что чем меньше удельное сопротивление почвы при минимально допустимой скорости движения по агротехническим требованиям Куат'щ и больше значения к.п.д., входящих в эти уравнения, тем меньше энергии подводится к почве на единицу обработанной агрегатом площади, а также меньше ее затраты

на механические потери в трансмиссии и ходовой части трактора.

С целью выявления общих закономерностей, влияющих на тягово-сцелные свойства трактора, технико-экономические и агротехнические показатели агрегатов, выходные показатели определялись в функции от величины коэффициента использования сцепного веса трактора по формулам:

8>- ЕГЧЕА/^м-^)]; (37)

¡у = 1- Б»; (38)

Ь = ^к/ДО*«-*); (39)

Л/ен 1 НСр Л/б; (4°)

йр = Л'ен « (41)

Стер = ^т* ^етер » (42)

?кр.ср= СтДатср/(^Д*е^мп); (43)

В = сак^в/к¥апкп ; (44)

Чр = ! (45)

= ^тДвтер Куая»/*р/1(Н,Л»ср2мп) ' (46)

где - математические ожидания коэффициентов: ~

скорости движения агрегата; - тяговой мощности; Ле -

расхода топлива в единицу времени (21); ~ чистой

производительности по площади; ¿и^ — расхода топлива на единицу обработанной площади; = у/П* Ъ* Вр (исл-1)][1+£уап1гп(У*

Угт'ш)]

- коэффициент ширины захвата агрегата; £мп - к.п.д.механических потерь силовой передачи трактора; {?и • £смт £мн ~ к.п.д.машины; &Э5> ^р ~ соответственно ширина опорной части движителя трактора и рабочая ширина захвата агрегата; - коэффициент увеличения

удельного тягового сопротивления агрегата по следу_трактора.

Значения параметров //ен, Ст», и для каждого

трактора в конкретных условиях их эксплуатации постоянны, а изменения значений выходных показателей МТА зависят от величины пара-

метров ^у . Поэтому графики безразмерных величин [ 6Г]-К<?) и названы соот-

ветственно обобщенными безразмерными тяговыми характеристиками трактора и почвообрабатывающего агрегата.

Характеристики, рассчитанные по выражениям (40)...(46)»справедливы в том случае, если двигатель работает при наиболее рациональных нагрузочных и скоростных режимах в заданных условиях эксплуатации. В действительности при комплектовании агрегатов и выборе режимов работы трактора на группе полей вводят согласно агротехническим требованиям ряд ограничений, которые не на всех полях позволяют использовать потенциальные возможности двигателя.

Если перейти от размерных параметров к безразмерным, то при нормальном законе распределения аргумента у можно определить математические ожидания коэффициентов для группы полей М(|Иу) по уравнениям вида

МС^у) = (2£)1 \ ш е:ЕР [- о?- <0? +

А ~оГ (47)

+ (250 5 Ш ехр [-(<?- М(#/(2бр] С*!?,

^а -

где _ - соответственно детерминированные связи

выходных параметров У при работе двигателя на отдельных полях с недогрузкой к в рациональном режиме; <ра - коэффициент использования сцепного веса трактора, соответствующий максимально допустимой скорости движения по агротехническим требованиям Чатах. •

Определенный интеграл в уравнении (47) можно вычислить приближенно, так как результаты интегрирования не выражаются в элементарных функциях. Для этого можно использовать известные разложения функций в степенные ряда или применить предложенный в данной работе дискретный метод определения выходных показателей МТА.

С целью упрощения математической модели и сокращения объема вычислений при определении выходных показателей агрегата приняты следующие допущения:

1. Нормальное распределение входного параметра аппроксимировано равновесным распределением.

2. Ограничение максимальной скорости движения по агротехническим требованиям обеспечено включением наиболее рациональной передачи трактора и установлением соответствующей подачи топлива в цилиндры двигателя.

Тогда в зависимости от условий эксплуатации тягового агрегата на группе полей математические ожидания скорости движения M(V) и расхода топлива в единицу времени M(GT) можно определить по формулам:

1. При работе двигателя на всех полях с недогрузкой:

M(V) = Va - Ne"l"e gM" J*чатах. = const' (4Ö>

где S g l-b%[A/(%-fa)] . Tvamax ^ + ^

где Gxx ~ Расход топлива на холостом ходу двигателя.

2. При работе двигателя на части полей с недогрузкой:

M(v) = А'ен Maw)pMfIj«y/G. (50)

. й = 1 i [1- b%(A/(vfa))][yg-M(fXl-txА)] ,

где Jiv - \ + f

, [i- Ъ%Ш*

~ jpg))] [M(y)(l+tfen^an) - fa]

«Jk =

M(GT)= GTH M(jüeT), (51)

ГАе

ж № + fr- * M($)Cl-M^Xi-fynV)] +

+ X6Ti^n ^n) " fal} •

3. При работе агрегата без ограничения скорости движения по агротехническим требованиям:

M(V) - "fM™ MCjiv),

гАе . .г*/

НОР-

М(ёт) = ет„ мабт). (53)

На основании полученных зависимостей и обобщения результатов экспериментальных исследований разработаны вероятностно-статистические методы расчета составов и режимов работы агрегатов на основных технологических операциях в виде алгоритмов и программ с использованием ЭВМ.

Эти методы позволяют оценить эффективность функционирования тяговых агрегатов в зависимости от их состава как при работе на отдельном поле, так и совокупности полей с учетом среднедопусти-мой загрузки трактора по передачам и агротехнических требований по скорости движения и сцеплению движителей с почвой.

В разделе 3 "Методика экспериментальных исследований" приведены программа, общая и частные методики испытаний, дано описание применяемой измерительной аппаратуры и использованного оборудования.

Целью экспериментальных исследований являлось определение основных вероятностно-статистических характеристик процесса функционирования системы "П-М-Дж-Т-Дв" и подтверждение теоретических предпосылок к определению оптимальных параметров и режимов работы тяговых агрегатов на базе тракторов общего назначения.

В задачу экспериментальных исследований входило:

- определить основные факторы, влияющие на законы распределения и числовые характеристики тягового сопротивления машин;

- установить характер и структуру статистических взаимосвязей исследуемой многомерной системы "П-М-Дж-Т-Дв";

- исследовать влияние специфики технологических процессов, конструктивных и эксплуатационных факторов на агротехнические, энергетические и технико-экономические показатели тяговых агрегатов;

- получить исходную информацию для определения вероятностно-статистических характеристик: агротехнических, энергетических и технико-экономических показателей работы агрегатов в условиях степных и лесостепных районов Западной Сибири.

Исследования процессов функционирования тяговых агрегатов,

составленных на базе тракторов трех поколений, проводились на основных технологических операциях и наиболее типичных почвах ре гиона с использованием планирования экспериментов. Общая схема организации экспериментальных исследований представлена на рис.4

В процессе испытаний регистрировались следующие показатели: крутящий момент на валу двигателя и ведущих колесах трактора,час тота вращения коленчатого вала двигателя, ход рейки топливного насоса, тяговое усилие трактора, пройденный путь, продолжительность опыта, ширина и глубина обработки почвы, плотность и влажность почвы.

Обработка опытных данных осуществлялась с использованием вероятностно-статистических методов и ЭВМ.

В разделе 4 "Результаты экспериментальных исследований" проведен статистический анализ свыше 950 осциллографирований и дина-мометрирований сельскохозяйственных машин и анализ 650 хрсномет-ражных наблюдений за работой машинно-тракторных агрегатов на основных технологических операциях. В результате исследований установлено, что непрерывный и случайный характер процесса взаимодействия системы "П-М-Дж-Т-Дв" обусловлен непостоянством физико-механических свойств почвы и ее влажности, рельефом местности, конструктивными особенностями МТА, технологическими и эксплуатациин-ными факторами.

Существенное влияние на выходные эксплуатационные показател! работы двигателя, трактора и тягового агрегата оказывают низкочастотные колебания внешней нагрузки в диапазоне частот 0...2.5 Гц Они в основном формируют характер и структуру взаимосвязи параметров исследуемой системы.

Высокочастотные колебания нагрузки преодолеваются инерцией массы агрегата и оказывают незначительное влияние на эксплуатационные показатели.

Обработка реализаций тягового сопротивления пахотных, плоско резных, бороновальных, культиваторных и посевных агрегатов показа ла, что при выполнении определенной технологической операции на участке отдельного поля длиной не менее 300-500 м и постоянной скорости движения эти реализации являются стационарными случайными процессами, обладающими свойствами эргодичности. В связи с эти в качестве основных факторов, характеризующих условия работы МТА, приняты значения математического _ожидания приведенного удельного тягового сопротивления агрегата КПр, коэффициент его вариации ^

Стендовые испытания двигателя

Снятие характеристики топливного насоса Снятие характеристики двигателя

лабораторно-полевые испытания трактора

Снятие характеристики двигателя через ВСМ

Снятие тяговой характеристики трактора

I

Снятие эксплуатационной тяговой характеристики трактора

Лабораторно-полевые испытания тяговых агрегатов

ОС

ж 8 а £2з

о 3 у ч 3 о

¿Г8С 4)0 » О О

Т

X

3

« «

V о

ё о о

с= ■ч о к

Лабораторно-полевые испытания машин-орудий

Основная обработка почвы Поверхностная обработка почвы Посев колосовых

.эксплуатационные испытания тяговых агрегатов

§

Ж св

*

она

ООП

ХЧО 3-

х сд о О.О.С

а>чэ

я о

о

с:

Анализ полученных результатов, сравнение с данными физического и математического моделирования, выводы, заключения. Разработка рекомендаций производству

Рис. 4. Структурная схема экспериментальных исследований

и коэффициент пропорциональности £.Пр . Указанные оценки для различных полей не остаются постоянными и носят случайный характер, а распределение КПр удовлетворительно сочетается с нормальным законом. Поэтому за основные факторы, характеризующие условия работы тяговых агрегатов на совокупности полей, были приняты математические ожидания удельного тягового сопротивления по группе полей М(Кпр) и его коэффициент вариации , математические

ожидания коэффициента пропорциональности М(Епр) и коэффициента вариации по отдельным полям М("0Пр) . В работе даны основные статистические характеристики приведенного удельного тягового сопротивления агрегатов для степных и лесостепных районов Западной Сибири.

При оценке энергетических и технико-экономических показателей работы МТА в качестве входного варьируемого воздействия следует принимать приведенное удельное или приведенное тяговое сопротивление агрегата, учитывать уплотняющее воздействие ходовой системы трактора на почву и влияние скорости движения на величину математического ожидания и характер распределения тягового сопротивления машин-орудий.

Предложенная дискретная вероятностно-статистическая модель функционирования систеш "11-М-Дж-Т-Дв" позволяет с достаточной степенью точности определять показатели двигателя, трактора и агрегата при работе как на отдельной передаче, так и совокупности передач в рабочем диапазоне тяговых усилий трактора.

Наилучшая сходимость экспериментальных и расчетных данных выходных показателей тяговых агрегатов соответствует работе тракторного двигателя в период всего опыта только на одной (регулятор-ной) ветви характеристики. В этом случае эксплуатационные характеристики двигателя и трактора фактически совпадают с типовыми.

При средних загрузках трактора, когда двигатель часть времени работает на регуляторной, а часть - на корректорной ветвях характеристики, наблюдается ухудшение средних выходных показателей. Ухудшение показателей в основном зависит от нелинейности регуляторной характеристики двигателя, величины средней его загрузки и коэффициента вариации входного воздействия. Для этих условий функционирования агрегата наилучшая сходимость расчетных и экспериментальных данных соответствовала методике, учитывающей влияния вероятностного характера нагрузки на выходные показатели двигателя, трактора и агрегата.

Применение на тракторе многоступенчатой трансмиссии с переключением передач под нагрузкой, оборудованной системой автоматического управления, обеспечивает более рациональную загрузку двигателя при переменных внешних силах сопротивления движению МТА, что позволяет на 4,5-10^ повысить производительность и на 2-5% снизить расход топлива на единицу обработанной площади.

С целью упрощения расчетов и получения достоверных оценок средних потенциальных возможностей двигателя, трактора и агрегата в рабочем диапазоне нагрузок трактора и определения эксплуатационных показателей для группы полей наиболее целесообразно использовать зависимости (37)...(46). Они обеспечивают удовлетворительную точность расчета при конкретных значениях математического ожидания входного воздействия при работе трактора на отдельном поле и хорошую сходимость средних показателей в рабочем диапазоне нагрузок трактора в среднем для группы полей.

Значения математических ожиданий тягового к.п.д. трактора и его составляющих ь рабочем диапазоне тяговых усилий с достаточно высокой степенью точности можно определять по общепринятой методике без учета вероятностного характера нагрузки.

Результаты исследований процесса деформации почвы ходовыми системами тракторов ДТ-75Ы, Т-4А, К-701 и Т-4М, Т-250 (опытные образш ПО АТЗ) позволяют утверждать, что величина уплотнения почвы Кац в основном зависит от эксплуатационного веса трактора С , сирины В и длины и опорной части движителя (опорной поверхности), нагрузочного Р и скоростного V режимов работы трактора, а также от исходного состояния плотности почвы в верхнем (0-0,1 м), среднем (0,1-0,2 м) и нижнем (0,2-0,3 м) слоях пахотного горизонта и может быть соответственно определена по уравнениям регрессии:

КаП1= 0,574 - 0,123 и - 0,56 В + 0,00366 С + 0,000678 Р +

* 0,0263 V - 0,152^,. + 0,05^оа - 0,0265 ; (54)

КНП2= " - 0,00152 1_ + 0,0096 В + 0,000636- 0,000667 Р +

+ 0,00916 V + 0,095^- 0,104у,* + 0,126^>03 ; (оо)

Купз= 0,491 - 0,063 к - 0,394 Б+ 0,0027б + 0,000108 Р -

- 0,00205 V - 0,12^01- 0,107^+ 0,092 ^0л . (об)

При принятом 5%-нсм уровне значимости коэффициенты множественной корреляции уравнений составляют соответственно 0,99; 0,96; 0,92.

Для получения количественной оценки того, как степень упло1 нения почвы движителем трактора влияет на энергетику тягового аз регата и составляющие биологического урожая яровой пшеницу, был проведен эксперимент на предпосевной обработке почвы в колочной степи Алтайского края на черноземах обыкновенных среднегумусных среднемощных среднесуглинистого механического состава.

Основная обработка на опытном поле проводилась культиваторе плоскорезом-глубокорыхлителем. Предпосевная обработка состояла ( ранневесеннего боронования и культивации агрегатом в составе трг тора Т-250 и двух культиваторов КПЭ-3,6 с боронами ЗЬЗС-1.0. Посев яровой пшеницы осуществлялся агрегатом в составе трактора Т-250 и трех сеялок СЗП-3,6 по уплотненной движителем трактора V неуплотненной поверхности почвы. Прирост удельного тягового сопротивления агрегата по уплотненной поверхности составил 5,2%, энергозатраты на обработку почвы увеличились на 0,3 кДж/м2, урожайность снизилась на 2,6 ц/га.

Отклонения выходных показателей работа тяговых агрегатов, определенных по дискретной вероятностно-статистической модели функционирования системы "П-М-Дж-Т-Дв", не превышает от данны полученных по результатам физического моделирования работы на группе полей, и результатов хронометражных наблюдения за работой МТА типичных для степных и лесостепных районов зоны механизации Западной Сибири при доверительной вероятности 0,9...О,95.

В разделе "Вероятностно-статистические методы оптимизации эксплуатационных параметров и режимов работы тяговых агрегатов" использована математическая модель функционирования системы "П-М Дж-Т-Дв". Расчеты производились с учетом зональной структуры посевных площадей, технологии возделывания сельскохозяйственных культур, системы машин для комплексной механизации полеводства и особенностей работы МТА в степных и лесостепных районах Западной Сибири.

В зависимости от -поставленной цели в качестве критериев оптимизации приняты математические ожидания: максимума производительности по группе полей региона и минимума расхода топлива,пря мых и приведенных эксплуатационных затрат средств с учетом годового объема работ на основных технологических операциях, а также приведенных эксплуатационных затрат средств с учетом потерь урожая в результате уплотняющего воздействия ходовой системы тракто' ра на почву, затрат труда и энергии на единицу обработанной площ ди.

На основании ис< .,едований установлено, что энергетические и технико-экономические показатели тяговых агрегатов в основном зависят от номинальной мощности двигателя УУен, эксплуатационного веса трактора б (эксплуатационной массы ГПЭ), максимальной загрузки трактора по тяге для группы полей Лртах , числа и структуры ряда передач трансмиссии, особенностей характеристики двигателя, типа движителя, величины математического ожидания энергоемкости технологического процесса М(Куатц,) , а также параметров, характеризующих непостоянство тягового сопротивления агрегата М(^рр) > М(£уат1п) ' ^гп и Диашзо_на рабочих скоростей движения по агротехническим требованиям от до Уцтах*

Разработанные вероятностно-статистические методы оптимизации, алгоритмы и программы расчета на ЭБ!» позволяют:

- определять рациональные составы и режимы работы тяговых агрегатов на базе тракторов общего назначения с использованием результатов типовых тормозных испытаний двигателей и типовых тяговых испытаний тракторов;

- на стадии проектирования и создания новой техники оптимизировать мощность тракторного двигателя, параметры его регуляторной характеристики, количество рабочих передач ступенчатой трансмиссии и их структуру, оптимизировать эксплуатационную массу трактора, состав и режимы работы агрегатов.

При оптимизации составов и режимов работы тяговых агрегатов на Сазе серийно выпускаемых машин за основные управляющие воздействия в системе "П-М-Дж-Т-Дв" принять; ширина захвата агрегата, передача трактора и режимы работы двигателя.

3 результате исследований было установлено, что к основным недостаткам в использовании тракторов третьего поколений (Т-150, Г-150К, К-701, Т-250 и Т-4М) следует отнести несоответствие параметров сельскохозяйственных машин скоростным и нагрузочным режимам работы этих тракторов. Недогрузка тракторов по тяге и ограничения скорости движения по агротехническим требованиям являются основной причиной недоиспользования потенциальных возможностей двигателя, что сдерживает рост производительности труда и увеличивает затраты средств на единицу продукции при внедрении в сельскохозяйственное производство высокоэнергонасыщенных тракторов.

При прогнозировании мощности двигателя, массы трактора и режимов работы перспективных агрегатов в качестве варьируемых факторов приняты номинальная сила тяги Рн и номинальная скорость дви-

жения V» трактора, коэффициент использования сцепного веса трактора при номинальной силе_тяги и максимальная загрузка трактора по тяге на группе полей Лр^цд. .

Оптимизация регуляторной характеристики двигателя проводилаа на примере сельскохозяйственного гусеничного трактора общего назначения Т-4М (опытный образец) при выполнении им основных технологических операций на группе полей региона Западной Сибири. В качестве варьируемых факторов приняты параметры типовой регуляторно{ характеристики: номинальный крутящий момент Мц , номинальная частота вращения вала двигателя Пн , степень неравномерности регулятора 5 и коэффициенты приспособляемости по крутящему моменту К) и частоте вращения вала Кп .

За основу расчета принята многопараметровая характеристика двигателя, а оценка экономической эффективности работы двигателя осуществлялась с учетом долговечности его работы в зависимости от нагрузочного и скоростного режимов работы.

Сложность в определении выходных эксплуатационных показателей почвообрабатывающих агрегатов, большое количество варьируемых факторов, особенности в определении затрат средств на приобретение, эксплуатацию и воспроизводство агрегатов на различных технологических операциях вызывают определенные трудности в получении аналитических зависимостей оптимизационного характера по принятым критериям оптимизации.

С целью упрощения математической модели и получения достоверных оценок выходных показателей МТА поставленная задача решалась с использованием метода крутого восхождения (спуска) по поверхности отклика, метода Бокса-Уильсона.

После определения оптимальных значений массы трактора, мощности двигателя и параметров его регуляторной характеристики, соответствующих определенной технологической операции, произведено усреднение их значений с учетом годового объема основных работ и веса в этом объеме каждой технологической операции по принятому критерию оптимизации.

Трансмиссия трактора является связующим звеном системы "П-!и-Дж-Т-Дв", поэтому выбор ее параметров в значительной степени определяет эффективность использования МТА.

Оптимизация параметров силовой передачи выполнялась поэтапно. Вначале определялся рабочий диапазон нагрузок на крюке трактора для всего комплекса основных технологических операций при рацио-

нальном составе агрегатов Рщш» Рща» с доверительной вероятностью ^ = 0,95. При этом учитывались предельные отклонения приведенных математических ожиданий удельного тягового сопротивления машин и орудий на группе полей региона К.црл7'ш» ^пр.тах. и влияние состава агрегата и скорости движения на изменения тягового сопротивления Р = ^СВр^У,

Передаточное число трансмиссии на первой рабочей передаче определялось из необходимости преодоления внешних сил сопротивления движению агрегата при КПртах , а на высшей - обеспечения рациональной загрузки двигателя при К„р

Определенные трудности возникают при выборе числа и структуры ряда передач. С увеличением числа передач улучшается эффективность использования мощности двигателя, но усложняется конструкция силовой передачи, снижается ее к.п.д., затрудняется выбор рабочей передачи в процессе эксплуатации трактора, увеличиваются затрата на ремонт, эксплуатацию и реновацию. Установление эффективности использования потенциальных возможностей двигателя в зависимости от числа передач на первом этапе осуществлялось по уравнениям регрессии (19)...(22). Передаточные числа подбирались по геометрическому закону со знаменателем С^ . При этом значения М(")пр). М(&пр) определялись как средневзвешенные по видам работ в обще* объеме затрат средств.

На следующем этапе исследований оптимизировалась структура основного ряда передаточных чисел трансмиссии. Для этого проводился вычислительны:: эксперимент, где в качестве варьируем« факторов рассматривались соотношения передаточных чисел смежных рабочих передач Ц.} - Ц + ¿у

/.сследование полученных уравнений регрессии на экстремумы позволило определить значения передаточных чисел трансмиссии, при которых достигается наиболее полное использование энергетических возможностей трактора.

На основании этих данных была предложена новая кинематическая схема коробки перемены передач для трактора Т-250. Сна включает восемь передач (вместо двенадцати), из них пять - рабочих, одна -транспортная и две - технологические.

Сопоставление эксплуатационных тяговых характеристик трактора Т-250 на основных технологических операциях показало, что применение предложенной трансмиссии позволит сохранить на прежнем уровне потенциальные возможности трактора, упростить конструкцию

трансмиссии, снизить материалоемкость и повысить к.п.д. отдельных передач.

вывода И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Проведение и.обработка свыше 950 динамометрирований, ос-циллографирований и анализ 650 хронометражных наблюдений за работой сельскохозяйственных машин в агрегате с тракторами трех поколений на основных технологических операциях в степных и лесостепных районах Западной Сибири легли в основу разработки и создания вероятностно-статистической модели функционирования системы "поч-ва-с.х.машина-движктель-трансмиссия-двигатель" ("П-М-Дж-Т-Дв") как на отдельном поле, так и в совокупности полей административно-хозяйственного подразделения или зо»1 механизации растениеводства страны.

2. Статистический анализ осциллограмм тягового сопротивление машинно-тракторных агрегатов на вспапке, плосксрезнсй обработке, бороновании, культивации и посеве зерновых культур показал, чтс на участке отдельного поля длиной не менее 300...500 м при постоянной скорости движения эти реализации являются стационарными случайными процессами, обладающими свойствами эргодичности.

Существенное влияние на эксплуатационные показатели работы двигателя, трактора и тягового агрегата оказывают низкочастотные колебания внешней нагрузки в диапазоне частот 0...2.5 Гц. Они в основном формируют характер и структуру взаимосвязи параметров исследуемой системы. Высокочастотные колебания нагрузки преодолеваются энерцией массы агрегата и не оказывают значительного влияния на эксплуатационные показатели.

3. Впервые разработана методика расчета эксплуатационных характеристик двигателя и тяговых характеристик трактора с переключением передач под нагрузкой и методика расчета эксплуатационных характеристик двигателя, трактора и тягового агрегата для группы полей.

4. Предлагается оценивать работу машинно-тракторных агрегатов по удельным долям непроизводительных затрат энергии на механические потери в силовой передаче трактора, на преодоление внутренних и внешних сил сопротивления его движению, буксбвания движителей, а также на преодоление дополнительно возросшей силы тягового сопротивления машин-орудий в результате увеличения скорости движения по отношению к минимально необходимой по агротехническим

требованиям. Кроме того, оценивать работу МТА можно по суммарным удельным долям непроизводительных затрат энергии, подводимой агрегатом к почве, и коэффициенту-производительности. Введение этих безразмерных параметров позволяет сопоставить эффективность функционирования систем "П-М-Дж-Т-Дв" в зависимости от нагрузочных и скоростных режи> з г^боты агрегатов, скомплектованных на базе различных по тяговому классу и уровню энергонасыщенности тракторов, установить основные недостатки применяемой системы машин и наметить пути ее совершенствования.

о. Разработанные вероятностно-статистические методы оптимизации параметров и режимов работы тяговых агрегатов на базе тракторов общего назначения, алгоритмы и программы расчета на ЗВМ позволяют оптимизировать эксплуатационную массу трактора, мощность двигателя, параметры его регуляторной характеристики, количество и структуру ряда рабочих передач трансмиссии, составы и режимы работы агрегатов с учетом зональных особенностей эксплуатации, агротехнических требований, влияния переменной скорости движения на характер распределения тягового сопротивления сельскохозяйственных ма^ин и уплотняющего воздействия ходовой системы трактора на почву.

'/.сследования .'оказали, что при обосновании параметров и режимов работы МТА в качестве критерия оптимизации наиболее гелесо-образно принимать суммарные затраты средств, включающие приведенные затраты и стоимость потери урожая от уплотняющего воздействия движителей на почву, ч при оптимизации мощности и характера протекания регуляторной характеристики двигателя - дополнительно учитывать затраты в зависимости от долговечности двигателя, от скоростных и нагрузочных режимов его работы.

6. Низкая эффективность использования тракторов третьего поколения (Т-150, Т-150К, К-701, Т-250) вызвана несоответствием параметров сельскохозяйственных машин скоростным и нагрузочным режимам работы этих тракторов. Недогрузка тракторов по тяге и ограничение агротехническими требованиями максимальной рабочей скорости движения не позволяют на большинстве технологических операций эффективно использовать потенциальные возможности двигателей, что сдерживает рост производительности труда и снижение затрат средств на единицу продукции.

Мощность двигателей и эксплуатационная масса тракторов третьего поколения соответственно на 10...28% и 24...33% выше их рациональных значений.

7. Трактор Т-250 в сты.кых и лесостопшх районах Западной Сибири необходимо лерсвестй из тягового класса 5 в класс Вив зависимости от особенностей технологического процесса агрегатиро рать с машичами-орудиями, предназначенными для работы в составе тракторами тяговых классов Ь...и. Это на повысит произво

дительность, на 6...32% снизит погектарный расход топлива, на 39: снизит дополнительные затраты энергии на деформацию г.очеы движителем трактора и машинами-орудиями, годовая экономия труда соста' вит около 11$. Ожидаемый годовой экономический эффект, с учетом потери рожая от уплотнения движителем почвы, составит около 6651 рублей в год на трактор. .

¿¿ли трактор Т-250 оставить в тяговом классе 5 и уменьшить эксплуатационную массу с 14 до 9,Ь тонны, а мощность двигателя снисить со 1в4 до 144...165 кЬт, то при незначительном снижении, производительности агрегатов окиномия топлива состашт 3430 кг в год нй I трактор, на 23^. снизится материалоемкость, технологичес-' ких процессов. Ожидаемый экономический оффокт, с учетом снижения потери урожая от уплотнения движителем почвы, составит около 5110 рублей в год ш трактор.

¡3. Модернизация ыоторнЬ-трансшссиониой установки трактора Т-4А и рациональное агрегатирование на основных иолошх работах повышают на 18...44/' производительность агрегатов и снижают на • 1...1СЗ', погектарный р.чсход топлива. Ожидаемый годовой экономический эффект составит. 10£0 рублой на трактор.

9. Внедрение почвозащитной системы земледелия в совхозе "Обь Калманского района Алтайского края обеспечило повышение урожайно-.сти зерновых культур па Ь0%, увеличило выход кормовнх единиц с I га пашни на 44$, снизило сэбестоимзсть продукции па Экономический о<|х]>ект от рациональных приемов обработки почвы составил 690 тыс.рублей в год.

. 10. В результате исследований установлены основ»- \е вероятное? ьо-статистическио закономерности функционирования систем) "И-Ы-,1^ Т-Дв" ма основных технологических операциях, что позволяет поднят на новый уровень прогнозирование параметров, проектирование и использование машиннэ-тракторных'агрегь'топ и оптимизировать шшинно' тракторный парк в полеводстве с учетам зональных условий эксплуатации.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих аботах:

1. Машинам - технически обоснованные нормы //Сельскохозяй-твенное производство Сибири и Дальнего Всстока - 1964.- Í? 2.-.71-72 (в соавторстве с Жоголевым И.М.).

2. Техническое нормирование //Сб. науч. тр./Алт. с.-х.ин-т,-арнаул, 1966.- Вып.7,- С.183-186 (в соавторстве с Жоголевым И.М., удиным В.А.).•

3. Неустановившаяся нагрузка тракторного двигателя и влияние е на производительность агрегата //Тр./Алт.с.-х.ин-т.- Барнаул, 96В.- Вып.15.- С.36-45.

4. Пневмогидравлический датчик загрузки двигателя //Новые етоды расчета, проектирования и исследования тракторов и сель-озмашин,- Барнаул, 1966,- С.35-3ъ (в соавторстве с Жоголевым U.M., удиным В.А.).

5. Безразборный метод проверки основ'мх параметров тракторных вигателей //Сб.науч.тр./Алт.с.-х.ин-т.- Барнаул, 1968.- Вып.15,-.31-35 (в соавторстве с Жоголевым И.И., Дудиным В.А.).

6. Оптимальный момент переключения передач при маневрировании коростями на ходу //Тр./Алт.с.-х.ик-т.- Барнаул, 196В,- Вып.15,-.176-180.

7. Установка для испытания тракторов в поле //Техника в сель-ком хозяйстве.- 1969. - * 4.- С.о4-65 (в соавторстве с Ноголе-

ым И.М., Дудиным В.А.).

о. Исследование эксплуатационных режимоь работы трактора при аневрировании скоростями на ходу: Автореф.дисс...канд.техн.наук.-мск, 1969.- 24 с.

9. Изменение тяговых свойств трактора при неустановившейся агрузке//Эксплуатация маиошно-тракторного парка: Тр./Алт.с.-х. н-т.- Новосибирск, 1973.- Т.64.- C.IOO-IIO.

10. Рациональное агрегатирование тракторов с противоэрозийной ехникой //Механизация сельскохозяйственного производства: Тр./ лт.с.-х.ин-т.- Барнаул, 1974.- Вып.36,- C.ü6-90 (в соавторстве с оголевым И.М., Дудиным Б.А.).

11. Непостоянство тягового сопротивления плуга и его влияние а динамические показатели двигателя //Механизация сельскохозяй-твенного производства.- Барнаул, 1974,- С.79-ь1 (в соавторстве с удиным В.А.).

12. Техническое нормирование механизированных тракторных работ - на научную основу //Механизация сельскохозяйственного производства,- Барнаул, 1974,- С.82-85 (в соавторстве с Дудиным В.А

13. Влияние скорости движения на характер нагрузки трактора Т-4А //Совершенствование конструкций тракторов, двигателей и их эксплуатация,- Барнаул, 1976.- С.74-81 (в соавторстве с Савельевым Г.Е.).

14. Поправочный коэффициент к определению удельного сопротив ления полунавесных плугов //Совершенствование конструкций тракто ров, двигателей и их эксплуатация.- Барнаул, 1976,- С.82-64 (в с авторстве с Савельевым Г.Е.).

1о. 1еоретические предпосылки к обоснованию рабочей ширины захвата МТА //Механизация производственных процессов в сельском хозяйстве Западной Сибири: Тр./Алт.с.-х.ин-т,- Барнаул, 1977.-Вып,2о,- С.138-142.

16. Неиспользованные резервы в механизации обработки почвы// Механизация производственных процессов в сельском хозяйстве Западной Сибири: Тр./Алт.с.-х.ин-т.- Барнаул, 1977,- Вып.2е,-

С.14-22 ^в соавторстве с Красовских Ю.П., Соколовым В.В., Савельевым Г.ь., Редкокаша Л.М.).

17. /спользованке безразмерных параметров для обоснования состава ■,: режима работы машинно-тракторных агрегатов //Механизация и элекгркфикация производственных процессов сельского хозяйства Западной Сибири: Тр./Алт.с.-х.ин-т,- Барнаул, 1979. - Еып.36. -С.4-10.

1о. К обоснованию основных параметров и режимов работы машинно-тракторных агрегатов //Эксплуатация и ремонт машинно-тракторн< го парка.- Новосибирск, 1931.- С.3-14.

19. Обоснование передаточных чисел трансмиссии основного ряд! передач гусеничного трактора класса 50 кН //Обоснование рациокаш ных параметров сельскохозяйственных тракторов и режимов работы машинно-тракторюпс агрегатов в условиях Западной Сибири,- Новосибирск, 19о2,- С.22-34.

20. Основы расчета параметров и режимов работы машинно-тракторных агрегатов,- Новосибирск, 1982,- 54 с.

21. Обоснование рационального почвообрабатывающего агрегата / Обоснование рациональных параметров сельскохозяйственных тракторе и режимов работы машинно-тракторных агрегатов в условиях Западно! Сибири.- Новосибирск, 1982.- С.3-22.

22. Эффективность внедрения рациональных составов агрегатов производстве //Механизация земледелия в Алтайском крае.- Ново-

ибирск, 1983.- С.79-85 (в соавторстве с Соколовым В.В.).

23. Вывод зависимостей для расчета теоретической тяговой ха-актеристики трактора со ступенчатой трансмиссией в безразмерных оординатах //Актуальные вопросы эксплуатации и ремонта машинно-ракторного парка.- Новосибирск, 1984.- С.3-9.

24. Влияние режимов работы трактора на характер и структуру заимосвязей его основных параметров //Резервы повышения эксплуа-ационных качеств сельскохозяйственных тракторов.- Челябинск, Э86.- С.44-49 (в соавторстве с Беляевым В.И., Щегловым С.П., альниковым Г.В.).

25. Основные факторы, влияющие на технико-экономические пока-атели почвообрабатывающего агрегата //Повышение эффективности ксплуатации и ремонта машинно-тракторного парка.- Барнаул,1987,-.5-21.

26. Математическая модель оптимизации номинальной мощности вигателя сельскохозяйственного трактора общего назначения //Со-ершенствование тракторных конструкций и узлов: Тез.докл.на Все-оюзной научно-технической конференции.- М., 1987.- С.П-12 (в со-вторстве с Щегловым С.П.).

27. Оптимизация параметров и режимов работы почвообрабатывающее агрегатов в тяговой зоне трактора //Повышение эффективности ксплуатации и ремонта машинно-тракторного парка: Сб.науч.тр./ лт.с.-х.ин-т.- Барнаул, 1987,- С.37-46 (в соавторстве с Агеевым .2., Соколовым В.В.).

28. Вероятностно-статистический метод обоснования состава и ежимов работы машинно-тракторных агрегатов //Роль энергетики и грегатирования в повышении технического уровня сельскохозяйст-¡енных машин: Тез.докл. на Всесоюзной научно-технической конфе-|енции.- М., 1987.- С.35-36 (в соавторстве с Сальниковым Г.В.).

29. Экспериментально-расчетный метод определения эксплуатаци-'нных показателей машинно-тракторных агрегатов //Роль энергетики

I агрегатирования в повышении технического уровня сельскохозяйст-юнных машин: Тез.докл. на Всесоюзной научно-технической конференции.- М., 1987.- С.40-42 (в соавторстве с Беляевым В.И., Павлю-[енко Г.В.).

30. Обоснование мощности двигателя сельскохозяйственного трак-юра общего назначения //Роль энергетики и агрегатирования в по-

вышении технического уровня сельскохозяйственных машин,- М., 1987,- С.46-47 (в соавторстве с Щегловым С.П.).

31. Пути повышения эффективности использования машинно-тракторных агрегатов //Роль Алтайского края в решении Продовольстве! ной программы,- Барнаул, 1987.- С.194-196 (в соавторстве с Щегле вым С.П., Щербининым В.В.).

32. Пути повышения эффективности использования почвеобрабать вающих агрегатов на основной плоскорезнсй обработке почвы //Вклг молодых биологов в решение вопросов Продовольственной программы охраны окружающей среды.- Улан-Удэ, 1987,- С.151-152 (в соавторстве с Беляевым В.И., Павлюченко Г.В.).

33. Сравнительные технико-экономические показатели тракторо! общего назначения на основной плоскорезнсй обработке почвы в степных районах Алтайского края //Роль Алтайского края в решеню Продовольственной программы,- Барнаул, 1987,- С.201-203 (в соавторстве с Беляевым В.И., Павлюченко Г.З.).

34. Вероятностно-статистическая модель обоснования рациональ ной тяговой зоны трактора //Повышение эффективности ремонта и плуатации сельскохозяйственной техники: Сб.науч.тр./Алт.с,-х.ин-- Барнаул, 1368.- С.25-35 (в соавторстве с Сальниковым Г.В.).

35. Сравнительный анализ показателей обработки почвы плоско-резами-глубскорыхлителями с тракторами тяговых классов 3-5: Тез. докл. к Всесоюзной научно-практической конференции.- М., 1969.-С.14-15 (в соавторстве с Беляевым В.И., Павлюченко Г.В.).

36. Эксплуатационная тяговая характеристика трактора //Скбщ ский вестник сельскохозяйственной науки.- 1939.- !? I.- С.81-91 (в соавторстве с Соколовым В.В.).

37. Влияние режимов работы плоскорезных агрегатов на агрофизические свойства почвы и урожай //Проблемы экологии и рациональ ного природоиспользования: Тез.докл. на Всесоюзной научно-практе ческой конференции.- Барнаул, 1989.- С.137-138 (в соавторстве с Беляевым В.И., Красовских Ю.П., Павлюченко Г.В.).

38. Методика обоснования рациональной регуляторной характеристики двигателя сельскохозяйственного трактора.- Барнаул,1989. 30 е.- Деп. в ЦНИИТЭИ тракторосельхозмаш № ШЗ-тс.89 //Депонирс ванные научные работа.- 1989.- № 5,- С.133 (в соавторстве с Бур-мом А.К., Щербининым В.В.).

39. Оценка тяговых энергозатрат пахотных агрегатов //Сибирский вестник сельскохозяйственной науки,- 1990.- I 3.- С.87-91 (в соавторстве с Беляевым В.И.).

г:

40. Влияние скоростных и нагрузочных режимов работы тракто-ов но уплотнение почвы их движителями // Рациональное испольюва-ие и ремонт сельскохозяйственной техники: Сб.науч.тр./Адт. с.-х. ч-т. - Барнаул, 1990. - С.10-19 (в соавторстве с Сальниковым Г.В.).

41. Рациональное агрегатирование тракторов классов 2. 4 к 5 условиях Западной Сибири.-Барнаул, I9SC.- 29 с.-Деп. в ТОИТЭИтракторо.се."ьхо:ш8."' £ I3CI - тс.90 //Депонированные научные э.боты.- 199С.-№ 9.- С.IIS Ср соавторстве с Соколсвум В.В.. С ольховым Г.В., Карповым И.5-.).

42. Вероятностно-стати.стииеская модель почвообрабзтырал' его ^регата // Техника р сельском хозяйстве.-I99C.-У •'».- С.«;9-о1.

43. А.С.I52R19 СССР. Устройство для управления •.{.риксиснными цементами гидропод'.-иуных vy;т ступенчатой коробки передач тран-■ортной машины / Опубл. в Г.Л. . 1989, .\> 42.

44. A.C. I( 4lt'СС-С?. Устройство для управления фрикп*.. нны-элемент п.'.! и п ро i: с дж иункх .'/у^т ступенчатой коробки геред-ч'-"

зачепортной \:а::.ины (в соавторстве с Солчненко ..i.ü., Карповы:.: К.С-., /мянцевьм S.A.)/ Опубл. е o./l., 1991. ,V- I--.

45. Положительное ре• екие Гсскоми:•• сбретесий СССР по -,i(*hkr 469729*'/3 С—15 от 2С .10.69. Сельскохозяйственный агрегат ооав-)рстве с Сальниковым Г.З.. ■ абановым L.?. и пр.).

•it.. Псло*-ительнс° оо енг.е Госксуи. .о'•ре-тений СС-СР •, •■•¡•»нкр .9729(-/30-15/115393 от Ic.v - .с9. Ссппскохс -яйственный ап;\е: ; соавторстве с Сальниковы:.- Г.Ь.. L абановку к.г.. Перевс.-'-- ы к С.:...

ельнякоеыу a.a.).

47. Положительное осленке Госко?лг>обретеккЯ СССР г.с .-аявке ¡06972/11 (С23593) от 2t_.v2.9C. Гусеничный движитель (а соан-•рстве с Сальниковым Г.В.. Рууяниевым Ь.А., Фихуаном A.n.).

48. Положительное ре'-екие ГсскомиообретекиЯ СССР по аявке :04Ь22/П (C3I86C) от 2С.С3.9С. Устройство для управления 'рикци-ными и бортовьт/и тормоозу;: транспортного средства (в соавторстве Солоненко .Л.П., Сальниковы;.* Г.В.).

49. Положительное per он:"3 Госкомк обоетений СССР • г.гркр •506.27/15 76СС6 от I2.C7.9C. Устройство св^'ч: транспортног' спед-ва с 'п0Ч20сбрабатываю'"иг/ •-рудие.'.; (в соавторстве с Ь-абаноеим г..Р., лсиенко М.П., Сальниковы?.: Г.В.). ,