автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение устойчивости прямолинейного движения широкозахватного посевного агрегата

ДШНЕВОСТОЧШЙ научно-исслееоватедьскй к ДРОЕКТНО-. ТЕШУ [ЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ МЕХАНИЗАЦИИ И ЗШТШШШШ

М А Р У Щ А К Александр Анатольевич

ПОВЫШЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ШМОЛИЕЕЙНОГО ДВИЖЕНИЯ ШИРОКОЗАХВАТНОГО ПОСЕВНОГО АГРЕГАТА

Специальность 05.20.01 -Механизация сельскохозяйственного производства

Автореферат

дкссертацпи на соискание учёной степени кандидата технические наук

¡4 Б 1 \

СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

На правах рукописи

Благовещенск 1995

Работа йлто/иена в Дальневосточном иаучно-яссдедоБэтеяы ком в прсеетно-техиологическом кясттуте механпзации и злак; фисации сельского хозяйства. ,

Научный руководя?эль - член-корреспондент Россельхозакаде;

доктор технических наук, профессор Терезтьев Ю.В.

Офотлальвне■оппоненты - доктор технических наук,профессор,

■члгн-корргспондент Бумбар И.В.; доктор технических наук,доиент Камчадалов Е.П.

ВадуЕИя организацвя - Дадьигаосточный научно-исследовате.

институт сельского хозяйства.

Эаиата днссергацЕн состоятся 11 я 1395 г. в

• часов ез заседаний сиэцшлязированного совета К.020.60.01 пр; Дальневосточном научнси-Ессдежозза^ежьском и провятно-технолсг; .'ческом анстлтуге механизации а электрификация сельского хоз.-З с?ва до адресу:

675027, г.Благовеиеяск, уд.Василенко, 5, ДзльЕШШЯЭСХ.

С даосертацаей моаао озяаюяаяься в бабвао-геке яастатутг

Автореферат разослан " " 1995 г. '

Учёный секретарь специализированного совета

доктор технических наук С.П.Присяжная

ОЕДАЯ ХШКГЕВ1СТИКА РАБОШ

Актуальность теш. Для успеЕшого решения задач по дальнейшему увеличению производства сельскохозяйственной продукции необходим высокопроизводительные средства механизации.

Основными методами повышения производительности сельскохозяйственных агрегатов являются увеличение рабочих скоростей движения и ширины захвата. При этом резко возрастают требования к обеспечению достаточной устойчивости прямолинейного движения агрегатов. '

5а счёт непрямо линейного движения широкозахватных посевных агрегатов на посеве пропашных культур при последующей междурядной обработке'происходит подрезание ,7...10% культурных растений. Показатели устойчивости движения ккеюг также тесную'взаимосвязь с напряженностью труда механизатора по управлении агрегатами.

В связи с этим вопросы повышения устойчивости .прямолинейного движения широкозахватных посевных агрегатоз являются актуальными и их решение представляет, ванную народно-хозяйственную задачу.

• Цель работы. Снижение потерь от подрезания культурных растений при междурядной обработке пропашных культур за счёт повышения прямолинейности посевов.

Научная новизна.' Предложена математическая модель, для. исследования устойчивости прямо линейного дзигенпя сеялок в составе трёхсеялочного посевного агрегата с гусеничным трактором. Для ■ агрегата с сеялками СЗП-3,6 обоснована целесообразность применения сцепки новой ковсгЕуяция. Разработана программная реализация 1,2тематической модели для исследования устойчивости прямолинейного движения.сеялок. Спроектирован и изготовлен опытный образец сцепки. Новизна технических решений подтверядена получением авторских свидетельств на изобретение.'

Практическая значимость работы заключается в том, что использование. сцепки новой конструкции при посеве пропашных культу р улучшает прямо линейность рядков в Г, 5 раза. Это позволило снизить подрезание культурных растений при проведении меядурядвой кулв^иеэции с 8,4% до Х.% от общего.количества растений.

Реализация результатовдоследования. Результаты исследований использованы в Опытном прсектнс-кснструктсрском технологи- ' яееком бюро ^а льнеаосточвтгс научнс-гссягдезат!-льсксго л лре-с-ктнс-технологического института .•.•ехзнпзгппн -л электр::{лк2:;пи

сельского хозяйства (ОПШГБ ДальШШТИМЭСХ) при разработке конструкторской документации и изготовлении экспериментальных образцов сцепок. Опытный образец сцепки прошёл предварительные испы-.танЕя на Аг.урской ШС.- Внедрено в производство 30 сцепок в хозяйствах Ивановского района Амурской области.

.Апробация работы. Основные положения диссертации долокенк и обсуэдены на научных конференциях СибШИСХоз, Омск, 1939 г; ВЕКЕ ссе, Благовещенск, 1939 г. —

■ Публикации. По' результатам исследований опубликовано 3 печатные работы общим объёмом 1,1 усл. печатных листа, получено 2 авторских свидетельства на изобретение.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, основных выводов, библиографии и прилоЕений. Общий объём 139 страниц, в том числе 8 таблиц, 30 рисунков' и иллюстраций, 20 страниц прилокений. Слисок литературы включает 90 наименований.

\

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе "Состояние вопроса. Цель и задачи исследований" рассмотрены исследования по механике машино-тракторных агрегатов, по влиянию почвенных воздействий на агрегат в процессе дзпиенЕя. Проведён анализ методов оценки устойчивости движения, анализ конструкций сцепок и тягово-сцепньгх устройств.

Исследованием закономерностей движения мобильных сельскохозяйственных агрегатов занимались многие учёные. Одни из первых разработок в этом направлении были сделаны основоположником земледельческой механики академиком В.П.Горячкгным. Больной вклад в теорию движения мобильных агрегатов внесли И И.Артоболевский, В.А.Еелиговский, А.Е.Тимофеев, П.М.Василенко, М.Л.Гусяцкк£, Л.В. Гячев, А.Б.Лурье, А.И.Любимов, А.С.Павлюк, В.П.Росляков и другие авторы. Большинство современных работ посвящены исследованию динамики мобильных агрегатов методами классической механики нр" помета дифференциальных уравнений движения или методам." статистического анализа.

Влияние реакций-почвы на рабочие органы в ряде работ- определяются по формулам расчёта среднего тягового сопротивления В.П. Горячкина, П.В.Щучкика, Г.Н.Спнеокова и других авторов. Наиболее полной на сегодвяЕШПй день цвдяётся модель взаимодействуя; рабочего органа с почвей Л.З.Гячева и А.С.Павлюка , включающая описа-

ние главного нектара и 'Главного момента реакций почвы на рабочий /орган.

Вопросами исследования качения-пневматических опорных колёс с уводом занимались Ы.В.Келдыш, К.Х.Грейдавус, Д.В.Гячев, Ю.И. "НеЕшрк, И.И.Метелицын, А.С.Павлюк, й.Рокар и другие авторы. Наиболее правильное и физически обоснованное описание сил и момен--тсв, возникающих при качении пневматического колеса,-предлагает гипотеза Л.В.Гячева.

Анализ устойчивости двизения мобильных агрегатов представлен большим количеством работ многих авторов, в том числе М.М.Гайцго-ри, Д.А.Антонова, Е.Ф.Дворцова г Г.С.Ксффе, Л.В.Гячева, А.Д.Логина, П.А.Морозова, А.С.Павлюка, В.И.Шемякина. В этих работах предложено большое количество оценочных показателей устойчивости движения, но среди них нет общепризнанного показателя, преобладающего над другими в части эффективности оценки.

Анализ конструкций сцепок и тягсво-сцепвых устройств показал целесообразность создания конструкции сцепки, сочетающей функции сцепки п тягово-сцепного устройства с переменней 'эффективной длиной сницы. Такое сочетание функций позволяет создать'пространственный шарнирный механизм без использования сложных криволинейных поверхностей,- значительно повышающий устойчивость прямолинейного" двинеЕ^я сеялок в агрегата с гусеничным трактором.-

На основании анализа состояния вопроса сформулированы указанная зыше цель я следующие задачи исследования:

1. Изучить влияние колебаний гусеничного трактора в горизонта льней плоскости на прямолинейность движения сеялок.

2. Определить основные'конструктивные параметры сцепки,3" позволяющей повысить прямолинейность посевов.

3. Провести аналитические исследования кинематики и динамики моделей посевных агрегатов с серийной и экспериментальной сцепками.

4. Провести агротехническую, эксплуатационно-технологическую и экономическую оценку посевных агрегатов с.серийной и экспериментальной сцепками.

Во вторе:" главе произведён теоретически? анализ влияния конструкции сцепки на устойчивость прямолинейного движения трёх-сеялсчного посевного .агрегата, ■ обоснована конструкция "цепки, . евншвце? влияние колеЗани? 'гусенпчнт:- трактора в горизонта льне? плоскости на • прямо линейность дзиэтнгл со.тл-к.

Анализ процесса движения широкозахватного посевного агрегата на базе гусеничного трактора позволил сделать вывод, .что отклонения рабочих органов от прямолинейного движения при колебаниях трактора в горизонтальной плоскости будут минимальными при условии сохранения постоянного направления продольной оси орудия в точку, лежащую на оси симметрии трактора, вокруг которой трактор совершает вращение. При некоторых условиях за ванную точку можно принять центр масс трактора. —■

Автором разработана сцепка, позволяющая решить зту задачу. Схема сцепки представлена на рисунках I, 2.

Сцепка (рис.1) состоит из продольных тяг I, шарнирно прикрепленных к трактору 2- и снабженных равнобедренным треугольником 3, основание которого смонтировано в задних концах продольных тяг I, а вершина обращена к поперечному брусу 4 сцепки и шарнирно соединена с его серединой. На продольных тягах I под прямым углом жёстко закреплены плечи 5, к которым при помощи шарниров прикреплены растяжки 6, другиш концами шарнирно связанные с поперечным брусом 4 сцепки на равных от его середины расстояниях. При повороте (рис.2) продольные тяги отклоняется относительно продольной плоскости симметрии трактора на некоторый угол р , точки крепления растяжек к плечам продольных тяг образуют при зтом отрезок, перпендикуляр к середине которого проходит через точку 0, лежащую в продольной плоскости .симметрии трактора вблизи центра давления гусениц. Вершина равнобедренного треугольника, шарнирно прикрепленная к середине поперечного бруса сцепки, лежит на данном перпендикуляре, а растяжки ориентируют поперечный брус сцепки параллельно отрезку, образованному точками их крепления к плечам продольных тяг,' в результате чего продольная ось симметрии поперечного бруса совпадает с перпендикуляром к данному отрезку. Таким образом, продольная ось симметрии поперечного бруса отклоняется относительно продольной плоскости симметрии трактора на некоторый угол оС , сохранив при зтом направление в точку 0.

•Устройство работает при условии соблюдения взаимосвязи п-раметров, определяемой следующими уравнениями:

Ркс.1. Схета агрегата с эксперимента явной сцепксй. ■ I --'-продольные тяги, 2 - трактор, 3 - равнобедренный треугольник, 4 - поперечный брус сцепка, 5 - плечи, 6 - растяни.

Рис.2. Схема агрегата с экспериментальной сцепкой, (при повороте), а ,8, с, ё., е ,к ,1, £ -- параметры агрегата.

2а

(3)

(4)

где а - расстояние от линии крепления продольных тяг к трактору до точки, вокруг которой трактор совершает вращательное движение;

8 - расстояние между точками крепления продельных тяг к трактору;

С - длина продольной тяги от точки крепления к трактору до точки крепления плеча;

о> — длина продольной тяги от точки крепления плеча до точки крепленая основания равнобедренного треугольника;

е_ высота равнобедренного треугольника; -

А. - длина плеча продольной тяги;

• ь - расстояние от середины поперечного бруса сцепки до точек крепления к нему растяжек;

£■ - длина растяжек.

На рис.З представлена расчётная схема для составления дифференциальных уравнений движения трёхсеялочного посевного агрегата в горизонтальной плоскости. В ней использованы следующие обозначения: От - центр-масс трактора; Ос. - Центр глее прицепной „части; Ор - точка присоединения прицепной части к трактору;«^ - угол

складывания агрегата; ¿с - угол отклонения сеялок от оси X; РХт, Руг - проекции главного вектора внешних сил, действующих на трактор; ^¡сс, !~*с ~ проекции главного вектора внешних сил, действующих на прицепную часть агрегата; Мт - главный момент трактора; Мс - главный момент .прицепной части.

При составлении дифференциальных уравнений движения агрегата в горизонтальной плоскости использовалибь следующее предположен."!? и допущения:

1. Движение агрегата может быть принято плсскспаралдельным.

2. Возмущения движения 'сеялок определгжея зсз:.:уп:гнп£ги движения трактора.

о.'Движение производится с постоянной оксрсстьо.

•1. Влияние зазереэ и сил трения з ¿аркгрвах сс единениях

ЮтОр! = ат

Рис.3. Расчётная схема агрегата с кёсткой сцепкой.

мало. •

5. Внешними воздействиями, существенно влияниями на двине-ние агрегата являются реакции почвы, воспринимаемые посредством пневматических опорных колёс, гусеничного двикителя к сошников сеялок. .

Описание сил упругости при качении пневматических колёс с уводом было проведено в соответствии с моделью д.т.п., npcf. Л.З.Гячева.

Описание реакций почвы на рабочий орган производилось в соответствии с методикой д.т.н., проф. Л.З.Гячева в виде зависимостей:

где Кор - главный вектор реакций почвы; Мор - главный момент реакций, почвы; Vos.,Voy- проекции скорости полюса вращения;

t¿> - скорость вращения сонника относительно полвса; ' Хср.Ч'р- координата -клиника относительно полюса враиения.

Для составления дифференциальных уравнений двигения использовались уравнения Лагранка второго рода:

JLY—) -- в- 4 (Ri

где - ¿ -я оЗофцённая координата;

7* - кинетическая энергдмг; , - • - - >--• <?,. - скорость изменения ¿-й- обобщённой "координаты; &¿ - обобщённая сила, соответс ьующая £-й координате. В результате получены дифференциальные уравнения двикения агрегата:

mTarYc^(пл.т&т^тУи/^та^с+о-т) +3r)¿crFyr 1т +МТ; mT(ac+ar) % Л* =

^Мг+Мс + Гат^т+ЪтРт+Яс) ^

Кинематический анализ работы новой конструкции сцепки, произведённый в д&чной главе показал, что мгновенный центр относи-

10т0р/=ат I Ос Of/ - 8cf

Рис.4. Расчётная схема'агрегата с экспериментальной сцепкой.

тельного вращения сеялок вокруг трактора изменяется в зависимости от угла между продольными осями трактора и сеялок. Такой агрегат мокно моделировать, предусмотрев в расчётной схеме (рис.3) изменения угла "слома" и длины сницы сцепки в зависимости от угла между продольными сошли трактора г. сеялок. На .рис.4 приведена расчётная схема такого агрегата.

Координаты мгновенного центра относительного вращения в системе координат Х<Осу< имеют вид:

х0м = (а+ е) С06ЫТ + (c+c¿) coi (cLzaín + £tp ^ (:)

где fi^c^aí e - геометрические параметры сцепки.

В расчётную схег.у введены дополнительные обозначения: ^м -мгновенный центр относительного вращения; У - угол "слома" сницы сцепки.

Составление дифференциальных уравнений движения проводилось 'аналогично первой модели, и в результате они имеют вид:

(mc+mTfyc+mT(aT+a+e+d+e+!?CF)¡¿smT(aT-- (a¥C¥CÍ^) a ¿^ _

m.T(aT+a+c+c¿+e+fCFJjjac+(Jc+Jr+mT(ar+ü>+

'+(3smT(aT~ (a+%*+e)a(aT+cz+c^erQ))¿T -

= MC+MT +FKT(<z+e+üi-d+¿?^o¿T+Fyr(ari-CL+c-H¿i-e.)

тт(ат-,mT(a7+a+ cWj*

к(ат. , {Jr,mT(ar- fpT -

= FyaT-FXT(a+c¿+c+e) . (1С)

Решение полученных дифференциальных уравнений методами численного дифференцирования на 3BIá позволило получить расчётным путём траектории движения сеялок в различных агрегатах при заданной траектории двпк кия трактора и провести их сравнение (рис.5).

Рис.5. Теоретическая траектория среднего сошника средней сеялки: а - в агрегате с базовой сцепкой; б - в агрегате с экспериментальной сцепкой.

Среднеквадратическое отклонение сеялок от прямолинейного движения в агрегате с экспериментальной сцепкой в 1,5 раза меньше, чем у сеялок в агрегате с базовой сцепкой.

В третьей главе приведено описание экспериментальных исследований.

Необходимые для расчётов по математической модели упругие характеристики пневматических шин к момент инерции сеялки определялись на специальных стендах.

Сравнительные экспериментальные исследования, посевных arpe--гатов с различным: типами сцепок были проведены на Амурской государственной машико-пспытательной станции при участии автора в 1990 году. Испытания проводились'по рабочей программе, утверждённой на Амурской ПГС и включили агротехническую и экспдуатацискнс-технологическую оценку и сценку .надёжности, безопасности и эрго-номичности конструкции мапины. Такне в ходе испытаний- оценивалась / курсовая устойчивость двикения агрегатов. 3 состав агрегатов входили' трактора £r-75üä, сеялки СйП-3,0 и сцепки: экспериментальная .и СП-ПА..

Оксплуатацпонно-технолсгсчсская сценка сцепки проводилась согласно Г&Г 24055-68 и ГССТ 24057-88. Оценка безопасности и эргсно1.:ичксстп проводилась согласно требованиям ГОСТ 12 2.III-85 и "Единых требований..."(ЕТ-ГГ). Оценка, курсовой устойчивости движения агрегатов включала регистрацию траекторий движения трактора и центральной сеялки. Агротехническая сценка включала определение подрезания культурных растений при последующей междурядной рсультпвацип сои.

■ ' Авалпз полученных результатов экспериментальных исследований показал, что применение новой сцепки позволило уменьшить ередпе-квадратглеское отклонение рабочих органов сеялки з горизонтальной плоскости в 1,с6 раза (рис. 6). Подрезание ¡культурных растений при лс'следуэде? мекдурядной нуль; ива дин на г.ссевех агрегатом с эксперимента льне" оценке? сос?"з::лс от общего количества растений сои, а на посевах агрегате;:'со сцепкой СП-IIA - 0,4/3. Отмечено-более уетейчпзое двпнение агрегата с экспериментальной сцепкой в целог: по следу маркёра. Количество управляющих движений в минуту снизилось с-2с до 19, чте уменьшает напряжённость труда-механизатора.

Проверка адекватности описания движений сеялок реальному лроцессу показала достаточную достоверность прогнозирования величины дисперсии отклонения сеялок от прямолинейного движения по

'Рис.6.:Траектории движения I - трактора и 2 - сеялки в агрегате со сцепкой СП-ПА , 3 - трактора и 4 -гсеялки в агрегате с экспериментальной сцепкой.

математической модели. Проведённые сравнительные испытания посевных агрегатов подтвердили теоретические выводы о том, что сцепка новой конструкции позволяет существенно уменьшить влияние колебаний гусеничного трактора,' совершаемых е.: б процессе движения, на прямолинейность движения сеялок.

Представленный в четвертой' главе расчёт экономических показателей проведён в соответствии ГОСТ С'конс.'гпчсский эффект от применения экспериментальной сцепки получек за счёт улучшения прямолинейности посевов осп, что дало возможность снизить количество подрезаемых культурных растений при последующей междурядной обработке в 4,94 раза. Расчётный годовой экономический эффект 24006,6 руб. в ценах 1090 годэ. Годовой экономический эффект при проведении испытаний на Амурской ШС в 1930 году (наработка 540 га) составил 16638,3 руб.

ОБЩЕ ВЫВОДЫ И РЕКСГ.ЩДАЦЙИ

1. Одним из основных факторов, влияющих на подрезание культурных растений при проведении междурядной обработки пропапных культур, является прямолинейность посевоз.

2. Характерны:'.! свойством гусеничных тракторов является то, что колебания трактора в горизонтальной плоскости,.совершаемые им в процессе движения по пола, з значительной мере влияют на прямолинейность движения прицепного орудия.

3. Аналитическими исследованиями уставсзаенс, что отклонения рабочих органов ст прямолинейного Д""тения' будут минима льнымп при условии сохранения постоянного направления продольной оси орудия

-•в точку, лежащую на продольной сси сиггетрип трактора, вокруг которой трактор соверсзет вращательное движение (при определённых условия?: за данную точку мсяно принять центр масс трактора).

4. Движение динамической модели посевного агрегата описывается дифференциальными уравнениями Лагранва второго рода.

5. Анализ кинематической модели посевного агрегата с экспериментальной сцепкой позволил установить, что мгновенный цевтр скоростей движения сеялок всегда лежит на прямой, перпендикулярной продольной оси сеялок и проходящей через центр поворота трактора .

6. Разработанные математические модели движения агрегатов позволяют априорно оценивать устойчивость прямолинейного движения сеялок при зада лил: условиях движения трактора. '. -

7. Проверенными теоретическими расчётами обоснована взаимосвязь основных параметров сцепки,' которую необходимо использовать при проектировании и разработке подобных конструкций.

8. Разработанная конструкция сцепки позволяет уменьшить зависимость прямолинейности движения сеялок от колебаний гусеничного трактора в горизонтальной плоскости.

9. Приведённые результаты полевых опытов подтверждают изло-яенные теоретические половения. Отмечено повышение прямолинейности двивения сеялок з 1,86 раза и снижение подрезания культурных растений при проведении мевдурядной обработки с 8,4% до 1,7$.

10. Годовой экономический эффект от внедрения сцепки новой конструкции составил 16725,87 руб. (в ценах 1990 года).

Основные пояснения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Г-арущак A.A. Пути совершенствования агрегатов для междурядной обработки пропашных культур. - Еауч.-техн.бюл. ВАСХНКЯ. Сиб.отд.-нпе.-Новосибирск.-1989.Вып.I.-c.29-3I.

2. Марущак A.A. Оценка устойчивости прямолинейного движения посевного широкозахватного агрегата на базе гусеничного трактора при помощи- математического моделирования. В кн. : Проблемы комплексной механизации растениеводства и нивотноводстза на Дальнем Востоке. Сб.науч.тр. РАСХН. Сиб.отд-ние.-Новосибирск. 1991. -с. 41-50. .

3. Щрущак A.A.'Повышение устойчивости прямо линейного двияения % трёхсеялочного посевного агрегата на базе гусеничного трактора

общего назначения.-Благовещенск.1990--9с.-Рукопись представлена ДальШШПШЭСХ. Деп.з ЦНЖГИ тракторсельхозшш^1359тс.

4. А.с.1563607 (СССР) Устройство для присоединения .сельскохо -зяйственного орудия к трактору. А.А.Уарущак.-Оцубл. в Б.и.; 1990, ßI8. -' ^

5. А.С.Г6747Г0 (СССР) Устройство для присоединения сельскохо -зяйственного орудия к трактору. А.А.1.1арущак.-0яубл. в Б.п., I9SI. ЙЗЗ. ■' . \ . ' ' :