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

На правах рукописи

МАРУЩАК АЛЕКСАНДР АНАТОЛЬЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ПРЯМОЛИНЕЙНОГО ДВИЖЕНИЯ ШИРОКОЗАХВАТНОГО ПОСЕВНОГО АГРЕГАТА

Специальность 05.20.01-Механизация сельскохозяйственного производства

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Благовещенск 1995

Работа выполнена в Дальневосточном научно-исследовательском и проектно-технологическом институте механизации и электрификации сельского хозяйства.

Научный руководитель

Официальные оппоненты

- доктор технических наук, член корреспондент Рос-сел ьхозакадемии , про-

фессор Терентьев Ю.В.

- доктор технических наук, член-корреспондент ААО, * профессор Вумбар И. В.;

Ведущая организация

доктор технических наук, доцент Камчадалов Е.П.

Дальневосточный научно-исследовательский институт сельского хозяйства

" Защита диссертации состоится 16 февраля 1996 г. е 9 часов на заседании диссертационного совета К.020.60.01 при Дальневосточном научно-исследовательском и проектно-технологическом институте механизации и электрификации сельского хозяйства по адресу: 675027, г.Благовещенск, ул.Василенко,5,ДальНИПТИМЭСХ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " /0 " ЯНВАРЯ 1996г.

Ученый секретарь

специализированного совета ^ /

доктор технических наук ¿1 / С.П.Присяжная

ОЕЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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

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

За счёт непрямо линейного движения широкозахватных посевных агрегатов на посеве пропашных культур при последующей междурядной обработке'происходит подрезание .7...10% культурных растений. Показатели устойчивости движения имеют такие тесную взаимосвязь с напряжённостью"труда механизатора по управлению агрегатами.

В связи с этим вопросы повышения устойчивости прямолинейного движения широкозахватных посевных'агрегатов являются актуальными и их решение представляет важную 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 прямолинейного движения сеялок в составе трёхсеялочвого посевного агрегата с гусеничным трактором. Для агрегата с сеялками СЗП-3,6 обоснована целесообразность применения сцепки новой конструкции. Разработана программная реализация математической модели для исследования устойчивости прямолинейного движения.сеялок. Спроектирован и изготовлен опытный образец сцепки. Новизна технических решений подтверждена получением авторских свидетельств на изобретение.

Практическая значимость работы заключается в том, что использование сцепки новой конструкции при посеве пропашных культур улучшает прямолинейность рядков в 1,5 раза. Это позволило снизить подрезание культурных растений при проведении междурядной культивации с до 1.7^ от обаего количества растений.

Реализация рсзультатов>исследования. Результаты исследований использованы в Опытном прсектнс-кс:~:структсре:-х:.: технологическом бюро ,1а лы: с ас с точк г гс науч;:с-::сс ледсзат" льсксго ;: прс-сктнс-технологического института :/оханпзации г. электрификации

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

.Апробация работы. Основные полокения диссертации долокены и обсундены на научных конференциях СибШШСХоз, От,гак, 1939 г; ВНИК сси, Благовещенск, 1939 г.

Публикация. По результатам исследований опубликовано 3 печатных работы обидам объёмом 1,1 усл. печатных листа, получено 2 авторских сведетельства на изобретение.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, основных выводов, библиографии и приложений. 06еш£ объём 139 страниц, в том числе 8 таблиц, 30 рисунков и иллюстраций, 20 страниц приложений. Список литературы включает 90 наименований.

СОДЕРЕАШЕ РАБОТЫ' ^

О

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

Исследованием закономерностей двикения мобильных сельскохозяйственных агрегатов занимались многие учёные. Одни из первых разработок в этом направлении были сделаны основопслоеником земледельческой механики академиком В.П.Горячкгным. Больной вклад в теории дзикения мобильных агрегатов внесли И 1!.Артоболевский, 3.А.Нелитовский, А.И.Тимофеев, П.!»!. Василенко, М.Л.русяцкий, Л.Б. Гячев, А.Б.Лурье, А.К.Любимов, А.С.Павлык, Б.Д.Росляков г. другие авторы. Большинство современных работ посвящены исследовании динамики мобильных агрегатов методами классической механики вр" помоги 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. Гсрячклна, И.Б.Цучкина, Г.Н.Синеокова и других авторов. Наиболее полной на сегодняЕний день пуляется модель взаимодействия рабо- • чего органа с почвсй Л.Б.Гячева и А.С.Павлюка , включающая описа-

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

Вопросами исследования качения*пневматических опорных колёс с уводом занимались ¡'.1.В. Келдыш, И.Х.Грейданус, Л.З.Гячев, Ю.И. Негаларк, И.И.Метелицын, А.С.Павяюк, И.Рокар и другие авторы. Наиболее правильное и физически обоснованное описание сил и момен--тсв, возникающих при качении пневматического колеса, предлагает гипотеза Д.З.Гячева.

Анализ устойчивости движения мобильных агрегатов представлен большим количеством работ многих авторов-, в тем числе М.ХГайцго-ри, Д.А.Антонова, Е.Ф.Двсрцова, Г.С.Иоффе, Д.З.Гячева, А.Д.Детина, 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 сценки.

Анализ конструкций сцепок и тягово-сцепных устройств показал целесообразность создания конструкции сцепки, сочетающей функции сцепки п тягово-сцепного устройства с переменнс": эффективной длиной сницы. Такое сочетание функций дозволяет создать пространственный шарнирный механизм "без использования сложных криволинейных поверхностей, значительно повышающий устойчивость прямолинейного двикения сеялок в агрегате с гусеничным трактором.-

Ба основании анализа состояния вопроса сформулированы указанная зыне цель и следующие задачи исследования:

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

2. Определить основные конструктивные параметры сцепки,* 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 г. эксперимента льней сцепками.

Во второй главе произведён теоретический анализ влияния конструкции сцепки на устойчивость прямолинейного движения трёх-сеяяо'Л'ого посевного .агрегата, гб^снотзако кг;-:-трупп-: "ц'пгги, ртл*■ у^цт^-чр" колебаний гусс""ч^тс т, гнз~г:таль—

нлй плсскссти на пт^п'слиисйность дзи~"Т'1'я

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

Автором разработана сцепка, позволяющая решить эту 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, другими концами шарнирно связанные с поперечным брусом 4 сцепки ва равных от его середины расстояниях. При повороте (рис.2) продольные тяги отклоняются относительно продольной плоскости симметрии трактора на некоторый угол р точки крепления растяжек к плечам продольных тяг образуют при этом 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 этом направление в точку 0.

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

г* • -т

Рис.1. Схема агрегата с экспериментальной сцепкой. ■I -^Продольные тяги, 2 - трактор, 3 - равнобедренный треугольник, 4 - поперечный брус сцепкя, 5 - плечи, 6 - растяхкг.

Рпс.2. Схема агрегата с экспериментально*?: сцепкоГ (при повороте), а , 6, с, ¡1, е, Л , г , £ -- параметры агрегата.

(3)

(4)

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

£ - расстояние между точками крепления продельных тяг к трактору;

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

(¿- длина продольной тяги от точки крепления плеча до точки крепления основания равнобедренного треугольника;

3 - 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.3 представлена расчётная схема для составления дифференциальных уравнений движения трёхсеялочного посевного агрегата в горизонтальной плоскости. В ней использованы следующие обозначения: 07 - центр, масс трактора; Оа - центр масс прицепной „части; Ор - точка присоединения прицепной части к трактору;«^ - угол

складывания агрегата; <£с - угол отклонения сеялок от оси X; Рхт,

- проекции главного вектора внешних сил, действующих на трактор; , Рус ~ проекции главного в'ектора внешних сил, действующих на прицепную часть агрегата; Мт - главный момент трактора;

Мс - главный момент .прицепной части.

При составлении'дифференциальных уравнений движения агрегатам горизонтальной плоскости использсвалийь следующие предположен!'^ я допущения:

1. Движение агрегата может быть принято плсскопараллельннм.

2. Возмущения движения'сеялок определглгея зсз:.:ущенг.яг:! цзпяенпя трактора.

о. срогзвсдит;-.- с псстсяннс* скорсстьа.

•1. Влияние заперев :: сил тргнйя з ссединениях

förOpl = ar IOcOP/ = <Zr

Рис.3. Расчётная схема агрегата с жёсткой сцепкой.

мало.

5. Внешними воздействиями, существенно влияющими на двпне-ние агрегата являются реакции почвы, воспринимаемые посредством пневматических опорных колёс, гусеничного движителя к соснкков сеялок.

Описание сил упругости при качении пневматических колёс с уводом было проведено в соответствии с моделью д.т.н., про?. Л.В.Гячева.

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

где Кор - главный.вектор реакций почвы; Мор - главный момент реакций, почвы; Уох.,\/ог- проекции скорости полюса вращения;

- скорость вращения сошника относительно полюса; Х^, У ер- координаты .дошника относительно полюса вращения. Для составления дифференциальных уравнений даияения использовались уравнения Лагранка второго рода:

где о.-¿-я обо'Ощёй-ная координата;

7 - кине^ияёскдя энергда; , - - - -- •

- скорость изменения ¿-Г: обобщённой'координаты; % - обобщённая сила, соответс дующая ¿-й координате. 3 результате получены дифференциальные уравнения двинения агрегата:

(тс+тт)\:+тта.т¿т+гпт(ас+ аг)^с=;

тт(ас+аг) ?с+(ттат(ас<-атУ-7г)^т+(тт(4с+2-т)1+ Уг+= • +/^,7(ат+ас) (7)

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

Xí

10T Op / = ат

I0c0fl--ecf

^TV <¿T\

X

a

к

YT

Op

Of

Рис.4. Расчётная схема агрегата с экспериментальной сцепкой.

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

Координаты мгновенного центра етпеегтелькгго вращения э г истоке координат XfOcYi имеют вид:

= (а* е) coio¿T у (с+сС) eos (axaín + fc/r

ЫъсбЬ , (&)

где - геометрические параметры сцепки.

В расчётную схему введены дополнительные обозначения: -мгновенный центр относительнсго вращения; У - угол "слома" снпцы сцепки.

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

(тс+т. тууос +mT(a.r+a+c+d*-e i-^c/ry¿,i-mT(aT-

(a.+c+c¿~é) а, -

=

v

'+frmT(aT- Cai-ef")a(ar+a+c+¿e+4)))¿T -

= Mc*Mr+firT{a+e+c*-c{+feF)¿r+FrT(<zr+a+c*c¿+e)

С"'«**)* ff¿7 -

= FYar-fXT(<2+¿+c+e)^-+.Mr .

Репение полученных дифференциальных уравнений методами чис-хенпого дифференцирования на СВГЛ позволило получить расчётным пу-'ём траектории движения сеялок в различных агрегатах при заданной 'раектерпи 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 эксперимента явной 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 и момент инерции сеялки определялись на специальных стендах.

Сравнительные экспериментальные исследования, посевных агрегатов с различными типами сцепок были проведены на Амурской государственной машино-испытательной станции при участии автора в 1390 году. Испытания проводились по рабочей программе, утверждённой на А:.згрской ¡.".С и включили агротехническую и эксилуатацисннс-технологическую оценку и сценку надёжности, безопасности и эрго-номичностп конструкции 1.яшины. Также в ходе испытаний- оценивалась курсовая устойчивость движения агрегатов. Б состав агрегатов входили трактора дТ-7о.'.П, сеялки СоП-3,0 и сцепки: экспериментальная и СП-ПА..

Оксплуатационно-технслсгическая сценка сцепки проводилась согласно Г&Т 24055-оС и ГОСТ 24057-С&. Оценка безопасности и эргономичностп проводилась согласно требованиям ГОСТ 12 2.П1-65 и "Единых требований..."(ЕГ-1У). Оценка, курсовой устойчивости движения агрегатов включала регистрацию траекторий движения трактора к центральной сеялки. Агротехническая оценка включала определение подрезания культурный растений при последующей междурядной культивации сои.

' Анализ полученных результатов экспериментальных исследований показал, что применение нсеой сцепки позволило уменьшить средие-квадратическое отклснение рабочих органов сеялки в горизонтальной плоскости в 1,сС раза (рис.6). Лсдрезание культурных растений при последующе": между рядно:" культивации на посевах агрегатом с эксперимента лько" оценкой состззплс 1,7% от общего кглсчсства растений с-«:, а на посевах агрегате и со сцепкой СП-ПА - Отмечено. более устойчивее движение агрегата с экспериментальной сцепкой в целог: по следу маркёра. Количество управляющих движений в минуту снизилось с-2с дс 10, что уменьшает напряжённость труда механизатора.

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

Рис.6.'Траектории движения I - трактора и 2 - сеялки в агрегате со оценкой СП-11А , 3 - трактора и 4 -сеялки 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 п.: в процессе движения, ка прямолинейность движения сеялок.

Представленный в четвёртой главе расчёт экономических показателей проведён в соответствии ГОСТ 23723-С2.. Скоксмический эффект от применения экспериментальной сцепки получек за счёт улучшения цршолпнеСвостк посевов оси, что дало возможность снизить количество подрезаемых культурных растений при последующе'': гежду-рядной обработке в 4,94 раза. Расчётный годовой эконс;л:чсск:г" эффект 24006,6 руб. в ценах 1090 года. Годовой экономически? эффект при проведении испытаний на Амурркой 1.31С в 1930 году (наработ;з 540 га) составил 16735,8Груб.

0Е31Е ВЫВОДЫ К РЗК0МЕЕЩЩ1М

1. Одрим из основных факторов, влияющих на подрезание культурных растений при проведении междурядной обработки пропашных культур, является прямолинейность посезов.

2. Характерным свойством гусеничных тракторов является то, что колебания трактора в горизонтальной плоскости, соверпземые им в процессе движения по пота, з значительной мере влияют на прлмо-линейность движения прицепного орудия.

3. Аналитическими исследованиями установлено, что отклонения рабочих органоз от прямолинейного д- -жения будут минимз льными при условии сохранения постоянного направления продольно?' сои орудия в точку, лежащую на продольной осп снггетрпи трактора, вокруг которой трактор совершает вращательное движение (при определённых условиях за данную точку можно принять центр масс трактора).

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

5. Анализ кинематической подели посевного агрегата с экспериментальной сцепкой позволил установить, что мгновенный центр скоростей движения сеялок всегда лежит на прямей, перпендикулярной продольной осп сеялок и проходящей через центр поворота трак-гора .

6. Разработанные математические модели движения агрегатов юзволяют априорно оценивать устойчивость прямолинейного движения зеялск при задалннх условиях движения трактора.

7. Проверенными теоретическими расчётами обосвована 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 трасторг в горизонтальной плоскости.

9. Приведённые результаты полевых опытов подтверждают изложенные теоретические положения. Отмечено повышение прямолинейности движения сеялок в 1,86 раза и снижение подрезания культурных растений при проведении междурядной обработки с 8,4% до 1,%.

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

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. ¿йрущак A.A. Пути совершенствования агрегатов для междурядной обработки пропашных культур. - Науч.-техн.бюл. ЭДСЖШ. Сиб.отд.-нп е.-Новое ибирс к.-IS8 9.Вып.I.-с.29-31.

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

3. йрущак A.A. Повышение устойчивости прямолинейного движения ^ трёхсеялочного посевного агрегата на базе гусеничного трактора

общего назначения.-Благовещенск.1990.-9с.-Рукопись представлена ДальШШШЭСХ. Дел.в ЦНИИТИ тракторсельхозмаш,К1359тс. .

4. А.с.1563607 (СССР) Устройство для присоединения .сельскохо -зяйственного орудия к трактору. A.A.Улрущак.-Опубл. в Б.и., 1990. ßI8.

5. A.C.I6747I0 (СССР) Устройство для присоединения сельскохо -зяйственного орудия к трактору. А.А.Паруоак.-Спубл. в Б.п., 1Э91