автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Улучшение эксплуатационных показателей МТА с гарнирно-упругим креплением рабочих органов чизель-культиватора

ОД

Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия 71!

УЛУЧШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ МТА С ШАРНИРНО-УПРУГИМ КРЕПЛЕНИЕМ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ЧИЗЕЛЬ - КУЛЬТИВАТОРА

Специальность 05.20.03 Эксплуатация, восстановление и ремонт

сельскохозяйственной техники

На правах рукописи

Айтмуратов Марат Тажимуратович

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград 2000

Работа выполнена на кафедре «Эксплуатация машинно-тракторного пар Волгоградской государственной сельскохозяйственной академии.

Научные руководители: заслуженный деятель науки и техники Российс Федерации, доктор технических наук, профессор Н.Г. Кузнецов, кандидат техничес наук, доцент Г.И. Жидков.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Р.П. Задиепровский; кандидат технических наук С.Д. Стрекалов.

Ведущее предприятие - Комитет по сельскому хозяйству и продовольст Волгоградской области.

Защита состоится « ЗО » ММ#_2000 г. в /<?■ час.

на заседании диссертационного совета К 120.56.02 при Волгоградской государстве! сельскохозяйственной академии по адресу: 400041, г.Волгоград, ул. Институтская 8, ВГС

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии. Автореферат разослан « & 9 » С7У/Р 6 4 Р_2000 г.

Ученый секретарь диссертацией ного совета кандидат технич^ ских наук, профессор

п тл^ио

.И. Федя!

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Повышение производительности и снижение расхода топлива почвообрабатывающих агрегатов неразрывно связано с созданием высокопроизводительных сельскохозяйственных машин, позволяющих выполнять технологический процесс на повышенных скоростях.

Однако рост рабочих скоростей почвообрабатывающих агрегатов приводит к увеличению динамичности взаимодействия рабочих органов и ходовых систем тракторов с почвой, что является причиной увеличения энергозатрат по сравнению с нескоростными агрегатами при выполнении однотипных работ.

Увеличение энергонасыщенности тракторов и скоростей движения агрегатов привело к тому, что в результате возросшей в них интенсивности колебательных процессов снизились показатели использования мощности двигателя. Это определило отставание роста производительности почвообрабатывающих агрегатов от энергонасыщенности тракторов. Имеется опыт по уменьшению негативного влияния колебательного характера нагрузки на почвообрабатывающий агрегат путем установки упругих элементов в различных местах на пути передачи силового потока от двигателя к движителям и рабочим органам орудия. Поэтому нашли применение почвообрабатывающие орудия, имеющие упруго закрепленные рабочие органы к раме. Однако практика их использования показывает, что еще не найдено теоретическое обоснование жесткости упругих элементов таких рабочих органов. В связи с этим исследование упругости рабочих органов почвообрабатывающих машин и обоснование их параметров является важной задачей.

Всем выше сказанным и определяется актуальность представленной к защите работы.

Цель работы. Улучшение эксплуатационных показателей почвообрабатывающего агрегата с шарнирно-упругим креплением рабочих органов чизель - культиватора к раме.

Задачи исследования. Исходя из результата анализа литературных источников и в соответствии с поставленной целью работы определены следующие задачи исследования:

1 .Теоретически обосновать оптимальные параметры жесткости крепле- , яия рабочих органов чизель - культиватора, определяющие возможность снижения горизонтальной составляющей тягового сопротивления.

2.Разработать математическую модель формирования горизонтальной вставляющей тягового сопротивления стойки чизель - культиватора.

3.Провести экспериментальные исследования МТА на базе колесного трактора класса 50 кН с чизель - культиватором и составить регрессионную чодель оптимизации горизонтальной составляющей тягового сопротивления ;тойки при шарнирно-упругом креплении стоек чизель — культиватора Т11УКСЧК) к раме.

4.Провести агротехническую оценку работы чизель - культиватора с кесткими и шарнирно-упругими креплениями рабочих органов к раме.

5.Аналитически определить устойчивость движения рабочего орган почве на основе исследования уравнения движения системы «рабочий орга почва».

6.Разработать методику расчета жесткости упругого элемента чизел культиватора и рекомендации по улучшению работы МТА на базе колеси трактора класса 50 кН и чизель - культиватора с ШУКСЧК на основной о£ ботке почвы.

Объект исследования. В качестве объекта исследования принят МТ составе трактора К-701 и чизель — культиватора с шарнирно-упругим крег нием рабочих органов к раме, с плоской С-образной стойкой и двумя цили рическими пружинами создающими в целом колебательную систему с кусоч линейной упругой характеристикой.

Научная новизна. Разработана математическая модель формирова горизонтальной составляющей тягового сопротивления стойки чизель - ю тиватора с шарнирно-упругим креплением к раме в виде уравнения регрес второго порядка, позволяющая производить оптимизацию упругих сво? крепления рабочих органов. Рассмотрена динамика взаимодействия рабо1 органа чизель - культиватора с почвой. Получена передаточная функция с темы и доказана устойчивость работы рабочего органа чизель - культивато| оптимальными параметрами ШУКСЧК. Найден критерий для определения раметров упругих элементов и определена их оптимальная жесткость.

Практическая ценность. Применение ШУКСЧК позволяет уменыт величину и амплитуду колебания горизонтальной составляющей тягового противления стойки чизель - культиватора, а также улучшить эксплуатащ-ные показатели почвообрабатывающего агрегата. Предлагаемый критерий ] чета параметров упругого элемента позволяет на стадии проектирования о! делить оптимальные параметры ШУКСЧК. Предложенная схема ШУКС может применяться при модернизации чизель - культиватора.

Реализация результатов исследования. Чизель — культиватор с 01 мальной жесткостью упругого элемента ШУКСЧК внедрен в учебно-опыт хозяйстве «Горная Поляна» Волгоградской сельскохозяйственной академи результаты исследований и рекомендации переданы Комитету по сельск хозяйству и продовольствию Волгоградской области. Основные положет результаты диссертационной работы доложены и одобрены на научных ко1 ренциях профессорско-преподавательского состава Волгоградской ГСХ. 1993-1999 г.г, Каракалпакского государственного университета в 1993-1 г.г., на международной научно-практической конференции «Проблемы пс шения урожайности и механизация возделывания сельскохозяйственных к тур в экологических условиях Приаралья» в 1998 г. и в Комитете по сельск хозяйству и продовольствию Волгоградской области.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 18 работ которых одна является Патентом Российской Федерации на изобретение.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, общих в( дов и рекомендаций, списка использованной литературы, состоящего из

наименований, изложена на 143 страницах машинописного текста, содержит 34 рисунка, 9 таблиц и приложение на 16 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отражены и обоснованы актуальность выполненной работы, приведены сведения о новизне и реализации результатов работы.

В первой главе «Состояние вопроса и обоснование темы. Объект, цель и задачи исследования» представлен анализ исследований по определению эффективности установки упругих элементов в различных узлах машинно-тракторного агрегата, а именно, в регуляторе топливного насоса, трансмиссии, приводе движителей, сцепном устройстве трактора с сельхозмашиной, а также от применения принудительной вибрации и автоколебаний упруго закрепленных рабочих органов почвообрабатывающих орудий.

Л.Е. Агеев, В.П. Базаров, С.А. Бондарь, П.М. Василенко, В.П. Гребнев,

A.C. Кушнарев, А.И. Клюев, Н.Г. Кузнецов, А.Ф. Крюков, В.А. Сакун,

B.JI. Строков, Г.И. Жидков, Г.А. Рябцев, В.В. Небыков и другие исследователи пришли к единому мнению, что с ростом энергонасыщенности тракторов и повышением рабочих скоростей почвообрабатывающих агрегатов увеличиваются колебания тягового сопротивления рабочих органов и возрастает динамическая нагруженность узлов и деталей. Снижения влияния колебаний тягового сопротивления рабочих органов на эксплуатационные показатели почвообрабатывающего агрегата можно добиться за счет шарнирно-упругого крепления рабочих органов к раме, которое позволяет снизить тяговое сопротивление на 16...25%, а его неравномерность на 17%, повысить производительность на 8... 18% и уменьшить погектарный расход топлива в среднем на 9... 15%. Однако нет опытных данных о целесообразности применения шарнирно-упругого крепления стоек чизель - культиваторов к раме. Отсутствует надежный критерий выбора параметров упругих элементов, позволяющий на стадии проектирования определить их оптимальные значения.

Изложенное обусловило постановку выше указанных задач исследования.

Во второй главе «Теоретические исследования взаимодействия рабочего органа чизель - культиватора с почвой при шарнирно-упругом креплении к раме» рассмотрен процесс взаимодействия рабочего органа с почвой. При этом рабочий орган с шарнирно-упругим креплением к раме состоит из рабочего органа 7, стойки 1, двух цилиндрических пружин 2, связанных с рабочим органом через хомут 3, верхних и нижних стаканов 4. Стойка с рабочим органом шар-нирно крепится к раме 5. Предварительная затяжка цилиндрических пружин 2 осуществляется гайкой 6.

М I / VU \

J / Jpl \

R.

И

Рис. 1. Расчетная схема стойки чизель - культиватора с шарнирно-упругим креплением к раме

Жесткости стойки и цилиндрических пружин приводим к месту креп, ния пружин. Определяем приведенный коэффициент жесткости, приняв с. дующие допущения:

стойка с рабочим органом не деформируется; положение центра тяжести относительно конфигурации стойки меняется в связи с приложением силы 7?;

деформируемость стойки учитывается приведенной жесткостью ] альной пружины (в связи с этим в дальнейшем не будем учитывать силы Рупр) Суммарное перемещение можно посчитать:

где <71 - деформация реальной пружины; qг - деформация стойки

- дополнительное перемещение точки В за счет деформации стой^

Согласно определению

— ■cosy

Теперь выражение будет иметь вид:

JsL~Q_ Я- cosy

с„„ ~ с[+ С, ' 1}г

C2L\ cosy

Выражение (5) можно применить для определения значения жесткости цилиндрических пружин.

С С«РСА__(6)

1 Сг1\-Ст1]созу

"П

г-

|_2

Яг

Рис.2. Схема приведения жесткости к месту крепления пружины

Применительно к рабочему органу чизель - культиватора с шарнирно-упругим креплением проблемным вопросом является настройка автоколебательной системы на резонансный режим работы (или режим максимально приближенный к резонансному) и сохранение его на широкой полосе частот колебаний. Достичь практического совпадения собственной частоты системы с частотой возмущающей силы, т.е. резонанса, как уже отмечалось, можно изменением собственной частоты или частоты возмущающей силы. Изменение собственной частоты колебаний системы достигается с помощью регулирования ее параметров: приведенного коэффициента С„р или приведенной массы упругой системы тпр. Некоторое влияние на режим автоколебаний оказывает величина предварительной затяжки упругого элемента.

Исследователями установлено, что при взаимодействии рабочего органа с почвой (рис. 3), возмущающая систему сила Л.у (горизонтальная составляющая тягового сопротивления рабочего органа) имеет на своем графике нормированной спектральной плотности преобладающую частоту, являющуюся частотой скалывания почвы соск, т.е. на скалывание почвы затрачивается наибольшее количество энергии. Поэтому для дальнейших теоретических расчетов принимаем согласно выражению:

а>к = (7)

Кроме того, частота скалывания почвы определяется по выражению

(01К = УЛс (8)

где V,, - скорость почвообрабатывающего агрегата;

- длина волны скалывания почвы рабочим органом. Для определения длины волны скалывания при шарнирно-упругом креплении рабочих органов почвообрабатывающих агрегатов ранее проведенными исследованиями предлагается выражение:

Рис. 3. Схема взаимодействия рабочего органа чизель- культиватора с почвой

Ьы =(1,0-3-1,5; Як (с

где ак - глубина обработки почвы, м.

Подставляя в предыдущую формулу Дополучаем

°>е =а><« = ^/1,2ак (1(

Собственная частота колебательной системы, как величина обратнг периоду колебаний, равна

К V "Р

где Тк - период колебаний;

Спр~ коэффициент приведенный жесткости колебательной системы; т„р - приведенная масса колебательной системы.

Приведенная масса колебательной системы определяется по формуле

тпР = тх+т„, (1:

где /и, - масса стойки и лапы;

тп - масса почвы, находящейся на лапе в процессе работы.

Масса почвы, находящейся на лапе в процессе работы системы опред ляется по формуле: '

„ 0,75 а в I

=к.р„—(1:

где К„- коэффициент, учитывающий влажность почвы; р„ - плотность почвы, находящейся на рабочем органе; вк- ширина захвата лапы.

Так как резонансные колебания стойки наблюдаются при приближен! отношения частот а>м = к единице, получаем:

уа __ Гс^

Откуда,

С„

VLm

<15>

Приведенный коэффициент жесткости при ШУКСЧК определяется по ормуле(5)

ГС!2

Q _ 1 2 2_

C1L\+CxL[cosy:'

ie ChC2- коэффициенты жесткости цилиндрических пружин и стойки, L], L2 - геометрические параметры стойки, у- угол отклонения упругой силы Q от оси Y.

Приравнивая выражение (15) и (5) и преобразуя, определяем коэффици-нт жесткости упругих элементов, обеспечивающих режим работы системы лизкий к резонансному

Уа2т СХ]

С,=----------(16)

1,44а;Сг1:г - Уа'тпрЦ cosy

По выражению (16) можно определить значение С{ для различных зна-ений скорости движения агрегата Va и глубины обработки почвы (Лк.

Для описания процесса взаимодействия с почвой стойки чизель - куль-иватора при шарнирио-упругом креплении к раме используем теорию много-акторного эксперимента с получением математической модели в виде урав-ения регрессии.

Проведенный анализ работ показал, что наиболее целесообразно за па-аметр оптимизации принять горизонтальную составляющую тягового сопро-ивления стойки Rx, которая определяет поведение изучаемой системы. Учи-ывая то, что математическая модель в виде уравнения регрессии отражает пияние выбранных факторов на параметр оптимизации, а также цель и задачи астоящего исследования, мы выбирали для проведения опытов входные фак-эры и определяли их интервалы, уровни варьирования (табл. 1).

Табл. 1

Интервалы варьирования факторов_

Уровень

Код

Скорость движения чизель - культиватора Va{Xx) м/с

Глубина обработки почвы йк (Х2) м

Сила предварительной затяжки упругого элемента Н

Коэффициент жесткости упругого элемента С,№)-105 Н/м

2.92

0,20

6700

4,0

нтервал варьирования

ерхний_

'ижний

0,28 3,20 2,64

0,04 0,24 0,16

1675 8375 5025

2,0 6,0 2,0

+

Принимая за обобщенную координату угловое перемещение стойки чи-зль - культиватора 9относительно шарнира А, составляем выражение в форме равнения Лагранжа второго рода

, (18)

[ \

Л ■ дКэ дКэ дПэ дФ _

— ---+--1- — = И (17

*{зе) д9 89 до

где Кэ - кинетическая энергия ШУКСЧК;

Пэ - потенциальная энергия ШУКСЧК;

Ф - диссипативная функция (энергия рассеивания рабочим органом чизель

- культиватора при перемещении в почве); - обобщенные силы, действующие на ШУКСЧК.

Выполнив операции по выражению (17) окончательно получаем передаточную функцию ШУКСЧК в виде-.

К

Тгрг + 2£7р + Г

где Т, £ и К зависят от кинематических параметров ШУКСЧК. Представленная передаточная функция позволяет исследовать систему на устойчивость.

В третьей главе «Методика экспериментальных исследований и обработка опытных данных» изложены задачи и программа экспериментальных исследований, обоснованны измеряемые величины и оценена точность измерений, представлена методика проведения исследований с применением теории планирования эксперимента, описана применяемая измерительная и регистрирующая аппаратура, методика проведения агротехнической оценки сравниваемых агрегатов.

Экспериментальные исследования почвообрабатывающего агрегата с жестким и шарнирно-упругим креплением стоек чизель - культиватора к раме проводилась на полях учебно-опытного хозяйства «Горная Поляна» Волгоградской государственной сельскохозяйственной академии на светло-каштановых почвах при относительной влажности 12,2... 16,7% и твердости 2,45.. .3,0 Мпа.

Комплекс измерительной и регистрирующей аппаратуры, смонтированный на почвообрабатывающем агрегате, позволил непрерывно регистрировать время опыта, пройденный агрегатом за опыт путь, общее тяговое сопротивление чизель - культиватора, величину горизонтальной составляющей тягового сопротивления стойки, изменение глубины обработки почвы, деформацию цилиндрических пружин.

В четвертой главе «Результаты теоретических и экспериментальных исследований» представлен анализ регрессионной модели горизонтальной составляющей тягового сопротивления стойки чизель - культиватора при шар-нирно-упругом креплении к раме, рассмотрена влияние отношения частоты скалывания почвы к собственной частоте ШУКСЧК на тяговое сопротивление стойки, проведено исследование влияния массы рабочего органа на тяговое сопротивление стойки, предложена методика расчета параметров упругого элемента чизель - культиватора.

В результате обработки на ЭВМ реализаций случайного процесса - горизонтальной составляющей Их тягового сопротивления стойки чизель - культиватора получены вероятностные характеристики в виде оценок математиче-

ского ожидания, дисперсии, коэффициента вариации, нормированных корреляционных функций и спектральных плотностей. Используя оценки математического ожидания реализаций Их в каждом опыте и матрицу планирования эксперимента, произвели расчет коэффициентов регрессии, которые при оценке на значимость оказались все значимыми, а полученная модель, в виде уравнения регрессии, адекватной

У^ = 2,158 + 0,045*, + 0Д275Х, +0,1 117*. + 0,1427*, - 0,0155Х,Х1 + 0,0264*,*3 -

- 0,0129*, *4 + 0,0682*2*3 - 0,0732*,*4 + 0,0045*3*4 + 0,1002*,2 - (19) - 0,703*2 + 0,1582** - 0,1653*.2 Анализируя зависимость горизонтальной составляющей тягового сопротивления стойки Их от входных факторов Уа, а к, Ри С,, можно сделать вывод о гом, что при увеличении Уа и Як оно увеличивается, однако при шарнирно-/ггругом креплении она на 6... 18% меньше, чем при жестком. Это указывает на го, что коэффициент жесткости С\ и сила предварительной затяжки упругого элемента Р\ оказывают значительное влияние на формирование Их в процессе взаимодействия стойки чизель - культиватора с почвой.

С целью нахождения оптимальных значений Л и С\, изучена поверх-10сть параметра оптимизации Ях в окрестностях оптимума с помощью двумер--1ых сечений математической модели (19).

Для анализа поверхности отклика были построены графики зависимости горизонтальной составляющей тягового сопротивления Ях от скорости движе-1ия агрегата Уа, глубины обработки почвы а„ силы предварительной затяжки и коэффициента жесткости упругого элемента С| (рис. 4...7).

Рис. 4. Зависимость горизонтальной составляющей тягового сопротивления Их при шарнир-но-упругом креплении стойки к раме от С] и Р)

На всех графиках (рис. 4...7), полученных с помощью двумерных сече-1ий можно наблюдать, что уменьшение жесткости упругого элемента С\ от >,0105 Н/м до 2,0-105 Н/м, способствует уменьшению значения Кх на 6...18% ависимости от скорости движения агрегата и глубины обработки почвы, 'менъшение Ях с уменьшением С\ можно объяснить приближением к резо-;ансному режиму работы стойки чизель - культиватора за счет уменьшения его обственной частоты озс. Уменьшение жесткости упругого элемента С; ведет

Рис. 5. Зависимость горизонтальной составляющей тягового сопротивления Их при шарнир-но-упругом креплении стойки к раме от С\ и ¥а

Рис. 6. Зависимость горизонтальной составляющей тягового сопротивления Кх при шарнир-но-упругом креплении стойки к раме от С1 и

Рис. 7. Зависимость горизонтальной составляющей тягового сопротивления Fix при шарнир-но-упругом креплении стойки к раме от С1„ и Pi

к уменьшению собственной частоты <ut, при постоянной массе системы, тем самым приближая ее к частоте скалывания почвы. Значение Rx также зависит от правильной регулировки силы предварительной затяжки Р\. Значительно«

уменьшение Ох наблюдается при Рх = 5862...6700 Н и объясняется это тем, что колебательная система с кусочно-линейной упругой характеристикой (Сообразная стойка и цилиндрические пружины) настраивается на режим колебаний, приближенный к резонансному за счет того, что сопротивление обрабатываемой почвы и упругие силы колебательной системы примерно равны. Для глубины обработки почвы ак~ 0,16 м оптимальное значение Р} = 6374 Н, для ак - 0,20 м, Р\ = 6532 Н, для ак = 0,24 м, оптимальное значение Р\ = 6658 Н.

Проведенный анализ нормированных спектральных плотностей горизонтальной составляющей тягового сопротивления стойки чизель - культиватора (возмущающего воздействия Ях) (рис. 8)

Рис. 8. Нормированные спектральные плотности Их стойки чизель - культиватора

позволил отметить, что при шарнирно-упругом креплении рабочих органов максимумы спектральных плотностей смещаются в область более высоких частот и процесс является более широкополосным. Причем при жесткости упругого элемента С'=2,0105 Н/м (кривая 4) процесс является более высокочастотным и широкополосным, что желательно, так как высокочастотные колебания нагрузки оказывают меньшее влияние на работу двигателя, чем низкочастотные.

Анализируя зависимость горизонтальной составляющей Ях тягового сопротивления стойки чизель - культиватора от отношения частот са^сос (рис 9.) можно констатировать, что приближение к резонансному режиму работы стойки чизель - культиватора путем уменьшения его собственной частоты сои уве-

личения частоты скалывания соск ведет к снижению ыа &*>6...18%, ее неравнс мерность уменьшается в среднем на 4...25%, производительность почвообр; батывающего агрегата за час основного времени увеличивается на 18%, поге! тарный расход топлива уменьшается на 10,2%. Величина отношения чаете (оск!а)а при жестком креплении составляет 0,038...0,055, при шарнирш упругом 0,07...0,27, т.е. увеличивается в 1,8...4,0 раза.

Из графиков (рис. 4-7) видно, что имеется возможность снижения 1 при дальнейшем снижении жесткости упругих элементов Сь но использоваш упругих элементов с жесткостью ниже С, = 2,0 • 105 Н/м приводит к наруш нию агротехнических требований (выглублению стоек). Как нам извести уменьшения собственной частоты сос можно добиться снижением жесткос-упругих элементов С\ или же увеличением приведенной массы системы т, Так как у нас ограничена возможность уменьшения Сь то, чтобы уменьши' значения сос, предлагается увеличить массу стойки т при С\ = const. Допуск; а>ск = const, мы можем подсчитать значения ох. при различных значениях масс рабочего органа, применяя соответствующие выражение. При этом мы може также подсчитать условную жесткость системы. Под условной жесткостью у ругого элемента понимается такая его жесткость, которая при отсутствии д полнительных масс, обеспечивала бы такое же снижение юс (изменяла бы х рактер скалывания почвы). Учитывая вышесказанное, мы провели дополн тельные исследования по изучению влияния массы системы на Rx. При эте изменяли приведенную массу упругой системы от 23 кг до 51 кг с интервале варьирования 7 кг, за счет изменения массы рабочего органа.

Сначала определяем собственную частоту колебаний системы озс д. всех значений тпр по выражению (11)

2,6. 2.42.2. 2.0 <,6.

О.СМ 0.08 0.12 0.16 0,20 Q24 Ц»

Рис. 9. Зависимость Нх от отношения частот й)ск/й>с: 1 .Уа = 3,2 м/с, ак = 0,24 м 3. Уа = 2,64 м/с, ак = 0,24 м

2. Уа = 3,2 м/с, ак = 0,16 м 4. Уа = 2,64 м/с, ак = 0,16 м

со

Теперь зная значение сос и принимая первоначальную приведенную массу системы постоянной, находим приведенную жесткость системы

С =со2т

пр < пр

Далее используя формулу (6), рассчитываем условную жесткость упругого элемента

С, =

г с Г-

С111 "С„,Л СО 5 У

В такой последовательности определяем значения условной жесткости упругого элемента Сь для всех значений т„р. Используя результаты экспериментальных исследований и расчетов получим графики зависимости Их от С] (рис.10, рис. 11), из которых видно, что значение

г,, ю

н

т «.к гм в* да

171

а«-а?Ан

г.о 4,0 6.0 С, 10», И/м

Рис. 10. Зависимость горизонтальной составляющей тягового сопротивления Ох при шар-нирно-упругом креплении стойки к раме от С| и (1К

г, и

в5 гЗ ЙГ ' Й с, ю\ч«

Рис. 11. Зависимость горизонтальной составляющей тягового сопротивления Их при шар-

иирно-упругом креплении стойки к раме от С| и Уа

С| - 1,14 105 Н/м, определенное теоретически, путем увеличения массы т, 37кг, является оптимальным. Таким образом минимальное Лг=1,78-103 Н наблюдается при С, = 1,14 105 Н/м. Оптимальной областью С] является (0,94...2,0) • 105 Н/м. Значения горизонтальной составляющей тягового сопротивления Ях = 1,80 • 103 Н полученное при С, = 2,0 • 105 Н/м отличается от предыдущего на 1,1%. Поэтому жесткость упругого элемента С, = 2,0 • 105 Н/м можно считать оптимальной. Так как дальнейшее уменьшение жесткости

пр ДО

значение

упругого элемента до 0,94 • 105 Н/м не способствует получению значительнс эффекта.

Отсюда следует, что для получения эффекта по тяговому сопротив. нию необходимо соблюдение условия

сос = (3,0 * 3,7) аск

В качестве критерия для выбора параметров упругого элемента рабоч органов чизель - культиватора рекомендуются значения отношения час" coJcoc = 0,27...0,33 и зависимость длины волны скалывания от глубины об ботки почвы LCK = (0,7... 1,0) ак.

В пятой главе «Исследование устойчивости системы «рабочий opi чизель - культиватора с шарнирно-упругим креплением к раме - почва» про дено исследование системы на устойчивость при жесткости упругого элеме! от Cj = 1,14 • 105 Н/м до С\ = 6,0 • 105 Н/м с использованием передаточь функции (18) и применением критерия Михайлова. По полученным данн построен годограф, из которого видно, что система устойчива.

В шестой главе «Определение экономического эффекта результатов следования» представлены результаты расчета положительного экономичес го эффекта, получаемого за счет повышения производительности за час осн ного времени и уменьшения погектарного расхода топлива при использова1 чизель - культиваторов с шарнирно-упругим креплением. Положительный э номический эффект составил 31297,8 руб/шт.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1.Негативное влияние переменной нагрузки на крюке трактора уме шается установкой упруго-дсмп<РиРУюших элементов в регулятор топливн насоса, трансмиссию, привод движителей, сцепное устройство трактора с се хозмашиной и на рабочие органы. Наиболее перспективно и рационально , снижения тягового сопротивления почвообрабатывающих машин примен упругое крепление рабочих органов к раме, позволяющее им совершать в п цессе работы автоколебания под действием изменяющегося сопротивле! почвы. При этом изменяется длина скалывания почвы из-за различного ее стояния (твердости, влажности), наличия растительных остатков и разной с пени уплотненности. Все это указывает на необходимость определения оп мальной жесткости упругих элементов для конкретных условий работы.

2.Экспериментально установлено, уменьшение горизонтальной cocí ляющей тягового сопротивления Rx при шарнирно-упругом креплении с словлено тем, что частота скалывания почвы соск при этом в 1,4...3,9 раза бс ше, чем при жестком креплении, и это способствует уменьшению:

- длины волны скалывания почвы LCK в 1,5...3,4 раза;

- массы почвы т„, находящейся на рабочем органе после скалыва в 2,0...3,2 раза;

- времени сопротивления TíW, в 1,1.. .4,0 раза.

3.Увеличение отношения частот а>Ск/сос с 0,038...0,055 при жестком креплении до 0,066...0,33 при шарнирно-упругом креплении положительно влияет на эксплуатационные показатели почвообрабатывающего агрегата:

- горизонтальная составляющая Ях тягового сопротивления стойки чизель - культиватора снижается в среднем на 6... 18%;'

- неравномерность Ях уменьшается на4...25%;

- эксплуатационный расход снижается на 10,2%;

- производительность почвообрабатывающего агрегата увеличивается до 18%.

4.Для настройки системы на колебательный режим необходимо регулировать силу предварительной затяжки Р\ в зависимости от глубины обработки почвы аК. Рекомендуются следующие значения Рх\ для глубины обработки почвы ак = 0,16 м Рх = 6374 Н; для ак~0,20м Р] = 6532 Н и для ак = 0,24 м Р\ = 6658 Н.

5. Разработана методика определения оптимальной жесткости упругого элемента. Для получения эффекта по тяговому сопротивлению необходимо выполнение условия сос = (3,0...3,7)аск. При этом отношение частот саск/а>с,принято за критерий оптимальности, так как в этом случае наблюдается максимальное уменьшение горизонтальной составляющей Рх тягового сопротивления агрегата и ее неравномерности 6К

6.Разработана математическая модель формирования горизонтальной составляющей тягового сопротивления Ях стойки при шарнирно-упругом креплении, учитывающая условия работы Уа, <3К и параметры системы Ри Сь адекватность которой проверялось по Б- критерию Фишера. Численными экспериментами установлено, что наибольшее влияние на уменьшение горизонтальной составляющей тягового сопротивления оказывает жесткость упругого элемента. Оптимальное значение жесткости по критерию минимума Ях соответствует значению С\ = 2,0 ■ 105 Н/м.

7.Получена передаточная функция ШУКСЧК при входной функции Ях(1) и выходной в((). Входящие в нее параметры (постоянная времени системы, параметр затухания, коэффициент статической характеристики) позволяют выразить ее через кинематические параметры ШУКСЧК с целью исследования системы на устойчивость и нахождения допустимых значений кинематических параметров.

Проведенные расчеты на устойчивость по критерию Михайлова показали, что рассматриваемая замкнутая система с упругими элементами устойчива при значениях жесткости упругого элемента от 1,14 105Н/м до 6,0 • 105Н/м.

8. Экспериментально установлено, что агротехнические требования при оценке качества выполнения технологического процесса чизель - культиватора с ШУКСЧК полностью выполняются. По сравнению с жестким креплением улучшаются некоторые показатели:

улучшается крошение почвы на 20%;

уменьшается возможность забивания рабочих органов растител: ными остатками и сорняками на 34%;

при обработке влажных почв уменьшается возможность залипаш почвой рабочих органов.

9.Экономический эффект от внедрения почвообрабатывающего arpera' при ШУКСЧК к раме, по сравнению с жестким креплением, определенный г основании экспериментальных данных, составил 31297,8 руб./шт.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих р;

ботах:

1. Айтмуратов М.Т. Исследование некоторых показателей надежное! машин в условиях Приаралья. Материалы научно-практической конференцг ВГСХИ (8-12 февраля 1993 г.). Волгоград. 1993 г., 403 с.

2. Айтмуратов М.Т. О применении вибрации при обработке почв! (Тезисы докладов научно-теоретической конференции НФ ТашГАУ). - Нуку - 1994. с.34. Изд. «Билим».

3. Айтмуратов М.Т., Баймуратов Г.А. К обоснованию исследован! параметров чизеля для поверхностной обработки почвы. (Тезисы докладов н учно-теоретической конференции НФ ТашГАУ). - Нукус. - Билим. - 1994. 77-78.

4. Ауезов О.П., Айтмуратов М.Т., Небыков В.В. Влияние жесткое" упругой подвески на тяговое сопротивление почвообрабатывающих маши (Тезисы докладов III научно-теоретической конференции НФ, ТашГАУ). - Б лим. - Нукус. - 1995. с. 53-54.

5. Ауезов О.П., Айтмуратов М.Т. «К снятию характеристики упругс подвески рабочего органа чизель - культиватора. (Тезисы докладов научн теоретической конференции НФ, ТашГАУ). - Билим. - Нукус. - 1995. с. 54.

6. . Небыков В.В., Айтмуратов М.Т. Твердомер Т-1. /Информ. ли №50-95. - Волгоградский ЦНТИП. 1995.

7. Небыков В.В., Айтмуратов М.Т. Твердомер Т-2. Информ. ли> №49-95. - Волгоградский ЦНТИП. 1995.

8. Айтмуратов М.Т., Некрасов A.B. Оптимизация энергозатрат п[ обработке почвы путем применения геометрии и жесткости рабочих оргаш почвообрабатывающих агрегатов. (Сб. научн. тр. ВГСХА), Волгоград. - 1995. с. 76-79.

9. Айтмуратов М.Т. Измерительная и регистрирующая аппаратура п{ тензометрировании чизель - культиватора с шарнирно-упругим крепление рабочих органов к раме. (Тезисы докладов научно-теоретической конференщ КГУ).- Нукус. - 1996. с. 86.

10. Айтмуратов М.Т., Жидков Г.И. Тензометрический палец для измер ния тягового сопротивления чизель - культиватора и его тарировка. (Тезис докладов научно-теоретической конференции КГУ). - Нукус. - 1996. с. 86-87.

11. Кузнецов Г.Г., Клюев А.И., Айтмуратов М.Т. К определению оптимальной жесткости крепления рабочих органов к раме чизеля /Материалы научной конференции посвященной 50-летию ВГСХИ/ Волгоград. 1996. 216 с.

12. Айтмуратов М.Т. Определение жесткости цилиндрических пружин для резонансного автоколебания стойки чизель - культиватора с шарнирно-упругим креплением к раме. (Научный Вестник ВГСХА. Выпуск - 1). 1997. с. 9-10.

13. Айтмуратов М.Т., Карева Н.В., Небыков В.В. Результаты измерений физико-механических свойств почвы по переходному процессу внедрения штока (Научный Вестник ВГСХА. Выпуск - I). 1997 г. 277 с.

14. Айтмуратов М.Т., Клюев А.И., Небыков В.В. Рабочий орган ножа рыхлителя. Патент на изобретение №2115280 от 20.07.1998 г.

15. Айтмуратов М.Т. О влиянии параметров рабочего органа чизель -культиватора на колебания глубины его хода. (Научно-практическая конференция молодых ученых Волгоградской области. Волгоград. - 1997. 239с.

16. Жидков Г.И., Айтмуратов М.Т. «Улучшение эксплуатационных показателей МТА путем применения упругих элементов на рабочих органах чизель - культиватора. Тезисы международной науч.-практ. конф. Проблемы повышения урожайности и механизация возделывания сельскохозяйственных культур в экологических условиях Приаралья». Нукус. - 1999 г.

17. Айтмуратов М.Т. Изменение нормированной спектральной плотности возмущающего воздействия при шарнирно-упругом креплении к раме. Тезисы международной науч.-прак. конф. «Проблемы повышения урожайности и механизация возделывания с/х культур в экологических условиях Приаралья». Нукус. - 1999 г.

18. Айтмуратов М.Т., Жидков Г.И. Влияние жесткости упругого элемента стойки чизель - культиватора на горизонтальную составляющую тягового сопротивления. Научный вестник ВГСХА. Выпуск 2. Волгоград. -1999. 208с.

Подписано к печати 27.04.2000 г. Формат 60 х 84 1/16. Уч.-изд. л. 1,0 Тир. 100. Зак. 143 Типография Волгоградской государственной сельскохозяйственной академии 400002, г. Волгоград, ул. Институтская, 8