автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Улучшение управляемости комбинированного машинно-тракторного агрегата в междурядьях пропашных культур

3 Я " с '

ГОСУДШЗГЗЕШЬ'Й ГОМИГЕТ ПО Д£Ш НАУКИ И "ВНСИЕИ июли РСФСР

московский лмтаехлническип ннетют

Г.'а лрппах рукописи

ДРОЗДОВ ШДО1Р АЛЕКСАНДРОВИЧ

УДК 62Э.П4.2.02.075

УЛУЧШЕНКЕ УПРАВЛЯЕМОСТИ НОМБМ111РОВАННСГО Ш!ИШО - ТРАКТОРНОГО АГРЕГАТА В

шздурядш пншжта шшр

Специаль-нос! ь 05.05.03 - Автомобили и тракторн

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва - 1991

г С^/ / г с^

Работа ъшол^иа. т кзфедро "Трактора" Московского авто-мохвшяескох'о пЕститута.

1 Еаучшгё рузгаодитадь - кандидат технических наук,

доцопт ГАНЫШН ЭЛ.

Офщнашдае оппокзнты: доктор тэхнпчэских нар:, лросрассор «АРОКИЯ Я.Е.

каалздаг технических наук, старший пауганЕ сотрудник, ШПЖЗСКИЙ ГЛ5.

.Вздудвй арелприятав - Производственной объедяненла *■••"' "йшецкай ярамюркцй завод"

- '' ■' Заада-а состоится "2?" ноября 1931 г, •э.14 часов на заседании сзесдшшзпроьанного ученого Совета К 053.49.01 по лраоуадшзгь ученой отепзюг кадцадага техшпбе-хих звук Московского авгомв13Шческсго ипсихгуга но адресу: ГО503Д, гЛоьжва, ул^ Б„Сомеяовск.гь, 38, МШ1, «уд» Б - 301.

' / С двссергасаза иоизо ознакомиться в ийутес-технэтеской ■ „&бляо*ев& внсдаута.

• • Автореферат разослан ", 25 * октября 1591 г.'. Угннз* секретарь

сазЕлалггроваяно^.'о совета К С63„4Э.01.

шдзи яшиагсаомх и^ук. __¡^^Г------Б.АХЖ1(Е£

: /

>c ,

, ОБЩАЯ XAPAÍCTSPIKTHKA РШЗИ -

; л !

:£fe¿T^<flkiуальность тета. К числу важнейших задач сельскэхозяй-ственного и тракторного машиностроения относится разработка новых ьидэв машин, позволяющих внедрять прогрессивные технологии в производство сельскохозяйственной продукции. Применение про- . ' грессирных технологий, продескатриэдяедх использование комбинированных naffifíHrfc-TpsRTopHbnc агрегатов на базе рерспектнвных энергонасыщенных универсальцо-лропепньяс тракторов класса 2 с фронтальной и задней навесными системами, позволяет повысить производительность труда, снизить расход топлива, уменьшить уплотнение г.о«вы, сократить сроки проведения сельскохоэяГ.ствен-нчх работ. Б связи с этим большое значение приобретает улучив -ние эксплуатационных показателей мапмнко-тракторннх атр-згатов, важнейшим из ксторкх является управляемость.

Управляемость прчсбретает особое значение для комбини -рованнчх агрегатов в условиях возрастающей ширины захвата сельскохозяйственных орудий и роста рабочих скоростей. Эти условия приводят к значительному увеличению неравномерности и величины внешних сил, дэйстяугщих на увягляно-тракторный агрегат в горизонтальной плоскости, что резко осложняет выполнение операций по междурядной обработке л р опашнях культур и не позволяет качественно •выполняв технологические опершей при повышенных рабочих скоростях.

Цель* работы. Улучшение управляемости и работоспособности комбинированного культиваторяэго иашкно-тракторного агрегата на о'азе универсальнс-пропялшого трактора класса 2 за с vé г рационального рибсра конструктивах параметров агрегата.

(Уъпкт исследования. Комбинированный кшшнно-трекгоргкЯ агрегат в составе тракгсрг интегральной компоновки .113-155 с

ч

кульг.:Еьтораыи-растею?епктателями КРШ-8,1 на фронтальной и ' задней навесных системах, предназначенный для обработки мезду-. радий сахарной свеклы.

Методы исследования. Для решения поставленных задач ие-пользовамы методы теоретической механики, статистичэскоП дина-■ тан, теории схуч&йшс функций, ттШюго и нелинейного про -граммирования, ччелеякые методы математического анализа, методы теория оптимизации управления, экспериментальные метода.

Научна?, новизна. Аналитически получено уравнение связи деформаций шины, устанавливающее зависимость упругого увода шик от продольных сил в г.ятно контакта за счет внутреннего скольжсвия в сине.

т. >,

\ Подлажена нет о дика екеяернменгалького определения кине-• магических коэффициентов уравнения связи дефоруавдй шины на стенде с плоской опорной поверхностью.

Получены уравнения кинематических связей, возникающих ■ при .качении деформируемого колеса по почве, учитывающие упругие деформации пины, линейную и углоЕуп сдэнговке деформации почвв в аятнз контакта и экспериментально подтверждена необхо-

»

димость учета углового сдвига лочвы в контакте с шиной. > Разработана математическая модель взаимодействия шины галесь с. вэчгой, пригодная для реиекая задач динамики бокового дь:.жеи!1я МГА и опенки тягово-сцатшх свойств трактора.

' .Разработана математическая мадекь управляемого движения - ко^бк>'Нроис:таого уашинно-тракгерного агрегата на базе колесного ариенгарооачная на определение агротехнических, ургс-. ноиичэскях показателей управляемости агрзгатэ.

; . Практическая тдеккось.. йредлоает'ыА критерий и расчетный кчтод оаташзацчи периметров * согочуниостл с раървботзн.чой - 'чя^кв упрлкляеыого д*ичвнид -КГД б ио^/подях ас13Вод>яя- на

стадии проектирования выбрать обэсновакнь'е конструктивные параметры трактора, при вкедреаии ясвах прогрессивных технологий воадзлъшания пропашних культур оценить возможность агрегатиро-вашк трактора с фронтальялга и яадненавесными сельхозмашинами, определить пути, вэдущле к улучшению упр .вляеыосш мапинно-трак-торного агрегата, что з своп очзредь позволяет сократить объёи необходимых экспериментальных и доводочны.-. работ. Обоснована целесообразность использования задних управляемых колёс трактора.

Реализация работы. Результаты теоретических и эхсперинен-тэлыглх работ ислользуютея при создании универсолъко-пропаинкх тракторов класса 2 на Производственном объединении "Лилец-хий грактсрныЯ завод". Экономический эффект от внедрения составляет 167 руб. на трактор в год.

Апробация работа. Результаты работы докладывал'";- >п научно-технических конференциях МАЖ г.Москва,1969, 1990 гч., на кафедре "Тракторы" МАШИ в £989, 1990, 1991 гг.

Публикации. Оснопкые результаты исследований опубликованы в 6 печатных работах.

Структура к обгём работы. Диссертация состоит из списка вводнуих обозначений и сокращений, введения, пяти глав, основных выводов, списка использованной литературы, включающего ИЗ наименований, и приложений. Работа содержит 151 страницу иавияэ-пиеного текста, 62 рисунка ¡1 фотографии, 19 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Зо введении обоснованы актуальность теш и цзль исследования .

В первой главе проведён анализ исследований, связанных с оценкой управляемости ЭТА, взаимодействием шин трактира с г.сч-

б

BflS я сформулированы задачи исследований.

Проведённый анализ работ показал, что одним из возможных - путей повышения производительности труда является применение комбинированных liTA, однако оно сдергивается из-за потери управляемости при повышенных рабочих скоростях. Задачу улуч-" ввиия зшразляеиости КГА целесообразно решать расчёт:мм путём, ислсльзуя ттог* статистической ,-инаиики. Соответственно, при расчётной оценке управляемости необходимо применять агротехнические - точность копирований рядков растений и эргонсми -честно - напряженность работы водителя,показатели замкнутой . водателви системы "почва-агрегат-водитель". Непременным усло-. вмеи достоверного расчёта показателей управляемости является знание вероятностных характеристик внешних возмупрний.

С исследованием уг.рааляекасти UTA непосредственно связа-ко кгучелка взкшэдейЭТБка колёс трактора с почвой, Исследо -. ладош качения колеса посвящены работы Е.А.Чудакова, М.В.Кел-дш»-. Е.С.Агвйюма, Р.В.Вирабсва, В.В.Гуськова, Ю.А.Гаиькина, Н.Т.Натакаева, И.П.Ксеневича, М.И.Ляско, Э.Б.Станкевича, . H.A.Ульянова, Я.Е.Йеробина и других. В результате обзора ра -бог установлена необходимость дальнейшего исследования процесса качения шины с боковым угодом. В частности, не ясно -влияние продольных сип а пятне контакта на упругий уеод шины, трьбутп: уточнения уравнения кинематических связей, возникавши -ЯТ'П «аченкл вины по деформируемому основанию.

■Значцтзлъкоз влияние .аа точность расчёта показателей . усроидяеиости оказывает адекватность модели управляюитих воздействия еодйт&ля УВВ. йссжэдопани<о позздени.ч чглоЕвка в зсмсэдв уаравдзтая поевлтлаи сбои работи А.А.Хачатуров, B.R.Uorposos, Н.Т,Н&тык*>в. А.В.Ърнлцчр, ЛЛ.Зрумкнн, Г.Б. . -и ppJhrreB"» злено. «тс для сбсслечгнлч осиоеного

свойстве человека-оператора в контуре управления УТА - пере -настройки в зависимости от свойств агрегата и внешних воздействий, модель 233 должна быть основана на принципе сп-иняль-ности иозедения водителя при управлении SITA.

Анализ состояния вопроса позволил наметить основные задачи, решаемые в диссертационной работе.

I. Установить зависимость бокового увода пины от продольных сил в пятне контакта и экспериментально подтвердить её.

Р.. Расширить уравнения кинематических сь.тэеГ, возникающих гт качении шины по почве, на случай сдвиговых деформаций почвы и обосновать необходимость учёта углового сдвига в области контакта.

3. Разработать основанную ка инвариантных параиятрах почвы модель взаимодействия шкы с псчэой, пригодную для пепеняя ¿адач динамики бокового движения и оценки тягово-сцеп:^: свойств UTA.

4. Разработать модель управляемого движения комбинированного SITA в систекз "почве-агрегат-водмтедь" для расчётного определения агротехнических и эргономических показателей управляемости МТА.

5. Выполнять экспериментальные исакдсЕаю.д с целые определения вероятностных характеристик вневинх возмущений, пову-чения дзебходимых данных для моделирования и оценки адекват -поста мпде.ти управляемого двияетея UTA.

6. Выяпить пути 2'луагения управляемости ксмСгккровзкизго MTi. да счёт рагтлонялы ого выбора конструктивных параметров агрегата.

Вторая глава посвящена построении модели управляемого движения в *еткдурядьлх кси'5инирора;г.чого культаваторноги ИГА, вкле-«я«уу>я модель неуправляемого цригеняя ЭТА, модель УЗЗ, модель

внесш;'х Есзлучвний к задающей траектории. Модель неуправляемого длиггш» НТА содержит 5 компонент: модель взаимодействия пин трактора с почвой, модели динамики ^льтаватора и трактора, модели наЕесной системы и привода управляемых колёс.

В основу общэй модели качения колеса положена динамическая ходили Кеадыша, которая расширена для учёта основных особенностей работы тракторной шиш-каличия продолышх сил тяги в пяте кон -такта и деформируемого опорного основания - почвы.

0-

рис Л. Нииенатимескгя схема каченчя колеса в - • горизонтальной плоскости

Вводится вектор деформацли И. точки К центра плоской зоны *октекта(рнс.15. Рассматривая угдогую деформацию шиш % как произчоднук вектора И в точке К ис длинв контакта и используя . гигютегу Кеядааа о длнэйной связ:: дефориашй шинк свободно катя, 3(ВГоси колеса поджучено билинейное уравнение связи деформаций

• > <*>

да р^, - ктаризна средней линии айны; А» 4 ~ продольная и боковая д^форкац« шины в точке 'К ; , р^ - - кинематические

коэффициенты качения шины.

Система сил, приведённых к центру колеса

Рт = Сл* ,

Т - С^, <£)

где Рг ,Т - продольная и боковая реакции опорного основания; к, ^ - стабилизирующий момент в центре колеса; С>ч > С^ > С^ -соответственно продольная, боковая и угловая жёсткости тины. Уравнение (I) учитывает влияние продольное сил в лятге контакта ка упругий увод пзпш за счёт внутреннего скольгхения (псевдсекольже-гая)в тик.*. Ураяненив ( П получено при допущениях: а) распределение продольннх деформаций по длине контакта дани носит линейный характер; б) коэффициент псевдосксльяшьял- ¿А- прямо прспорци-онален величине продольной деформации ]Х ; в) угол развала колеса равен нули.

Для учёта сдвиговой деформации почьы, вызванной мсагельньакя силами в пятне контакта, вводятся ограничения на распределение сдвиговых деформаций

лочвы по дликв контакта

аб/э* - о , ах2^ о, /э>

а также соотношения

б= дБп/дх , £= 9еп/9,ч, рс=Э£/0х, (4)

где О - коэффициент буксования; £ , рс - угол бокового та ода » кривизна скольжения шини на лечве при отсутствии буксования;

, - продольный и боковой сдвиг почвы в центре контакта.. Уравнения "кинематических связей примут еид

Гл- Ф*?« - V» (^ »2 к;+й -е д & - г яу*-5?*, - 4 - V» (ош+_рс)(^б) +£и+б;- б'£,

где фк - угловая скорость ободз колеса; V* , Уи - продольная и боковая скорость центра колеса; Ск - длина передне/ зоны контакта.

1С

Для резаимя системы уравнений (5) необходимо установить зависимости кезду уп рупии деформациями типы к сдвиговыми дофор^ациячи Яочаы.

На рлс.2 представлена кинематическая схема качения колеса в яертикаианой плоскости. Траектория точки деформированной периферия сига описана уравнением усечённой циклоиды

Км {«}= "г«о({-Й-[7с- ЬехрНбц3с<31)35^о< && - 'ЁГ/ос.г ,

ГДЙ рсдаааькэя деформация пвдда; - свободный радиус шины. Исаальзуя это выражение получено уравнение распределения про дольного сдвига почвы в функции угла с<-

¿х(ск) = ?*<>и- 5)(ос -<*р) - 2с - Б'тА») + (б) + К* 5«ХР ИС05сз( ¿ос - зЬх | Б^п

Ас

* ос5) б£оС ех'рнбца3!) sinotdot" и векового сдвига •

jyl<*> = е £ft -'[?«- bzexp Нбц«301 Sinex} . ( 7) Угловая деформация почвы в пятне контакта приведена к линейной

jv (<М = О.Щ^с {Ы?с-Ь*е*Р(-1бч<х3!)] slno(} 1 18 > где Гк- пловздь контакта шинк с почвой.

Ркс.2. КннеиьтическАЯ схема качения колеса в вертикальней

ялостостя

При рассмотрении взаимодействия дани с почвой сделаны следующие основные допущения: а) пятно контакта имеет прямоугольную форму, нормальные контактные напряжения распределены равномерно по ширине контакта; б) вертикальная нагрузка на шину достаточно велика дл* образования плоской зона, : ъ~) деформации шнк в плоской зоне контакта на твёрдой поверхности и почве аналогичны; г) упругие свойства почвы не учитываются; а) влиянием боковой силы за счёт снятия стенок колзи пренебрегаем. Принята, предложенная Я.С.Агейкиным, связь между вертикальной деформацией почвы и нор-гальным контактным давлением, откуда определены размеры области контакта J глубина колли. Огибающая сплры нормального контактного давления аппроксимировалась полиномом третьей степени, коэффициенты которого спрэделялись из условий соответствия параметров япвры параметрам силового нагруяения шины колеса.

Модель сдвиговой деформации почвы построена с испияьзсвани&м зависимостей Я.С.Агейкина, А,В Васлльева/НЛТИ/, В.В.Гуськова, Ц.И.Ляско, Ч.А.Ульянова. Ре акция гочвк на элементарнуе площадку контакта определялась ло выражению

dftn = &к [ри)кн/ис+Н-кн)Тшх ГЛтехр(-Kr^iotJ/Jo). ^9) + Туст /Tmа*] [ exРI j г (<* 5/jо) ] кд + 2 ТЬ I'r/t г} * * [ь ехр (-i6u,3oi3i)(cosсС-з£Цп(бЧv^) ■х slno() - Т.с cosx] dec. ,

j e tot^ V Col)-»- jy' ,

где Tycr .Tmqx .Тер - устанозивлееся и максимальное напряжение сдвига, напряжение среза; 8,< , Zr ,tr - ширина профиля шъи; высота л шаг грунтозацепез; Ат , Кт > ^0 - параметра'кривой "дрфер-мация - калрятснле сдвига"; р(>0 - нормальное контактное давление в течке с координатой с/. ; Са, -Од , "X. - коэф^щи-^нт сцеяланмя.

угод внутреннего трения, коэффициент интенсивности накопления

необратимых деформация почвы; f/o ~ число проходов по следу.

Система уравнений связи упругих деформаций пл;ны и сдвиговых

деформаций почвы примет вид <кг

Г Л « « /с J /ry*€o0-2f¿С*Я dRn.

t (Лг

l'r ÍVC3)/{[Q)33eu^M-vO>576WnVFrjvM]/¿r(<*)}cll?».

oí O

где Кср.в - коеффициент формы контакта.

• Уравнения \ I - 10 ) составляют динамическую модель качения ■' колеса пс почв^. В отличии от известных,модель учитывает ьли-гама. продольных сил на упругий увод, ¡юны, наличие и гзаимосвязь сдвиговых деформаций почву, основана на инвариантных параметрах

" почвы. -

.Ыдтеаатачсская модель культиватора как одномассового тела е пло'оког'лараллельгюм движении строилась при допущениях: а) отклонения траектории центра масс культиватора малы; б ) опорные колёса культиватора принимаются иёсткиии; в) учитывается боковая сила за счёт смятая стекок колеи опорными колёсрлм. Вертикальная реакция яочвм спорные колёса находилась из условия равновесия моментов . сил относительно мгновенного центраt определяемого наклоном тяг

наьеспой спстеш в Еетоих&льноЛ плоскости. Для оби^ости посгрое-, ния модели рассматривалась податливая в горизонтальной плоскости казесмая система с краткостью, приведённой к угловой жёсткости е паричра треления ншчк тяг к трактору.

На основании вышеупомянутых моделей построена грёхмяссовая математическая модель неупрагяяемого дэкдея;:я КТА. При синтезе мадеак даюен/.е вдоль продольной оси принималось рааномернш, ьурс-эза? утоя )грегата, yrau у б еда л повороте управляемых ко-

лес тракгора считались малыш. Б качестве вкерних возмущений рассматривалась постоянная и случайная составляющие внешнего рагворачиващэго момента, действующего на культиваторы :-.гро--гата. Использован метод непосредственной линеаризации исходных дифференциальных уравнений, в результате которого модель неуправляемого движения ЫТА состоит из двух - нелинейной пространственной модели статики к лияеЯчой модели динамики плоско-параллельного дзиженля Г.ГГЛ. При допущении равномерного продольного движения ЧГА получены линеаризованные уравнения связи деформации шиш и сдвиговых деформаций почвы

Яс-"

С.'ЦЗРх 0 0,143 *

- касательная сила тяга колеса.

где Рт

Закон управления ¡«ГА, реализуемой водителем, сит. ^сгпн на основе предположения о том, что при управлении комбинированным мТЛ зодитоль стремится обеспечить заданную технологическими требованиями точность обработки фронтальдам- культиватором при млнишзации физкчгской напряжённости езоей работы. Задача син-

Т"

вш 1 1 1 дТ*Р 4 иш

Т„грг+2Т^*р+!

1 ~Т

! и ш

Рис.3. Структурная схема квазилинейной модели УВВ

тпза модели управляющих воздействий водителя была уесена о использован:«*) результатов работ Н.Т.Катанаева/МАЩ', А.З.Чер-Ш'.цера/ПлТИ/. Синтез оптимального лрг&Йразсзш<я1*(б.и5(рис.З.)

выполнен котод динамического программирования Беллмсна. Водитель полагался оптимальным сгносчгельно критерия

где бз - величина зациунсй sohü фронтального культиватора; TZu ~ весовой ыкокитеяь; Qu - ьесоэсй иножиталь, задающий со-ai ümetme между точностью обработки и физической напряжённостью работа водителя. Учитывались психофизиологические ограничения: чиста» запаздывание реакции, ослабление эыеокочасютных состав-ляшрк восятринимаАкьх сигналов, яервномыпючная инерционность, пропрсорептиЕная сзкзь, интегрирующие свойства, наличие адци тканого белого иуиа в сигнале управления- В результате получена, модель субоптииального управления о-Ть0 „

. e(t|=,j(t)-

где - оператор дифференцирования; '¿"б - запаздывание реакции; Ъ »- постоянная зрененн и коэффициент дешфирозания моторной части модели; Хм (i) - вектор состояния UTA в неподвижной системе координат; Qo - матрицу наблюдения; ^(Л) - задающая "град кт ори к. НаетроГиса модели УШ состоит в определении шожите-ля Оц , который находится кз решения уравнения

гцо , ^ - расчётная ».допустимая вероятность нарушения аал?!ткк*х эоп; Va- скорость двигкеиия UTA.

Синтезированная к оде я ь отражает изЕестное. свойстго г.ере-иарчоаиьбемости водителя в зависимости er параметров объекта упр«ю.бн/.я, технологического процесса и внешних возмущений.

Korvins внто". К { Кс, Кг', (' ц j находилась из реек кия нели-

нейнсго матричного уравнения типа Риккати.

Решение модели управляемого движения МТА осуществлялось в частотной области методом устойчиэых преобразований подобия. 3 качестве случайной составляющей разворачивающего момента и задающей траектории принимался центрированный гсусозскиЯ процесс со спектра1ьной плотностью

и]

" ... , _2£__

у-+(р+ о))2

где 6 - среднеквадратичное отклонение; /М - параметр затухания корреляционной функция; р - резонансная частота процесса. Для разворачивающего момента параметры функции (II) определялись экспериментально.

В третьей главе приведены результат» экспериментальных исследования деформационных характеристик шки трактора, методика и результаты отлрнки кинематических коэффициентов шчт, обоснована достоверность уравнения связи деформаций шнн ( Т ) при : аче-нии по твёрдой говэрхности. Объектом исследований являлась гсина 9,5/42 (240-106? ) модели Я-183.

Деформационные характеристики тики - радиальная, продольная, боковая и угловая жёсткости, определялись при различит« вертикальных нагрузках Цк и давлении воздуха р*г в пкнэ.

Суть методики определения кинематических коэффициентов состоит в последовательно!! оценке функции отклика 0и< от одной ^ , двух ^ , ^ и трёх ^ . 4 ' ^ переменных опыта на стенде для испытания шн ? плоской опорной поверхностью, что позволяет^ используя мс-оды регрессионного анализа, построить поян.ув билинейную модель связи деферглецчй шинн

Сц, = Ьо + кЬ+Ъгх + й&х* Ь^/.^ШЛ ■ { к}

С пр!!!.!енАн:!ем модификации регрессионного анализа - наложения линейных ограничений на коэффициента уравн-з:;ия ( 12 } \тис;:ы

кинематические коэффициенты уравнения связи деформаций игага (I} -.рис.4 и докглака зго адетеэткость модели (12) по критерию Фишера. Таким I. образом уравнение ( I) адекватно отражает реальную связь деформаций -таны.

'ч.Чг-

\ - р*= 0,Н МП», 2 - ру/- 0,13 МПа, Ъ - 0,15

6,0

7,0 5,0 .9,0

Рис.4; Зависимость кинематических «(»ф^вдиеитсБ качения шины от нагрузки и давления воздуха р./

• Четвёртчя глада посвящена изложении результатов полевых ис-лыганий комбинированного МТА, а аде чаш которых являлись; 1} динамо-ме'грмрлггшие культиваторов; 2) оценка показателей неуправляемого движения МТА; 3) оценка показателя управляемое?:; МТА в системе "лочва-огрегаг-водитель''; 4) сценка влияния задних управляемых' колёс; Ь} экспериментальное определение кочетан? моделирования.

По результатам дикнкометрироэания определены эксплуатационные показатели культиваторов и проведено их сравнение с расчётными. Измерение силовых факторов в оси подвеса орудий г. помощью кэготовленных тепзорамок и одновременная фиксация траектории дви-кеннк ноззояилк восстанс вкть случайную составляющую разворачивающего хомеята, дейстпуиозго на культиваторы. В результате статистической обработки якснериментпльнмх данных: определены параметры фу) тгм1 спектральной плотности (II) разворачивающего момента на Фронтально« культиватора

и задаем культиваторе

а,ЧЪЧа + 0,6М ; }л-~ 0,8^-0,58 ;

где \'ц - скорость движения.

Оценка показателей неуправляемого дсилеиля МТА прэдпринима-лась для обоснования достоверности разработанной модели взаимодействия колеса с лочр.оЯ. Сравнение расчётных и опытных зинчени'Л показало расхождение характеристик чувстЕительности !Ш по управляющему воздействию, характеризуемых зависимостям;: угла бокового смещения и кривизны траектории центра масс трактора от угла г'ворота управляемых колёс, не более 14 % и характеристик буксования для двух типов почв не более 16 %, что говорит о хорошей точности . модели. На рис.5. представлена экспериментальная оцэнкг переходного процесс! сурового угла трактора и два расчётных, один иг ко-\,2\——г^т,—л———-1——;— ----- эксперимент

10 роо|- --- расчет с учётон

углового проскальзывания

--- расчёт без учёта углового проскальзывания' в пятке контакта

Рис.5. Переходной процесс курсового угла Ф МТА при выполнении маневра "рывок руля"

торнх учитывает угловую деформацию почвы в пятне контакта, а второй не учитывает. Из анализа рис.5, следует, что сеучег угловой деформации почвы приводит к существенным погрешностям как ? уста--полившихся, так и неуетиноЕКпгихся режимах движения.

Экспериментальное определение показателей управляемости в системе "гючва-агрегат-водитель" проводилось с целью оценки точности и адекватности модели управляемого движения МТА. В процессе эксперимента движение МТЛ в междурядьях иммитировалось движением вдоль прг вода, относительно которого регистрировалась кинокамерами траектория движения.

Оценка точности модели проведена по дисперсия*; курсового угла б с», бокового отклонения центра масс трактсра б у , угла 'повороте передних управляемых колёс , КПД ходовой

система >2*.с(таблЛ.) . Расхождение экспериментальных сценок и

Таблица I.

Параметры Скорость движения,м/с 1,28 1,52 1,82

■ ,.10"4рад2 эксперимент расчёт 0,13 0,15 0,17 0,2 С ,36 0,44

б 5 ,Ю"3 / эксперимент расчёт 0,22 . 0,25 0,24 0,23 1,44 1,7

. бе ,Ю"2рад2 эксперимент расчёт 0,11 0,1 0,25 . 0,21' 0,62 0,65

. 12*.с оксперимент расчёт 0,71 0,76 0,63 0,74 0,74 0,71

расчёт!гых значений дисперсий составляет 12 - 22 % в зависимости от скоиссти движения. Адекватность модоли оценивалась в частотной области по спектральным плотностям тех же показателей. Относительная погрешность расчётных сиектралытнх плотностей ке превышает 25 - С2 % з области адекватности 0,3 - 2,0 ред, что свчдетельству-е: о достоверности мод?пи управляемого движения МТ^, £ это, в епож очередь, покдзываег, что разработанная модель .УБЗ адекватно от решает поведение водителя при управлении комбинированным УТА.

Эксперименте лышя оценка влияния ааднлх управляемых колес ча показатели управляемости поззолчга сделать два вшеда:

1) колебания задних колёс воледствик внепних возмущений незначительно йлийют на устойчивость движения ИГА, что позволяет не учитывать их в модели управляемого движения;

2) использование задних управляемых водителем колёс наиболее эффективно для компенсации влияния постоянной составляющей внеш». л-о разворачигающего момента на точность обработки.

В пятой главе предложен критерий управляемости и расчётный матод оптимизации параметров 1ЛА, проведено исследование влияния некоторых конструктивных параметров МТА на его управляемость.

3 качестве критерия управляемости МТА предложено использовать критерий, отражающий принцип минимальной обработки почэы

—min {13)

5Н.Ь4 ig

бе £

0 V* = Vor

где Ьн.ь- вероятность нарушения защитных зон задним культиватором; , 6tj.9 - действительное н допустимое по физической напряжённости среднеквадратичное отклонение угловой енсрости поворота управляемых колёс; - КПД ходсвой системы базового агрегата.

Для оптимизации параметров MTÄ разработан и программно реализован алгоритм оптимизации, основанный на методе допустимых направлений.

Рассматривалось расчётное движение комбинированного МТА при первой междурядной обработке сахарной свёклы с шириной междурядий 0,45 м. Заданная точность обработки определялась агротехнический требованиями. В результате анализа влияния параметров агрегата ча показатели управляемости установлено:

I} улучшение управляемости может быть достигнуто уменьшением мессы агрегата и смешением центра масс к оси аадних колёс тракторе; 2) использование задних управляемых водителе* колёс увеличила«»т

точность обработки задним культиватором и практически не влияет

на точность обработки фронтальным культиватором;

3} догрузка трактора за счёт веса заднего культиватора нег.елатель-

л

на длл вс« х внешни:; условий;

4) целесообразность догрузки трактора эа счёт веса фронтального культиватора зависит от типа и состояния почвы, для исключения отрицательного влияния независимо от внешних условий желательно совместное использование высотного и позиционного способа регулирования культиватора на тракторе;

5) применение нежёсткой фронтальной навесной системы увеличивает точность обработки фронтальным и ухудшает задним культиватором. Зависимость точности обработки от параметров нежёст-.гоЧ фронтальной навески представлена на ряс.6.

г) г~—-1-1--1--Ь'р.Ф брг- среднеквадратич-

' т' ■ ное отклонение рабочих органов фронтального и заднего культиваторов,

ц)о-- частота воэдейст-

065 ^«- в*п руль'

» . :И| - среднее значение • курсового угла,

бр.срО,^

бр.З

jb(rt - угол схождения

нижних тяг навес-

Q Q,<

Рис.б.

0,2 0,3 рад о,6 >>ik--

нижних тяг навески,

длина нижних тяг навески,

1 -6,и 0,4 м

2 -Rm = 0,6 h

3 0,8 »

4 -gj« = 1,0 м

Исходя из анализа влияния параметров проведена расчётная совместная относительно крчтерия 113) оптимизация параметров: цо - вес культиватора; - коэффициент распределения массы трактора; diu . сЬ.н •• вшпс фронтального и заднего куль -типатороп относительно оси подвеса;С 4Ц> - жёсткость фронтальной

навесной системы; бцн - длина нижних тяг; -■ угол схождения нижних гяг. Принят эакст; управления задними колёсами:

«а«)» К»6<{^+К}{5(<н(±) ,

где 11>,Ш- сигнал поступающий на привод управления задники колёсами; ф-Д!)- угол поворота передних колес; - угловое сгтце-ние нежёсткой фронтальной навески. Оптимизация проведена по пяти группам взаимозависимых параметров, отличающихся сложностью модификации агрегата, следующим образов: I: СЦ ; 2: (^о ; 3: сЬи ,йгн , Ко ; 4: с||н , Йгн , К'« , , Рм . ;

5: с1ш »с1гн, Ке- , С , 6(и , ;

За 0 варишгт принят базовый агрегат. Результаты оптимизации пс параметрам приведены о табл.2, а значегшя расчётных показателей управляемости, функции цели критерия С13) и возможного относительно базового агрегата увеличения скорости движения при нормальных защитных зонах У«/Уг'в табл.3.-

Таблица 2.

Вари ант кЙ ¿¡и м с1гн м. К& К* .Фронтальная навеска

кН/рад[ рад 64« и

0 0,55 20,0 0,65 0,28 л К) 0 1 заблокирс гваня

Г 0,43 20,0 0,85 0,28 0 0 заблокирована

2. 0,55 12,3 0,85 0,28 0 0 заблокирована

3 0,55 20.0 1,24 0,32 -С,1? 0 заблокирована

4 0,55 20,0 1,26 0,35!' -0,16 0 475 0,5 • 0,65

Г» 0,55 20,0 ив 0,32 0,14 -1,6 490 0.45- 0,76

Самым простым и малоэффентевным способом улучшения управляемости является смещение центра масс к оси задних колёс, аналогичный эффект может быть получен при небольшом увеличении выноса фронтального и заднего культиваторов (вариант 3) . Лучат.4 эФ¿ек? может быть получен по варианту 2 пр*< уыоныгении аеса ьультигат-з-

ров до 12,3 кН, однако он достигается аа счет физической напряженности труда водителя в 1,5 раза. Улучшение управляемости вез занятного увеличения физической напряженности '/руда может быть получено за счет использования нежесткой фронтальной навесной системы (4 вариант) , утудиеня» при атом точности обработки фронтальным культиватором компенсируется за счет испс^ьзовангл задних управляемых колес. В этом случае расчетная точность обработки фронтальм» культиватором увеличивается на 21 либо на 14 % может быть увеличена производительность труда. Существенный выигрып в точности обработки и производительности труда получается за счёт использования в законе управления задним колзса»м дополнительно сигнала углов««« смещения нежестхой фронтальной навески, что позволяет получить расчетное увеличение точности обработки на 30 % и обрабатывать междурядья с «алыми защитными зонами 8,5 см, либо увеличат* производительность труда на 26 % при нормально эавдттзх зонах фронтального культиватора.

Таблица 3

Вари ант бр.Ф КГГм Ю^рад (А)«. с-1 Ч' Ю~2рвд 65 ы

0 0,523 0,41 0,697 0,0161 0,43 0,696 0,119 1,0

т x 0,448 0,4 0,699 0,013 0,34 0,71 0,105 Г,07

2 0,426 0,611 0,712 0,018 0,44 0,7 0,095 1,И

3. 0,44? 0,39 0,689 0,0065 0,29 0,7 0,101 1,08

4 0,407 0,414 0,709 0,011 0,31 0,699 0,093 1Д4

5 0,35Ь 0,4 0,718 0,01 0,13 0,705 0,082 1,25 ]

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТ РАБОМ И ВЫВОДЯ

I. Применение новых прогрессивны* технологий, предусматривающих совмещение операций и »споюзоьамио «тлмированных агрегатов, выдвигает ряд новых задач, среди которых обеспечение не-

' 23

обходимой управляемости агрегата в междурядьях является наиболее важной.

2. В задачах исследования управляемости машинно-тракторных агрегатов необходимо использовать динамическую модель Келднка для описания качения колеса, которая должна расширяться для учёта продольных сил и сдвиговой деформации печяч в пятне контак- ■ та. Влияние продольных сил отражается в уравнении связи'деформаций пины в виде произведения продольной к боковой деформаций кикы. ." Сдвиговые деформации почвы в пятне контакта находят отражение'в уравнениях кинематических связей.

3. Уравнения кинематических спяэей, возникающих при гачеккк ' деформируемого колеса ¡ю почва, наряду с упругими деформациями шины и линейной сдвиговой деформацией почни, до.'лкы учитывать угловой сдвиг почвы г пятне контакта. Динамичесхиз модели качения колеса, построенное без учёта углового про'скальзнрания пятна - -',,,. контакта на почве, приводят кискажекиг> расчётного процесса !?око- . вого движения колеса как ь установившихся, так и в ноустанозиэ-пихся рзкшах. ... '' ; ... .'..1

4. Экспериментальная оценка управляемости маЕИнно-трахтор- ' ного агрегата подтверждает, что модель управляющих воздействий водителя, ос-ноьмдаая на принципе оптимальности поседенияг челове-' ■ ка при управлении агрегатом, празяльно сшвывае.т. процесс упраиле-иу.П. ■ ■ ' '.-• .'' . •• '

5. Для достижения необходимой.точности обработки -'мезздурпдей Фронталькчи культкьетором комбинированного агрог^та' и различных ' ' почтенных условиях це'ласрооразно"'применение смеванкого' - зксо?.- *.'

ного и позицианкого сспособов регулирование к/ль^иватора'на тра,» -' торе. .' " .;•••' ' '

6. Оснознкми причинами снРяетаг -сворлстк' дпиХгник кй*ф«<и-ровзнного агрегага по сравнение о аднмй*радаокшл« я«л/5Ь'&я.

снижение точности обработкив результате общего узеличония массы ,агрегата и смещения центра масс агрегата к передним колесам трак. тора г.а сцет присоединения фронтального культиватора. Уменьшение веса-кул; тиваторов до 12,3 кЛ позволяет увеличить скорость движения на I; % с одновременным увеличением физической напряженности работы водителя в 1,5 раза. Для повкшкия точности обработки без сметного увеличения физической напряженности целесообразно использовать нежесткую в горизонтальной плоскости фр&нтелькую на-весиую систему трактора, параметры которой в каждом случае должны бить строго увязаны с параметрами трактора и орудия. В этом случае расчетная точность обработки междурядий фронтальным культиватором увеличивается на 21 %, . •

7. Существенный вннгрьш !? точности обработки и производительности агрегата может быть достигнут за счет использования задних управляемых колес. В законе управления задними колесами целесообразно использовать в качестве входных величин угол поворота передних колес трактора и угол смещения нежесткой фронтальной навесной системы трактора. Введение задних управляемых колес совместно, с негеоткей фронтальной навесной системой позволяет получать расчетное увеличение точности обработки фронтальным культиватором на 20 Й, что позволяет проводить обработку междурядий с малыми защитными зонами 8,5 см, либо увеличить скорость двихе-на 26 % при нормальных зацитных зонах.

По теме дкссертадги опубликованы следующие работы: 7. Дрслдок В.Д., Ганьын Ю.А. К вопросу о потере устойчивости двкдс'ни.ч трактора с ф роит ад ьн г» -на в в сным орудием//Тезисы науччо-тпхнж'еекой конференции МАМИ.-М. :МАМИ, 1989,- С.94. Гг.кькин ¡С.Д., Дроздов В.Л. Методика я результаты дииамометри-

рования культиватора КРШ-<3,Г -М., 1990.- 14 е.- Дел. в '•..'. ЦИЮТЭИгвтосельхозмапе, Т> 131Г-тс90., , . :

3. Ганыин 5).А., Плоааднов'А.Н.,-Дроздов Б.А. Обосноганне схем1' поворота управлявших колес■ трактора в составе агрегата для-обработки кеждурядкй//И&учн.э-тзхн.кт1ф.1ЛА!Ш:Тез.дскл.- !!'., -МАМИ,- 1988. - С.32. . ' • -; V : ■

4. Ганькин Ю.А., Дроздов В.А. Устойчивость прямолинейного дгижг*~ ни я -трактора в. агрегате с фронтально-навеешм орудием//- ' . Научпо-техн. кенф.МА№1:Тег ^докл.- М.'.МАМИ.г- 1569.- ' '

5. Дрсздсв З.А., Зайцев Д.Е., Гуськов Н.Й- Экспериментальная,установка для иссдедозания управляемости и удлотняхк>ого..веса-действия на почву комбинированного иажинно-трактор.<ого -агрегата -М.- 1УЭ0.» II с--Дап в ВДИИТЗИавтосельхоамапеГ •':'.;.•, » 1305-тс90. ' . ' ' ' ; ■ ' ■■

6. Статистический анализ ЕИбронагруженности трактора^кдасба 2' -'. интегральней компонояки с разился» агрегачированиеи; 3.К.Подрубало^, С.Я.Скураткик, 'Ч.В.Кузнецова, В. А.ДрозДоь//Гр.НАТИ.~'

• Ходояыз системы. тракторов.- ?.!., 19Э1. ' ■